《水污染控制工程 教学课件 ppt 作者 孙体昌 娄金生水污染控制工程PPT5-9 第9章 吸附》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水污染控制工程 教学课件 ppt 作者 孙体昌 娄金生水污染控制工程PPT5-9 第9章 吸附（107页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第9章 吸附和离子交换 Adsorption and Ion Exchange,2,第9章 吸附和离子交换,9.1 吸附操作与设备 9.1.1 吸附操作方式 9.1.2 固定床吸附操作 9.1.3 移动床吸附操作 9.1.4 流动床吸附操作 9.2 吸附剂及其再生 9.2.1 活性炭吸附剂 9.2.2 其他吸附剂,9.2.3 吸附剂的再生 9.3 吸附的基本理论 9.3.1 吸附过程及分类 9.3.2 吸附平衡和平衡吸附量 9.4 影响吸附过程的因素 9.4.1 吸附剂性质的影响 9.4.2 吸附质性质的影响 9.4.3 操作条件的影响,3,第章 吸附和离子交换,9.5 离子交换操作与设备
2、 9.5.1 固定床交换柱操作 9.5.2 移动床交换操作 9.5.3 流动床交换柱 9.6 离子交换剂及再生 9.6.1 离子交换剂结构和分类 9.6.2 离子交换的机理 9.6.3 离子交换剂的性能指标 9.6.4 离子交换剂的再生,9.7 影响离子交换效果的因素 9.7.1 离子交换剂的性质 9.7.2 水中污染物的性质 9.7.3 操作条件 9.8 吸附和离子交换应用案例 9.8.1 吸附和离子交换应用时需考虑的问题 9.8.2 应用案例,4,第9章 吸附和离子交换,9.1 吸附操作与设备 9.1.1 吸附操作方式 9.1.2 固定床吸附操作 9.1.3 移动床吸附操作 9.1.4 流
3、动床吸附操作 9.2 吸附剂及其再生 9.2.1 活性炭吸附剂 9.2.2 其他吸附剂,9.2.3 吸附剂的再生 9.3 吸附的基本理论 9.3.1 吸附过程及分类 9.3.2 吸附平衡和平衡吸附量 9.4 影响吸附过程的因素 9.4.1 吸附剂性质的影响 9.4.2 吸附质性质的影响 9.4.3 操作条件的影响,5,9.1 吸附操作与设备,9.1.1 吸附操作方式 吸附操作的过程是使废水和吸附剂以某种方式接触，完成吸附废水再与吸附剂分离而完成的。 按吸附操作过程中废水的流动状态，可分为静态吸附和动态吸附。 按吸附操作过程中吸附剂床层的状态分为固定床、移动床和流动床。,静态吸附操作,废水在不连
4、续流动的条件下进行的吸附操作为静态吸附操作 静态吸附操作过程是把一定量的吸附剂加入待处理的废水中，不断地进行搅拌，达到吸附平衡后，用沉降或过滤法使吸附剂与废水分离。,6,一次吸附后出水水质达不到要求时，往往采用多次静态吸附操作。 由于多次吸附操作麻烦，在废水处理中应用较少。,搅拌装置,吸附剂和原水,动态吸附操作,动态吸附是在废水连续流动条件下进行的吸附操作。 动态吸附操作过程是连续的过程，一般是废水连续通过一定厚度的吸附剂床层，使肺水肿的污染物吸附在吸附剂中。,从吸附剂床层在吸附过程中的状态，可以分为固定床方式、移动床方式和流化床方式,原水,产品水,9.1.2 固定床吸附操作,（1）固定床吸附
5、塔的结构 固定床吸附塔是废水处理中常用的吸附塔，在这种动态吸附塔中，吸附剂在吸附操作过程中是固定不动的，所以叫固定床 根据吸附时水流动的方向，固定床吸附塔又分为升流式和降流式两种 降流式的出水水质较好，但水头损失较大 升流式水头损失增加较慢，运行时间较长，但吸附剂容易流失,8,9,原水,反洗废水,产品水,反洗水,吸附剂床层,石英砂垫层,检查孔,表面冲洗水,吸附剂排出口,固定床吸附塔结构示意图,（2）固定床的穿透曲线,固定床穿透曲线,吸附床层内各吸附区随吸附时间的变化情况,t=0,0ttb,t=tb,tbttx,t=tx,未吸附区 吸附区 饱和区,穿透浓度,穿透时间,耗竭浓度,耗竭时间,影响穿透
