第五章 吸附混凝及反應器設備的選擇運行和維護

1、第五章 吸附、混凝及反應器設備的選擇、運行與維護第一節(jié)第一節(jié) 吸附設備吸附設備一、吸附機理及分類吸附的機理： 吸附是利用某些多孔性固體從流體混合物中選擇性地在其表面上聚集一定組分的能力，使混合物中各組分得以分離。 吸附的分類 (1)物理吸附：溶質(zhì)與吸附劑之間由于分子間作用力而產(chǎn)生的吸附。 (2)化學吸附：溶質(zhì)與吸附劑發(fā)生化學反應，形成牢固的吸附化學鍵和表面絡合物。幾個名詞n吸附作用: 物質(zhì)從氣體或液體濃縮到固體表面從而實現(xiàn)分離的過程n吸附劑: 在表面上能發(fā)生吸附作用的固體n吸附物: 被吸附的物質(zhì)二、吸附的三個階段吸附階段顆粒外部擴散階段孔隙擴散階段吸附反應階段附質(zhì)從溶液中擴散到吸附劑表面吸附質(zhì)

2、在吸附劑孔隙中繼續(xù)向吸附點擴散吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙內(nèi)的吸附點表面三、 吸附工藝和設備操作方式連續(xù)式連續(xù)式間歇式將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進行攪拌30min左右，然后靜置沉淀，排除澄清液固定床固定床移動床移動床流化床流化床吸附劑固定填放在吸附柱(或塔)中在操作過程中定期地將接近飽和的一部分吸附劑從吸附柱中排出，并同時將等量的新鮮吸附劑加入柱中吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中固固定定床床移移動動床床流化床流化床1 1、固定床吸附、固定床吸附 在廢水處理中常在廢水處理中常用固定床吸附裝置。用固定床吸附裝置。其構造與快濾池大致其構造與快濾池大致相同。吸附劑填充在相同。吸附劑填充

3、在裝置內(nèi)，吸附時固定裝置內(nèi)，吸附時固定不動，水流穿過吸附不動，水流穿過吸附劑層。根據(jù)水流方向劑層。根據(jù)水流方向可分為升流式和降流可分為升流式和降流式兩種。式兩種。 降流式固定床吸附出水水質(zhì)好，但水頭損失較大，特別降流式固定床吸附出水水質(zhì)好，但水頭損失較大，特別在處理含懸浮物較多的污水時，需定期進行反沖洗，有時還在處理含懸浮物較多的污水時，需定期進行反沖洗，有時還需在吸附劑層上部設表面沖洗設備。需在吸附劑層上部設表面沖洗設備。 2 2、移動床吸附、移動床吸附移動床較固定床能充分利用床層吸附容量，出水水質(zhì)良好，且水頭損失較小。由于原水從塔底進入，水中夾帶的懸浮物隨飽和炭排出，因而不需要反沖洗設備，

4、對原水預處理要求較低，操作管理方便。目前較大規(guī)模廢水處理時多采用這種操作方式。 原水從下而上流過吸附層, 吸附劑由上而下間歇或連續(xù)移動。間歇移動床處理規(guī)模大時，每天從塔底定時卸炭12次，每次卸炭量為塔內(nèi)總炭量的510。3 3、流化床吸附、流化床吸附 原水由底部升流式通過床層，吸附劑由上部向下移動。由于吸附劑保持流化狀態(tài)，與水的接觸面積增大，因此設備小而生產(chǎn)能力大，基建費用低。 流化床操作控制要求高，為防止吸附劑全塔混層，以充分利用吸附容量并保證處理效果，塔內(nèi)吸附劑采用分層流化。所需層數(shù)根據(jù)吸附劑的靜活性、原水水質(zhì)水量等決定。 四 吸附設備的選擇布置吸附流程和選擇吸附器的注意事項：n當氣體污染物

