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1、 定义：废水中的污染物在处理过程中是通定义：废水中的污染物在处理过程中是通过相转移的变化而达到去除目的的处理方法称过相转移的变化而达到去除目的的处理方法称为物理化学处理。为物理化学处理。 污染物在物化过程中可以不参与化学变化污染物在物化过程中可以不参与化学变化或化学反应，直接从一相转移到另一相，也可或化学反应，直接从一相转移到另一相，也可以经过化学反应后再转移。以经过化学反应后再转移。 处理单元（处理单元（Operating UnitsOperating Units）：吸附、）：吸附、离子交换、膜分离、萃取等。离子交换、膜分离、萃取等。第四章 废水的物化处理法第第一一节节吸吸附附法法一、 吸附
2、原理（一一）吸吸附附本本质质：吸吸附附是是一一种种或或几几种种物物质质（称称为为吸吸附附质质）在在另另一一种种物物质质（称称为为吸吸附附剂剂）表表面面上上自自动动发发生生变变化化（累累积积或或浓浓集集）的过程。的过程。是是一一种种相相界界面面上上的的反反应应。可可以以发发生生在在气气液液界界面面、气气固固、液固。液固。在水处理中，主要讨论的是液固界面。在水处理中，主要讨论的是液固界面。固相物质：吸附剂，一般为多孔性物质固相物质：吸附剂，一般为多孔性物质液相中被吸附物质：吸附质液相中被吸附物质：吸附质水水处处理理的的吸吸附附法法是是指指水水中中的的一一种种或或多多种种物物质质被被吸吸附附在在固固
3、体体表表面（吸附剂）而被去除的方法。面（吸附剂）而被去除的方法。 吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，而从混合物中分离的过程。 典型的吸附过程包括四个步骤：待分离的料液待分离的料液通入吸附剂通入吸附剂吸附质被吸附吸附质被吸附在吸附剂表面在吸附剂表面料液流出料液流出吸附质解吸吸附质解吸吸附剂再生吸附剂再生（二）吸附方式（二）吸附方式吸吸附附物理吸附物理吸附交换吸附交换吸附吸附剂与吸附物质间由分子间引吸附剂与吸附物质间由分子间引力力(即范徳华力即范徳华力)而产生的吸附而产生的吸附吸附剂与被吸附物质间由静电吸附剂与被吸附物质间由静电引力产生的吸附引力产生的
4、吸附化学吸附化学吸附吸附剂与被吸附物质间由化学吸附剂与被吸附物质间由化学键力引起的吸附键力引起的吸附特点：吸附快，吸附热小；吸附没有特点：吸附快，吸附热小；吸附没有选择性，过程可逆；选择性，过程可逆；特点：吸附慢，吸附热大，具有选择特点：吸附慢，吸附热大，具有选择性；单分子层吸附；吸附不可逆。性；单分子层吸附；吸附不可逆。 离子电荷越多，吸附越强。离子电荷越多，吸附越强。离子水化半径越小，越易被吸附。离子水化半径越小，越易被吸附。（三）吸附平衡和吸附等温式（三）吸附平衡和吸附等温式1 1、吸附平衡、吸附平衡V废水容积，废水容积，L L；mm吸附剂投加量，吸附剂投加量，mgmg； 吸附质的初始浓
5、度和最终浓度，吸附质的初始浓度和最终浓度，mg/Lmg/L； 吸附容量指吸附容量指单位重量的吸附剂（单位重量的吸附剂（mgmg）能够吸附的吸附质）能够吸附的吸附质重量重量（mgmg）。）。qq单位吸附剂的吸附量，（单位吸附剂的吸附量，（mg/mgmg/mg） 当吸附质分子当吸附质分子到达吸附剂表面的数量和吸附剂表面释到达吸附剂表面的数量和吸附剂表面释放吸附质的数量相等放吸附质的数量相等时，即达到吸附平衡时，即达到吸附平衡 2 2、吸附等温线吸附等温线如果不考虑溶剂的吸附，当固体吸附剂与溶如果不考虑溶剂的吸附，当固体吸附剂与溶液中的溶质达到平衡时，其吸附量液中的溶质达到平衡时，其吸附量q q应与
