過濾-吸附理論培訓(xùn)

北京清大國華環(huán)?？萍加邢薰竞幽衔ｋU廢物處置中心物化處理系統(tǒng)基礎(chǔ)理論培訓(xùn)（五）過濾、吸附理論第一頁，共二十六頁。1.過濾理論第二頁，共二十六頁。原理過濾是利用過濾材料分離廢水中雜質(zhì)的一種技術(shù)。根據(jù)過濾材料不同，過濾可分為顆粒材料過濾和多孔材料過濾兩大類。在廢水處理中，顆粒材料過濾主要用于經(jīng)混凝或生物處理后低濃度懸浮物的去除。常見的如濾池。多孔材料過濾一般用于懸浮物濃度較高或顆粒較大的情況。第三頁，共二十六頁。1.1濾網(wǎng)濾網(wǎng)－污水中含有的細小懸浮物，不能用格柵去除，也難用沉淀去除，可采用小孔眼的濾網(wǎng)截留，回收。篩網(wǎng)通常用金屬絲或化學(xué)纖維編制而成。其形式有轉(zhuǎn)鼓式、轉(zhuǎn)盤式、振動式、轉(zhuǎn)簾帶式和固定式傾斜篩多種。篩孔尺寸可根據(jù)需要，一般為0.15～1.0mm。常用旋轉(zhuǎn)式濾網(wǎng)，污水從外側(cè)流入內(nèi)側(cè)，懸浮物被截留，然后用刮刀刮下運走。優(yōu)：效率高，可回收有用的物質(zhì)。缺：易堵塞。第四頁，共二十六頁。第五頁，共二十六頁。第六頁，共二十六頁。1.2濾池濾池－去除微量懸浮物，深度處理。1.2.1濾池過濾機理。1）機械篩濾作用－把濾料層作為篩子，某些粒徑大于孔隙尺寸的雜質(zhì)被截留，孔隙變小一些，于是后續(xù)的細小懸浮雜質(zhì)也可被截留。2）沉淀作用－把濾料看作層層疊疊起來的多層沉淀池。利用巨大的沉淀面積截留水中微小粒子。3）絮凝作用－把濾料作為接觸吸附介質(zhì)，介質(zhì)緊密排列，水在介質(zhì)中流動時，雜質(zhì)被吸附在介質(zhì)表面并成長為大顆粒，巨大的表面積產(chǎn)生強烈的吸附能力。第七頁，共二十六頁。1.2.2截留雜質(zhì)規(guī)律

從接觸絮凝作用考慮，雜質(zhì)與濾料接觸，被濾料表面分子間力吸附絮凝，同時水力沖刷可使絮凝雜質(zhì)脫落向下層移動，被下層濾料截留。在過濾周期將終止時，表層濾料最細，吸附表面張力最大，截留的雜質(zhì)最多，表層孔隙逐漸被雜質(zhì)阻塞，盡管下層濾料還未發(fā)揮應(yīng)有作用，但周期已終止，導(dǎo)致出現(xiàn)雙層濾料，表層的濾料粒徑大一些，截留的雜質(zhì)多一些。第八頁，共二十六頁。1.2.3構(gòu)造－污水濾料和給水濾料有許多相同之處，與給水濾料的不同之處如下：濾料粒徑大，強度高，耐腐蝕，成本低?？箾_擊性負荷，出現(xiàn)雙層濾料。運行周期長。運行方式分為正向流和反向流。

