溶解態(tài)污染物的物理化學處理法

1、 張毅張毅 第第 一一 節(jié)節(jié) 吸吸 附附 法法第第 二二 節(jié)節(jié) 離子交換法離子交換法第第 三三 節(jié)節(jié) 膜膜 析析 法法第 一 節(jié) 吸 附 法吸附法利用固體吸附劑的物理吸附和化學吸附性能，去除水中吸附法利用固體吸附劑的物理吸附和化學吸附性能，去除水中多種污染物的過程。多種污染物的過程。 吸附內(nèi)容吸附內(nèi)容 1、吸附原理、吸附原理 2、影響因素、影響因素 3、吸附劑、吸附劑 4、吸附工藝與設(shè)備、吸附工藝與設(shè)備 一、 吸附原理吸附劑：固體表面有吸附水中溶解及膠體物質(zhì)或吸附氣吸附劑：固體表面有吸附水中溶解及膠體物質(zhì)或吸附氣體中某些物質(zhì)的能力體中某些物質(zhì)的能力,比表面積較大的固體物質(zhì)。比表面積較大的固體物

2、質(zhì)。吸吸附附物理吸附物理吸附離子交換吸附離子交換吸附吸附劑與吸附物質(zhì)之間是通過分子間引吸附劑與吸附物質(zhì)之間是通過分子間引力力(即范徳華力即范徳華力)而產(chǎn)生的吸附而產(chǎn)生的吸附無選擇性無選擇性吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生化學作用，吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生化學作用，生成生成化學鍵化學鍵引起吸附引起吸附有選擇性有選擇性化學吸附化學吸附吸附質(zhì)由于靜電引力被吸附在吸附劑表面的帶吸附質(zhì)由于靜電引力被吸附在吸附劑表面的帶電點上，此吸附為離子交換吸附電點上，此吸附為離子交換吸附二、影響吸附的因素衡量衡量指標指標吸附能力吸附能力吸附速度吸附速度固體吸附劑用吸附量衡量固體吸附劑用吸附量衡量單位質(zhì)量吸附劑在單位單位質(zhì)

3、量吸附劑在單位時間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量時間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量吸附吸附階段階段顆粒外部顆粒外部擴散階段擴散階段孔隙擴散孔隙擴散階段階段吸附反應(yīng)吸附反應(yīng)階段階段吸附質(zhì)從溶液中擴散到吸附吸附質(zhì)從溶液中擴散到吸附劑表面劑表面吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)向吸附點擴散向吸附點擴散吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙內(nèi)的吸附點表面內(nèi)的吸附點表面吸附速度主要取決于外部擴散速度和孔隙擴散速度。吸附速度主要取決于外部擴散速度和孔隙擴散速度。外部擴外部擴散速度散速度與溶液濃度成正比與溶液濃度成正比與吸附劑的比表面積的大小成正與吸附劑的比表面積的大小成正比比吸附劑顆粒直徑越小，速度越快吸附劑

4、顆粒直徑越小，速度越快增加溶液與顆粒間的相對運動速度，增加溶液與顆粒間的相對運動速度，可提高速度可提高速度孔隙擴孔隙擴散速度散速度吸附劑顆粒越小，速度越快吸附劑顆粒越小，速度越快 吸附劑的物理化學性質(zhì)和吸附質(zhì)的物理化學性吸附劑的物理化學性質(zhì)和吸附質(zhì)的物理化學性質(zhì)對吸附有很大影響。質(zhì)對吸附有很大影響。 極性分子極性分子(或離子或離子)型的吸附劑容易吸附極性分子型的吸附劑容易吸附極性分子(或離子或離子)型的吸附質(zhì)。型的吸附質(zhì)。 非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質(zhì)。非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質(zhì)。三、吸附劑三、吸附劑活性炭活性炭 在水處理中較多采用顆?；钚蕴?。在水處理中較多采用顆

5、粒活性炭。 再生是在吸附劑本身的結(jié)構(gòu)基本不發(fā)生變化的情再生是在吸附劑本身的結(jié)構(gòu)基本不發(fā)生變化的情況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑微孔中除去況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑微孔中除去,恢復(fù)恢復(fù)它的吸附能力。它的吸附能力。再再生生方方法法加熱再生法加熱再生法在高溫條件下，提高了吸附質(zhì)分在高溫條件下，提高了吸附質(zhì)分子的能量，使其易于從活性炭的子的能量，使其易于從活性炭的活性點脫離；而吸附的有機物則活性點脫離；而吸附的有機物則在高溫下氧化和分解，成為氣態(tài)在高溫下氧化和分解，成為氣態(tài)逸出或斷裂成低分子逸出或斷裂成低分子化學再生法化學再生法通過化學反應(yīng)，使吸附質(zhì)轉(zhuǎn)化為通過化學反應(yīng)，使吸附質(zhì)轉(zhuǎn)化為易溶于水的

