第十七章 污水的吸附法

1、第 一 節(jié) 吸 附 法第 二 節(jié) 離子交換法第 三 節(jié) 萃 取 法第 四 節(jié) 膜 析 法第 一 節(jié) 吸 附 法一、 吸附原理 吸附劑：固體表面有吸附水中溶解及膠體物質(zhì)的吸附劑：固體表面有吸附水中溶解及膠體物質(zhì)的能力能力,比表面積很大的活性炭等具有很高的吸附能力。比表面積很大的活性炭等具有很高的吸附能力。吸吸附附物理吸附物理吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附吸附劑與吸附物質(zhì)之間是通過(guò)吸附劑與吸附物質(zhì)之間是通過(guò)分子間引力分子間引力(即范徳華力即范徳華力)而產(chǎn)而產(chǎn)生的吸附生的吸附吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生化學(xué)作用，生成化學(xué)鍵引生化學(xué)作用，生成化學(xué)鍵引起吸附起吸附y(tǒng) 表明被吸附物的量與濃度之

2、間的關(guān)系式稱為表明被吸附物的量與濃度之間的關(guān)系式稱為吸附等溫式。吸附等溫式。1.弗勞德利（弗勞德利（ Freundlich）等溫式）等溫式nKmy1lg1lg)lg(nKmy對(duì)上式取對(duì)數(shù)，可得：對(duì)上式取對(duì)數(shù)，可得：2.朗格繆爾（朗格繆爾（ Langmuir）等溫式）等溫式 該公式是在被吸附物質(zhì)僅為單分子層的假定下該公式是在被吸附物質(zhì)僅為單分子層的假定下導(dǎo)出的，形式為：導(dǎo)出的，形式為：11KKmyKKKmy11 將上式變換成以下形式，使用時(shí)較方便：將上式變換成以下形式，使用時(shí)較方便：二、影響吸附的因素衡量衡量指標(biāo)指標(biāo)吸附能力吸附能力吸附速度吸附速度固體吸附劑用吸附量衡量固體吸附劑用吸附量衡量單位

3、質(zhì)量吸附劑在單位單位質(zhì)量吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量吸附吸附階段階段顆粒外部顆粒外部擴(kuò)散階段擴(kuò)散階段孔隙擴(kuò)散孔隙擴(kuò)散階段階段吸附反應(yīng)吸附反應(yīng)階段階段吸附質(zhì)從溶液中擴(kuò)散到吸附吸附質(zhì)從溶液中擴(kuò)散到吸附劑表面劑表面吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)向吸附點(diǎn)擴(kuò)散向吸附點(diǎn)擴(kuò)散吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙內(nèi)的吸附點(diǎn)表面內(nèi)的吸附點(diǎn)表面吸附速度主要取決于外部擴(kuò)散速度和孔隙擴(kuò)散速度。吸附速度主要取決于外部擴(kuò)散速度和孔隙擴(kuò)散速度。外部擴(kuò)外部擴(kuò)散速度散速度與溶液濃度成正比與溶液濃度成正比與吸附劑的比表面積的大小成正與吸附劑的比表面積的大小成正比比吸附劑顆粒直

4、徑越小，速度越快吸附劑顆粒直徑越小，速度越快增加溶液與顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，增加溶液與顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，可提高速度可提高速度孔隙擴(kuò)孔隙擴(kuò)散速度散速度吸附劑顆粒越小，速度越快吸附劑顆粒越小，速度越快 吸附劑的物理化學(xué)性質(zhì)和吸附質(zhì)的物理化學(xué)性吸附劑的物理化學(xué)性質(zhì)和吸附質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)吸附有很大影響。質(zhì)對(duì)吸附有很大影響。 極性分子極性分子(或離子或離子)型的吸附劑容易吸附極性分子型的吸附劑容易吸附極性分子(或離子或離子)型的吸附質(zhì)。型的吸附質(zhì)。 非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質(zhì)。非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質(zhì)。三、吸附劑1. 活性炭活性炭 在水處理中較多采用顆?；钚蕴俊Ｔ?/p>

