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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,