第九頁，共二十六頁。1.2.4濾料

石英砂、無煙煤、陶粒、聚丙烯球、爐灰渣、煙道灰、焦炭、電化學(xué)濾料。

1.2.5電化學(xué)濾料濾池

原理－兩種不同的金屬直接接觸，浸沒在有傳導(dǎo)性的電解質(zhì)溶液里，可形成原電池，通過選用活性金屬組成原電池可在它作用空間產(chǎn)生一個電場。電化學(xué)濾料濾池是利用污水中含有電解質(zhì)物質(zhì)，當(dāng)鐵屑浸沒在含有電解質(zhì)的污水中，鐵屑晶體結(jié)構(gòu)上的鐵一碳之間形成了許多微小的腐蝕電池，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，在它的作用空間產(chǎn)生一個電場，鐵一碳表面有電流流動，形成一種內(nèi)部內(nèi)電解反應(yīng)，在電場作用下，鐵陽極失去電子生成Fe2+進入污水中，碳陰極得到電子使碳表面的H+生成H2逸出，電極反應(yīng)如下：第十頁，共二十六頁。陽極：2Fe—2Fe2++4e陰極：4H++4e—2H2(酸性溶液)O2+2H2O+4e—4OH-（中性溶液或堿性溶液）腐蝕電化學(xué)反應(yīng)，在它的表面有電流流動，由于腐蝕原電池的作用，在電位較低的鐵陽極上，金屬鐵失去電子變成鐵離子進入溶液，電子流向陰極，在碳陰極附近，流來的電子被溶液中能夠吸收電子的物質(zhì)所接受，生成以氫氧根形式出現(xiàn)的陰離子，中和金屬離子，形成一種內(nèi)部電解反應(yīng)。電極反應(yīng)陰極新生成的H2能與污水中的許多污染組份發(fā)生氧化還原作用，陽極生成的Fe2+是良好的絮凝劑，能夠捕集、裹挾污水中的污染物共沉。第十一頁，共二十六頁。

應(yīng)用：采用鐵屑和活性炭組成電池，由于電極電位不同，形成一組短路的電池，鐵陽極失去電子生成Fe2＋進入水中，電子流向陰極，在炭表面H＋得到電子還原成H2，水中Fe2＋與OH－結(jié)合形成Fe(OH)2絮凝體，電池不斷反應(yīng)，濾池強化工作作用。例如，將鐵屑和碳粒浸沒在ξ—電位為30mv的污水溶液中，鐵屑和碳粒的電位差為1.2伏，粒料間的分離距離為0.1cm,可以得到5×10-3cm/s的分離速度，從理論上計算20s就完成沉積過程。

特點：1）具有普通濾池的功能，2）具有原電池的電化學(xué)反應(yīng)。3）起到電解反應(yīng)的電氧化和電絮凝。第十二頁，共二十六頁。1.3微濾機

可截留污水中微小的懸浮顆粒，濾布采用尼龍布和金屬網(wǎng)，孔隙小于100μ，懸浮物去除率75－90％，濾后水中懸浮物小于5mg/L。第十三頁，共二十六頁。2.吸附理論第十四頁，共二十六頁。原理

在相界面上，物質(zhì)的濃度自動發(fā)生累積或濃集的現(xiàn)象稱為吸附。吸附就是利用多孔性的固體物質(zhì)，使廢水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。第十五頁，共二十六頁。2.1產(chǎn)生吸附的原因1．物理吸附

吸附劑和吸附質(zhì)之間通過分子間力產(chǎn)生的吸附稱為物理吸附。物理吸附可形成單分子吸附層或多分子吸附層。被吸附的分子由于熱運動還會離開吸附劑表面，這種現(xiàn)象稱為解吸，它是吸附的逆過程。（可逆的，是一種動態(tài)平衡）2．化學(xué)吸附（成本高，基本不用）化學(xué)吸附是吸附劑和吸附質(zhì)之間由于化學(xué)鍵力引起的化學(xué)作用，一種吸附劑只能對某幾種吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)吸附，因此化學(xué)吸附具有選擇性，不可逆性。3．離子吸附（使用也不多）互相交換離子的吸附，依靠靜電引力牢固吸附。第十六頁，共二十六頁。2.2吸附等溫線1．吸附平衡吸附過程是可逆的，當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時，則吸附質(zhì)在溶液中的濃度和吸附劑表面上的濃度都不改變而達到平衡，此時吸附質(zhì)在溶液中的濃度稱為平衡濃度。吸附劑吸附能力的大小以吸附量q表示，指單位重量的吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的重量。

q=V(Co—C)/W式中V—廢水容積；W—吸附劑投量；Co—原水吸附質(zhì)濃度；C—吸附平衡時水中剩余的吸附質(zhì)濃度。第十七頁，共二十六頁。(1)朗謬爾公式朗謬爾公式是從動力學(xué)觀點出發(fā)，通過一些假設(shè)條件而推導(dǎo)出來的單分子吸附公式。

