污水處理第四章物化處理

1、第四章第四章 工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理第一節(jié)第一節(jié) 混凝混凝第二節(jié)第二節(jié) 氣浮氣浮第三節(jié)第三節(jié) 吸附吸附第四節(jié)第四節(jié) 離子交換離子交換第一節(jié)第一節(jié) 混凝混凝工業(yè)廢水的處理化學(xué)處理工業(yè)廢水的處理化學(xué)處理一、混凝原理一、混凝原理二、混凝過(guò)程二、混凝過(guò)程三、混凝的操作程序三、混凝的操作程序四、混凝的影響因素四、混凝的影響因素五、混凝劑和助凝劑五、混凝劑和助凝劑六、混凝設(shè)備六、混凝設(shè)備七、工業(yè)廢水處理中混凝的應(yīng)用七、工業(yè)廢水處理中混凝的應(yīng)用一、混凝原理一、混凝原理混凝處理的對(duì)象：混凝處理的對(duì)象： 主要是水中的微主要是水中的微小懸浮物和膠體

2、雜質(zhì)。小懸浮物和膠體雜質(zhì)?；炷康模夯炷康模?投加混凝劑使膠投加混凝劑使膠體脫穩(wěn)，相互凝聚生體脫穩(wěn)，相互凝聚生長(zhǎng)成大礬花。長(zhǎng)成大礬花。一、混凝原理一、混凝原理1. 1. 膠膠體的性體的性質(zhì)質(zhì)膠體膠體所受所受影響影響 由于上述的膠體帶電現(xiàn)象，帶相同電荷由于上述的膠體帶電現(xiàn)象，帶相同電荷的膠粒產(chǎn)生靜電斥力，而且的膠粒產(chǎn)生靜電斥力，而且電位越高，膠粒電位越高，膠粒間的靜電斥力越大間的靜電斥力越大 受水分子熱運(yùn)動(dòng)的撞擊，使微粒在水中受水分子熱運(yùn)動(dòng)的撞擊，使微粒在水中作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，即作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，即“布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)” 膠粒之間還存在著相互引力膠粒之間還存在著相互引力范徳華范徳華引力引力一、混凝原

3、理一、混凝原理穩(wěn)定性穩(wěn)定性 動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，對(duì)抗重力影響的能力強(qiáng) 聚集穩(wěn)定性：膠體帶電相斥 其中聚集穩(wěn)定性對(duì)膠體穩(wěn)定性的影響起到關(guān)鍵的作用。膠體的雙電層結(jié)構(gòu)膠體的雙電層結(jié)構(gòu) 膠核表面有負(fù)電荷，可吸附水中的正離子，與之平衡。在靠近膠核表面的一層內(nèi)，因吸力較大正電離子緊密地吸附在膠核表面上，故稱(chēng)為吸附層。厚度較薄較固定，不隨外界的條件（水溫）變化而變化。 在吸附層之外，還有一層正電離子，在此范圍內(nèi)靜電吸力因屏蔽作用而減弱，且受水分子熱運(yùn)動(dòng)的干擾，鼓層內(nèi)的正電離子與膠核的結(jié)合力較為松弛，離子擴(kuò)散游動(dòng)在吸附層之外，稱(chēng)為擴(kuò)散層。一、混凝原理一、混凝原理壓縮雙電層：壓縮雙電層： 壓縮雙電層壓縮雙

4、電層 電位電位 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 凝聚凝聚電性中和，又稱(chēng)吸附電性中和電性中和，又稱(chēng)吸附電性中和 這種現(xiàn)象在水處理中出現(xiàn)的較多。指膠核表面直接吸附這種現(xiàn)象在水處理中出現(xiàn)的較多。指膠核表面直接吸附帶異號(hào)電荷的聚合離子、高分子物質(zhì)、膠粒等，來(lái)降低帶異號(hào)電荷的聚合離子、高分子物質(zhì)、膠粒等，來(lái)降低 電位。電位。網(wǎng)捕或卷掃網(wǎng)捕或卷掃 金屬氫氧化物在形成過(guò)程中對(duì)膠粒的網(wǎng)捕金屬氫氧化物在形成過(guò)程中對(duì)膠粒的網(wǎng)捕2. 2. 混凝機(jī)理混凝機(jī)理一、混凝原理一、混凝原理 根據(jù)以上機(jī)理，可以解釋在不同根據(jù)以上機(jī)理，可以解釋在不同pHpH條件下，鋁鹽可能產(chǎn)條件下，鋁鹽可能產(chǎn)生的混凝機(jī)理。生的混凝機(jī)理。 pH3 pH10,隔油池

