《水的吸附法》PPT课件

一、吸附原理吸附剂：具有吸附能力的多孔性固体物质。吸附质:废水中被吸附的物质.吸附:在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象。水处理中,主要是利用多孔性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.第八章吸附法引起吸附的主要原因：（1）溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的高度亲合力;（2）溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华引力或化学键力.吸附物理吸附化学吸附吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力(即范徳华力)而产生的吸附(无选择性)吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附(有选择性)吸附的类型交换吸附二、吸附平衡与吸附等温式(一)吸附平衡吸附过程中，固、液两相经过充分的接触后，最终将达到吸附与脱附的动态平衡。达到平衡时，单位吸附剂所吸附的吸附质的重量称为平衡吸附量，常用qe(mg/g)表示。将平衡吸附量qe与相应的平衡浓度ce作图得吸附等温线。1．Langmuir等温式Langmuir假设吸附剂表面均一，各处的吸附能相同;吸附是单分子层的，当吸附剂表面为吸附质饱和时，其吸附量达到最大值；在吸附剂表面上的各个吸附点间没有吸附质转移运动；达动态平衡状态时，吸附和脱附速度相等。eeebcabcq1(二)吸附等温式2.B.E.T.等温式（多层吸附）假定在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，同发生多分子层吸附,总吸附量等于各层吸附量之和。由此导出的二常数B.E.T.等温式为：seeseeccBccBacq/113．Freundlich等温式此为指数函数型式的经验公式：式中，K称为Freundlich吸附系数，n为常数，通常大于1。neeKcq/1图解法:Lgqe=lgK+1/nlgce1/n越小，吸附性能越好，1/n=0.1-0.5，容易吸附；1/n2，则难吸附。指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。三吸附速度衡量指标吸附能力吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量吸附阶段颗粒外部扩散阶段孔隙扩散阶段吸附反应阶段吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面吸附过程一般分为3个阶段：吸附反应阶段非常快，V主要取决于第I、II阶段速度外部扩散速度与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正比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，可提高速度孔隙扩散速度吸附剂颗粒越小，速度越快四、影响吸附的因素（一）吸附剂性质吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性质对吸附有很大影响。极性分子(或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子)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。（二）吸附质的性质吸附质在废水中的溶解度越小,越容易被吸附.吸附量随有机物分子量的增大而增加。活性炭处理废水时，对芳香族化合物的吸附效果较脂肪族化合物好，不饱和链有机物较饱和链有机物好，非极性或极性小的吸附质较极性强吸附质好。应当指出，实际体系的吸附质往往不是单一的，它们之间可以互相促进、干扰或互不相干。（三）操作条件1废水的pH值:溶液的pH值影响到溶质的存在状态（分子、离子、络合物），也影响到吸附剂表面的电荷特性和化学特性，进而影响到吸附效果.2温度:吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温有利于脱附.3共存物质:对于物理吸附，共存多种物质时的吸附比单一物质时的吸附要差。4接触时间:应保证吸附达到平衡时的时间，而该时间的大小取决于吸附速度V，V大则所需时间短。四、吸附剂及其再生1.活性炭在水处理中较多采用颗粒活性炭。粉末状活性炭粒状活性炭（园柱状、球状），粒径2~4mm棒状活性炭：Φ50mm，L=255mm活性炭纤维:直径一般5-20um2.腐植酸类吸附剂腐植酸是一组芳香结构的，性质与酸性物质相似的复杂混合物。腐植酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。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。3．树脂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800m2/g。树脂吸附剂的结构容易人为控制，因而它具有适应性大、应用范围广、吸附选择性特殊、稳定性高等优点，并且再生简单，多数为溶剂再生。再生方法加热再生法在高温条件下，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，成为气态逸出或断裂成低分子化学再生法通过化学反应，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,恢复它的吸附能力。