工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理教學(xué)教程

第十三章工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理一、氣浮

1基本原理

（1）概念

將水、污染物質(zhì)和氣泡這樣一個多相體系中含有的疏水性污染粒子，或者附有表面活性物的親水性污染粒子，有選擇地從廢水中吸附到氣泡上，以泡沫形式從水中分離去除的一種操作過程，是一種固－液和液－液分離的方法。

具體過程：通入空氣→產(chǎn)生微細(xì)氣泡→SS附著在氣泡上→上浮

應(yīng)用：自然沉淀或上浮難于去除的懸浮物，以及比重接近1的固體顆粒（2）氣浮分類

1.電解氣浮法：有豎流式和平流式裝置。

2.散氣氣浮法：擴(kuò)散板曝氣氣?。簤嚎s空氣通過擴(kuò)散裝置以微小氣泡形式進(jìn)入水中。簡單易行，但容易堵塞，氣浮效果不高。

3.葉輪氣浮法：適用于處理水量不大,污染物濃度高的廢水。

4.溶氣氣浮法：根據(jù)氣泡析出時所處的壓力不同分為：溶氣真空氣浮和加壓溶氣氣浮。

5.生化氣氣浮法：生物產(chǎn)氣，化學(xué)產(chǎn)氣等。2氣浮的理論基礎(chǔ)

（1）水中顆粒與氣泡粘附的條件

1.水、氣、固三相混合體系中，因不同介質(zhì)表面因受力不均衡而存在界面張力，氣泡與顆?；蛐躞w一旦接觸，由于界面張力存在會產(chǎn)生表面吸附作用。

2.潤濕周邊：三相間的吸附界面構(gòu)成的交界線。與潤濕接觸角有關(guān)系。（見下頁圖）

3.親水吸附與疏水吸附：

（2）泡沫的穩(wěn)定性

不穩(wěn)定的后果：氣泡浮到水面后，水分很快蒸發(fā)，泡沫計(jì)易破滅，會使已經(jīng)浮到水面的污染物又脫落回到水中。

方法：投加起泡劑（表面活性物質(zhì)）達(dá)到易起氣泡的穩(wěn)定的目的。

（3）改變疏水性能

向水中投加浮選劑，可以使顆粒由親水性物質(zhì)變?yōu)槭杷浴?/p>

（4）結(jié)合方式（氣浮中氣泡對絮體和顆粒單體的結(jié)合方式）

分為：氣泡頂托；氣泡裹攜；氣泡吸附3氣浮工藝的形式

（1）布?xì)鈿飧?/p>

利用機(jī)械剪切力，將混合于水的空氣粉碎成小氣泡。

按粉碎氣泡方式的不同，分為：

1.水泵吸水管吸氣氣??；

2.射流氣??；

3.擴(kuò)散板曝氣氣浮；（壓縮空氣）

4.葉輪氣浮。（2）溶氣氣浮

原理：使空氣在一定的壓力作用下，溶解于水并到達(dá)過飽和狀態(tài)，再減至常壓釋放，空氣便以微小氣泡的形式逸出。

a容氣真空氣浮

常壓空氣溶于水，負(fù)壓析出。

特點(diǎn)：整個氣浮池在負(fù)壓下操作，空氣溶解容易，動力設(shè)備和電能消耗少。

缺點(diǎn)：所有設(shè)備均要密封在氣浮池內(nèi)，構(gòu)造復(fù)雜，生產(chǎn)中使用不多。

b加壓溶氣氣浮

其氣浮工藝有三種形式：

1.全溶氣法：電耗高，但氣浮池溶劑小。

2.部分溶氣法：省電，溶氣罐小。但若溶解空氣多，需加大壓力

3.回流加壓溶氣法：適用于SS高的原水，但氣浮池容積大。

組成：氣飽和設(shè)備、空氣釋放器、氣浮池4氣浮法在廢水處理中的應(yīng)用

1.含油廢水（石油化工、機(jī)械加工、食品工業(yè)廢水等）：懸浮油（>10

,隔油池）；乳化油（<10

，一般0.1-2

氣浮）溶解性；

2.造紙廠白水回收纖維；

3.染色廢水等；

4.毛紡工業(yè)洗毛廢水――羊毛脂及洗滌劑；

5.濃縮污泥（效果比沉淀法高）。二、吸附

水處理的吸附法是指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。

1吸附本質(zhì)

（1）概念

吸附是一種或幾種物質(zhì)（稱為吸附質(zhì)）在另一種物質(zhì)（稱為吸附劑）表面上自動發(fā)生變化（累積或濃集）的過程。是一種相界面上的反應(yīng)?？梢园l(fā)生在氣－液界面、氣－固、液－固。

