水處理工程吸附學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1水處理工程水處理工程(gngchng)吸附吸附第一頁(yè)，共49頁(yè)。WccVqee)(0第2頁(yè)/共49頁(yè)第二頁(yè)，共49頁(yè)。eeebcabcq1第3頁(yè)/共49頁(yè)第三頁(yè)，共49頁(yè)。型Ce沒(méi)有極限值，但qe卻有一個(gè)極限值,Langmuir型；型Ce有一個(gè)極限值Cs，稱為飽和(boh)濃度，但qe卻沒(méi)有極限值，BET型；型Ce與對(duì)等的qe都沒(méi)有極限值，F(xiàn)reundlich型；qeceqeceqececs第4頁(yè)/共49頁(yè)第四頁(yè)，共49頁(yè)。aab11aba11eq1eeqc eecc1(a)Langmuir模型acabqee1111abcaqceee11變換(binhun)式：據(jù)吸附(xf)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，

2、按式作圖可求出a、b值。當(dāng)吸附量很小時(shí)，即當(dāng)bce1時(shí)，qea,即平衡吸附量接近于定值，等溫線趨于水平。eeebcabcq1第5頁(yè)/共49頁(yè)第五頁(yè)，共49頁(yè)。/) 1(1)(seeseeccBccBacqseeseeccaBBaBccqc) 1(1)(eecnKqlg1lglg第6頁(yè)/共49頁(yè)第六頁(yè)，共49頁(yè)。)(eseeccqcsecc/aBB1aB1cs值估計(jì)(gj)偏低cs值估計(jì)(gj)偏高(b)BET模型(mxng)需要知道飽和濃度CS的值,數(shù)據(jù)足夠可以以此作圖即得直線;對(duì)CS值進(jìn)行估計(jì)，估值正確才能畫(huà)出一條直線來(lái)平衡濃度很低時(shí)，可簡(jiǎn)化為L(zhǎng)angmuir模式。/) 1(1)(seese

3、eccBccBacqeeebcabcq1eseseccBaccBq1第7頁(yè)/共49頁(yè)第七頁(yè)，共49頁(yè)。n1Klgeqlgeclg(c)Freundilich模型Freundilich在一般范圍內(nèi)與Langmuir式接近，但在高濃度時(shí)不像后者那樣趨于定值；在低濃度時(shí)，也不會(huì)(b hu)還原為直線。第8頁(yè)/共49頁(yè)第八頁(yè)，共49頁(yè)。對(duì)于一組吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，究竟采用哪一公式(gngsh)整理，并 求出相應(yīng)的常數(shù)來(lái)，只能運(yùn)用數(shù)學(xué)的方式來(lái)選擇。通過(guò)作圖，選用畫(huà)出最好的直線的哪一個(gè)公式(gngsh)。都能應(yīng)用的情況，選用最簡(jiǎn)單的公式(gngsh)。第9頁(yè)/共49頁(yè)第九頁(yè)，共49頁(yè)。mjjjiiiicbcba

4、q11水處理工程理論與應(yīng)用(yngyng)日井出哲夫建筑工業(yè)出版社第10頁(yè)/共49頁(yè)第十頁(yè)，共49頁(yè)。第11頁(yè)/共49頁(yè)第十一頁(yè)，共49頁(yè)。 av av填充層單位容積的顆粒外表面積，填充層單位容積的顆粒外表面積，m2/m3m2/m3。第12頁(yè)/共49頁(yè)第十二頁(yè)，共49頁(yè)。膜擴(kuò)散孔擴(kuò)散吸附活性炭吸附過(guò)程(guchng)示意第13頁(yè)/共49頁(yè)第十三頁(yè)，共49頁(yè)。(7-14)第14頁(yè)/共49頁(yè)第十四頁(yè)，共49頁(yè)。第15頁(yè)/共49頁(yè)第十五頁(yè)，共49頁(yè)。(7-17)第16頁(yè)/共49頁(yè)第十六頁(yè)，共49頁(yè)。 假定在細(xì)孔內(nèi)某一位置處表面吸附量與溶液假定在細(xì)孔內(nèi)某一位置處表面吸附量與溶液(rngy)(rngy)