5、水處理中較多采用顆?；钚蕴?。 再生是在吸附劑本身的結(jié)構(gòu)基本不發(fā)生變化的情再生是在吸附劑本身的結(jié)構(gòu)基本不發(fā)生變化的情況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑微孔中除去況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑微孔中除去,恢復(fù)恢復(fù)它的吸附能力。它的吸附能力。再再生生方方法法加熱再生法加熱再生法在高溫條件下，提高了吸附質(zhì)分在高溫條件下，提高了吸附質(zhì)分子的能量，使其易于從活性炭的子的能量，使其易于從活性炭的活性點(diǎn)脫離；而吸附的有機(jī)物則活性點(diǎn)脫離；而吸附的有機(jī)物則在高溫下氧化和分解，成為氣態(tài)在高溫下氧化和分解，成為氣態(tài)逸出或斷裂成低分子逸出或斷裂成低分子化學(xué)再生法化學(xué)再生法通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，使吸附質(zhì)轉(zhuǎn)化為通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，使吸附

6、質(zhì)轉(zhuǎn)化為易溶于水的物質(zhì)而解吸下來(lái)易溶于水的物質(zhì)而解吸下來(lái)2. 腐植酸類吸附劑腐植酸類吸附劑 種類：天然的富含腐植酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐種類：天然的富含腐植酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐煤等，它們可以直接使用或經(jīng)簡(jiǎn)單處理后使用；將煤等，它們可以直接使用或經(jīng)簡(jiǎn)單處理后使用；將富含腐植酸的物質(zhì)用適當(dāng)?shù)酿ず蟿┲苽涑傻母菜岣缓菜岬奈镔|(zhì)用適當(dāng)?shù)酿ず蟿┲苽涑傻母菜嵯禈渲?。系樹脂?腐植酸是一組芳香結(jié)構(gòu)的，性質(zhì)與酸性物質(zhì)相腐植酸是一組芳香結(jié)構(gòu)的，性質(zhì)與酸性物質(zhì)相似的復(fù)雜混合物。似的復(fù)雜混合物。 腐植酸類物質(zhì)能吸附工業(yè)廢水中的許多金屬離腐植酸類物質(zhì)能吸附工業(yè)廢水中的許多金屬離子，如汞、鉻、鋅、鎘、鉛、銅等。子，如汞

7、、鉻、鋅、鎘、鉛、銅等。 腐植酸對(duì)陽(yáng)離子的吸附，包括離子交換、螯合、腐植酸對(duì)陽(yáng)離子的吸附，包括離子交換、螯合、表面吸附、凝聚等作用。表面吸附、凝聚等作用。 腐植酸類物質(zhì)在吸附重金屬離子后腐植酸類物質(zhì)在吸附重金屬離子后,可以用可以用H2SO4、HCl、NaCl等進(jìn)行解吸。等進(jìn)行解吸。四、 吸附工藝和設(shè)備操操作作方方式式連續(xù)式連續(xù)式間歇式間歇式將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進(jìn)行攪拌將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進(jìn)行攪拌30min左右，然后靜置沉淀，排除澄清液左右，然后靜置沉淀，排除澄清液固定床固定床移動(dòng)床移動(dòng)床流化床流化床吸附劑固定填放在吸附柱吸附劑固定填放在吸附柱(或或塔塔)中中在操作過(guò)程中定期地將接近

8、飽在操作過(guò)程中定期地將接近飽和的一部分吸附劑從吸附柱中和的一部分吸附劑從吸附柱中排出，并同時(shí)將等量的新鮮吸排出，并同時(shí)將等量的新鮮吸附劑加入柱中附劑加入柱中吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，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懸浮于由下而上的水流中五、吸附法在污水處理中的應(yīng)用1. 吸附法除汞吸附法除汞 活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。吸附法除汞流程吸附法除汞流程2. 煉油廠、印染廠廢水的深度處理煉油廠、印染廠廢水的深度處理 某煉油廠含油廢水，經(jīng)隔油，氣浮和

9、生物處理某煉油廠含油廢水，經(jīng)隔油，氣浮和生物處理后，再經(jīng)砂濾和活性炭過(guò)濾深度處理。后，再經(jīng)砂濾和活性炭過(guò)濾深度處理。 廢水的含酚量從廢水的含酚量從0.1mg/L(生物處理后生物處理后)降至降至0.005mg/L，氰從，氰從0.19mg/L降至降至0.048mg/L，COD從從85mg/L降至降至18mg/L。第二節(jié) 離子交換法 實(shí)質(zhì)：不溶性離子化合物實(shí)質(zhì)：不溶性離子化合物(離子交換劑離子交換劑)上的可交上的可交換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應(yīng)，是一種換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應(yīng)，是一種特殊的吸附過(guò)程，通常是可逆化學(xué)吸附。特殊的吸附過(guò)程，通常是可逆化學(xué)吸附。 離子交換是可逆反應(yīng)，

