水處理原理與工藝物理化學(xué)處理法離子交換吸附

水處理原理與工藝課件物理化學(xué)處理法離子交換吸附1第1頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章水處理方法概論第二章物理處理法工藝原理第三章化學(xué)處理法工藝原理第四章物理化學(xué)處理法工藝原理第五章生物處理法工藝原理第六章污水的深度處理技術(shù)第七章工業(yè)循環(huán)冷卻水的水質(zhì)處理與控制2第2頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四章

物理化學(xué)處理法工藝原理3第3頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、混凝

物化處理法應(yīng)用的場(chǎng)合很多，多用在廢水的深度處理中，在自來(lái)水的常規(guī)處理工藝以及工業(yè)給水的處理工藝中，也常見(jiàn)到物化的處理技術(shù)。2、離子交換3、吸附4、萃取5、膜分離4第4頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換法

利用固相離子交換劑功能基團(tuán)所帶的可交換離子，與接觸交換劑的溶液中相同電性的離子進(jìn)行交換反應(yīng)，以達(dá)到離子置換、分離、去除、濃縮等目的。2、離子交換5第5頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）工業(yè)用水處理中，離子交換法占有很重要的位置，是水的軟化除鹽處理最常使用的方法；（2）工業(yè)廢水處理中，離子交換法主要用以回收重金屬離子，如處理含鉻廢水，含鉬再生液，也用于放射性廢水和有機(jī)廢水的處理。優(yōu)點(diǎn)：去除率高、可濃縮回收有用物質(zhì)、設(shè)備較簡(jiǎn)單、操作控制容易；缺點(diǎn)：應(yīng)用范圍受到離子交換劑品種、性能、成本的限制，對(duì)預(yù)處理要求較高，離子交換劑的再生及再生液的處理較難。6第6頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換劑的種類

根據(jù)母體材質(zhì)的不同，離子交換劑可以分為無(wú)機(jī)離子交換劑和有機(jī)離子交換劑兩大類。無(wú)機(jī)離子交換劑：沸石、磺化煤等，用得不多；有機(jī)離子交換劑：又稱離子交換樹(shù)脂，一種高分子聚合物電解質(zhì)，使用最廣泛。2.1離子交換劑7第7頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8第8頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

9第9頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子骨架接在骨架上的功能基團(tuán)相反電荷的可交換離子含水體系由苯乙烯和二乙烯基苯聚合而成的一類帶有功能基的具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不溶性高分子化合物。離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)10第10頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月凝膠型樹(shù)脂：由苯乙烯和二乙烯基苯（DVB，交聯(lián)劑）混合物在引發(fā)劑存在下進(jìn)行自由基懸浮聚合，得到具有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合體，這種聚合體一般是呈透明狀態(tài)的，無(wú)孔的凝膠型樹(shù)脂。吸水溶脹。

交聯(lián)度：DVB加入量占單體總量的百分?jǐn)?shù)，表示網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)粗密的尺度。高交聯(lián)度樹(shù)脂（高于8％交聯(lián)度），溶脹度較低大孔型樹(shù)脂：在凝膠型樹(shù)脂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，通過(guò)加入適量的致孔劑，使在網(wǎng)狀骨架固化和鏈節(jié)結(jié)構(gòu)單元形成的過(guò)程中，填墊惰性分子，預(yù)先留下孔道而形成的，在骨架固定后，再抽走致孔劑，便留下不受干濕或縮漲影響的永久性孔道。離子交換樹(shù)脂的分類－按樹(shù)脂骨架11第11頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂其他離子交換樹(shù)脂強(qiáng)酸型中強(qiáng)酸型弱酸型強(qiáng)堿I型強(qiáng)堿II型弱堿型鰲合樹(shù)脂氧化還原樹(shù)脂陰陽(yáng)兩性樹(shù)脂-SO3H-PO(OH)2-COOH-N+(CH3)3Cl--NH2,-NRH-NR2鰲合基氧化還原基陰陽(yáng)兩性基N+(CH3)2（CH2CH2OH）離子交換樹(shù)脂的分類－按功能基特性12第12頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交聯(lián)度：DVB加入量占單體總量的百分?jǐn)?shù)，表示網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)粗密的尺度。低交聯(lián)度：交聯(lián)度在2％～4％；一般交聯(lián)度：交聯(lián)度7％～8％；高交聯(lián)度：交聯(lián)度12％～20％。離子交換樹(shù)脂的分類－按交聯(lián)度13第13頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹(shù)脂產(chǎn)品分類、命名及型號(hào)(GB1631-1979)中國(guó)石油化學(xué)工業(yè)部1979年

根據(jù)離子交換樹(shù)脂功能基的性質(zhì)，將其分為強(qiáng)酸、弱酸、強(qiáng)堿、弱堿、螯合、兩性和氧化還原等七類。全稱由分類名稱，骨架(或基團(tuán))名稱，基本名稱(離子交換樹(shù)脂)排列組成。凡屬酸性的應(yīng)在基本名稱前加“陽(yáng)”字；凡屬堿性，在基本名稱-1-前加“陰”字。離子交換樹(shù)脂的型號(hào)由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成，第一位代表產(chǎn)品的分類，第二位數(shù)字代表骨架的差異，第三位為順序號(hào)

，用以區(qū)別基團(tuán)，交聯(lián)度等不同。-2-離子交換樹(shù)脂的命名14第14頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一、二位數(shù)字的含義離子交換產(chǎn)品分類、骨架代號(hào)分類代號(hào)分類名稱骨架代號(hào)骨架名稱0強(qiáng)酸0苯乙烯系1弱酸1丙烯酸系2強(qiáng)堿2酚醛系3弱堿3環(huán)氧系4鰲合4乙烯吡啶系5兩性5脲醛系6氧化還原6氯乙烯系15第15頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月凡大孔型離子交換樹(shù)脂，在型號(hào)前加“大”字的漢語(yǔ)拼音首位字母“D”表示。

D301分類代號(hào)骨架代號(hào)順序號(hào)大孔型代號(hào)凝膠型交換樹(shù)脂，在型號(hào)后面用“×”號(hào)聯(lián)接阿拉伯?dāng)?shù)字表示交聯(lián)度。

001×7分類代號(hào)骨架代號(hào)順序號(hào)聯(lián)接符號(hào)交聯(lián)度大孔弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹(shù)脂