5、濃度之間呈平衡狀態(tài)，則有濃度之間呈平衡狀態(tài)，則有 (7-18) (7-18) 將上式代入式（將上式代入式（7-177-17）得）得 （7-197-19） 式中式中DiDi是以溶液是以溶液(rngy)(rngy)濃度為基準(zhǔn)的顆粒內(nèi)有效擴(kuò)散系數(shù)，濃度為基準(zhǔn)的顆粒內(nèi)有效擴(kuò)散系數(shù)，m2/h.m2/h.在溶質(zhì)濃度很高，吸附前后濃度變化不大的條件下在溶質(zhì)濃度很高，吸附前后濃度變化不大的條件下,Boyd,Boyd導(dǎo)出以下近似式估計(jì)顆粒內(nèi)有效擴(kuò)散系數(shù)和吸附速度導(dǎo)出以下近似式估計(jì)顆粒內(nèi)有效擴(kuò)散系數(shù)和吸附速度: : (7-20) (7-20) 第17頁(yè)/共49頁(yè)第十七頁(yè)，共49頁(yè)。 吸附速度的測(cè)定裝置如圖吸附速度

6、的測(cè)定裝置如圖7-87-8所示所示。將。將200200目以下的一定量的吸附劑加入目以下的一定量的吸附劑加入反應(yīng)瓶反應(yīng)瓶A A中，一邊攪拌一邊從中，一邊攪拌一邊從B B處注入處注入被吸附溶液，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間接觸后，被吸附溶液，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間接觸后，每隔一定時(shí)間取一次懸浮液進(jìn)入每隔一定時(shí)間取一次懸浮液進(jìn)入C C內(nèi)，內(nèi)，使吸附劑與溶液立即分離，測(cè)定液相使吸附劑與溶液立即分離，測(cè)定液相溶質(zhì)溶質(zhì)(rngzh)(rngzh)濃度，求出吸附量和去濃度，求出吸附量和去 除率；從而確定吸附速度。除率；從而確定吸附速度。第18頁(yè)/共49頁(yè)第十八頁(yè)，共49頁(yè)。第19頁(yè)/共49頁(yè)第十九頁(yè)，共49頁(yè)。第20頁(yè)/共49頁(yè)第二

7、十頁(yè)，共49頁(yè)。種類種類處理溫度處理溫度主要條件主要條件加熱加熱再生再生加熱脫附加熱脫附高溫加熱再生高溫加熱再生（炭化再生）（炭化再生）100200750950（400500）水蒸汽、惰性氣體水蒸汽、惰性氣體水蒸汽、燃燒氣體、水蒸汽、燃燒氣體、CO2藥劑藥劑再生再生無(wú)機(jī)藥劑無(wú)機(jī)藥劑有機(jī)藥劑有機(jī)藥劑(萃取萃取)常溫常溫80常溫常溫80HCl、H2SO4、NaOH、氧化氧化劑劑有機(jī)溶劑（苯、丙酮等）有機(jī)溶劑（苯、丙酮等）生物再生生物再生濕式氧化分解濕式氧化分解電解氧化電解氧化常溫常溫100200,加壓加壓常溫常溫好氣菌、厭氣菌好氣菌、厭氣菌O2、空氣、氧化劑空氣、氧化劑O2第21頁(yè)/共49頁(yè)第二十

8、一頁(yè)，共49頁(yè)。第22頁(yè)/共49頁(yè)第二十二頁(yè)，共49頁(yè)。第23頁(yè)/共49頁(yè)第二十三頁(yè)，共49頁(yè)。反應(yīng)池1原水Q,c0W1 q1W1 q0反應(yīng)池2c1W2 q2W2 q0反應(yīng)池3c2W3 q3W3 q0Q,c3處理(chl)水第24頁(yè)/共49頁(yè)第二十四頁(yè)，共49頁(yè)。活性炭過(guò)濾器第25頁(yè)/共49頁(yè)第二十五頁(yè)，共49頁(yè)。第26頁(yè)/共49頁(yè)第二十六頁(yè)，共49頁(yè)。第27頁(yè)/共49頁(yè)第二十七頁(yè)，共49頁(yè)。攪拌式吸附池進(jìn)水排空排污取樣集水渠出水1-進(jìn)水管；2-噴嘴；3-喉管；4-喇叭口；5-第一反應(yīng)室；6-第二反應(yīng)室；7-泥渣濃縮室；8-分離室4235678泥渣接觸型吸附池第28頁(yè)/共49頁(yè)第二十八頁(yè)，共4