式中q——吸附量C——吸附質(zhì)平衡濃度a、b——吸附常數(shù)。將上式改為倒數(shù)式，即：第十八頁，共二十六頁。(2)費蘭德利希公式

q=KC1/n

式中q——吸附量；C——吸附質(zhì)平衡濃度；K、1/n——常數(shù)。將上式改寫為對數(shù)式：第十九頁，共二十六頁。2.3吸附速度吸附速度是指單位重量的吸附劑在單位時間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。吸附過程可分為3個階段。第一階段為外部擴散階段。在吸附劑周圍存在著一層固定的水膜。吸附質(zhì)首先通過這個水膜才能到達吸附劑的表面，所以吸附速度與液膜擴散速度有關(guān)。第二階段稱為顆粒內(nèi)部擴散階段。經(jīng)水膜擴散到吸附劑表面的吸附質(zhì)向細孔深處擴散。第三階段稱為吸附反應(yīng)階段。吸附質(zhì)被吸在細孔的內(nèi)表面上。第二十頁，共二十六頁。2.4影響吸附的因素1．吸附劑的性質(zhì)一般是極性分子吸附劑易吸附極性分子吸附質(zhì)，非極性分子吸附劑易于吸附非極性吸附質(zhì)。（處理污水是常用非極性吸附劑-活性炭）2．吸附質(zhì)的性質(zhì)吸附質(zhì)的溶解度，表面自由能，極性，吸附質(zhì)分子的大小，吸附質(zhì)的濃度有關(guān)

3．廢水的pH值廢水的pH值影響吸附劑及吸附質(zhì)的性質(zhì)。4．共存物質(zhì)物理吸附時吸附劑可吸附多種吸附質(zhì)。一般共存多種吸附質(zhì)時，吸附劑對某種吸附質(zhì)的吸附能力比只含該種吸附質(zhì)時的吸附能力差。

5．溫度

因為物理吸附過程是放熱過程，溫度升高吸附量減少，反之吸附量增加。

6．接觸時間

在進行吸附時，應(yīng)保證吸附質(zhì)與吸附劑有一定的接觸時間，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。第二十一頁，共二十六頁。2.5吸附操作方式2.5.1靜態(tài)吸附在廢水不流動的條件下，進行的吸附操作稱為靜態(tài)吸附操作，靜態(tài)吸附在廢水處理中采用較少。2.5.2動態(tài)吸附動態(tài)吸附是在廢水流動條件下進行的吸附操作。當(dāng)廢水連續(xù)通過填充吸附劑的吸附設(shè)備時，廢水中的吸附質(zhì)便被吸附劑吸附，從吸附設(shè)備流出的廢水中吸附質(zhì)的濃度可以降低，吸附劑使用一段時間后，出水中的吸附質(zhì)的濃度逐漸增加，當(dāng)增加到某一數(shù)值時，將吸附劑進行再生。第二十二頁，共二十六頁。2.5.3穿透曲線

向固定床連續(xù)地通人廢水，發(fā)現(xiàn)有的填充層正在發(fā)生吸附作用，呈現(xiàn)明顯的吸附帶，在這段下部的填充層幾乎沒有發(fā)生吸咐作用，在其上部的填充層由于已達到飽和狀態(tài)，不再起吸附作用。當(dāng)有明顯的吸附帶時，吸附帶隨廢水的不斷流人而緩緩地向下移動。吸附帶的移動速度比廢水在填充層內(nèi)流動的線速度要小的多。當(dāng)吸附帶下緣移到填充層下端時，從裝置中流出的廢水中便開始出現(xiàn)吸附質(zhì)。以后繼續(xù)通水，出水中吸附質(zhì)的濃度將迅速增加，直到等于原水的濃度C0時為止。第二十三頁，共二十六頁。2.6吸附劑

廢水處理中常用的吸附劑有活性炭，磺化煤、沸石、活性白土、硅藻土、焦炭等。工程中使用較多的是活性炭，活性炭的比表面積可達500～1700m2／g。第二十四頁，共二十六頁。PARTEND北京清大國華環(huán)?？萍加邢薰镜诙屙摚捕?。內(nèi)容總結(jié)北京清大國華環(huán)?？萍加邢薰?。北京清大國華環(huán)保科技有限公司。過濾是利