強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂

16第16頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

離子交換樹(shù)脂的合成在方法上可分為加聚型和縮聚型。目前用量最多的是加聚型離子交換樹(shù)脂，其中又以交聯(lián)聚苯乙烯系和交聯(lián)聚丙烯酸系為主。聚苯乙烯系占離子交換樹(shù)脂總用量的95%以上。大多數(shù)離子交換樹(shù)脂的合成都是先以懸浮共聚的方法合成交聯(lián)共聚球珠（母體），再通過(guò)一定的化學(xué)反應(yīng)引入所需要的離子交換基團(tuán)。

離子交換樹(shù)脂的合成通過(guò)在聚合過(guò)程中加入或不加入致孔劑的制備方法，可使得到的母體有大孔型或凝膠型的物理結(jié)構(gòu)。17第17頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交換選擇性交換容量粒度密度交聯(lián)度含水量溶脹性（轉(zhuǎn)型膨脹率）機(jī)械強(qiáng)度耐熱性孔結(jié)構(gòu)……離子交換樹(shù)脂的性能指標(biāo)18第18頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)交換選擇性

離子交換樹(shù)脂對(duì)于水溶液中某種離子優(yōu)先交換的性能，稱為樹(shù)脂的交換選擇性，又稱為交換勢(shì)，與水中離子的種類、離子交換基團(tuán)的性能、水中該離子的濃度等因素有關(guān)。

在天然水的離子濃度和溫度條件下，離子交換選擇性的一些規(guī)律：離子的交換勢(shì)隨溶液中離子價(jià)數(shù)的增加而增加；價(jià)數(shù)相同時(shí)，隨原子序數(shù)的增加而增加。19第19頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月強(qiáng)堿樹(shù)脂強(qiáng)酸樹(shù)脂弱酸樹(shù)脂弱堿樹(shù)脂Th4+>Fe3+>

Ca2+>

Mg2+>NH4+>＝

K+>

Na+>

H+>

Li+H+》Fe3+>Al3+>Ca2+>

Mg2+>K+=NH4+>Na+>

Li+PO43->SO42->NO3->Cl->

OH->F->HCO3->HSIO3-OH-》SO42->NO3->Cl->HCO3-20第20頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交換勢(shì)隨離子濃度的增加而增大，高濃度的低價(jià)離子甚至可以把高價(jià)離子置換下來(lái)，這就是離子交換樹(shù)脂能夠再生的依據(jù)；H+離子和OH-離子的交換勢(shì)，取決于他們與固定離子所形成的酸或堿的強(qiáng)度，強(qiáng)度越大，交換勢(shì)越小。金屬在溶液中呈絡(luò)陰離子存在時(shí)，一般來(lái)說(shuō)，交換勢(shì)降低。21第21頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)交換容量樹(shù)脂的交換能力用交換容量來(lái)衡量，表示樹(shù)脂所能交換的交換離子數(shù)量，單位mol/g或mol/m3

交換容量的表示方法有如下幾種：全交換容量：離子交換樹(shù)脂內(nèi)部全部可交換的活性基團(tuán)的數(shù)量，此值決定于樹(shù)脂內(nèi)部組成，與外界溶液條件無(wú)關(guān)，是一個(gè)常數(shù)，可用滴定法測(cè)定。22第22頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

平衡交換容量：在一定的外界溶液條件下，交換反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，交換樹(shù)脂所能交換的離子數(shù)量，其值隨外界條件變化而異。工作交換容量：樹(shù)脂在使用中實(shí)際表現(xiàn)出來(lái)的交換容量。其值遠(yuǎn)小于全交換容量。

樹(shù)脂的全交換容量最大，平衡交換容量次之，工作交換容量最小。23第23頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)樹(shù)脂的粒度樹(shù)脂的粒度對(duì)交換速度、水流阻力和反洗有很大影響，粒度大，交換速度慢，交換容量低；粒度小，水流阻力大。因此，粒度大小要適當(dāng)，分布要合理。

一般樹(shù)脂的粒徑位0.3~1.2mm，有效粒徑(d10)位0.36~0.61，均一系數(shù)（d40/d90)為1.22~1.66，越接近1，說(shuō)明粒度越均勻。24第24頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)樹(shù)脂的密度

樹(shù)脂密度是設(shè)計(jì)交換柱、確定反沖洗強(qiáng)度的重要指標(biāo)，也是影響樹(shù)脂分層的主要因素。濕真密度：樹(shù)脂在水中充分溶解后的質(zhì)量與真體積（不包括顆?？紫扼w積）之比，一般為1.04~1.3g/mL。濕視密度：樹(shù)脂在水中溶解后的質(zhì)量與堆積體積之比，一般為0.60~0.85g/mL。一般來(lái)說(shuō)，陽(yáng)樹(shù)脂的密度大于陰樹(shù)脂。25第25頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(5)樹(shù)脂的交聯(lián)度樹(shù)脂的交聯(lián)度對(duì)樹(shù)脂的許多性能有廣泛的影響：

隨交聯(lián)度的增加，樹(shù)脂結(jié)構(gòu)緊密，微孔小，樹(shù)脂含水量降低，溶脹度減小，離子交換速度下降，在催化反應(yīng)中活性降低；但在另一方面，樹(shù)脂對(duì)離子的選擇性會(huì)有所增加，機(jī)械強(qiáng)度改善，耐化學(xué)藥品和氧化性能提高。水處理中常用的樹(shù)脂的交聯(lián)度為7％～10％，此時(shí)，樹(shù)脂網(wǎng)架中平均孔隙大小約為2～4nm。26第26頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(6)樹(shù)脂的含水量

在水中充分溶脹的濕樹(shù)脂所含溶脹水重占濕樹(shù)脂重的百分比，一般在50％左右。

含水量主要取決于樹(shù)脂的交聯(lián)度、活性基團(tuán)的類型和數(shù)量等。交聯(lián)度越小，樹(shù)脂中的孔隙就越大，含水量也相應(yīng)增加。27第27頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(7)樹(shù)脂的溶脹性能指干樹(shù)脂浸入水中，由于活性基團(tuán)的水合作用使交聯(lián)網(wǎng)孔增大，體積膨脹的現(xiàn)象。樹(shù)脂的交聯(lián)度越小，活性基團(tuán)數(shù)量越多，越易離解，可交換離子水合半徑越大，其溶脹率也越大。轉(zhuǎn)型膨脹率（％）:樹(shù)脂從一種型號(hào)轉(zhuǎn)為另一種型號(hào)時(shí)體積變化的百分?jǐn)?shù)。在交換容器的設(shè)計(jì)時(shí)需預(yù)留空間。