5、）；乳化油（10,一般0.1-2氣?。?溶解性 。 造紙廠白水回收纖維； 染色廢水等 毛紡工業(yè)洗毛廢水羊毛脂及洗滌劑 濃縮污泥（效果比沉淀法高）第三節(jié)第三節(jié) 吸附吸附工業(yè)廢水的處理化學(xué)處理工業(yè)廢水的處理化學(xué)處理一、吸附本質(zhì)一、吸附本質(zhì)二、吸附類(lèi)型二、吸附類(lèi)型三、吸附劑三、吸附劑四、吸附等溫線(xiàn)四、吸附等溫線(xiàn)五、吸附速度五、吸附速度六、六、影響吸附的因素影響吸附的因素七、七、吸附的操作方式吸附的操作方式八、吸附劑的再生八、吸附劑的再生九、吸附法的應(yīng)用九、吸附法的應(yīng)用一、吸附本質(zhì)一、吸附本質(zhì)1、概念 吸附定義： 吸附是一種或幾種物質(zhì)（稱(chēng)為吸附質(zhì)）在另一種物質(zhì)（稱(chēng)為吸附劑）表面上自動(dòng)發(fā)生變化（累積或濃

6、集）的過(guò)程。 是一種相界面上的反應(yīng)?？梢园l(fā)生在氣液界面、氣固、液固。 在水處理中，主要討論的是液固界面。 固相物質(zhì)：吸附劑，一般為多孔性物質(zhì) 液相中被吸附物質(zhì)：吸附質(zhì) 吸附法定義： 吸附法是指水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面（吸附劑）而被去除的方法一、吸附本質(zhì)一、吸附本質(zhì)1、原理： 吸附劑表面上的分子受力不均衡 - 存在剩余力場(chǎng)（即具有表面能）。 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，這種能力有自動(dòng)變小的趨勢(shì)。當(dāng)溶液中的吸附質(zhì) 達(dá)到吸附劑表面時(shí)，致使界面上的分子受力變得均衡一些，從而降低了這種表面能。這就是吸附過(guò)程自動(dòng)發(fā)生的一種推動(dòng)力。 因此吸附的本質(zhì)是物質(zhì)從液相（或氣相）到固相表面的一種傳質(zhì)現(xiàn)象。二、吸附

7、類(lèi)型二、吸附類(lèi)型 根據(jù)吸附劑表面吸附力的不同，吸附可分為以下三種類(lèi)型：物理吸附、化學(xué)吸附、離子交換吸附：物理吸附： 分子間的作用力所引起的。 吸附熱較小，可在低溫下進(jìn)行。 過(guò)程是可逆的，易解吸 相對(duì)沒(méi)有選擇性。分子量越大，吸附量越大。 可形成單分子吸附層或多分子吸附層二、吸附類(lèi)型二、吸附類(lèi)型化學(xué)吸附： 由化學(xué)鍵力引起的產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。 如石灰吸附CO2 CaCO3 吸附熱大，一般在較高溫下進(jìn)行。 具有選擇性，單分子層吸附 化學(xué)鍵力大時(shí)，吸附不可逆。 離子交換吸附： 靜電引力 吸附質(zhì)的離子吸附劑表面的帶電點(diǎn)上，同時(shí)吸附劑也放出一個(gè)等當(dāng)量離子。 離子電荷越多，吸附越強(qiáng)。 離子水化半徑越小，越易被吸附

