《水的吸附法》PPT课件.ppt

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。,1Langmuir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。,(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：,3Freundlich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。,图解法: Lgqe=lgK+1/nlgce,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。,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,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,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。,（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24mm 棒状活性炭：50mm，L=255mm 活性炭纤维:直径一般5-20um,2. 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,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。,五、吸附工艺和设备,操作方式,连续式,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：从ta到tb的t时间内，吸附带所移动的距离叫吸附带长度。（6）吸附带的移动速度： V吸附带=/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46根柱串联起来，见图。 填充层总高度为39m，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=（0.90.95）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=（0.90.95）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。,3.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 IIIIII串联运行； IIIII串联运行 IIII串联运行。,（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。,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/m3 Ce出水吸附质允许浓度，kg/m3 K速率系数，m3/（kgh）； No吸附容量,即达到饱和时吸附剂的吸附量(kg/m3).,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。,2.模型试验求临界高度ho,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KV、NoV、hoV三条曲线。,3.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）,（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),(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 ：,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。,