第9章 污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理.ppt

水污染控制工程
第9章污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理
内蒙古科技大学环境工程教研室
目录
第一节吸附法
第二节离子交换法
第三节萃取法
第四节膜析法
第一节吸附法
一、吸附原理
吸附可分为物理吸附和化学吸附。
物理吸附:吸附剂与吸附质之间通过分子间引力(即范德华力)产生吸附。
化学吸附:吸附剂与吸附质之间产生化学作用,生成化学键引起吸附。
一定的吸附剂所吸附物质的数量与此物质的性质、浓度和温度有关。表明被吸附物质的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。
(Freundlich)吸附等温式
两边取对数:
式中:
y—吸附剂吸附的物质总量,mg
m—投加的吸附剂量,mg
ρ—到达平衡时溶液中被吸附物的浓度,mg/L
K、n—经验常数。 N值在正常条件下大于1。
(Langmuir)吸附等温式
两边同时被ρ除:
式中:
y—吸附剂吸附的物质总量,mg
m—投加的吸附剂量,mg
ρ—到达平衡时溶液中被吸附物的浓度,mg/L
K、K1—经验常数。
二、影响吸附的因数
吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标。固体吸附剂的吸附能力可用吸附量来衡量。吸附速度指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。它决定接触时间及吸附设备的容积。
吸附过程基本上可分为三个连续的阶段。第一阶段为吸附质扩散通过水膜而到达吸附剂表面(膜扩散);第二阶段为吸附质在孔隙内扩散;第三阶段为吸附质在吸附剂内表面上发生吸附。通常吸附阶段反应速度非常快,总的过程速度由第一、二阶段速度所控制。在一般情况下,吸附过程开始时往往由膜扩散控制,而在吸附接近终了时,内扩散起决定作用。
吸附剂结构的影响

比表面积
孔结构大孔>100 nm
2nm<过渡孔<100nm
微孔<2nm
表面化学性质表面含氧官能团的性质
-COOH、-OH等
有助于对极性分子的吸附
吸附质性质的影响
对于一定的吸附剂,由于吸附质性质的差异,吸附效果也不一样。通常有机物在水中的溶解度随着链长的增长而减小,而活性炭的吸附容量却随着有机物在水中溶解度的减少而增加,也即吸附量随有机物分子量的增大而增加(不能过大)。如活性炭对有机酸的吸附量按甲酸<乙酸<丙酸<丁酸的次序而增加。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。实际废水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。
操作条件的影响
吸附是放热过程,低温有利于吸附,升温有利于解吸。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。国内用太原8#络合物的试验结果如图所示。
三、吸附剂
活性炭:比表面积可达800—2000m2/g,有很高的吸附能力。一般可制成粉末状或颗粒状。粉末状活性炭吸附能力强,制备容易,价格降低,但再生困难,一般不能重复使用。颗粒状活性炭价格较贵,但可再生重复使用,并且使用时劳动条件较好,操作管理方便。活性炭的再生方法主要有:加热再生、化学再生。
腐殖酸类吸附剂:天然的富含腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等,它们可直接使用或简单处理后使用。腐殖酸是一组芳香结构的,性质与酸性物质相似的复杂混合物,可吸附工业废水中许多金属离子,如汞、镉、镉、锌、铅、铜等。