8、。實(shí)際過(guò)程中物理和化學(xué)吸附是主要的，比較如下：吸附性能物理吸附化學(xué)吸附作用力分子引力（范德華力）剩余化學(xué)鍵力選擇性沒(méi)有選擇性有選擇性吸附層單分子或多分子吸附層只能形成單分子吸附層吸附熱較小， 41.9kj/mol較大，相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)熱，83.7-418.7kj/mol吸附速度快，幾乎不要活化能較慢，需要活化能溫度放熱過(guò)程，低溫有利于吸附溫度升高，吸附速度增加可逆性可逆，較易解析化學(xué)鍵大時(shí)，吸附不可逆三、吸附劑三、吸附劑 具有一定吸附能力的多孔物質(zhì)都可以作吸附劑。有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣。 活性碳活性碳是水處理中應(yīng)用最為廣泛的吸附劑。（1）活性碳的制造 原料：木材、煤，經(jīng)高溫炭化和活化而成。

9、 炭化：溫度300-400，將原料熱解為碳渣。 活化：把碳渣造成發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu) 主要有兩種活化方法： 氣體法：通入水蒸氣 藥劑法：用氯化鋅、硫酸等作為活化劑。三、吸附劑三、吸附劑（2）活性炭的構(gòu)造 吸附作用主要發(fā)生在細(xì)孔表面。 比表面積：每克吸附劑具有的總表面積?？蛇_(dá)500-1700m2/g 吸附量除與比表面積有關(guān)外，還于細(xì)孔的形狀和分布有關(guān)。 細(xì)孔的構(gòu)造有；圓桶形，圓錐形，瓶形，平板形，毛細(xì)管形等。直徑為1-10000 nm。三、吸附劑三、吸附劑根據(jù)杜必寧的分類(lèi)，細(xì)孔分為： A、 小孔（微孔）。半徑在2nm以下，其表面積占比表面積的95%以上，對(duì)吸附量的影響最大。 B、中孔（過(guò)渡孔）。半徑為

10、2-100nm ,表面積占比表面積的5%以下。它為吸附質(zhì)提供擴(kuò)散通道，影響大分子物質(zhì)的吸附。 C、大孔。半徑為100-10000nm，表面積只有0.5-2m2/g，占比表面積不足1%，主要為吸附質(zhì)提供擴(kuò)散通道。 一般來(lái)說(shuō)，吸附量主要受小孔支配，但對(duì)于分子量（或分子直徑）較大的吸附質(zhì)，小孔幾乎不起作用。 所以，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)吸附質(zhì)的直徑大小和活性炭的孔徑分布來(lái)選擇合適的活性炭。三、吸附劑三、吸附劑（3）活性炭的表面化學(xué)性質(zhì) 吸附不僅與構(gòu)造和細(xì)孔分布有關(guān)，還與其表面化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。 活性炭是非極性的，但在制造過(guò)程中，易于氫、氧結(jié)合而具有微弱的極性。 正因如此，它不僅可以去除水中的非極性物質(zhì)，還

11、可去除極性物質(zhì)甚至微量的金屬離子及化合物。三、吸附劑三、吸附劑（4）活性炭的特點(diǎn)A、具有良好的吸附性能和化學(xué)穩(wěn)定性B、可耐酸堿C、能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用D、不易破碎，氣流阻力小E、粉狀活性炭制造容易、成本低，但不易再生； 粒狀活性炭成本較高，但操作管理和再生容易。四、吸附等溫線(xiàn)四、吸附等溫線(xiàn)1、吸附平衡 當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時(shí)，溶液中的吸附質(zhì)濃度不在改變時(shí) 吸附平衡 吸附劑吸附能力的大小用吸附量q（g/g）表示。達(dá)到吸附平衡時(shí)， q = V(C0-C)/W (g/g) V：廢水容積、 W：活性炭投量 C：吸附平衡時(shí)，溶液中溶質(zhì)濃度 增加W C和q 發(fā)生變化四、吸附等溫線(xiàn)四、吸附等溫線(xiàn)2