一般地，苯乙烯系陽(yáng)樹(shù)脂從Na型轉(zhuǎn)為H型，轉(zhuǎn)型膨脹率5～10％；苯乙烯系陰樹(shù)脂從Cl型轉(zhuǎn)為OH型，膨脹率10～20％；丙烯酸系陽(yáng)樹(shù)脂的轉(zhuǎn)型膨脹率很高，由H型轉(zhuǎn)為Na型膨脹率約為60~70%。28第28頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(8)其他性能指標(biāo)機(jī)械強(qiáng)度：反映樹(shù)脂保持顆粒完整性的能力。主要取決于交聯(lián)度和溶脹率。交聯(lián)度越大，溶脹率越小，則機(jī)械強(qiáng)度越高；耐熱性：若操作溫度過(guò)高，易使活性基團(tuán)分解，從而影響交換容量和使用壽命；溫度過(guò)低，樹(shù)脂內(nèi)水分凍結(jié)，使顆粒破裂。通常控制在5~40℃為宜。孔結(jié)構(gòu)：主要針對(duì)大孔型樹(shù)脂而言，大孔樹(shù)脂的交換容量、交換速度等性能均與孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。常用離子交換樹(shù)脂的性能，表15－2

29第29頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

在離子交換樹(shù)脂的實(shí)際應(yīng)用中，選用合適的樹(shù)脂很重要。通常要求選用具有體積交換容量高、選擇性高、再生性能好和使用壽命長(zhǎng)的樹(shù)脂。離子交換樹(shù)脂的選用主要考慮以下兩方面：(1)樹(shù)脂種類的選擇；(2)樹(shù)脂功能基與離子型式的選用。離子交換樹(shù)脂的選擇30第30頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月樹(shù)脂選用要點(diǎn)（1）樹(shù)脂種類的選擇如果被交換的離子是無(wú)機(jī)陽(yáng)離子或有機(jī)堿陽(yáng)離子，則選用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；如果被交換的離子是無(wú)機(jī)陰離子或有機(jī)酸根，則用陰離子交換樹(shù)脂；如果被交換的離子是絡(luò)陰離子(FeCl4-

、FeCl52-)、絡(luò)陽(yáng)離子(Cu(NH3)42+)，則分別用陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；如在大量的一價(jià)金屬離子存在下除去二價(jià)及二價(jià)以上的離子(飽和NaCl、KCl等溶液的精制)，可選用含用亞氨二乙酸基、氨基磷酸螯合基的螯合樹(shù)脂。31第31頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月樹(shù)脂選用要點(diǎn)（2）功能基與離子型式的選用

對(duì)于離解常數(shù)較小(pK值大于5)的酸，例如，硅酸、碳酸、硼酸、氫硫酸，它們不與弱堿樹(shù)脂起作用，能與強(qiáng)堿樹(shù)脂作用，洗脫也容易進(jìn)行。徹底去除微量雜質(zhì)時(shí)，要用強(qiáng)型樹(shù)脂。如雜質(zhì)多而不要求徹底除盡時(shí)，可選用弱型樹(shù)脂。去除特定離子，最好選用有高度選擇性的螯合樹(shù)脂。32第32頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

樹(shù)脂宜在0～40℃下存放，當(dāng)環(huán)境溫度低于0℃或發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂脫水后，應(yīng)向包裝袋內(nèi)加入飽和食鹽水浸泡；對(duì)長(zhǎng)時(shí)期停運(yùn)而閑置在交換器中的樹(shù)脂應(yīng)定期換水；通常強(qiáng)性樹(shù)脂以鹽型保存，弱酸樹(shù)脂以氫型保存，弱堿樹(shù)脂以游離胺型保存，性能最穩(wěn)定。離子交換樹(shù)脂的保存33第33頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

樹(shù)脂在使用前都要進(jìn)行預(yù)處理，以除去雜質(zhì)，最好分別用水、5％HCl、2％～4％NaOH反復(fù)浸泡清洗兩次，每次4～8h。

離子交換樹(shù)脂的預(yù)處理

離子交換樹(shù)脂的鑒別

參見(jiàn)教材P215－表15－334第34頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

離子交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，這種可逆反應(yīng)并不是在均相溶液中進(jìn)行，而是在固態(tài)樹(shù)脂和水溶液(或親水有機(jī)溶劑)的界面間。R-SO3--SO3--SO3--SO3--SO3--SO3-Na+Na+Na+Na+Na+Na++3Cａ2++6Cl-+6Nａ+

+6Cl-R-SO3--SO3--SO3--SO3--SO3--SO3-Cａ2+Cａ2+Cａ2+離子交換反應(yīng)的界面過(guò)程離子交換平衡2.2離子交換原理35第35頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

在水溶液中，離子交換樹(shù)脂可解離出Na+(A+),并擴(kuò)散到溶液中。同時(shí)，溶液中Ca2+(B2+)也能擴(kuò)散到整個(gè)樹(shù)脂結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，這兩種離子間的濃度差推動(dòng)著它們之間的交換，濃度差越大，交換速度就越快，當(dāng)這種交換反應(yīng)進(jìn)行到一定程度，就建立了離子交換平衡:（樹(shù)脂和溶液中都同時(shí)存在B2+和A+兩種離子）

2R-A++B2+R2B+2A+36第36頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一個(gè)離子交換平衡反應(yīng)是否有實(shí)際意義，在很大程度上依靠樹(shù)脂的選擇性。

K值越大，吸著量越大，即溶液中的B2+離子的去除率就越高。根據(jù)K值的大小，可以判斷離子交換樹(shù)脂對(duì)某種離子吸著選擇性的強(qiáng)弱，所以K值又稱為離子交換平衡選擇系數(shù)，又稱分配系數(shù)或交換勢(shì)。樹(shù)脂對(duì)離子具有不同的親和能力，對(duì)親和能力強(qiáng)的離子優(yōu)先選擇，和它結(jié)合力強(qiáng)使之不易泄漏。但由于結(jié)合牢固，再生時(shí)，該離子被置換下來(lái)就很困難。

2R-A++B2+R2B+2A+選擇系數(shù)37第37頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

離子交換的可能與否，在很大程度下依賴于樹(shù)脂的選擇性和交換量，實(shí)際應(yīng)用中，樹(shù)脂的交換量并非能夠全部表現(xiàn)出來(lái)，其工作交換容量一般小于總交換量。原因可能受控于溶液的pH值、樹(shù)脂的溶脹性能和離子交換速度，而離子交換速度則往往影響離子交換的效果，決定著離子交換樹(shù)脂的交換能力是否能夠充分發(fā)揮。離子交換樹(shù)脂的應(yīng)用常常是在動(dòng)態(tài)下進(jìn)行的，因此控制好離子交換速度對(duì)離子交換的進(jìn)行顯得更為重要?，F(xiàn)以鈉型離子交換樹(shù)脂與溶液中Ca2+進(jìn)行交換為例，來(lái)闡明離子交換速度對(duì)離子交換反應(yīng)的影響。

