20180418环保精讲班第二十二讲吸附离子交换膜分离

网络授课课后视频及时答疑专有题库注册环保专业群327311547注册环保基础群2070861652018年张工培训注册环保工程师精讲班——吸附、离子交换、膜分离1主讲：上海封工注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165水污染防治工程基础与实践第1章污水处理工程总体设计第2章污水污水预处理工程第3章污水生物处理工程基础第4章污水物理与化学处理工程基础4.7吸附（本课内容）4.8离子交换砂（本课内容）4.9膜分离（本课内容）第5章污水再生利用工程第6章工业废水处理工程第7章污泥处理工程第8章污水污泥处理过程常用设备、药剂及仪表第9章污水自然净化工程第10章流域水污染防治工程相关环境法规、标准、规范等2注册环保专业群327311547注册环保基础群2070861654.7吸附吸附概念：利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。废水中的吸附是发生在固—液界面上的吸附。吸附剂：具有吸附能力的多孔性固体物质吸附质：被吸附的物质吸附原理吉布斯方程式：∝=−−𝑪𝒅γRT𝒅𝒄∝为正值时，产生吸附；∝为负值时，产生解析；3注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附吸附的类型物理吸附：靠分子间力产生的吸附没有选择性多分子层吸附吸附剂的比表面积和细孔分布影响大化学吸附：由化学键力引起的吸附有选择性单分子层吸附表面化学性质和化学性质影响大离子交换吸附：正负电荷间静电引力引起4注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附吸附等温线：吸附容量(g吸附质/g吸附剂)：𝒒=吸附质的质量吸附剂的质量=𝐕𝐂𝟎−𝐂𝐞𝑾5式中：V—废水容积；W—吸附剂用量，g;C0—废水吸附质浓度（g/L）;C—吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度(g/L).注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附吸附等温式1、Langmuir朗格缪尔等温式Langmuir假设：（1）吸附剂表面均一，各处的吸附能相同；（2）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。（3）被吸附分子之间没有作用力。6𝒒=𝒂𝒃𝒄𝟏+𝒂𝒄注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附吸附等温式2、Freundlich弗劳德利希吸附等温式（新三废p508）𝒒=𝒌𝑪𝟏𝒏K——Freundlich吸附常数;C——平衡浓度，mg/L。n——常数，通常n1.改写成倒数形式:lg𝒒=lg𝒌+𝟏𝒏lgC1/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。1/n较大则采用连续吸附，反之采用间歇吸附。7注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附吸附等温式3、B.E.T等温式假定发生多层溶质吸附。第一层吸附是靠吸附剂与吸附质间的分子引力，而第二层以后是靠吸附质分子间的引力。总吸附量等于各层吸附量之和:取倒数：8SSCCBqBBqqCCC0011)(注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附真题——单选2016-1A-1、下列哪项技术通常不在水处理工艺中应用？（A）物理吸附（B）化学吸附（C）离子交换（D）静电吸附解析：《教材》，吸附可分为物理吸附、化学吸附以及离子交换吸附3种类型。即使不是离子交换吸附，单讲离子交换，也是水处理中常用的技术。答案：D9注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附真题——单选某工业废水经预处理后出水苯酚浓度为50mg/L，拟采用粉末活性炭吸附处理，处理水量为200m3/h，水质要求苯酚≤3mg/L，已知苯酚为3mg/L时，平衡吸附量q为0.01mg苯酚/mg炭。试计算每立方米水需投加多少粉末活性炭？（A）1180g（B）2000g（C）2700g（D）4700g解析：《教材》P220公式4-31：投加活性炭的质量：𝐖=𝐕𝐂𝟎−𝐂𝐞𝐪=𝟏×(𝟓𝟎−𝟑)𝟎.𝟎𝟏=𝟒𝟕𝟎𝟎𝐠张工培训参考答案：【D】10注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附真题——案例2008-2P-17、某工业废水处理厂每天处理废水500m3进水COD浓度为150mg/L，生化段出水COD为50mg/L，欲通过活性炭深度处理后回用，回用水水质要求COD15mg/L，通过静态试验得到Freundlich吸附等温曲线：q=0.048𝐶0.42（其中，q为平衡吸附量，mg/mg炭；C为吸附平衡浓度，mg/L）活性炭的饱和度为80%，试计算活性炭的投加量。（A）466.7mg炭/L（B）292.3mg炭/L（C）388.4mg炭/L（D）328.9mg炭/L主要解答过程：吸附平衡时：q=0.048C0.42=0.048×150.42=0.1497mg/mg活性炭投加量：m=VC0−Ceq=50−150.1497×0.8=292.3mg炭/L张工培训参考答案：【B】11注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附吸附速率:单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量,单位g/g∙minv=q/t吸附速度v决定了废水和吸附剂的接触时间。分三步：1.颗粒外部扩散:吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面（外扩散）2.孔隙扩散:吸附质在孔隙内扩散（内扩散）3.吸附反应：吸附质在吸附剂内表面上发生吸附。最快在一般情况下，吸附过程开始时往往由外扩散控制，而在吸附接近终了时，内扩散起决定作用。吸附反应速度很快，其传质阻力可以忽略不计。12颗粒外部扩散速度,U=f(c、d、搅动)溶液浓度C↑，则U↑颗粒直径d↓，则U↑加强搅动，则U↑孔隙扩散速度,V=f（细孔大小与构造，吸附质的d）吸附剂颗粒直径d↓，V↑。