6、物質(zhì)而解吸下來易溶于水的物質(zhì)而解吸下來四、 吸附工藝和設(shè)備操操作作方方式式連續(xù)式連續(xù)式間歇式間歇式將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進行攪拌將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進行攪拌30min30min左右，左右，然后靜置沉淀，排除澄清液然后靜置沉淀，排除澄清液固定床固定床移動床移動床流化床流化床吸附劑固定填放在吸附柱吸附劑固定填放在吸附柱( (或塔或塔) )中中在操作過程中定期地將接近飽和的在操作過程中定期地將接近飽和的一部分吸附劑從吸附柱中排出，并一部分吸附劑從吸附柱中排出，并同時將等量的新鮮吸附劑加入柱中同時將等量的新鮮吸附劑加入柱中吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由

7、下而上的水流中浮于由下而上的水流中第二節(jié) 離子交換法 實質(zhì)：不溶性離子化合物實質(zhì)：不溶性離子化合物(離子交換劑離子交換劑)上的可交上的可交換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應(yīng)，是一種換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應(yīng)，是一種特殊的吸附過程，通常是可逆化學吸附。特殊的吸附過程，通常是可逆化學吸附。 離子交換是可逆反應(yīng)，其反應(yīng)式可表達為：離子交換是可逆反應(yīng)，其反應(yīng)式可表達為：HRMMRH交換交換樹脂樹脂交換交換離子離子飽和飽和樹脂樹脂 在平衡狀態(tài)下，樹脂中及溶液中的反應(yīng)物濃度符合下列關(guān)系式：在平衡狀態(tài)下，樹脂中及溶液中的反應(yīng)物濃度符合下列關(guān)系式：KRHMRMH K值的大小能定量地反映離值的大

8、小能定量地反映離子交換劑對某兩個固定離子交換子交換劑對某兩個固定離子交換選擇性的大小。選擇性的大小。一、離子交換劑一、離子交換劑 離子交換樹脂是人工合成的高分子聚合物，由樹脂本體離子交換樹脂是人工合成的高分子聚合物，由樹脂本體(又稱又稱母體或骨架母體或骨架)和活性基團兩個部分組成。和活性基團兩個部分組成。種類種類凝膠型樹脂凝膠型樹脂大孔型樹脂大孔型樹脂多孔凝膠型樹脂多孔凝膠型樹脂巨孔型樹脂巨孔型樹脂高巨孔型樹脂高巨孔型樹脂按活性基團按活性基團可分為可分為含有酸性基團的陰離子交換樹脂含有酸性基團的陰離子交換樹脂含有堿性基團的陽離子交換樹脂含有堿性基團的陽離子交換樹脂含有胺羧基團等的螯合樹脂含有胺

9、羧基團等的螯合樹脂含有氧化還原基團的氧化還原樹脂含有氧化還原基團的氧化還原樹脂兩性樹脂兩性樹脂種類和種類和孔結(jié)構(gòu)孔結(jié)構(gòu)二、離子交換樹脂的選用二、離子交換樹脂的選用1. 離子交換樹脂的有效離子交換樹脂的有效pH范圍范圍樹脂類型強酸性離子交換樹脂弱酸性離子交換樹脂強堿性離子交換樹脂弱堿性離子交換樹脂有效pH范圍114514112072. 交換容量交換容量 定量表示樹脂交換能力的大小，單位為定量表示樹脂交換能力的大小，單位為mol/kg(干樹干樹脂脂)或或mol/L(濕樹脂濕樹脂)3. 交聯(lián)度交聯(lián)度 交聯(lián)度較高的樹脂，孔隙較低，密度較大，離子擴散速度較低，交聯(lián)度較高的樹脂，孔隙較低，密度較大，離子擴