12、、吸附等溫線(xiàn)與等溫式 吸附等溫線(xiàn)：在某一溫度條件下，吸附量隨吸附質(zhì)平衡濃度的變化的曲線(xiàn)。如有I型吸附和II型和III型吸附： I型 II型 III型四、吸附等溫線(xiàn)四、吸附等溫線(xiàn)A、弗蘭德利希(Freundlich)吸附等溫式（經(jīng)驗(yàn)公式） q = KC1/n lg q = lg K + 1/n lg C (k、n為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)） 1/n越小，吸附性能越好。一般認(rèn)為 1/n = 0.1 0.5 時(shí)容易吸附; 1/n大于2時(shí)難于吸附。B、朗謬爾（Langmuir）吸附等溫式 q = abC/(1+aC) 通過(guò)動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)，推導(dǎo)出的單分子吸附公式。C、BET式：表示吸附劑上有多層被吸附的吸附模式，各層的吸附

13、符合朗謬爾吸附單分子吸附公式。 吸附量是選擇吸附劑和設(shè)計(jì)吸附設(shè)備的重要數(shù)據(jù)。吸附量的大小決定吸附劑再生周期的長(zhǎng)短。因此，需要研究吸附劑的吸附等溫線(xiàn)。五、吸附速度五、吸附速度定義：?jiǎn)挝恢亓康奈絼┰趩挝粫r(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)的量。 吸附速度決定了廢水和吸附劑的接觸時(shí)間。 吸附速度快 接觸時(shí)間短 吸附設(shè)備的容積小 影響吸附速度的因素有： 1）吸附質(zhì)在吸附劑表面液相界膜內(nèi)的遷移速度。（膜擴(kuò)散） 2）吸附質(zhì)在吸附劑顆粒空隙內(nèi)的擴(kuò)散速度。（內(nèi)部擴(kuò)散） 3）吸附質(zhì)在吸附劑內(nèi)表面吸附位置上的吸附反應(yīng)速度。 吸附速度主要受液膜擴(kuò)散速度和內(nèi)部擴(kuò)散速度控制。 在開(kāi)始階段往往由液膜擴(kuò)散速度起作用，而在終了階段則由顆粒的

14、內(nèi)部擴(kuò)散起決定作用。六、影響吸附的因素六、影響吸附的因素主要有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面：1）內(nèi)因因素有： A、吸附劑的性質(zhì)：種類(lèi)；比表面積；表面能；表面化學(xué)特性；孔隙尺寸等 B、吸附質(zhì)的性質(zhì)：溶解度；極性；分子量；溶質(zhì)濃度；空間結(jié)構(gòu)等2）外因因素有； A、環(huán)境條件： pH值；溫度；共存物質(zhì)；壓力；協(xié)同作用 B、運(yùn)行條件：運(yùn)行方法；接觸時(shí)間；水力條件等。 七、吸附操作方式七、吸附操作方式靜態(tài) ：攪拌 平衡 沉淀（過(guò)濾等）動(dòng)態(tài)：應(yīng)用多， 1、吸附設(shè)備： 固定床： 移動(dòng)床：2、穿透曲線(xiàn)和吸附容量的利用： 當(dāng)缺乏設(shè)計(jì)資料時(shí)，應(yīng)先做吸附劑的選擇試驗(yàn)。通過(guò)吸附等溫線(xiàn)試驗(yàn)得到的靜態(tài)吸附量可粗略地估計(jì)處理每立方米廢

15、水所需吸附劑的數(shù)量。 由于在動(dòng)態(tài)吸附裝置中廢水處于流動(dòng)狀態(tài)，因此還應(yīng)通過(guò)動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)確定設(shè)計(jì)參數(shù)。 七、吸附操作方式七、吸附操作方式自學(xué)15分鐘： 穿透曲線(xiàn)？ 穿透點(diǎn)？ 吸附終點(diǎn)？ 為什么穿透點(diǎn)和吸附終點(diǎn)還有一段距離？ 如何充分利用吸附容量？八、吸附劑的再生八、吸附劑的再生再生：指在吸附劑本身結(jié)構(gòu)不發(fā)生或極少發(fā)生變化的情況下，用某種方法將被吸附的物質(zhì)，從吸附劑的細(xì)孔中除去，以達(dá)到能夠重復(fù)使用的目的?；钚蕴康脑偕?1）加熱再生法：分為高溫再生和低溫再生；一般采用高溫再生。 脫水（活性炭與液體分離）干燥（100150度）炭化（300700度）活化（用蒸汽）冷卻 2）藥劑再生法：酸堿、有機(jī)溶劑 3

