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1、北京清大国华环保科技有限公司,河南危险废物处置中心 物化处理系统基础理论培训（五）,过滤、吸附理论,1.过滤理论,原理,过滤是利用过滤材料分离废水中杂质的一种技术。根据过滤材料不同，过滤可分为颗粒材料过滤和多孔材料过滤两大类。 在废水处理中，颗粒材料过滤主要用于经混凝或生物处理后低浓度悬浮物的去除。常见的如滤池。 多孔材料过滤一般用于悬浮物浓度较高或颗粒较大的情况。,1.1 滤网,滤网污水中含有的细小悬浮物，不能用格栅去除，也难用沉淀去除，可采用小孔眼的滤网截留，回收。筛网通常用金属丝或化学纤维编制而成。其形式有转鼓式、转盘式、振动式、转帘带式和固定式倾斜筛多种。筛孔尺寸可根据需要，一般为0.
2、151.0mm。 常用旋转式滤网，污水从外侧流入内侧，悬浮物被截留，然后用刮刀刮下运走。 优：效率高，可回收有用的物质。缺：易堵塞。,1.2 滤池,滤池去除微量悬浮物，深度处理。 1.2.1 滤池过滤机理。 1）机械筛滤作用把滤料层作为筛子，某些粒径大于孔隙尺寸的杂质被截留，孔隙变小一些，于是后续的细小悬浮杂质也可被截留。 2）沉淀作用把滤料看作层层叠叠起来的多层沉淀池。利用巨大的沉淀面积截留水中微小粒子。 3）絮凝作用把滤料作为接触吸附介质，介质紧密排列，水在介质中流动时，杂质被吸附在介质表面并成长为大颗粒，巨大的表面积产生强烈的吸附能力。,1.2.2 截留杂质规律,从接触絮凝作用考虑，杂质
3、与滤料接触，被滤料表面分子间力吸附絮凝，同时水力冲刷可使絮凝杂质脱落向下层移动，被下层滤料截留。 在过滤周期将终止时，表层滤料最细，吸附表面张力最大，截留的杂质最多，表层孔隙逐渐被杂质阻塞，尽管下层滤料还未发挥应有作用，但周期已终止，导致出现双层滤料，表层的滤料粒径大一些，截留的杂质多一些。,1.2.3 构造,污水滤料和给水滤料有许多相同之处，与给水滤料的不同之处如下： 滤料粒径大，强度高，耐腐蚀，成本低。 抗冲击性负荷，出现双层滤料。 运行周期长。 运行方式分为正向流和反向流。,1.2.4 滤料,石英砂、无烟煤、陶粒、聚丙烯球、炉灰渣、烟道灰、焦炭、电化学滤料。 1.2.5 电化学滤料滤池
4、原理两种不同的金属直接接触，浸没在有传导性的电解质溶液里，可形成原电池，通过选用活性金属组成原电池可在它作用空间产生一个电场。 电化学滤料滤池是利用污水中含有电解质物质，当铁屑浸没在含有电解质的污水中，铁屑晶体结构上的铁一碳之间形成了许多微小的腐蚀电池，产生电化学反应，在它的作用空间产生一个电场，铁一碳表面有电流流动，形成一种内部内电解反应，在电场作用下，铁阳极失去电子生成 Fe2+进入污水中，碳阴极得到电子使碳表面的 H+生成 H2逸出，电极反应如下：,阳极：2Fe2Fe2+4e 阴极：4H+ 4e 2H2 (酸性溶液) O2 + 2H2O + 4e 4OH- （中性溶液或碱性溶液） 腐蚀电
5、化学反应，在它的表面有电流流动，由于腐蚀原电池的作用，在电位较低的铁阳极上，金属铁失去电子变成铁离子进入溶液，电子流向阴极，在碳阴极附近，流来的电子被溶液中能够吸收电子的物质所接受，生成以氢氧根形式出现的阴离子，中和金属离子，形成一种内部电解反应。电极反应阴极新生成的H2能与污水中的许多污染组份发生氧化还原作用，阳极生成的Fe2+是良好的絮凝剂，能够捕集、裹挟污水中的污染物共沉。,应用：采用铁屑和活性炭组成电池，由于电极电位不同，形成一组短路的电池，铁阳极失去电子生成Fe2进入水中，电子流向阴极，在炭表面H得到电子还原成H2，水中Fe2与OH结合形成Fe(OH)2絮凝体，电池不断反应，滤池强化
6、工作作用。 例如，将铁屑和碳粒浸没在电位为30 mv的污水溶液中，铁屑和碳粒的电位差为1.2伏，粒料间的分离距离为0.1cm,可以得到510-3cm/s的分离速度，从理论上计算20s就完成沉积过程。 特点：1）具有普通滤池的功能，2）具有原电池的电化学反应。3）起到电解反应的电氧化和电絮凝。,1.3 微滤机,可截留污水中微小的悬浮颗粒，滤布采用尼龙布和金属网，孔隙小于100，悬浮物去除率7590，滤后水中悬浮物小于5mg/L。,2.吸附理论,原理,在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象称为吸附。 吸附就是利用多孔性的固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。,2.