9、9頁(yè)。反應(yīng)池1原水Q,c0反應(yīng)池2c1反應(yīng)池3c2Q,c3W, q1W, q4q2q3處理水新炭失效炭)()(011nnccQqqW經(jīng)n級(jí)逆流吸附(xf)的總物料衡算式：操作(cozu)線方程第29頁(yè)/共49頁(yè)第二十九頁(yè)，共49頁(yè)。二、固定床吸附二、固定床吸附(xf)(xf) 在廢水處理中常用固定床吸附裝置。其構(gòu)造與快濾池大致相同。吸附劑填充在裝置內(nèi)，吸附時(shí)固定不動(dòng)，水流穿過(guò)在廢水處理中常用固定床吸附裝置。其構(gòu)造與快濾池大致相同。吸附劑填充在裝置內(nèi)，吸附時(shí)固定不動(dòng)，水流穿過(guò)(chun u)(chun u)吸附劑層。根據(jù)水流方向可分為升流式和降流式兩種。吸附劑層。根據(jù)水流方向可分為升流式和降流式

10、兩種。 降流式固定床吸附出水水質(zhì)好，但水頭損失較大，特別在處理降流式固定床吸附出水水質(zhì)好，但水頭損失較大，特別在處理(chl)(chl)含懸浮物較多的污水時(shí)，需定期進(jìn)行反沖洗，有時(shí)還需在吸附劑層上部設(shè)表面沖洗設(shè)備。含懸浮物較多的污水時(shí)，需定期進(jìn)行反沖洗，有時(shí)還需在吸附劑層上部設(shè)表面沖洗設(shè)備。 第30頁(yè)/共49頁(yè)第三十頁(yè)，共49頁(yè)。第31頁(yè)/共49頁(yè)第三十一頁(yè)，共49頁(yè)。1.穿透曲線穿透曲線（1）吸附帶：指正在發(fā)生吸附作用的那段填充層，在吸附帶）吸附帶：指正在發(fā)生吸附作用的那段填充層，在吸附帶 下部下部(xi b)的填充層幾乎沒(méi)有發(fā)生吸附作用，而在吸附帶上部的填充層幾乎沒(méi)有發(fā)生吸附作用，而在吸附

11、帶上部 的填充層已達(dá)到飽和狀態(tài)，不再起吸附作用。的填充層已達(dá)到飽和狀態(tài)，不再起吸附作用。（2）穿透曲線：以吸附時(shí)間或吸附柱出水總體積為橫坐標(biāo)，）穿透曲線：以吸附時(shí)間或吸附柱出水總體積為橫坐標(biāo)， 以出水吸附質(zhì)濃度為縱坐標(biāo)所繪制出的曲線。以出水吸附質(zhì)濃度為縱坐標(biāo)所繪制出的曲線。（3）穿透點(diǎn)：當(dāng)出水吸附質(zhì)濃度）穿透點(diǎn)：當(dāng)出水吸附質(zhì)濃度Ca為為(0.05-0.10)Co時(shí)所對(duì)時(shí)所對(duì) 應(yīng)的出水總體積或吸附時(shí)間的穿透曲線上的那一點(diǎn)。應(yīng)的出水總體積或吸附時(shí)間的穿透曲線上的那一點(diǎn)。（4）吸附終點(diǎn)：出水濃度）吸附終點(diǎn)：出水濃度Cb為為(0.90-0.95)Co時(shí)所對(duì)應(yīng)的出時(shí)所對(duì)應(yīng)的出 水總體積的穿透曲線上的那一

12、點(diǎn)叫吸附終點(diǎn)。水總體積的穿透曲線上的那一點(diǎn)叫吸附終點(diǎn)。第32頁(yè)/共49頁(yè)第三十二頁(yè)，共49頁(yè)。hC0C1hC0C2hC0C3C0C4C0C5CECBC3C4C5C0tBtE出水體積(tj)（或出流時(shí)間）飽和(boh)部分吸附(xf)部分未吸附部分穿透曲線第33頁(yè)/共49頁(yè)第三十三頁(yè)，共49頁(yè)。第34頁(yè)/共49頁(yè)第三十四頁(yè)，共49頁(yè)。 原水從下而上流過(guò)吸附層, 吸附劑由上而下間歇或連續(xù)移動(dòng)。間歇移動(dòng)床處理規(guī)模大時(shí)，每天從塔底定時(shí)卸炭12次，每次卸炭量為塔內(nèi)總炭量的510 移動(dòng)床較固定床能充分(chngfn)利用床層吸附容量，出水水質(zhì)良好，且水頭損失較小。由于原水從塔底進(jìn)入，水中夾帶的懸浮物隨飽和