16、）化學(xué)氧化法：濕式氧化、臭氧 4）生物再生法：利用微生物作用九、吸附法的應(yīng)用九、吸附法的應(yīng)用活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附 用于去除用生物或物理、化學(xué)法不能去除的微量呈溶解狀態(tài)的有機(jī)物。廢水中的有機(jī)物能否易被活性炭吸附，其主要影響因素有： 分子結(jié)構(gòu)；界面張力（界面活性）；溶解度；離子性和極性；分子大??；pH值；濃度；溫度；共存物質(zhì)等?；钚蕴繉?duì)無(wú)機(jī)物的吸附 用于去除某些金屬及其化合物有很強(qiáng)的吸附能力。如對(duì)銻、鉍、錫、汞、鈷、鉛、鎳等都有良好的吸附能力。活性炭的種類(lèi)A、按形狀分類(lèi)：粉狀炭，粒狀炭（包括無(wú)定形炭、柱狀炭、球形炭等）；B、按制造方法分類(lèi)：藥劑活性炭（大部分為ZNCL2活化的粉狀炭），氣體活性炭（

17、水蒸氣活化的粉狀炭和粒狀炭）九、吸附法的應(yīng)用九、吸附法的應(yīng)用活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附 用于去除用生物或物理、化學(xué)法不能去除的微量呈溶解狀態(tài)的有機(jī)物。廢水中的有機(jī)物能否易被活性炭吸附，其主要影響因素有： 分子結(jié)構(gòu)；界面張力（界面活性）；溶解度；離子性和極性；分子大??；pH值；濃度；溫度；共存物質(zhì)等?；钚蕴繉?duì)無(wú)機(jī)物的吸附 用于去除某些金屬及其化合物有很強(qiáng)的吸附能力。如對(duì)銻、鉍、錫、汞、鈷、鉛、鎳等都有良好的吸附能力。九、吸附法的應(yīng)用九、吸附法的應(yīng)用活性炭的種類(lèi)A、按形狀分類(lèi)：粉狀炭，粒狀炭（包括無(wú)定形炭、柱狀炭、球形炭等）；B、按制造方法分類(lèi)：藥劑活性炭（大部分為ZNCL2活化的粉狀炭），氣體活性炭（

18、水蒸氣活化的粉狀炭和粒狀炭）廢水吸附法處理實(shí)例 處理程度高、應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)、可以再生重復(fù)使用。如：染料化工廢水處理； 鐵路貨車(chē)洗刷廢水處理； 火藥（TNT）化工廢水處理； 含汞廢水。 離子交換法是利用固相離子交換劑功能基團(tuán)所帶的可交換離子，與接觸交換劑的溶液中相同電性的離子進(jìn)行交換反應(yīng)，以達(dá)到離子的置換、分離、去除、濃縮等目的。一、離子交換劑1.離子交換劑的分類(lèi)，組成及結(jié)構(gòu)分類(lèi)：無(wú)機(jī)和有機(jī)結(jié)構(gòu)：不溶性樹(shù)脂母體和活性基團(tuán)如何制造樹(shù)脂？ 直接聚會(huì)有機(jī)電解質(zhì) 先聚合單體有機(jī)物，然后在聚合物上接入活性基因2.2.離子交換樹(shù)脂的命名和型號(hào)離子交換樹(shù)脂的命名和型號(hào)離子交換樹(shù)脂的全名稱(chēng)由分類(lèi)名稱(chēng)、骨架（或基因）名稱(chēng)、基本名稱(chēng)組成?？紫督Y(jié)構(gòu)分凝膠型和大孔型兩種，凡具有物理孔結(jié)構(gòu)的稱(chēng)大孔型樹(shù)脂，在全名稱(chēng)前加“大孔”。分類(lèi)屬酸性的應(yīng)在名稱(chēng)前加“陽(yáng)”，分類(lèi)