5、連續(xù)排出時，應采用連續(xù)式或半連續(xù)式的吸附流程；間斷排出時采用間接式吸附流程。n排氣連續(xù)但氣量大時，可采用流化床或沸騰床吸附器；排氣連續(xù)但氣量較小時可考慮使用旋轉(zhuǎn)床吸附器。n根據(jù)流動阻力、吸附劑利用率酌情選用不同類型的吸附器。n處理的廢氣流中含有粉塵時，應先用除塵器除去粉塵。n處理廢氣流中含有水滴或水霧時，應先用除霧器除去水滴或水霧。n處理廢氣中污染物濃度過高時，可先用其他方法脫除一部分。n吸附流程需與脫附流程同時考慮。 五五 吸附劑吸附劑 工業(yè)吸附劑必須滿足下列要求： 吸附能力強；吸附選擇性好；吸附平衡濃度低；容易再生和再利用；機械強度好；化學性質(zhì)穩(wěn)定；來源廣；價廉。一般工業(yè)吸附劑難于同時滿足

6、這八個方面的要求，因此，應根據(jù)不同的場合選用。 目前在廢水處理中應用的吸附劑有: 活性炭、活化煤、白土、硅藻土、活性氧化鋁，焦炭、樹脂吸附劑、爐渣、木屑、煤灰、腐殖酸等。 活性炭 活性炭是一種非極性吸附劑。外觀為暗黑色，有粒狀和粉狀兩種，目前工業(yè)上大量采用的是粒狀活性炭?；钚蕴恐饕煞殖家酝?，還含有少量的氧、氫、硫等元素，以及水分、灰分。它具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學性質(zhì)，可以耐強酸、強堿，能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎。 活性炭具有巨大的比表面和特別發(fā)達的微孔。通常活性炭的比表面積高達5001700m2/g，這是活性炭吸附能力強，吸附容量大的主要原因。 活性炭的吸附以物理吸附為主，

7、但由于表面氧化物存在，也進行一些化學選擇性吸附。如果在活性炭中摻入一些具有催化作用的金屬離子可以改善處理效果。 六 脫附 吸附劑在達到飽和吸附后，必須進行脫附再生，才能重復使用。脫附是吸附的逆過程，即在吸附劑結構不變化或者變化極小的情況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑孔隙中除去恢復它的吸附能力。通過再生使用，可以降低處理成本；減少廢渣排放；同時回收吸附質(zhì)。 常見的脫附方法：常見的脫附方法：升溫脫附升溫脫附物質(zhì)的吸附量是隨溫度的升高而降低的，將吸附劑的溫度升高，可以使已被吸附的組分脫附下來。減壓脫附減壓脫附物質(zhì)的吸附量是隨壓力的升高而升高的，在較高的壓力下吸附，降低壓力或者抽真空，可以使吸附劑再生

8、，這種方法也稱為變壓吸附。此法常常用于氣體脫附。 吹掃脫附吹掃脫附用不被吸附的氣體(液體)沖洗吸附劑，使被吸附的組分脫附下來。采用這種方法必然產(chǎn)生沖洗劑與被吸附組分混合的問題，需要用別的方法將它們分離，因此這種方法存在多次分離的不便性。 取代脫附取代脫附取代脫附的工作原理是用比被吸附組分的吸附力更強的物質(zhì)將被吸組分置換下來。其后果是吸附劑上又吸附了置換上去的物質(zhì)，必須用別的方法使它們分離。例如，活性炭對Ca2+、Cl-有一定的吸附能力，這些離子占據(jù)了吸附活性中心，可對活性炭吸附無機單質(zhì)或有機物產(chǎn)生不利影響。因此，用活性炭吸附待分離溶液中的物質(zhì)后，選用CaCl2作為脫附劑可降低活性炭對吸附質(zhì)的吸