13、炭排出，因而不需要反沖洗設(shè)備，對(duì)原水預(yù)處理要求較低，操作管理方便。目前較大規(guī)模廢水處理時(shí)多采用這種操作方式。 第35頁(yè)/共49頁(yè)第三十五頁(yè)，共49頁(yè)。第36頁(yè)/共49頁(yè)第三十六頁(yè)，共49頁(yè)。 原水由底部升流式通過(guò)床層，吸附劑由上部向下移動(dòng)。由于吸附劑保持流化狀態(tài)，與水的接觸面積原水由底部升流式通過(guò)床層，吸附劑由上部向下移動(dòng)。由于吸附劑保持流化狀態(tài)，與水的接觸面積(min j)(min j)增大，因此設(shè)備小而生產(chǎn)能力大，基建費(fèi)用低。增大，因此設(shè)備小而生產(chǎn)能力大，基建費(fèi)用低。 流化床操作控制要求流化床操作控制要求(yoqi)(yoqi)高，為防止吸附劑全塔混層，以充分利用吸附容量并保證處理效果，塔

14、內(nèi)吸附劑采用分層流化。所需層數(shù)根據(jù)吸附劑的靜活性、原水水質(zhì)水量等決定。高，為防止吸附劑全塔混層，以充分利用吸附容量并保證處理效果，塔內(nèi)吸附劑采用分層流化。所需層數(shù)根據(jù)吸附劑的靜活性、原水水質(zhì)水量等決定。 第37頁(yè)/共49頁(yè)第三十七頁(yè)，共49頁(yè)。第38頁(yè)/共49頁(yè)第三十八頁(yè)，共49頁(yè)。 在廢水處理中，吸附法處理的主要對(duì)象是廢水中用生化法難于降解的有機(jī)物或用一般氧化法難于氧化的溶解性有機(jī)物。包括木質(zhì)素、氯或硝基(xio j)取代的芳烴化合物、雜環(huán)化合物、洗滌劑、合成染料、除莠劑、DDT等。當(dāng)用活性炭對(duì)這類廢水進(jìn)行處理時(shí)，它不但能夠吸附這些難分解的有機(jī)物，降低COD，還能使廢水脫色、脫臭，把廢水處理

15、到可重復(fù)利用的程度。所以 吸附法在廢水的深度處理中得到了廣泛的應(yīng)用。 在處理流程上，吸附法可與其他物理化學(xué)法聯(lián)合，組成所謂物化流程,也可與生化法聯(lián)合，如向曝氣池投加粉狀活性炭；利用粒狀吸附劑作為微生物的生長(zhǎng)載體或作為生物流化床的介質(zhì)；或在生物處理之后進(jìn)行吸附深度處理等。 第39頁(yè)/共49頁(yè)第三十九頁(yè)，共49頁(yè)。處理能力，m3/d1859567720378.516000除去的污染物染料殺蟲(chóng)劑酚多元醇煉油廢水COD進(jìn)水中有機(jī)物濃度，mgL200502004002500700250出水濃度，mgL無(wú)顏色酚11230流速，m3min1.320.360.50.2611接觸時(shí)間，min40-4453752

16、02450活性炭規(guī)格，mm1240124O830830活性炭用量，m356.68噸塔36.8384-578(kg/d)260噸吸附床(池)尺寸，m292.4410.7(2個(gè))3.259.31.24.63.63.67.8裝置類型升沉式移動(dòng)床升流式移動(dòng)床串聯(lián)降流固定床升流式移動(dòng)床降流式吸附濾池表表7-4 7-4 部分工業(yè)廢水吸附部分工業(yè)廢水吸附(xf)(xf)處理實(shí)例處理實(shí)例第40頁(yè)/共49頁(yè)第四十頁(yè)，共49頁(yè)。思考題：1.活性炭為什么有吸附作用?什么物質(zhì)(wzh)易為活性炭吸附?什么物質(zhì)(wzh)難于吸附?2.為什么說(shuō)活性炭在水中的吸附過(guò)程往往是物理吸附、化學(xué)吸附、離子交換吸附的綜合作用過(guò)程？3