6、曲线形状的因素,吸附速度：吸附速度愈快穿透曲线愈陡，吸附区愈短 吸附剂的种类和粒度：对球形吸附剂，粒度愈小，穿透曲线愈陡 废水中污染物的性质和浓度：一般是进水浓度愈高，穿透曲线愈陡 水流的速度：水流速度愈小，穿透曲线愈陡 实际废水吸附时的穿透曲线要通过试验确定,11,（3）固定床吸附塔的组合方式,12,原水,原水,原水,产品水,产品水,产品水,单塔,多塔串联,多塔并联,9.1.3 移动床吸附操作,移动床吸附塔的操作方式是原水从吸附塔底部进入，从下向上穿过吸附剂床层和吸附剂接触，吸附后的水从塔顶排出，饱和的吸附剂从塔低排出，再生后的吸附剂从塔顶进入吸附塔 吸附过程中，吸附剂不是固定不动，而是逐渐
7、向下移动，所以称为移动床 按吸附剂排出的方式又分为间歇移动床和连续移动床,13,14,原水,新活性炭,活性炭输送水,饱和活性炭去 再生系统,吸附剂床层,饱和的吸附剂,出水滤头,塔体,移动床吸附塔结构示意图,产品水,吸附剂排出阀,15,第9章 吸附和离子交换,9.1 吸附操作与设备 9.1.1 吸附操作方式 9.1.2 固定床吸附操作 9.1.3 移动床吸附操作 9.1.4 流动床吸附操作 9.2 吸附剂及其再生 9.2.1 活性炭吸附剂 9.2.2 其他吸附剂,9.2.3 吸附剂的再生 9.3 吸附的基本理论 9.3.1 吸附过程及分类 9.3.2 吸附平衡和平衡吸附量 9.4 影响吸附过程的
8、因素 9.4.1 吸附剂性质的影响 9.4.2 吸附质性质的影响 9.4.3 操作条件的影响,9.1.4 流化床吸附操作,流动床吸附塔也叫做流化床吸附塔，吸附剂处于膨胀状态，吸附剂颗粒之间有一定的空隙，且相对位置也不断变化 可使用小颗粒的吸附剂，吸附剂一次投量较少，不需反洗，设备小，生产能力大且预处理要求低 运转中操作要求高，不易控制，运转中操作要求高，不易控制,16,17,活性炭输送水,再生后的活性炭,饱和活性炭 取再生系统,冲洗水,吸附剂床层,多孔板,出水槽,沉降区,移动床吸附塔结构示意图,产品水,吸附剂下降管,排空管,进水,冲洗水管,18,第9章 吸附和离子交换,9.1 吸附操作与设备
9、9.1.1 吸附操作方式 9.1.2 固定床吸附操作 9.1.3 移动床吸附操作 9.1.4 流动床吸附操作 9.2 吸附剂及其再生 9.2.1 活性炭吸附剂 9.2.2 其他吸附剂,9.2.3 吸附剂的再生 9.3 吸附的基本理论 9.3.1 吸附过程及分类 9.3.2 吸附平衡和平衡吸附量 9.4 影响吸附过程的因素 9.4.1 吸附剂性质的影响 9.4.2 吸附质性质的影响 9.4.3 操作条件的影响,9.2 吸附剂及其再生,工业吸附剂必须满足的要求： a)吸附能力强 b)吸附平衡浓度低 c）化学性能稳定 d)容易再和再利用 e)机械强度好 f)吸附选择性好 g)来源广、价格低 以上要求
10、是对一般吸附剂的要求，实际应用的吸附剂很难同时满足这八个方面的要求，应根据不同的场合选用,9.2.1 活性炭吸附剂,（1）活性炭的生产工艺简介 活性炭是具有发达的空隙结构、很大比表面积和吸附能力的炭 属于非极性疏水性吸附剂 其外观为暗黑色，可以根据需要制成不同的形状 它具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎，是目前应用最广泛的吸附剂,活性炭生产过程,成品炭,（2）活性炭的分类 按形状分类可以分为粉状、颗粒状、柱状、球状和纤维状活性炭等 按生产的原料分类可分为木质、果壳、煤质、石油类、再生和其他活性炭 按活化方法分类可以把活性炭分为化学、物理、
11、特殊活化活性炭 按内部微孔的分布分类可以分为大孔活性炭和细孔活性炭 按用途分类可以分为净水用活性炭、脱色用活性炭、分析用活性炭、防毒面具用活性炭等,（3）活性炭的性能指标 1）比表面积 指单位质量的活性炭所具有的表面积，值得注意的是活性炭的表面积包括其孔隙所形成的表面积 2）堆积密度 活性炭在自然堆积的条件下，单位体积活性炭的质量，此时的体积包括了活性炭颗粒之间的空隙 3）真密度 活性炭颗粒去掉颗粒内部孔隙后单位体积的活性炭的质量,4）粒径及粒径分布 有效粒径：10的颗粒可以通过的筛孔尺寸 平均粒径：用一系列不同孔径的筛子筛分后 经计算得到 均匀系数：能使80颗粒通过的筛孔直径与 能使10颗粒