離子交換速度38第38頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①Ca2+從溶液通過(guò)樹(shù)脂表面的液膜(或邊界層)，到達(dá)樹(shù)脂表面。②Ca2+從樹(shù)脂表面向樹(shù)脂孔道中遷移，并達(dá)到有效的交換拉置。③在交換點(diǎn)上Ca2+與Na+進(jìn)行交換反應(yīng)。④Na+從樹(shù)脂內(nèi)部遷移到樹(shù)脂表面。⑤Na+穿過(guò)樹(shù)脂表面的液膜進(jìn)入水溶液。39第39頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

通常認(rèn)為第三步(交換點(diǎn)上的交換反應(yīng))可以在瞬間完成，它不能決定離子交換的速度。在第一步中Ca2+在溶液中遷移受到相反離子的吸附力和相同離子的排斥作用，穿過(guò)一層包圍樹(shù)脂的液膜達(dá)到樹(shù)脂表面，這一過(guò)程又稱膜擴(kuò)散過(guò)程。此膜叫Nerst膜，通稱為液膜。此膜中的離子濃度不受機(jī)械外力作用的影響。在交換柱中，過(guò)程液體流速加快，膜的厚度將減少。第二步又稱粒內(nèi)擴(kuò)散。膜擴(kuò)散和粒內(nèi)擴(kuò)散的速度控制了離子交換的速度。40第40頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響膜擴(kuò)散和粒內(nèi)擴(kuò)散的主要因素是：①溶液流速膜擴(kuò)散隨溶液過(guò)柱流速(或靜態(tài)攪拌速度)的增加而增加，粒內(nèi)擴(kuò)散基本不受流速或攪拌的影響。②樹(shù)脂粒度（孔結(jié)構(gòu)）離子的膜擴(kuò)散速度與樹(shù)脂顆粒大小成反比；離子的粒內(nèi)擴(kuò)散速度與粒徑的高次方成反比，與孔徑大小有關(guān)。③離子濃度（體積大小）當(dāng)溶液中離子濃度較低時(shí)，對(duì)膜擴(kuò)散速度影響較大，而對(duì)粒內(nèi)擴(kuò)散影響較小；當(dāng)溶液中離子濃度較高時(shí)，對(duì)粒內(nèi)影響較大，而對(duì)膜擴(kuò)散影響較??；當(dāng)離子的體積較小時(shí)，在凝膠型和大孔型樹(shù)脂中的擴(kuò)散系數(shù)相差很小，但對(duì)于體積較大的離子，只有在大孔樹(shù)脂中才有較大的擴(kuò)散系數(shù)。41第41頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月④樹(shù)脂的交聯(lián)度。樹(shù)脂的交聯(lián)度對(duì)膜擴(kuò)散影響較小，而對(duì)粒內(nèi)擴(kuò)散影響更為顯著，交聯(lián)度增加，擴(kuò)散系數(shù)減小。⑤水溫：提高水溫能使離子的動(dòng)能增加，水的粘度減小，液膜變薄，有利于離子擴(kuò)散；⑥被交換離子的電荷數(shù)和水合離子的半徑越大，顆粒內(nèi)孔擴(kuò)散速度越慢。試驗(yàn)證明，陽(yáng)離子每增加一個(gè)電荷，其擴(kuò)散速度就減慢到原來(lái)的1/10。42第42頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月提高離子膜擴(kuò)散速度的措施(1)加快交換體系攪拌速度或提高溶液的過(guò)流速度，以減低樹(shù)脂表面的膜層厚度。(2)提高溶液中的離子濃度。(3)增大交換劑的表面積，即減小樹(shù)脂的粒度。(4)提高交換體系的溫度，以加快擴(kuò)散速度。加快離子粒內(nèi)擴(kuò)散速度的措施(1)降低凝膠樹(shù)脂的交聯(lián)度，增加大孔樹(shù)脂的致孔劑，以此提高樹(shù)脂的孔隙率、孔度和溶脹度，有利于離子的擴(kuò)散。(2)提高交換體系溫度，以加快擴(kuò)散速度。(3)離子在孔隙內(nèi)的擴(kuò)散速度還與離子自身性質(zhì)有關(guān)，離子價(jià)數(shù)越低或離子半徑越小，則其擴(kuò)散速度越快。43第43頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

擴(kuò)散過(guò)程通?？捎梅瓶耍‵ick）第一定律或第二定律來(lái)描述，由此可推導(dǎo)出粒內(nèi)擴(kuò)散方程和液膜擴(kuò)散方程，很多計(jì)算結(jié)果表明：在水的軟化或強(qiáng)酸強(qiáng)堿樹(shù)脂交換除鹽過(guò)程中，交換過(guò)程一般為液膜所控制。再生過(guò)程則多為粒內(nèi)擴(kuò)散所控制。弱酸弱堿的離子交換過(guò)程一般為粒內(nèi)擴(kuò)散的控制。44第44頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）交換階段利用離子交換樹(shù)脂的交換能力，從廢水中分離脫除需要去除的離子。（2）反洗階段（3）再生階段（4）清洗階段

目的是松動(dòng)樹(shù)脂，使再生液能均勻滲入層中，與交換劑顆粒充分接觸；把過(guò)濾過(guò)程中產(chǎn)生的破碎粒子和截留的污物沖走。

洗滌殘留的再生液和再生時(shí)可能出現(xiàn)的反應(yīng)產(chǎn)物。2.3離子交換工藝過(guò)程

離子交換是在裝有離子交換劑的交換柱或塔或罐內(nèi)進(jìn)行的。45第45頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）交換階段以樹(shù)脂RA處理含B離子的廢水為例，當(dāng)廢水進(jìn)入交換柱后，首先與頂層的樹(shù)脂接觸并進(jìn)行交換，B離子被吸著而A離子被交換下來(lái)；廢水繼續(xù)流過(guò)下層樹(shù)脂時(shí)，水中B離子濃度逐漸降低，而A離子濃度卻逐漸升高。當(dāng)廢水流經(jīng)一段濾層后，全部B離子被交換成A離子，再往下便無(wú)變化地流過(guò)其余的濾層，此時(shí)出水中的B離子濃度為0。46第46頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