10、其反應(yīng)式可表達(dá)為：離子交換是可逆反應(yīng)，其反應(yīng)式可表達(dá)為：HRMMRH交換交換樹脂樹脂交換交換離子離子飽和飽和樹脂樹脂 在平衡狀態(tài)下，樹脂中及溶液中的反應(yīng)物濃度符在平衡狀態(tài)下，樹脂中及溶液中的反應(yīng)物濃度符合下列關(guān)系式：合下列關(guān)系式：KRHMRMH平衡常數(shù)平衡常數(shù)K值的大小能定量地反值的大小能定量地反映離子交換劑對(duì)某兩個(gè)固定離子映離子交換劑對(duì)某兩個(gè)固定離子交換選擇性的大小。交換選擇性的大小。一、離子交換樹脂 離子交換樹脂是人工合成的高分子聚合物，由樹脂離子交換樹脂是人工合成的高分子聚合物，由樹脂本體本體(又稱母體或骨架又稱母體或骨架)和活性基團(tuán)兩個(gè)部分組成。和活性基團(tuán)兩個(gè)部分組成。種類種類凝膠型樹

11、脂凝膠型樹脂大孔型樹脂大孔型樹脂多孔凝膠型樹脂多孔凝膠型樹脂巨孔型巨孔型(MR型型)樹脂樹脂高巨孔型高巨孔型(超超MR型型)樹脂樹脂按活性基按活性基團(tuán)可分為團(tuán)可分為含有酸性基團(tuán)的陰離子交換樹脂含有酸性基團(tuán)的陰離子交換樹脂含有堿性基團(tuán)的陽(yáng)離子交換樹脂含有堿性基團(tuán)的陽(yáng)離子交換樹脂含有胺羧基團(tuán)等的螯合樹脂含有胺羧基團(tuán)等的螯合樹脂含有氧化還原基團(tuán)的氧化還原樹脂含有氧化還原基團(tuán)的氧化還原樹脂兩性樹脂兩性樹脂二、離子交換樹脂的選用1. 離子交換樹脂的有效離子交換樹脂的有效pH范圍范圍2. 交換容量交換容量 定量表示樹脂交換能力的大小，單位為定量表示樹脂交換能力的大小，單位為mol/kg(干干樹脂樹脂)或或

12、mol/L(濕樹脂濕樹脂)交交換換容容量量全交換全交換容量容量工作交工作交換容量換容量一定量的樹脂所具有的活性一定量的樹脂所具有的活性基團(tuán)或可交換離子的總數(shù)量基團(tuán)或可交換離子的總數(shù)量樹脂在給定工作條件下實(shí)際樹脂在給定工作條件下實(shí)際的交換能力的交換能力3. 交聯(lián)度交聯(lián)度 交聯(lián)度較高的樹脂，孔隙較低，密度較大，離子擴(kuò)散速交聯(lián)度較高的樹脂，孔隙較低，密度較大，離子擴(kuò)散速度較低，對(duì)半徑較大的離子和水合離子的交換量較小，浸泡度較低，對(duì)半徑較大的離子和水合離子的交換量較小，浸泡在水中時(shí)，水化度較低，形變較小，也就比較穩(wěn)定，不易破在水中時(shí)，水化度較低，形變較小，也就比較穩(wěn)定，不易破碎。碎。4. 交換勢(shì)交換勢(shì)

13、 交換勢(shì)大，交換離子越容易取代樹脂上的可交換交換勢(shì)大，交換離子越容易取代樹脂上的可交換離子，也就表明交換離子與樹脂之間的親和力越大。離子，也就表明交換離子與樹脂之間的親和力越大。規(guī)規(guī) 律律 （1）離子的交換勢(shì)）離子的交換勢(shì), 除同它本身和離子交換樹脂的除同它本身和離子交換樹脂的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外, 溫度和濃度的影響都很大。溫度和濃度的影響都很大。 （2）在常溫和低濃度水溶液中，陽(yáng)離子的價(jià)態(tài)越在常溫和低濃度水溶液中，陽(yáng)離子的價(jià)態(tài)越高，它的交換勢(shì)越大。高，它的交換勢(shì)越大。 （3）在常溫和低濃度水溶液中，同價(jià)陽(yáng)離子的交在常溫和低濃度水溶液中，同價(jià)陽(yáng)離子的交換勢(shì)大致上是原子序數(shù)越高，交換勢(shì)越