12、通过的筛孔直径之比 5）空隙容积 单位质量的活性炭中的所有孔隙的容积 6）碘值 单位质量的活性炭中的所有孔隙的容积，碘值越高吸附能力越大,7）灰分 活性炭在一定温度下燃烧后剩余物所占的质量分数 8）含水率 活性炭中水的质量分数 9）耐磨强度 在一定的条件下经磨损后活性炭颗粒的粒径与磨损前颗粒粒径之比 吸附能力不仅与活性炭的比表面有关，还与其中细孔结构和细孔分布及表面化学性质有关。,9.2.2 其他吸附剂,（1）树脂吸附剂 树脂吸附剂也叫做吸附树脂，是一种人工合成的新型有机吸附剂 具有立体网状结构，呈多孔海绵状，加热不熔化，可在150下使用，不溶于一般溶剂及酸、碱，比表面积可达800 m2/g
13、按照基本结构分类，吸附树脂大体可分为非极性、中性、极性和强极性四种类型,树脂吸附剂的特点： a）结构容易人为控制 b ）适应性大、应用范围广 c ）吸附选择性特殊、稳定性高 d ）再生简单，多数为溶剂再生 在应用上它介于活性炭等吸附剂与离子交换树脂之间，而兼具它们的优点，既具有类似于活性炭的吸附能力，又比离子交换剂更易再生,（2）腐殖酸系吸附剂 具有立体一般认为腐植酸是一组芳香结构的、性质相似的酸性物质的复合混合物 它的大分子约由10个分子大小的微结构单元组成，每个结构单元由核（主要由五元环或六元环组成）、联结核的桥键（如O、CH2、NH等）、以及核上的活性基团所组成 腐植酸含有的活性基团有羟
14、基、羧基、羰基、胺基、磺酸基、甲氧基等。这些基团决定了腐植酸对阳离子的吸附性能,腐殖酸吸附剂的分类 用作吸附剂的腐植酸类物质有两大类 一类是天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤等，直接作吸附剂用或经简单处理后作吸附剂用。 另一类是把富含腐植酸的物质用适当的粘结剂制成腐植酸系树脂，造粒成型，以便用于管式或塔式吸附装置。,腐殖酸吸附剂的吸附特点 腐植酸对阳离子的吸附包括离子交换、螯合、表面吸附、凝聚等作用，既有化学吸附，又有物理吸附。当金属离子浓度低时，以螯合作用为主，当金属离子浓度高时，离子交换占主导地位 腐植酸类物质能吸附工业废水中的各种金属离子，如Hg、Zn、Pb、Cu、Cd等，其吸附率可达
15、9099。存在形态不同，吸附效果也不同，如对Cr3+的吸附率大于Cr6+,31,第9章 吸附和离子交换,9.1 吸附操作与设备 9.1.1 吸附操作方式 9.1.2 固定床吸附操作 9.1.3 移动床吸附操作 9.1.4 流动床吸附操作 9.2 吸附剂及其再生 9.2.1 活性炭吸附剂 9.2.2 其他吸附剂,9.2.3 吸附剂的再生 9.3 吸附的基本理论 9.3.1 吸附过程及分类 9.3.2 吸附平衡和平衡吸附量 9.4 影响吸附过程的因素 9.4.1 吸附剂性质的影响 9.4.2 吸附质性质的影响 9.4.3 操作条件的影响,9.2.3 吸附剂的再生,解吸再生就是在保持吸附剂结构不变或
16、变化不大的条件下，将吸附质从吸附剂的表面去除以恢复吸附剂吸附能力的过程,常用的解吸再生方法,加热再生法,化学氧化 再生法,药剂再生法,生物再生法,（1）加热再生法 加热再生即用外部加热的方法，改变吸附平衡关系，达到使吸附质脱附或分解的目的 根据温度的不同，分为低温再生和高温再生 低温再生适用于吸附了气体物质的饱和活性炭，通常加热到100200，被吸附的物质就可以脱附 高温再生用于吸附了固体或离子的饱和活性炭，废水处理中活性炭的再生一般要加热到8001000，并需要加入活化气体（如水蒸气、二氧化碳等）才能完成,高温加热再生活性炭步骤,1）干燥：加热到100150，目的是将吸附在其细孔中的水分（水的质量分数约为4050）蒸发出来，同时部分低沸点的有机物也随着挥发出来 2）炭化：水分蒸发后，继续加温到700800，这时低沸点有机物全部挥发脱附，高沸点有机物由于热分解，一部分成为低沸点有机物挥发脱附，另一部分被炭化残留