這樣，整個(gè)樹(shù)脂層就形成了上部飽和層（失效層）、中部工作層、下部新料層三個(gè)部分。到某一時(shí)刻，工作層的前沿達(dá)到樹(shù)脂層的下端時(shí)，出水中開(kāi)始出現(xiàn)B離子，此時(shí)稱為“穿透點(diǎn)”；若再繼續(xù)運(yùn)行，出水中的B離子越來(lái)越高，直到與進(jìn)水濃度相等，此時(shí)稱達(dá)到了“飽和點(diǎn)”。47第47頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一般水處理中，交換柱到穿透點(diǎn)時(shí)就要停止工作，進(jìn)行樹(shù)脂再生。但為了充分利用樹(shù)脂的交換能力，可以采用所謂“串聯(lián)柱全飽和工藝”，如圖示。ABC48第48頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

樹(shù)脂的利用率取決于工作層的厚度和整個(gè)樹(shù)脂層的高寬尺寸比例。工作層的厚度越小，樹(shù)脂利用率越高。工作層的厚度隨工作條件而變化，主要取決于離子供應(yīng)速度和離子交換速度的相互關(guān)系。離子供應(yīng)速度決定于過(guò)濾速度。對(duì)于給定的樹(shù)脂和廢水，離子交換速度基本上是一個(gè)定值，顯然，離子供應(yīng)速度小于或等于離子交換速度時(shí)，工作層厚度就小，樹(shù)脂的利用率就高。因此，離子交換速度的過(guò)濾速度是一個(gè)重要的工藝參數(shù)，過(guò)濾階段的濾速和進(jìn)水水質(zhì)、出水水質(zhì)及阻力損失等因素有關(guān)。對(duì)一定的進(jìn)出水水質(zhì)而言，往往有一個(gè)較優(yōu)的濾速值。49第49頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）反洗階段離子交換過(guò)程完成后需進(jìn)行反沖洗。

反沖洗的目的：

1）松動(dòng)樹(shù)脂層，使再生液能均勻滲入層中，與交換劑顆粒充分接觸；

2）把過(guò)濾過(guò)程中產(chǎn)生的破碎粒子和截留的污物沖走，為了達(dá)到這個(gè)目的，樹(shù)脂層在反沖洗時(shí)要膨脹30～40%。沖洗水可用自來(lái)水或廢再生液。50第50頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）再生階段樹(shù)脂失效后，必須再生才能再使用。通過(guò)再生，一方面可恢復(fù)樹(shù)脂的交換能力，另一方面可回收有用物質(zhì)。再生是交換的逆過(guò)程。通過(guò)濃度差實(shí)現(xiàn)。1）再生劑的種類：再生劑的選擇要考慮既有利于再生液的回收利用，又要求再生效率高，洗脫速度快，價(jià)廉易得。如對(duì)于強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂用HCl或硫酸等強(qiáng)酸及NaCl、Na2SO4再生；對(duì)于弱酸性陽(yáng)樹(shù)脂用HCl或H2SO4再生；對(duì)強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂用NaOH等強(qiáng)堿或NaCl再生；對(duì)于弱堿性陰樹(shù)脂用NaOH、Na2CO3、NaHCO3等再生；51第51頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）再生劑用量：理論上，1eq的再生劑可以恢復(fù)樹(shù)脂1eq的交換容量，實(shí)際上再生劑的用量要比理論上大得多，通常為2～5倍；當(dāng)再生劑用量一定時(shí)，適當(dāng)增加再生劑濃度，可以提高再生效率，但濃度太高，會(huì)縮短再生液與樹(shù)脂的接觸時(shí)間，反而降低再生效率，所以，再生劑用量及濃度均存在最佳值，需通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。（refP220，表15-4及圖15-8）3）再生方式：順流再生：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，工作可靠；但再生劑用量多，再生效率低；逆流再生：再生劑耗量少（比順流法少40％左右），再生效率高，但設(shè)備較復(fù)雜，操作控制較嚴(yán)格。52第52頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）清洗階段

清洗的目的是洗滌殘留的再生液和再生時(shí)可能出現(xiàn)的反應(yīng)產(chǎn)物。

清洗的水流速度應(yīng)先小后大，清洗過(guò)程后期應(yīng)特別注意掌握清洗終點(diǎn)的pH值（尤其是弱性樹(shù)脂轉(zhuǎn)型之后的清洗），避免重新消耗樹(shù)脂的交換容量；一般而言，清洗用水為樹(shù)脂體積的4～13倍，淋洗水流速為2～4m/h。53第53頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月固定床移動(dòng)床流動(dòng)床床層固定不變，水流由上而下流動(dòng)。工作時(shí)，定期從交換柱排出部分失效樹(shù)脂，送到再生柱再生，同時(shí)補(bǔ)充等量的新鮮樹(shù)脂參與工作。交換樹(shù)脂再連續(xù)移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)交換和再生。2.4離子交換設(shè)備54第54頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月55第55頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月固定床離子交換器56第56頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月移動(dòng)床離子交換器57第57頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流動(dòng)床離子交換器58第58頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)與出水的去向和用途以及受納水域的水質(zhì)功能，確定經(jīng)離子交換處理后出水的水質(zhì)要求；（2）根據(jù)廢水水量、水質(zhì)及處理的要求，選擇交換器的類型，設(shè)計(jì)系統(tǒng)布置方案，確定合理的處理流程；（3）實(shí)驗(yàn)選擇離子交換樹(shù)脂、再生劑種類，確定樹(shù)脂的交換容量和再生劑用量；（4）確定的合理工藝參數(shù)，并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。2.5離子交換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)59第59頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）樹(shù)脂用量的初步計(jì)算

選定交換周期T(h)，按下式計(jì)算一個(gè)交換周期內(nèi)應(yīng)去除的污染物總量N(mol)：

N＝Q(C0-C)T

式中，Q－廢水平均流量，m3/h；

C0、C－分別為廢水初始濃度和出水殘留濃度，mol/m3

再根據(jù)選定的樹(shù)脂工作交換容量E(mol/m3)，計(jì)算所需的樹(shù)脂體積VR(m3):

VR＝N/E

最后，根據(jù)樹(shù)脂的濕視密度ρ(kg/m3)，計(jì)算樹(shù)脂質(zhì)量M(kg):M=VRρ60第60頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）交換柱主要尺寸的計(jì)算

先選定樹(shù)脂層的高度HR（一般為0.70~1.50m），再根據(jù)VR和HR計(jì)算交換柱的直徑D(m)，交換柱的總高度H：

H＝(1.8~2.0)HR

3）核算過(guò)濾速度按照下式核算過(guò)濾線速度v是否合適：

v=Q/F=4Q/πD2如果計(jì)算出的濾速與一般經(jīng)驗(yàn)值相差太大，就得重新計(jì)算。61第61頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月堵塞、包裹廢水中懸浮物