17、.吸附速度受哪些因素影響？第41頁(yè)/共49頁(yè)第四十一頁(yè)，共49頁(yè)。作業(yè)題：1.某化工廠每小時(shí)排出含COD30mg/L的廢水50m3,先擬采用活性炭處理法，將COD含量降至3mg/L之后，作為(zuwi)工廠用水循環(huán)使用，靜態(tài)試驗(yàn)在反應(yīng)體積為1L的反應(yīng)瓶中進(jìn)行，廢水靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果如下：活性炭投加量 mg/L 50 100 150 200 250 500 剩余 COD 濃度 mg/L 18 11 7.5 5.0 3.5 1.0 另外，根據(jù)炭柱試驗(yàn)，求出了吸附帶 厚度為1.04米，要求:(1)繪制吸附等溫線，并求出表示溶液濃度和吸附量之間關(guān)系的計(jì)算式。（2）求出使用活性炭，并通過(guò)一級(jí)攪拌吸附裝置進(jìn)行處

18、理時(shí)的活性炭投加量。（3）將泥渣接觸反應(yīng)池作為攪拌池來(lái)使用，被處理水在池內(nèi)停留時(shí)間為1小時(shí)，現(xiàn)在原水濃度急劇增加，COD增至60mg/L,按照（2）求得的活性炭投加量進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，處理水質(zhì)惡化到何種程度？假如要保持出水COD為3mg/L，求所需的活性炭投加量。假設(shè)平衡關(guān)系的濃度范圍為0-60mg/L，而且可以利用(lyng)上述（1）中所求得的關(guān)系。第42頁(yè)/共49頁(yè)第四十二頁(yè)，共49頁(yè)。（4）用碳柱進(jìn)行處理，炭柱的工作周期定為1000小時(shí)，如果采用雙柱全飽和(boh)串聯(lián)運(yùn)行，即在碳柱退出運(yùn)行進(jìn)行再生，碳柱中碳的容量被完全消耗盡，試計(jì)算雙柱串聯(lián)所需碳柱尺寸及每個(gè)碳柱的工作時(shí)間。碳柱濾速12.5

19、m/h，活性炭填充密度為0.4kg/L。2.試推導(dǎo)當(dāng)吸附等溫線用Freundlich表示時(shí)的傳質(zhì)單元數(shù)Nof表達(dá)式。第43頁(yè)/共49頁(yè)第四十三頁(yè)，共49頁(yè)。例7-2 某化工廠每小時(shí)排出含COD30mg/L的廢水50m3,擬采用活性炭吸附處理，將COD降至3mg/L之后(zhhu)，作為工廠用水循環(huán)使用。由吸附試驗(yàn)，得吸附等溫式qe=0.058ce0.5；總傳質(zhì)系數(shù)kfav=54h-1。試計(jì)算：（1）采用一級(jí)攪拌吸附所需的活性炭投量；（2）采用二級(jí)逆流吸附，求所需的投炭量以及第一級(jí)出水濃度；（3）采用固定床吸附，當(dāng)出水COD3mg/L時(shí)停止進(jìn)水，設(shè)空塔速度為12.5m/h，炭密度為400kg/m

20、3,床層厚度3.5m。求Za、va、tB和f以及吸附塔尺寸。第44頁(yè)/共49頁(yè)第四十四頁(yè)，共49頁(yè)。解：由吸附(xf)等溫式知，當(dāng)ce=3mg/L時(shí)，其平衡吸附(xf)量qe=0.1mgCOD/mg炭。因此據(jù)式（7-1）得：由式7-35求出當(dāng)1/n0.5,c2/c00.1時(shí)的c115mg/L，與c1對(duì)應(yīng)的第一級(jí)平衡(pnghng)吸附量q10.22,按式（7-21）有為計(jì)算Za,需先計(jì)算吸附區(qū)傳質(zhì)單元數(shù)N0f。為此作出吸附等溫線和操作(cozu)線，如圖。已知cB=3mg/L，取cE=27mg/L，與c值對(duì)應(yīng)的c*值（可計(jì)算）。據(jù)此得出1/(c-c*)對(duì)c在c-c*間的曲線如圖。通過(guò)圖解積分曲線下的面積，即得傳質(zhì)單元數(shù)為：LmgqccVWee/2701 . 0330)(0LmgqccQW/7 .