6、溶应与溶液中溶质的浓度和温度有关。液中溶质的浓度和温度有关。当温度一定时，吸附量只和浓度有关，当温度一定时，吸附量只和浓度有关， q q=f=f（c c），这个函数关系称为吸附等温线。），这个函数关系称为吸附等温线。吸附等温线表示平衡吸附量吸附等温线表示平衡吸附量. . 2 2、吸附等温线吸附等温线Langmuir等温线等温线单分子层单分子层Freundlich等温线等温线单分子层单分子层Henry等温线等温线稀浓度稀浓度等温线等温线多分子层多分子层2 2、吸附等温式、吸附等温式（1）亨利吸附等温式）亨利吸附等温式qq单位吸附剂的吸附量，单位吸附剂的吸附量，mg/mgmg/mg。yy吸附剂吸附
7、的物质总量，吸附剂吸附的物质总量，mgmg；mm投加的吸附剂量，投加的吸附剂量，mgmg； HH亨利常数，亨利常数，L/mgL/mg；cc吸附质在液体中的质量浓度，吸附质在液体中的质量浓度，mg/Lmg/L；适用于低浓度吸附质的水溶液，单分子层的吸附。适用于低浓度吸附质的水溶液，单分子层的吸附。 （2 2）朗缪尔（）朗缪尔（LangmuirLangmuir）吸附等温式）吸附等温式该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下导出的，形式为：导出的，形式为：将上式变换成以下形式，将上式变换成以下形式，使用时较方便：使用时较方便：k = qmk1 qm 单位质量或
8、单位体积吸附剂盖满一层单分子层时的吸附量。k1 朗格缪尔常数（3 3）弗罗因德利希）弗罗因德利希 (Freundlich) (Freundlich) 吸附等温式吸附等温式 kk弗劳德利希弗劳德利希(Freundlich)(Freundlich)吸附常数；吸附常数； nn常数，常数，n 1n 1 c c吸附质在液体中的质量浓度，吸附质在液体中的质量浓度，mg/Lmg/L；两边取对数：两边取对数：本公式在低浓度时较适用。本公式在低浓度时较适用。 1/n越小，吸附性能越小，吸附性能越好。一般认为越好。一般认为 1/n = 0.1 0.5 时容易吸附时容易吸附; 1/n大于大于2时难于吸附。时难于吸附
9、。 （4 4）BETBET方程（方程（Brunauer-Emmett-Teller equation）当当时，时，得得令令，则上式变为朗谬尔方程：，则上式变为朗谬尔方程：适用于多分子层的吸附。适用于多分子层的吸附。BET法的源由1938年，勃鲁瑙尔(Brunauer)、爱默特(Emmett)和泰勒(Teller)(简称)等三人建立了多分子层吸附理论。基本假设是：l固体表面积是均匀的；l吸附质与吸附剂之间的作用力是范德华力，吸附质分子之间的作用力也是范德华力，l所以当气相中的吸附质分子被吸附在固体表面上之后，它们还可能从气相分子中吸附同类分子，因而吸附是多层的。l但被吸附在同一层的吸附质分子之间
10、相互无作用；l吸附平衡是吸附和解吸的动态平衡；l第二层及其以后各层分子的吸附热等于气体的液化热。3 3、吸附速率、吸附速率 吸附速度快，接触时间就短，吸附设备容积小。吸附速度快，接触时间就短，吸附设备容积小。 吸附过程分为三个阶段：吸附过程分为三个阶段：第一阶段：颗粒的外扩散第一阶段：颗粒的外扩散 第二阶段：孔隙扩散第二阶段：孔隙扩散第三阶段：吸附反应第三阶段：吸附反应 吸附速率与吸附质颗粒直径的较高次方成反比，颗吸附速率与吸附质颗粒直径的较高次方成反比，颗粒愈小，孔隙扩散速度愈快。粒愈小，孔隙扩散速度愈快。 二、影响吸附的因素衡量衡量指标指标吸附能力吸附能力吸附速度吸附速度固体吸附剂用吸附量
11、衡量固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量时间内所吸附的物质量吸附吸附阶段阶段颗粒外部颗粒外部扩散阶段扩散阶段孔隙扩散孔隙扩散阶段阶段吸附反应吸附反应阶段阶段吸附质从溶液中扩散到吸附吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面内的吸附点表面吸附速度主要取决于吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度外部扩散速度和孔隙扩散速度。外部扩外部扩散速度散速度与溶液浓度成正比与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正比与吸附剂的比表