與固定離子牢固結(jié)合有機(jī)物

引起樹(shù)脂中毒高價(jià)金屬離子強(qiáng)酸和強(qiáng)堿樹(shù)脂交換能力基本上與pH無(wú)關(guān)。弱酸或弱堿性樹(shù)脂在pH高或低時(shí)才能得到較大的交換能力。pH值

加速樹(shù)脂的老化與分解氧化劑2.6影響離子交換能力的因素62第62頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用Na型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂RNa中的Na+交換去除水中的Ca2+、Mg2+硬度，飽和的樹(shù)脂用5～8％的食鹽NaCl溶液再生。2.7離子交換在軟化除鹽中的應(yīng)用離子交換軟化

2RNa+Ca2+R2Ca+2Na+

其軟化工藝分為只去除硬度的軟化工藝和同時(shí)去除硬度和堿度的軟化除堿工藝。63第63頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）鈉樹(shù)脂(RNa)軟化

采用鈉型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，單級(jí)軟化一般適用于總硬度小于5mmol/L的原水，出水殘余硬度小于0.03mmol/L，可以達(dá)到低壓鍋爐補(bǔ)給水水質(zhì)要求；雙級(jí)軟化適用于進(jìn)水堿度較低（小于1mmol/L)的原水，出水殘余硬度小于0.005mmol/L，可以達(dá)到低中壓鍋爐補(bǔ)給水對(duì)硬度的要求。該工藝的特點(diǎn)：去除碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度；出水的含鹽量以mmol/L為單位數(shù)值不變；出水堿度不變；出水的殘余硬度比石灰軟化工藝小。64第64頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）氫－鈉樹(shù)脂(RH-RNa)聯(lián)合軟化除堿系統(tǒng)

對(duì)于堿度高于2mmol/L的原水，需采用軟化除鹽系統(tǒng)：RH-RNa并聯(lián)或串聯(lián)，其中RNa采用鈉型強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂，用NaCl再生；RH采用同樣的強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂，但是用HCl再生，再生后樹(shù)脂為H型。除堿原理是用RH產(chǎn)生的H+中和水中的HCO3-，所生成的CO2用除二氧化碳器吹脫去除。65第65頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）氫－鈉樹(shù)脂(RH-RNa)并聯(lián)軟化除堿系統(tǒng)

66第66頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）氫型弱酸性陽(yáng)樹(shù)脂和鈉型強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂（R弱H-RNa）串聯(lián)的軟化除堿系統(tǒng)

采用氫型弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂R弱H作為第一級(jí)，去除水中的碳酸鹽硬度，產(chǎn)生的CO2經(jīng)除碳器脫氣后，出水再經(jīng)第二級(jí)的鈉型強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)行交換，除去水中的非碳酸鹽硬度。該工藝的特點(diǎn)：

氫型弱酸性陽(yáng)樹(shù)脂交換容量大，容易再生，對(duì)于碳酸鹽硬度較高的原水，較為有利；強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂RH-RNa需配水、混合，并且RH出水為酸性，對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)。R弱H-RNa系統(tǒng)不需配水，R弱H出水不呈酸性，因此設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠；但弱酸性陽(yáng)樹(shù)脂價(jià)格較貴，致使初期投資較大。67第67頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本工藝流程有一級(jí)復(fù)床、二級(jí)復(fù)床、一級(jí)復(fù)床－混合床等。

離子交換除鹽

一級(jí)復(fù)床：陽(yáng)離子交換——除碳器——陰離子交換混合床：陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂裝在一個(gè)交換器內(nèi)，再生前通過(guò)反沖洗，靠陰陽(yáng)樹(shù)脂的密度差把樹(shù)脂分層，分別再生；然后在運(yùn)行前用壓縮空氣把兩種樹(shù)脂進(jìn)行攪拌，形成混合床。水從混合床中流過(guò)，相當(dāng)于通過(guò)無(wú)數(shù)級(jí)的復(fù)床。68第68頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）什么叫工作交換容量？其與全交換容量的關(guān)系如何？2）為什么RH使用中多以Na+泄漏為終點(diǎn)？3）離子交換過(guò)程中在再生之前為什么要進(jìn)行反沖洗？4）影響離子交換樹(shù)脂再生效果的因素有哪些？5）簡(jiǎn)述離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與主要分類。6）簡(jiǎn)化離子交換軟化和除鹽的基本原理。思考題：69第69頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）飲用水處理中，既可用作預(yù)處理手段，如粉末活性炭用于水源水季節(jié)性水質(zhì)惡化的強(qiáng)化預(yù)處理及突發(fā)性污染事故中的應(yīng)急處理；又可用作深度處理手段，如顆?；钚蕴坑糜谒畯S凈水深度處理、優(yōu)質(zhì)直飲水或純凈水的生產(chǎn)；（2）廢水處理中，吸附法主要用以脫色、除臭味、脫除重金屬、各種溶解性有機(jī)物、放射性元素等，既可用作預(yù)處理，也可用作深度處理，或與生化法聯(lián)用。

吸附法是利用具有吸附能力的多孔性物質(zhì)去除水體中微量溶解性雜質(zhì)的一種處理工藝。優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)范圍廣、處理效果好、可回收有用物質(zhì)、吸附劑經(jīng)再生后可重復(fù)使用等；缺點(diǎn)：對(duì)進(jìn)水預(yù)處理要求較高，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較貴等，吸附劑再生較難。3、吸附70第70頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吸附是一種表面現(xiàn)象，是指固體表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，當(dāng)某些物質(zhì)碰撞固體表面時(shí)，受到這些不平衡力的吸引而停留在固體表面上，被吸附分子在吸附劑表面濃度高于溶液本體相中濃度。具有一定吸附能力的固體材料稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。溶劑/水吸附質(zhì)相互作用相互作用相互作用(如溶解)吸附劑對(duì)于固－液吸附，引起吸附的主要原因是溶質(zhì)對(duì)水的疏水作用和吸附劑對(duì)溶質(zhì)的親合力。3.1吸附機(jī)理及分類71第71頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吸附劑與被吸附物質(zhì)之間是通過(guò)分子間引力(即范德華力)而產(chǎn)生吸附，稱為物理吸附。一般在低溫下，吸附可逆。物理吸附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)鍵引起吸附，稱為化學(xué)吸附?；瘜W(xué)吸附是有選擇性的，且不易解吸，達(dá)到平衡慢?；瘜W(xué)吸附速度隨溫度升高而增加，故常在高溫下進(jìn)行?；瘜W(xué)吸附吸附的分類72第72頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吸附性能吸附類型物理吸附化學(xué)吸附作用力選擇性吸附層吸附熱吸附速度穩(wěn)定性溫度的影響分子引力一般沒(méi)選擇多層吸附較小，一般在41.9kJ/mol以內(nèi)快不穩(wěn)定，易解吸溫度升高，吸附量降低化學(xué)鍵有選擇單層吸附較大，一般在83.7～418.7KJ/mol以內(nèi)較慢較穩(wěn)定，不易解吸溫度升高，吸附速度增加物理吸附和化學(xué)吸附之間的區(qū)分并沒(méi)有嚴(yán)格的界限。在實(shí)際的吸附過(guò)程中，上述幾類吸附往往同時(shí)存在。物理吸附和化學(xué)吸附在一定條件下也是可以互相轉(zhuǎn)化的。同一物質(zhì)，可能在較低溫度下進(jìn)行物理吸附，而在較高溫度下往往又是化學(xué)吸附。73第73頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吸附平衡