脱水干燥炭化活化冷却五、吸附工艺和设备操作方式连续式间歇式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，排除澄清液固定床移动床流化床吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中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排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中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1当废水连续通过吸附剂层时,运行初期出水中溶质几乎为零。随着时间的推移,上层吸附剂达到饱和，床层中发挥吸附作用的区域向下移动。吸附区前面的床层尚未起作用。出水中溶质浓度仍然很低。当吸附区前沿下移至吸附剂层底端时，出水浓度开始超过规定值。以后出水浓度迅速增加，当吸附区后端面下移到床层底端时，整个床层接近饱和，出水浓度接近进水浓度。2.穿透曲线（1）吸附带：指正在发生吸附作用的那段填充层，在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带上部的填充层已达到饱和状态，不再起吸附作用。（2）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线。（3）穿透点：当出水吸附质浓度Ca为(0.05-0.10)Co时所对应的出水总体积或吸附时间的穿透曲线上的那一点。（4）吸附终点：出水浓度Cb为(0.90-0.95)Co时所对应的出水总体积的穿透曲线上的那一点叫吸附终点.（5）吸附带长度δ：从ta到tb的△t时间内，吸附带所移动的距离叫吸附带长度δ。（6）吸附带的移动速度：V吸附带=δ/△t（2-10m/h）（7）无明显吸附带时，多柱串联试验绘制穿透曲线：将4~6根柱串联起来，见图。填充层总高度为3~9m，在不同高度处设取样口，首先从第一个柱进水，依次通过第2、3、4柱。当第1柱出水C1=（0.9~0.95）Co时，停止向第1柱进水，将1柱从系统中脱离出来进行再生，将备用柱5接在系统柱4之后，此时原水通入第2柱，待第二柱出水浓度C2=（0.9~0.95）Co时，停止向第2柱进水，将第2柱从系统中脱离开进行再生，并将再生好的柱1接于柱5之后，此时原水通入第3柱。以此类推进行连续吸附操作。各柱的吸附量相等时的运行状态（面积A=面积B）视为达到了稳定运行状态。面积A为图中第1条曲线与第2条曲线所包含的面积，面积B为第2条曲线与第3条曲线所包含的面积。图10-1多柱串联试验ⅤⅢⅡⅠCCbCaQ04321Ⅳ563.吸附容量的利用：当吸附柱出水浓度达到穿透时，但此时吸附柱内的吸附剂并未完全饱和，仍能吸附相当数量的吸附质，直至出水浓度等于Cb(吸附终点)为止。这部分吸附容量应该充分利用。也即是充分利用吸附带的吸附容量。接触时间:t=Q/V泄漏时间:流量一定时,从开始进水到出水开始不符合水质要求时所经历的时间.（1）采用多床串联操作I—II—III串联运行；II—III—Ⅳ串联运行III—Ⅳ—I串联运行。图10-2三柱串联操作12340Q1Q2Q3QCaCbC0CⅠⅡⅢⅣ（2）采用升流式移动床操作从底部排出的吸附剂都是接近饱和的，从而充分利用了吸附剂的吸附容量。图10-3移动床吸附塔构造示意图溢流管直流式衬胶阀出水溢流水进料斗通气阀滤头α=60°活性炭进水截止阀压力水直流式衬胶阀α=60°水射器冲洗水4吸附塔的设计博哈特——亚当斯计算法1.博哈特——亚当斯方程式式中：t——工作时间，h；V——线速度，即空塔速度，m/h；h——炭层高度，m；Co——进水吸附质浓度，kg/m3Ce——出水吸附质允许浓度，kg/m3K——速率系数，m3/（kg·h）；No——吸附容量,即达到饱和时吸附剂的吸附量(kg/m3).tKCVhKNCCe0001/expln1/ln1，上式等号右边括号内的1可忽略不计，则工作时间t：临界高度ho：当t=0时，保证出水吸附质浓度C不超过Ca（穿透浓度）时的吸附剂层的理论高度ho即吸附带高度，ho↓吸附反应越快。VhKN/exp01/ln10000eCCKChVCNt1/ln000eCCKNVh2.模型试验——求临界高度ho进水C0取样口231出水C0图10-4活性炭炭柱（模型试验）截距：改变线速度（m/h）；以不同的V进行上述试验，将不同V时的No、K、ho作图，可分别得出K—V、No—V、ho—V三条曲线。图10-5t对h的图解截距ln()-1/KC0C0Ceth斜率N0C0V1/ln/100eCCKC图10-6K、N0h0对V的图解0VN0Kh0N0h0K3.吸附塔设计已知废水设计流量Q（m3/h），原水吸附质浓度Co，出水吸附质允许浓度Ce。（1）吸附工作时间t——吸附柱出水达到穿透点的时间，线速度（m/h）查图得出K、No、ho（小时）24DQV1/ln100000eCCKChVCNt（2）活性炭每年更换次数n（吸附剂再生次数）（次/a）（3）活性炭年消耗量W（m3/a）（4）吸附质年去除量G（kg/a）：，Co、Ce均以mg/L为单位(kg/a)tn/24365nhDW42)(8760hnt10000eCCnQtG)(76.80eCCQG(5)吸附效率E式中：No——达到饱和时吸附剂的吸附量，（kg/m3）h——炭层高度；ho——临界高度则：%1000GGE4200hnDNG%1000hhhE六、吸附法在污水处理中的应用1.吸附法除汞活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。吸附法除汞流程2.炼油厂、印染厂废水的深度处理某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水的含酚量从0.1mg/L(生物处理后)降至0.005mg/L，氰从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L降至18mg/L。