14、大；但是稀土換勢(shì)大致上是原子序數(shù)越高，交換勢(shì)越大；但是稀土元素情況正好相反。元素情況正好相反。 （4）氫離子對(duì)陽(yáng)離子交換樹脂的交換勢(shì)，取決于氫離子對(duì)陽(yáng)離子交換樹脂的交換勢(shì)，取決于樹脂的性質(zhì)。樹脂的性質(zhì)。 （5）在常溫和低濃度水溶液中，對(duì)弱堿性陰離子）在常溫和低濃度水溶液中，對(duì)弱堿性陰離子交換樹脂來(lái)說(shuō)交換樹脂來(lái)說(shuō), 酸根酸根(陰離子陰離子)的交換序列如下：的交換序列如下：SO42- CrO42- 檸檬酸根檸檬酸根酒石酸根酒石酸根 NO3- AsO43- PO43- MoO42- 醋酸根、醋酸根、I-、Br- Cl- F-。 （6）對(duì)強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂講，離子的交換勢(shì)）對(duì)強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂講，

15、離子的交換勢(shì)隨樹脂的性質(zhì)而異，沒(méi)有一般性的規(guī)律。隨樹脂的性質(zhì)而異，沒(méi)有一般性的規(guī)律。 （7）氫氧基對(duì)陰離子交換樹脂的交換勢(shì)決定于樹）氫氧基對(duì)陰離子交換樹脂的交換勢(shì)決定于樹脂類型。脂類型。 （8）離子量高的有機(jī)離子和金屬絡(luò)合離子的交換）離子量高的有機(jī)離子和金屬絡(luò)合離子的交換勢(shì)特別大。勢(shì)特別大。 （9）大孔型樹脂具有很強(qiáng)的吸附性能，往往可以）大孔型樹脂具有很強(qiáng)的吸附性能，往往可以吸附廢水中的非離子型雜質(zhì)。吸附廢水中的非離子型雜質(zhì)。三、離子交換的工藝和設(shè)備離子交換裝置離子交換裝置固定床固定床單層床單層床雙層床雙層床混合床混合床連續(xù)床連續(xù)床移動(dòng)床移動(dòng)床流動(dòng)床流動(dòng)床四、離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用1.

16、電鍍含鉻廢水的處理電鍍含鉻廢水的處理 生產(chǎn)實(shí)踐表明，在電鍍車間鉻鍍槽的洗滌水閉生產(chǎn)實(shí)踐表明，在電鍍車間鉻鍍槽的洗滌水閉路循環(huán)系統(tǒng)中采用離子交換法分離、回收鉻酸是有路循環(huán)系統(tǒng)中采用離子交換法分離、回收鉻酸是有效的。效的。 固定床離子交換器的設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)物料平衡原理，可得如下基本固定床離子交換器的設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)物料平衡原理，可得如下基本公式：公式：TccqAhEOV)(A離子交換器截面積，離子交換器截面積，m2；h樹脂層高度，樹脂層高度，m；E交換樹脂的工作交換容量，交換樹脂的工作交換容量，mmol/L;qv廢水平均流量，廢水平均流量，m3/h;c0進(jìn)水濃度，進(jìn)水濃度，mmol/L;c出水濃度，

17、出水濃度，nmol/L；T交換周期，交換周期，h。第 三 節(jié) 萃 取 法 萃取：用適當(dāng)?shù)娜軇┓蛛x混合物的過(guò)程。萃取：用適當(dāng)?shù)娜軇┓蛛x混合物的過(guò)程。步驟步驟把萃取劑加入廢水，并使它們充分接觸，把萃取劑加入廢水，并使它們充分接觸，有害物質(zhì)作為萃取物從廢水中轉(zhuǎn)移到萃取有害物質(zhì)作為萃取物從廢水中轉(zhuǎn)移到萃取劑中劑中把萃取劑和廢水分離開(kāi)了，廢水就得到了把萃取劑和廢水分離開(kāi)了，廢水就得到了處理處理把萃取物從萃取劑中分離出來(lái)，使有害物把萃取物從萃取劑中分離出來(lái)，使有害物成為有用的副產(chǎn)品，而萃取劑則可用于萃成為有用的副產(chǎn)品，而萃取劑則可用于萃取過(guò)程才算在技術(shù)上已經(jīng)成立；其次，就取過(guò)程才算在技術(shù)上已經(jīng)成立；其次，