當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時(shí)，溶液中的吸附質(zhì)濃度不再改變時(shí)→吸附平衡吸附劑吸附能力的大小用吸附量q（mg/g）表示。達(dá)到吸附平衡時(shí)，

q=V(C0-Ce)/m(mg/g)V：廢水容積m：吸附劑投加量Ce：吸附平衡時(shí)，溶液中溶質(zhì)濃度C0：溶液初始濃度

3.2吸附平衡與吸附等溫線74第74頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

在固體對(duì)氣體的吸附中，吸附量是溫度和壓力的函數(shù)；在固體對(duì)液體的吸附中則為溫度和溶液中吸附質(zhì)濃度的函數(shù)。固定溫度下，吸附量與濃度的關(guān)系為等溫吸附，通常用吸附等溫線來(lái)描述所研究體系達(dá)到平衡時(shí)吸附量與溶液中吸附質(zhì)濃度的關(guān)系，即在某一溫度條件下，吸附量隨吸附質(zhì)平衡濃度的變化曲線。吸附等溫線75第75頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單分子層吸附，飽和時(shí)吸附量趨于定值?？捎肔angmiur方程描述。BET型多分子層吸附，吸附的極限值對(duì)應(yīng)于物質(zhì)的溶解度。

反映了毛細(xì)管凝聚現(xiàn)象和孔容的限制，由于在達(dá)到飽和濃度之前就達(dá)到平衡，因而有滯后效應(yīng)。相當(dāng)少見(jiàn)，特征是吸附熱等于或小于純吸附質(zhì)的溶解熱。

吸附等溫線是描述吸附平衡行為的基本工具，可用于比較吸附劑的基本吸附性能。由于吸附機(jī)理在很大程度上決定了吸附等溫線的形狀，因而對(duì)吸附等溫線分類有助于診斷吸附過(guò)程。76第76頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

濃度增大曲線往上斜，如IV，表示吸附由單分子層開(kāi)始向多分子層進(jìn)行。

曲線的形狀反映吸附的難易，低濃度下曲線向下彎，如I、II、IV的初始表示分子容易被吸附；如不易被吸附則向上彎，如III、V。77第77頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

描述吸附等溫線的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為吸附等溫式，其種類繁多，常用的有Langmuir吸附等溫式、Freundlich吸附等溫式、BET吸附等溫式。吸附等溫式78第78頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

Langmuir假設(shè)吸附劑表面均一，各處的吸附能相同，吸附是單分子層的；達(dá)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，吸附和脫附速度相等。（1）Langmuir吸附等溫式qm為單層飽和吸附量；kL代表吸附能力的強(qiáng)弱79第79頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Freundlich等溫式為經(jīng)驗(yàn)式，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)頗為吻合。K表征吸附劑的吸附能力，n反映了吸附反應(yīng)強(qiáng)度。一般認(rèn)為，n介于2~10，易于吸附;n>1時(shí)，為優(yōu)惠吸附；n<0.5時(shí)則難以吸附。（2）Freundlich吸附等溫式80第80頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月B.E.T模型假定在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，即發(fā)生多分子層吸附，而且不一定等第一層吸滿后再吸附第二層，對(duì)每一單層都可用Langmuir式描述。作圖時(shí)須知道飽和濃度cs的值，當(dāng)cs的值未知時(shí)，則需通過(guò)假設(shè)不同的cs值作圖數(shù)次才能得直線（3）BET吸附等溫方程81第81頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）其它吸附模型82第82頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

吸附量是選擇吸附劑和設(shè)計(jì)吸附設(shè)備的重要數(shù)據(jù)。吸附量的大小決定吸附劑再生周期的長(zhǎng)短。因此，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究吸附劑的吸附等溫線。

吸附等溫試驗(yàn)是判斷吸附劑吸附能力的強(qiáng)弱、進(jìn)行吸附劑選擇的重要試驗(yàn)。主要用于兩種情況：

一是設(shè)計(jì)中進(jìn)行不同吸附劑的性能比較與選擇；二是用來(lái)計(jì)算吸附劑的投加量或動(dòng)態(tài)吸附床的穿透時(shí)間。

（參見(jiàn)教材P194例題14-1和例題14-2）83第83頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響因素2）吸附質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)5）共存物的影響6）接觸時(shí)間1）吸附劑的物理化學(xué)性質(zhì)3）廢水的pH值4）溫度3.3吸附的影響因素84第84頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)因因素：

A、吸附劑的性質(zhì)：種類；比表面積；表面能；表面化學(xué)特性；孔隙尺寸等

B、吸附質(zhì)的性質(zhì)：溶解度；極性；分子量；分子大?。蝗苜|(zhì)濃度；空間結(jié)構(gòu)等外因因素：

A、環(huán)境條件：pH值；溫度；共存物質(zhì)；壓力；協(xié)同作用等

B、運(yùn)行條件：運(yùn)行方法；接觸時(shí)間；水力條件等。85第85頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吸附動(dòng)力學(xué)

吸附速度：?jiǎn)挝恢亓康奈絼┰趩挝粫r(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)的量。吸附速度決定了廢水和吸附劑的接觸時(shí)間，吸附質(zhì)與吸附劑要有足夠的接觸時(shí)間才能達(dá)到吸附平衡，吸附平衡時(shí)間取決于吸附速度。