在水處理中，主要討論的是液－固界面，固相物質(zhì)作為吸附劑，一般為多孔性物質(zhì)；液相中被吸附物質(zhì)為吸附質(zhì)

吸附法定義：吸附法是指水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面（吸附劑）而被去除的方法。

（2）原理2類型

根據(jù)吸附劑表面吸附力的不同，吸附可分為以下三種類型：

（1）物理吸附

1.分子間的作用力所引起的。

2.吸附熱較小，可在低溫下進(jìn)行。

3.過程是可逆的，易解吸

4.相對沒有選擇性。分子量越大，吸附量越大。

5.可形成單分子吸附層或多分子吸附層

（2）化學(xué)吸附：

1.由化學(xué)鍵力引起的――產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。

2.吸附熱大，一般在較高溫下進(jìn)行。

3.具有選擇性，單分子層吸附

4.化學(xué)鍵力大時，吸附不可逆。

（3）離子交換吸附

1.靜電引力

2.吸附質(zhì)的離子→吸附劑表面的帶電點(diǎn)上，同時吸附劑也放出一個等當(dāng)量離子。

3.離子電荷越多，吸附越強(qiáng)。

4.離子水化半徑越小，越易被吸附。3吸附劑

4吸附等溫線

（1）吸附平衡

當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時，溶液中的吸附質(zhì)濃度不在改變時吸附平衡

吸附劑吸附能力的大小用吸附量q（g/g）表示。達(dá)到吸附平衡時，

q=V(C0-C)/W(g/g)

其中：V為廢水容積

W為活性炭投量

C為吸附平衡時，溶液中溶質(zhì)濃度

（2）吸附等溫線與等溫式

吸附等溫線：在某一溫度條件下，吸附量隨吸附質(zhì)平衡濃度的變化的曲線。a弗蘭德利希(Freundlich)吸附等溫式（經(jīng)驗(yàn)公式）

q=KC1/n

lgq=lgK+1/nlgC(k、n為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)）

1/n越小，吸附性能越好。一般認(rèn)為1/n=0.1~0.5時容易吸附；1/n大于2時難于吸附。

b朗謬爾（Langmuir）吸附等溫式

q=abC/(1+aC)

通過動力學(xué)觀點(diǎn)，推導(dǎo)出的單分子吸附公式。

cBET式：表示吸附劑上有多層被吸附的吸附模式，各層的吸附符合朗謬爾吸附單分子吸附公式。

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短。因此，需要研究吸附劑的吸附等溫線。

5吸附速度

單位重量的吸附劑在單位時間內(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間。

吸附速度快?接觸時間短?吸附設(shè)備的容積小

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。（膜擴(kuò)散）

2.吸附質(zhì)在吸附劑顆?？障秲?nèi)的擴(kuò)散速度。（內(nèi)部擴(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)部擴(kuò)散速度控制。

在開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)部擴(kuò)散起決定作用

6影響吸附的因素

主要有內(nèi)因和外因兩個方面：

（1）內(nèi)因因素

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

吸附質(zhì)的性質(zhì)：溶解度；極性；分子量；溶質(zhì)濃度；空間結(jié)構(gòu)等

（2）外因因素

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

運(yùn)行條件：運(yùn)行方法；接觸時間；水力條件等。

7吸附操作方式

靜態(tài)：攪拌?平衡?沉淀（過濾等）

動態(tài)：應(yīng)用多，

（1）吸附設(shè)備：

a固定床：根據(jù)水流分為降流式、升流式、單床式

根據(jù)水量、處理要求分為多床串聯(lián)式、多床并聯(lián)式

b移動床：可充分利用吸附容量，水頭損失小。

要求水中懸浮物小于30mg/l

c流化床：吸附劑在塔內(nèi)處于膨脹狀態(tài)或硫化狀態(tài)。

適合處理懸浮物較高的廢水。

（2）穿透曲線和吸附容量的利用：

當(dāng)缺乏設(shè)計(jì)資料時，應(yīng)先做吸附劑的選擇試驗(yàn)。通過吸附等溫線試驗(yàn)得到的靜態(tài)吸附量可粗略地估計(jì)處理每立方米廢水所需吸附劑的數(shù)量。

由于在動態(tài)吸附裝置中廢水處于流動狀態(tài)，因此還應(yīng)通過動態(tài)吸附試驗(yàn)確定設(shè)計(jì)參數(shù)。8吸附法在廢水處理中的應(yīng)用

（1）活性炭對有機(jī)物的吸附

用于去