18、就是經(jīng)濟(jì)上的考慮是經(jīng)濟(jì)上的考慮一、萃取劑 萃取劑對(duì)被萃取物的溶解度要高，對(duì)水中其萃取劑對(duì)被萃取物的溶解度要高，對(duì)水中其他物質(zhì)的溶解度要低，而萃取劑本身在水中的溶他物質(zhì)的溶解度要低，而萃取劑本身在水中的溶解度要低。解度要低。 分配系數(shù)分配系數(shù)Kf表征萃取劑的溶解性能：表征萃取劑的溶解性能：*s*cfccK 萃取劑在廢水中不會(huì)乳化，容易同廢水分離。萃取劑在廢水中不會(huì)乳化，容易同廢水分離。 萃取劑要易于再生。萃取劑要易于再生。 萃取劑價(jià)格要低廉，供應(yīng)要充沛。萃取劑價(jià)格要低廉，供應(yīng)要充沛。二、 萃取過(guò)程萃取過(guò)程的三種流程萃取過(guò)程的三種流程 單級(jí)萃取中萃取劑用量的計(jì)算可根據(jù)物料衡算單級(jí)萃取中萃取劑用量的

19、計(jì)算可根據(jù)物料衡算原理原理(即流入萃取系統(tǒng)的萃取物量等于流出萃取系統(tǒng)即流入萃取系統(tǒng)的萃取物量等于流出萃取系統(tǒng)的萃取物量的萃取物量)，可得：，可得：ccssccsscVcVcVcV 通常，廢水的量和質(zhì)與萃取劑的質(zhì)都是已知的，通常，廢水的量和質(zhì)與萃取劑的質(zhì)都是已知的，要計(jì)算萃取劑的量，從上式可得：要計(jì)算萃取劑的量，從上式可得：ccssscccccVV 本式也適用于多效萃取。本式也適用于多效萃取。三、萃取設(shè)備分類分類罐式罐式(萃取器萃取器)塔式塔式(萃取塔萃取塔)離心機(jī)式離心機(jī)式(離心萃取機(jī)離心萃取機(jī))1. 篩板萃取塔篩板萃取塔2. 脈動(dòng)篩板萃取塔脈動(dòng)篩板萃取塔3. 轉(zhuǎn)盤萃取塔轉(zhuǎn)盤萃取塔4. 填料萃

20、取塔填料萃取塔四、萃取法在廢水處理中的應(yīng)用1. 萃取法處理含酚廢水萃取法處理含酚廢水第 四 節(jié) 膜 析 法 一、擴(kuò)散滲析法半透膜的半透膜的滲析作用滲析作用依靠薄膜中依靠薄膜中“孔道孔道”的大小分的大小分離不同的分子或離子離不同的分子或離子依靠薄膜的離子結(jié)構(gòu)分離性質(zhì)依靠薄膜的離子結(jié)構(gòu)分離性質(zhì)不同的離子不同的離子依靠薄膜的有選擇的溶解性分依靠薄膜的有選擇的溶解性分離某些物質(zhì)離某些物質(zhì)陽(yáng)極反應(yīng)式：陽(yáng)極反應(yīng)式：2OH2HO2H24224SOHSO2H2e2HO2OH2陰極反應(yīng)式：陰極反應(yīng)式：Fe2eFe22H2e2H二、 電滲析法海水淡化電滲析法示意圖海水淡化電滲析法示意圖三、反滲透法 反滲透法是以壓力為驅(qū)動(dòng)力的膜法分離技術(shù)。反滲透法是以壓力為驅(qū)動(dòng)力的膜法分離技術(shù)。滲透和反滲透 幾種反滲透膜的性能幾種反滲透膜的性能裝裝置置板框式板框式把滲透膜貼在多孔透水板單側(cè)或兩側(cè)，把滲透膜貼在多孔透水板單側(cè)或兩側(cè)，再緊貼在不銹鋼或環(huán)氧玻璃鋼承壓板的再緊貼在不銹鋼或環(huán)氧玻璃鋼承壓板的兩側(cè)