10、散速度較低，對半徑較大的離子和水合離子的交換量較小，浸泡在水中時，水化對半徑較大的離子和水合離子的交換量較小，浸泡在水中時，水化度較低，形變較小，也就比較穩(wěn)定，不易破碎。度較低，形變較小，也就比較穩(wěn)定，不易破碎。4. 交換勢交換勢 交換勢大，交換離子越容易取代樹脂上的可交換離子，也就表交換勢大，交換離子越容易取代樹脂上的可交換離子，也就表明交換離子與樹脂之間的親和力越大。明交換離子與樹脂之間的親和力越大。規(guī)規(guī) 律律 （1）離子的交換的交換勢）離子的交換的交換勢, 除同它本身和離子交換樹除同它本身和離子交換樹脂的化學性質(zhì)有關(guān)外脂的化學性質(zhì)有關(guān)外, 溫度和濃度的影響都很大。溫度和濃度的影響都很大。

11、 （2）在常溫和低濃度水溶液中，陽離子的價態(tài)越高，）在常溫和低濃度水溶液中，陽離子的價態(tài)越高，它的交換勢越大。它的交換勢越大。 （3）在常溫和低濃度水溶液中，同價陽離子的交換勢）在常溫和低濃度水溶液中，同價陽離子的交換勢大致上是：原子序數(shù)越高，交換勢越大。大致上是：原子序數(shù)越高，交換勢越大。 （4）氫離子和氫氧根離子交換勢取決于它們與固定離）氫離子和氫氧根離子交換勢取決于它們與固定離子形成的酸或堿的強度，強度越大，交換勢越小。子形成的酸或堿的強度，強度越大，交換勢越小。 （5）金屬在溶液中呈絡(luò)陰離子存在時，一般來說交換）金屬在溶液中呈絡(luò)陰離子存在時，一般來說交換勢降低。勢降低。1. 過慮（交換

12、）過慮（交換） +從廢水中分離需要除去的離子的過程。從廢水中分離需要除去的離子的過程。離子交換工藝過程：過慮（交換）、反洗、再生、清洗離子交換工藝過程：過慮（交換）、反洗、再生、清洗 +交換柱分為：飽和層、工作層、新料層交換柱分為：飽和層、工作層、新料層 +工作過程中，工作層不斷下移，達到底部，出水中工作過程中，工作層不斷下移，達到底部，出水中出現(xiàn)需去除的離子，穿透點出現(xiàn)。出現(xiàn)需去除的離子，穿透點出現(xiàn)。 +繼續(xù)通入廢水，出水與進水中需除去的離子濃度相繼續(xù)通入廢水，出水與進水中需除去的離子濃度相等，交換柱能力耗盡，達到飽和。等，交換柱能力耗盡，達到飽和。 +實際操作中，達到穿透點，停止工作，要進

13、行樹實際操作中，達到穿透點，停止工作，要進行樹脂再生。脂再生。2. 反洗反洗 目的：一是松動樹脂層，使再生液能均勻滲入；二是清除積存目的：一是松動樹脂層，使再生液能均勻滲入；二是清除積存在樹脂層內(nèi)的雜質(zhì)、碎粒等。在樹脂層內(nèi)的雜質(zhì)、碎粒等。 反沖洗水：自來水或廢的再生液反沖洗水：自來水或廢的再生液3. 再生再生 再生動力：反應(yīng)系統(tǒng)離子濃度差再生動力：反應(yīng)系統(tǒng)離子濃度差 再生方式（固定床）：順流再生和逆流再生再生方式（固定床）：順流再生和逆流再生 再生方法：一次再生強酸強堿再生方法：一次再生強酸強堿 二次再生弱酸弱堿（洗脫再生二次再生弱酸弱堿（洗脫再生+轉(zhuǎn)型再生）轉(zhuǎn)型再生）4. 清洗清洗 目的：洗滌殘留的再生液和再生時可能出現(xiàn)的反應(yīng)物。目的：洗滌殘留的再生液和再生時可能出現(xiàn)的反應(yīng)物。 一般清洗時水流方向與過慮一致一般清洗時水流方向與過慮一致第 三 節(jié) 膜 析 法 膜析法是利用具有選擇透過性薄膜以分離水溶液中膜析法是利用具有選擇透過性薄膜以分離水溶液中某些物質(zhì)的方法總稱。某些物質(zhì)的方法總稱。1、半透膜作用、半透膜作用半透膜的滲半透膜的滲析作用析作用依靠薄膜中依靠薄膜中“孔道孔道”的大小分離不同的大小分離不同的分子或離子的分子或離子依靠薄膜的離子結(jié)構(gòu)分離性質(zhì)不同依靠薄膜的離子結(jié)構(gòu)分離性質(zhì)不同的離子的離子2、膜析法分類、膜析法分類動力動力分子擴散作用分