12、面积的大小成正比吸附剂颗粒直径越小，速度越快吸附剂颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度可提高速度孔隙扩孔隙扩散速度散速度吸附剂颗粒越小，速度越快吸附剂颗粒越小，速度越快电离和极性：电离和极性：极性相容原则极性相容原则 极性分子极性分子( (或离子或离子) )型的吸附剂容易吸附极性分子型的吸附剂容易吸附极性分子( (或离子或离子) )型的吸附质。型的吸附质。 非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。溶液的性质溶液的性质pHpH值：活性炭在低值：活性炭在低pHpH值时吸附量较大。值时吸附量较
13、大。 温度：低温有利于吸附反应。温度：低温有利于吸附反应。 共存物质：影响复杂。共存物质：影响复杂。2 2、几种常用的吸附剂、几种常用的吸附剂（1 1）天然矿物质：活性白土、漂白土、硅藻土；）天然矿物质：活性白土、漂白土、硅藻土； （2 2）活性炭：）活性炭：按原料分：果壳系、泥炭褐煤系、烟煤系和石油系；按原料分：果壳系、泥炭褐煤系、烟煤系和石油系；按形态分：粉末活性炭、颗粒活性炭、纤维活性炭。按形态分：粉末活性炭、颗粒活性炭、纤维活性炭。 比表面积可达比表面积可达800-2000m800-2000m2 2/g/g，吸附能力强；容易再，吸附能力强；容易再生；生；1 1、选择原则、选择原则：吸附
14、容量高，吸附速度快。吸附容量高，吸附速度快。再生容易，物化性能好。价廉、来源广。再生容易，物化性能好。价廉、来源广。三、吸附剂（3 3）硅胶：极性吸附剂，对非极性物质吸附较难）硅胶：极性吸附剂，对非极性物质吸附较难 （4 4）活性氧化铝：）活性氧化铝：（5 5）沸石分子筛：孔径大小均一的吸附剂）沸石分子筛：孔径大小均一的吸附剂，人工合成的人工合成的沸石是极性吸附剂。沸石是极性吸附剂。（6 6）吸附树脂：具有巨大网状结构的大孔径树脂。）吸附树脂：具有巨大网状结构的大孔径树脂。 （7 7）腐殖酸类吸附剂：如风化煤、泥煤、褐煤等。）腐殖酸类吸附剂：如风化煤、泥煤、褐煤等。粉末活性炭粉末活性炭 颗粒活
15、性炭颗粒活性炭 再再生生方方法法加热再生法加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子逸出或断裂成低分子化学再生法化学再生法通过化学反应，使吸附质转化为通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来易溶于水的物质而解吸下来再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中
16、除去,恢恢复它的吸附能力。复它的吸附能力。3 3、吸附剂的再生、吸附剂的再生四、 吸附工艺和设备操操作作方方式式连续式连续式间歇式间歇式将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液左右，然后静置沉淀，排除澄清液固定床固定床移动床移动床流化床流化床吸附剂固定填放在吸附柱吸附剂固定填放在吸附柱(或或塔塔)中中在操作过程中定期地将接近饱在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中附剂加入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中悬浮于由下而上的水流中1 1、混合接触式吸附装置、混合接触式吸附装置 （间歇式）（间歇式）搅拌搅拌 静置静置 沉淀（过滤等）。沉淀（过滤等）。单级吸附：被处理液与吸附剂接触一次；单级吸附：被处理液与吸附剂接触一次；多级吸附：被处理液与吸附剂接触多次；多级吸附：被处理液与吸附剂接触多次；用于少量废水的处理和实验研究。用于少量废水的处理和实验研究。四、 吸附工艺和设备吸