9、附穩(wěn)定性，從而達到降低脫附活化能的目的。 1 1 操作條件操作條件 吸附是放熱過程，低溫有利于吸附，升溫有利于脫附. 溶液的pH值影響到溶質(zhì)的存在狀態(tài)（分子、離子、絡合物），也影響到吸附劑表面的電荷特性和化學特性，進而影響到吸附效果，國內(nèi)用太原8#炭吸附Cd-CN絡合物的試驗結果如右圖所示。 由圖可見，在PH7.59.5的范圍內(nèi)，吸附去除率較高。 在吸附操作中，應保證吸附劑與吸附質(zhì)有足夠的接觸時間。 三、影響吸附的因素三、影響吸附的因素2 吸附劑性質(zhì)吸附劑性質(zhì)比表面積比表面積 單位重量吸附劑的表面積稱為比表面積吸附劑的粒徑越小，或是微孔越發(fā)達，其比表面積越大。吸附劑的比表面積越大，則吸附能越強

10、?？捉Y構孔結構 吸附劑內(nèi)孔的大小和分布對吸附性能影響很大?？讖教?，比表面積小，吸附能力差；孔徑太小，則不利于吸附質(zhì)擴散，并對直徑較大的分子起屏蔽作用。 3 吸附質(zhì)的性質(zhì)與濃度 對于一定的吸附劑，由于吸附質(zhì)性質(zhì)的差異，吸附效果也不一樣。通常有機物在水中的溶解度隨著鏈長的增長而減小，而活性炭的吸附容量卻隨著有機物在水中溶解度 減少而增加，也即吸附量隨有機物分子量的增大而增加。 對于氣相吸附，若用同種活性炭作為吸附劑，吸附值得當量直徑、相對分子質(zhì)量和不飽和性越大，沸點越高，越易被吸附。 對于液相吸附，相對分子質(zhì)量越大，分子極性越強，溶解度越小，越易被吸附。吸附質(zhì)濃度越高，吸附量越少。4 吸附劑的活

11、性 是吸附能力的標志。5 接觸時間6 吸附器的性能吸附設備應用時的注意事項n選擇合適的預處理方式，確保廢氣的溫度不能太高、濕度不能太大；n考慮經(jīng)濟因素，選擇合適再生過程；n操作過程中，防止吸附層升溫過高；當采用高壓風機時，注意減震和消除噪音；用水蒸氣或洗滌液再生時，避免廢水污染。第二節(jié) 混凝處理n混凝：水中膠體粒子以及微小懸浮物的聚集過程稱為混凝，是凝聚和絮凝的總稱。n凝聚：膠體失去穩(wěn)定性的過程稱為凝聚。n絮凝：脫穩(wěn)膠體相互聚集稱為絮凝。n混凝過程：混合；膠體脫穩(wěn)與凝聚；沉淀分離等。 二二 常用的混凝劑常用的混凝劑無無機機鋁系鋁系 硫酸鋁硫酸鋁明礬明礬聚合氯化鋁（聚合氯化鋁（PAC）聚合硫酸鋁

12、（聚合硫酸鋁（PAS） 適宜適宜pH：5.58 鐵系鐵系 三氯化鐵三氯化鐵硫酸亞鐵硫酸亞鐵硫酸鐵（國內(nèi)生產(chǎn)少）硫酸鐵（國內(nèi)生產(chǎn)少）聚合硫酸鐵聚合硫酸鐵聚合氯化鐵聚合氯化鐵 適宜適宜pH：511，但腐蝕，但腐蝕性強性強 有有機機 人工人工合成合成 陽離子型：含氨基、亞氨基的聚合物陽離子型：含氨基、亞氨基的聚合物 國外開始增多，國內(nèi)尚國外開始增多，國內(nèi)尚少少 陰離子型：水解聚丙烯酰胺（陰離子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM） 非離子型：聚丙烯酰胺（非離子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯），聚氧化乙烯（PEO） 兩性型：兩性型： 使用極少使用極少 天然天然 淀粉、動物膠、樹膠、甲殼素等淀粉、動物膠、