7、1 产生吸附的原因,1物理吸附 吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附称为物理吸附。 物理吸附可形成单分子吸附层或多分子吸附层。被吸附的分子由于 热运动还会离开吸附剂表面，这种现象称为解吸，它是吸附的逆过 程。（可逆的，是一种动态平衡） 2化学吸附（成本高，基本不用） 化学吸附是吸附剂和吸附质之间由于化学键力引起的化学作 用，一种吸附剂只能对某几种吸附质发生化学吸附，因此化学吸附 具有选择性，不可逆性。 3离子吸附（使用也不多） 互相交换离子的吸附，依靠静电引力牢固吸附。,2.2 吸附等温线,1吸附平衡 吸附过程是可逆的，当吸附速度和解吸速度相等时，则吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面上的浓度
8、都不改变而达到平衡，此时 吸附质在溶液中的浓度称为平衡浓度。 吸附剂吸附能力的大小以吸附量q表示，指单位重量的吸附剂所吸附的吸附质的重量。 q = V (CoC) / W 式中 V废水容积； W吸附剂投量； Co原水吸附质浓度； C吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度。,(1)朗谬尔公式 朗谬尔公式是从动力学观点出发，通过一些假设条件而推导出来的单分子吸附公式。 式中q吸附量 C吸附质平衡浓度 a、b吸附常数。 将上式改为倒数式，即：,(2)费兰德利希公式 q = K C1/n 式中q吸附量； C吸附质平衡浓度； K、1/n常数。 将上式改写为对数式：,2.3 吸附速度,吸附速度是指单位重量的吸附剂
9、在单位时间内所吸附的物质量。吸附过程可分为3个阶段。 第一阶段为外部扩散阶段。在吸附剂周围存在着一层固定的水膜。吸附质首先通过这个水膜才能到达吸附剂的表面，所以吸附速度与液膜扩散速度有关。 第二阶段称为颗粒内部扩散阶段。经水膜扩散到吸附剂表面的吸附质向细孔深处扩散。 第三阶段称为吸附反应阶段。吸附质被吸在细孔的内表面上。,2.4 影响吸附的因素,1吸附剂的性质 一般是极性分子吸附剂易吸附极性分子吸附质，非极性分子吸附剂易于吸附非极性吸附质。（处理污水是常用非极性吸附剂-活性炭） 2吸附质的性质 吸附质的溶解度，表面自由能，极性，吸附质分子的大小，吸附质的浓度有关 3废水的pH值 废水的pH值影
10、响吸附剂及吸附质的性质。 4共存物质 物理吸附时吸附剂可吸附多种吸附质。一般共存多种吸附质时，吸附剂对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差。 5温度 因为物理吸附过程是放热过程，温度升高吸附量减少，反之吸附量增加。 6接触时间 在进行吸附时，应保证吸附质与吸附剂有一定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。,2.5 吸附操作方式,2.5.1 静态吸附 在废水不流动的条件下，进行的吸附操作称为静态吸附操作，静态吸附在废水处理中采用较少。 2.5.2 动态吸附 动态吸附是在废水流动条件下进行的吸附操作。当废水连续通过填充吸附剂的吸附设备时，废水中的吸附质便被吸附剂吸附，从吸附设
11、备流出的废水中吸附质的浓度可以降低，吸附剂使用一段时间后，出水中的吸附质的浓度逐渐增加，当增加到某一数值时，将吸附剂进行再生。,2.5.3 穿透曲线,向固定床连续地通人废水，发现有的填充层正在发生吸附作用，呈现明显的吸附带，在这段下部的填充层几乎没有发生吸咐作用，在其上部的填充层由于已达到饱和状态，不再起吸附作用。当有明显的吸附带时，吸附带随废水的不断流人而缓缓地向下移动。吸附带的移动速度比废水在填充层内流动的线速度要小的多。当吸附带下缘移到填充层下端时，从装置中流出的废水中便开始出现吸附质。以后继续通水，出水中吸附质的浓度将迅速增加，直到等于原水的浓度C0时为止。,2.6 吸附剂,废水处理中常用的吸附剂有活性炭，磺化煤、沸石、活性白土、硅藻土、焦炭等。 工程中使用较多的是活性炭，活性炭的比表面积可达5001700m2g。,PART END,北京清大国华环保科技有限公司,