注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附常用的吸附剂：活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、硅藻土等活性炭结构由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。比表面积500~1700m2/g分类：形态分：粉末状、颗粒状孔径分：微孔150nm、中孔150~20000nm、大孔20000nm表面化学性质:与表面所含化学官能团的性质有关13注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附的影响因素1.吸附剂活性炭的性质(1)比表面积越大，吸附能力越强(2)吸附剂的极性，活性炭是非极性型（相似相吸）(3)颗粒大小、颗粒的细孔构造与分布(4)表面化学性质2.吸附质的性质溶解度——越低越容易吸附。浓度——吸附质浓度较低时，提高C增加吸附量。表面自由能——自由能降得越多，越易被吸极性——相似相吸吸附质分子的大小和不饱和度:活性炭：易吸附分子直径较大的饱和化合物合成沸石：易吸附分子直径小的不饱和化合物14非极性极性饱和不饱和大分子量小炭素吸附剂二氧化柜氧化铝活性炭硅胶氧化铝胶活性白土分子筛合成沸石注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附的影响因素3.废水pH值：活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中吸附效果较好4.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。5.温度：吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温有利于解吸6.接触时间：应保证吸附达到平衡时的时间。15注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附真题——单选2014-1A-20、在城市污水深度处理中，利用活性炭吸附可去除一般物化和生化处理单元难以去除的微量有机物，如色素、杀虫剂等，但不同有机物被吸附的难易程度不同，下列属于易被活性炭吸附的有机物是：【】（A）亲水性较强的有机物（B）分子量很大的有机物（C）极性较强的有机物（D）疏水性较强的有机物解析：《教材》P222A、C不正确，吸附质和吸附剂有极性对吸附的影响存在“相似易相吸附”的规律。B不正确，活性炭易吸附分子直径较大的饱和化合物，对同族有机化合物的吸附能力随有机化合物的分子量的增大而增加，但当有机物分子量起过1000时，分子量过大会影响扩散速度，所以需进行预处理，将其分解为小分子量后再用活性炭处理；答案：D16注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附真题——单选2016-1-A-2下列关于活性炭作为吸附剂时，影响吸附效果的主要因素描述正确的是（A）活性炭的比表面积越大，吸附能力就越强（B）活性炭是非极性分子，易于吸附极性或极性很大的吸附质（C）一般来说，吸附质在水中的溶解度越大，越容易被活性炭所吸附（D）温度对活性炭吸附的影响较大，温度越高，吸附量越大解析：《教材》P222A正确。教材原话B错误。根据“相似而易相吸附”的规律，活性炭是非极性分子，易于吸附非极性的吸附质C错误。一般来说，吸附质在水中的溶解度越低，越容易被吸附D错误。温度对活性炭吸附的影响较小，但因为物理吸附过程是放热过程，温度越高吸附量减少，反之吸附量增加答案：A17注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附吸附操作方式静态吸附（适合水量小、吸附剂性质特殊的条件）动态吸附：固定床、移动床、流化床固定床①按水流方向又可分：升流式与降流式。降流式：水流由上至下，适用于悬浮物少的废水，悬浮物多则易堵塞。升流式：水流由下至上，滤速小，不短路。②连接方式：单床式、多床串联式、多床并联式。18注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附固定床吸附柱工作规律穿透曲线---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叫穿透曲线（排水工程p546）19注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附固定床吸附柱工作规律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.穿透点：当出水吸附质浓度Ca为(0.05-0.10)Co，即出水开始出现污染物时，所对应的出水总体积或吸附时间的穿透曲线上的那一点叫穿透点。3.吸附终点（耗竭点）出水浓度Cb为(0.90-0.95)Co（吸附剂全部丧失吸附能力）时，所对应的出水总体积的穿透曲线上的点。4.吸附带长度δ：实际发挥吸附作用的吸附剂层高度。5.吸附带的移动速度：V吸附带=δ/△t（2-10m/h）20注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附活性炭再生（新三废p513）（1）加热再生•低温适用于吸附气体炭再生•高温适用于水处理的粒状炭再生再生过程：•脱水、干燥(100-150℃)•炭化(300-700℃)•活化(700-1000℃)•急剧冷却，防治氧化（2）化学氧化法湿式氧化、电解氧化、臭氧氧化（3）溶剂再生法可回收有用物质（4）生物法再生微生物降解有机物（5）电加热再生直流电加热法微波再生炉21注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165吸附真题——单选2011-1A-15、下列关于活性炭再生处理的描述中错误的是：【】（A）采用活性吸附浓度较高的简单低分子量的碳氢化合物时，活性炭再生常采用低温加热再生法（B）进行废水深度处理的活性炭再生多采用热再生法（C）采用活性炭处理含有回收价值物质的工业废水时，活性炭再生宜采用溶剂再生法或蒸汽再生法（D）活性炭再生可以使炭的吸附能力恢复到100%解析：《废物污染控制技术手册》，AB正确，P513，加热再生法分低温和高温两种方法。前者适于吸附气体炭再生。后者适用于水处理粒状炭的再生；C正确，P514，用溶剂将被活性炭吸附的物质解吸下来，可以进一步由再生液中回收有用物质；D不正确，P515，活性炭再生后，炭本身及炭的吸附量都不可避免地会有损失