吸附速度快?接觸時(shí)間短?吸附設(shè)備的容積小3.4吸附速度86第86頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響吸附速度的因素有：1）吸附質(zhì)在吸附劑表面液相界膜內(nèi)的遷移速度。（液膜擴(kuò)散、外擴(kuò)散）2）吸附質(zhì)在吸附劑顆?？障秲?nèi)的擴(kuò)散速度。（內(nèi)擴(kuò)散）3）吸附質(zhì)在吸附劑內(nèi)表面吸附位置上的吸附反應(yīng)速度。吸附速度主要受液膜擴(kuò)散速度和內(nèi)擴(kuò)散速度控制。在開(kāi)始階段往往由液膜擴(kuò)散速度起作用，而在終了階段則由顆粒的內(nèi)擴(kuò)散起決定作用。87第87頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吸附劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類無(wú)機(jī)吸附劑高分子吸附劑炭質(zhì)吸附劑按吸附機(jī)理分類化學(xué)吸附物理吸附親和吸附離子交換劑螯合劑可再生高分子試劑和催化劑陽(yáng)離子交換劑陰離子交換劑兩性離子交換劑按形態(tài)和孔結(jié)構(gòu)分類球型樹(shù)脂（大孔、凝膠、大網(wǎng)）離子交換纖維與吸附性纖維無(wú)定型顆粒吸附劑免疫吸附劑仿生吸附劑非極性吸附劑中極性吸附劑極性吸附劑3.5吸附劑88第88頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月活性碳吸附樹(shù)脂

在水處理中用到的吸附劑有活性炭、吸附樹(shù)脂、磺化煤、木炭、焦炭、硅藻土、爐渣、木屑以及粘土等。一般吸附劑均呈松散多孔性結(jié)構(gòu)，具有巨大的比表面積。不同的吸附劑對(duì)處理吸附質(zhì)會(huì)有不同的效果，使用時(shí)應(yīng)注意選擇。89第89頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月活性炭是一種非極性吸附劑，是由含碳為主的物質(zhì)作原料，經(jīng)高溫炭化和活化制得的疏水性吸附劑。其外觀為暗黑色，有粒狀和粉狀兩種?；钚蕴恐饕煞殖家酝?，還有少量的氧、氫、硫等元素，以及含有水分、灰分。它具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，可以耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎。

活性炭90第90頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月活性炭的制備成型炭化活化篩選除去雜質(zhì)、加入粘結(jié)劑成型、經(jīng)干燥或氧化煤結(jié)成初始原料在缺乏空氣、400-500℃下炭化，除去大部分揮發(fā)物并燒結(jié)以得到有足夠強(qiáng)度的中間產(chǎn)品。在800-1000℃下采用水蒸氣或CO2等使碳化后的物質(zhì)部分氧化，以產(chǎn)生更大的孔隙率和表面積。再經(jīng)過(guò)篩分，包裝后即為成品。91第91頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

活性炭的比表面積高達(dá)800-2000m2/g，具有很高的吸附能力，其吸附能力還與其孔隙的構(gòu)造和分布情況有關(guān)?；钚蕴靠紫敦S富，孔隙率可達(dá)0.6~0.9cm3/g，細(xì)孔的構(gòu)造有圓桶形、圓錐形、瓶形、平板形、毛細(xì)管形等，孔徑為1-10000nm?；钚蕴康臉?gòu)造92第92頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)杜必寧的分類，細(xì)孔分為：A、小孔（微孔）：半徑在2nm以下，其表面積占比表面積的95%以上，對(duì)吸附量的影響最大。B、中孔（過(guò)渡孔）：半徑為2-100nm,表面積占比表面積的5%以下。它為吸附質(zhì)提供擴(kuò)散通道，影響大分子物質(zhì)的吸附。C、大孔：半徑為100-10000nm，表面積只有0.5~2m2/g，占比表面積不足1%，主要為吸附質(zhì)提供擴(kuò)散通道。93第93頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一般來(lái)說(shuō)，吸附量主要受小孔支配，但對(duì)于分子量（或分子直徑）較大的吸附質(zhì)，小孔幾乎不起作用。

所以，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)吸附質(zhì)的直徑大小和活性炭的孔徑分布來(lái)選擇合適的活性炭。94第94頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

活性炭吸附性能不僅與構(gòu)造和孔隙分布有關(guān)，還與其表面化學(xué)性質(zhì)有關(guān)?；钚蕴渴欠菢O性的，但在制造過(guò)程中，易與氫、氧結(jié)合而具有微弱的極性。正因如此，它不僅可以去除水中的非極性物質(zhì)，還可去除極性物質(zhì)甚至微量的金屬離子及化合物?；钚蕴康谋砻婊瘜W(xué)性質(zhì)95第95頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

吸附樹(shù)脂就是樹(shù)脂吸附劑，是利用樹(shù)脂能發(fā)生吸附－解吸作用，以達(dá)到物質(zhì)的分離、凈化目的的一類可以反復(fù)使用的高分子聚合物。是一種具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔物質(zhì)，不溶于酸、堿及一般溶劑，比表面積可達(dá)800m2/g以上，吸附能力接近活性炭，但比活性炭易于再生，是水處理中一種非常有發(fā)展前途的新型吸附劑。

吸附樹(shù)脂96第96頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吸附樹(shù)脂的分類電荷均勻分布，不帶任何功能基含有酯基一類的極性基團(tuán)具有酰胺、亞砜、腈等基團(tuán)，這些基團(tuán)的極性大于酯基有極性最強(qiáng)的極性基團(tuán)，如吡啶基、氨基等吸附樹(shù)脂非極性吸附樹(shù)脂中極性吸附樹(shù)脂極性吸附樹(shù)脂強(qiáng)極性吸附樹(shù)脂97第97頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月樹(shù)脂吸附劑的特點(diǎn)適用范圍寬，廢水中有機(jī)物濃度從幾個(gè)到幾萬(wàn)mg/L、從極性有機(jī)物到非極性有機(jī)物均可用此法進(jìn)行處理；吸附效率高，脫附再生容易；樹(shù)脂性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，每年材料損耗大約為5%；工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，設(shè)備占地面積小，不需高溫高壓；固液容易分離，在水體中不會(huì)引入新的污染物；對(duì)三廢的適應(yīng)性強(qiáng)，吸附材料耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑、耐氧化，對(duì)微生物污染和放射性也有一定的耐受能力；在治理廢水的同時(shí)，富集回收了廢水中的有用物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了廢物資源化。98第98頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月種類處理溫度主要條件加熱再生加熱脫附高溫加熱再生（炭化再生）100～200℃750～950℃（400～500℃）水蒸汽、惰性氣體水蒸汽、惰性氣體、CO2藥劑再生無(wú)機(jī)藥劑有機(jī)藥劑常溫～80℃常溫～80