13、樹膠、甲殼素等 微生物絮凝劑微生物絮凝劑 三 混合設備（1）水泵混合 投藥投加在水泵吸水口或管上?；旌闲Ч?，節(jié)省動力，各種水廠均可用，常用于取水泵房靠近水廠處理構筑物的場合，兩者間距不大于150m。 四四 反應設備反應設備1.1.隔板反應池隔板反應池 隔板反應池分往復式和回轉(zhuǎn)式。隔板反應池分往復式和回轉(zhuǎn)式。 隔板反應池的水頭損失由局部水頭和沿程水頭損失組成。往復式總水頭損失一般在0.3-0.5m，回轉(zhuǎn)式的水頭損失比往復式的小40左右。 隔板反應池特點： 構造簡單、管理方便，但絮凝效果不穩(wěn)定，池子大。適應大水廠。 2 機械反應池 攪拌器有漿板式和葉輪式，按攪拌軸的安裝位置分水平軸式和垂直軸式。

14、 第一格攪拌強度最大，而后逐步減小，G值也相應減小，攪拌強度決定于攪拌器轉(zhuǎn)速和槳板面積。 設計參數(shù) 絮凝時間10-15分。 池內(nèi)一般設34擋攪拌機。 攪拌機轉(zhuǎn)速按葉輪半徑中心點線速度計算確定， 線速度第一擋0.5m/s逐漸減小至末擋的0.2m/s。 槳板總面積宜為水流截面積的1020，不宜超 過75，槳板長度不大于葉輪半徑的75，寬度 宜取1030cm。 優(yōu)缺點 機械反應池的優(yōu)點是調(diào)節(jié)容易，效果好，大、中、小水廠均可，但維修是問題。 3 渦流式反應池 池體下半部為圓錐形，水從錐底部流入，形成渦流，邊擴散邊上升，隨著錐體面積的逐漸擴大，上升速度逐漸由大變小，有利于絮凝題的形成。 渦流式反應池的優(yōu)

15、點是構造簡單，施工方便，造價低，可用于中、小型水廠或與其他形式的反應池組合應用。 五 澄清池 澄清池是能夠同時實現(xiàn)混凝劑與原水的混合、反應和絮體沉降三種功能的設備。 它利用的是接觸凝聚原理，即為了強化混凝過程，在池中讓已經(jīng)生成的絮凝體懸浮在水中成為懸浮泥渣層(接觸凝聚區(qū))，當投加混凝劑的水通過它時，廢水中新生成的微絮粒被迅速吸附在懸浮泥渣上，從而能夠達到良好的去除效果。所以澄清池的關鍵部分是接觸凝聚區(qū)。保持泥渣處于懸浮、濃度均勻穩(wěn)定的工作條件已成為所有澄清池共同特點。 根據(jù)泥渣與廢水接觸方式的不同，澄清池可分為兩大類： 一類是泥渣懸浮澄清池一類是泥渣懸浮澄清池 它的泥渣懸浮狀態(tài)通過上升水流的能

16、量在池內(nèi)形成的，當水流從下往上通過泥渣層時，截留水中夾帶的小絮體，主要形式有懸浮澄清池、脈沖澄清池等； 另一類是泥渣循環(huán)澄清池另一類是泥渣循環(huán)澄清池 即讓泥渣在豎直方向上不斷循環(huán)，通過該循環(huán)運動捕集水中的微小絮粒,并在分離區(qū)加以分離，主要形式有機械加速澄清池和水力循環(huán)加速澄清池。在廢水處理中，應用最廣泛的機械加速澄清池。 第三節(jié) 化學反應器按反應器的結按反應器的結構型式分類構型式分類釜式反應器釜式反應器管式反應器管式反應器塔式反應器塔式反應器固定床反應器固定床反應器流化床反應器流化床反應器移動床反應器移動床反應器滴流床反應器滴流床反應器管式反應器 n管式反應器一般用于均相反應，其主體是長徑比很大的圓形空管，管外可以套管，以便進行換熱，從而實現(xiàn)溫度控制。 管式反應器的直徑