水污染控制工程溶解態(tài)污染物的物理化學(xué)處理法課件

1、溶解態(tài)污染物處理物理化學(xué)法第 一 節(jié) 吸 附 法第 二 節(jié) 離子交換法第 三 節(jié) 膜 析 法第 四 節(jié) 其他分離方法 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(xué)吸附性能，去除水中多種污染物的過(guò)程。 吸附內(nèi)容 1、吸附原理 2、影響因素 3、吸附劑 4、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)或吸附氣體中某些物質(zhì)的能力,比表面積較大的固體物質(zhì)。吸附物理吸附離子交換吸附吸附劑與吸附物質(zhì)之間是通過(guò)分子間引力(即范徳華力)而產(chǎn)生的吸附無(wú)選擇性吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生化學(xué)作用，生成化學(xué)鍵引起吸附有選擇性化學(xué)吸附吸附質(zhì)由于靜電引力被吸附在吸附劑表面的帶電點(diǎn)上

2、，此吸附為離子交換吸附 表明被吸附物的量與濃度之間的關(guān)系式稱(chēng)為吸附等溫式。1. Freundlich等溫式對(duì)上式取對(duì)數(shù)，可得：qe=KfCe1/nlgqe=lgKf+ lgCe2. Langmuir等溫式 該公式是在被吸附物質(zhì)僅為單分子層的假定下導(dǎo)出的，形式為： 將上式變換成以下形式，使用時(shí)較方便： qe= 二、影響吸附的因素衡量指標(biāo)吸附能力吸附速度固體吸附劑用吸附量衡量單位質(zhì)量吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量吸附階段顆粒外部擴(kuò)散階段孔隙擴(kuò)散階段吸附反應(yīng)階段吸附質(zhì)從溶液中擴(kuò)散到吸附劑表面吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)向吸附點(diǎn)擴(kuò)散吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙內(nèi)的吸附點(diǎn)表面吸附速度主要取決于外部擴(kuò)散速度和孔

3、隙擴(kuò)散速度。外部擴(kuò)散速度與溶液濃度成正比與吸附劑的比表面積的大小成正比吸附劑顆粒直徑越小，速度越快增加溶液與顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，可提高速度孔隙擴(kuò)散速度吸附劑顆粒越小，速度越快 吸附劑的物理化學(xué)性質(zhì)和吸附質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)吸附有很大影響。 極性分子(或離子)型的吸附劑容易吸附極性分子(或離子)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)。三、吸附劑1. 活性炭 在水處理中較多采用顆?；钚蕴俊?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,恢復(fù)它的吸附能力。再生方法加熱再生法在高溫條件下，提高了吸附質(zhì)分子的能量，使其易于從活性炭的活性點(diǎn)脫離；而

4、吸附的有機(jī)物則在高溫下氧化和分解，成為氣態(tài)逸出或斷裂成低分子化學(xué)再生法通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，使吸附質(zhì)轉(zhuǎn)化為易溶于水的物質(zhì)而解吸下來(lái)2. 腐殖酸類(lèi)吸附劑 種類(lèi)：天然的富含腐殖酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐煤等，它們可以直接使用或經(jīng)簡(jiǎn)單處理后使用；將富含腐殖酸的物質(zhì)用適當(dāng)?shù)酿ず蟿┲苽涑傻母乘嵯禈?shù)脂。 腐殖酸是一組芳香結(jié)構(gòu)的，性質(zhì)與酸性物質(zhì)相似的復(fù)雜混合物。 腐殖酸類(lèi)物質(zhì)能吸附工業(yè)廢水中的許多金屬離子，如汞、鉻、鋅、鎘、鉛、銅等。 腐殖酸對(duì)陽(yáng)離子的吸附作用，包括離子交換、螯合、表面吸附、凝聚等作用。 腐殖酸類(lèi)物質(zhì)在吸附重金屬離子后,可以用H2SO4、HCl、NaCl等進(jìn)行解吸。四、 吸附工藝和設(shè)備操作方式連續(xù)式間歇

5、式將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進(jìn)行攪拌30min左右，然后靜置沉淀，排除澄清液固定床移動(dòng)床流化床吸附劑固定填放在吸附柱(或塔)中在操作過(guò)程中定期地將接近飽和的一部分吸附劑從吸附柱中排出，并同時(shí)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)，懸浮于由下而上的水流中p240穿透曲線第二節(jié) 離子交換法 實(shí)質(zhì)：不溶性離子化合物(離子交換劑)上的可交換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應(yīng)，是一種特殊的吸附過(guò)程，通常是可逆化學(xué)吸附。 離子交換是可逆反應(yīng)，其反應(yīng)式可表達(dá)為：交換樹(shù)脂交換離子飽和樹(shù)脂 在平衡狀態(tài)下，樹(shù)脂中及溶液中的反應(yīng)物濃度符合下列關(guān)系式： K值的大小能定量地反映離子交換劑對(duì)某兩個(gè)固定離

6、子交換選擇性的大小。一、離子交換劑 離子交換樹(shù)脂是人工合成的高分子聚合物，由樹(shù)脂本體(又稱(chēng)母體或骨架)和活性基團(tuán)兩個(gè)部分組成。種類(lèi)凝膠型樹(shù)脂大孔型樹(shù)脂多孔凝膠型樹(shù)脂巨孔型樹(shù)脂高巨孔型樹(shù)脂按活性基團(tuán)可分為含有酸性基團(tuán)的陰離子交換樹(shù)脂含有堿性基團(tuán)的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂含有胺羧基團(tuán)等的螯合樹(shù)脂含有氧化還原基團(tuán)的氧化還原樹(shù)脂兩性樹(shù)脂種類(lèi)和孔結(jié)構(gòu)二、離子交換樹(shù)脂的選用1. 離子交換樹(shù)脂的有效pH范圍2. 交換容量 定量表示樹(shù)脂交換能力的大小，單位為mol/kg(干樹(shù)脂)或mol/L(濕樹(shù)脂)交換容量全交換容量工作交換容量一定量的樹(shù)脂所具有的活性基團(tuán)或可交換離子的總數(shù)量樹(shù)脂在給定工作條件下實(shí)際的交換能力3. 交

7、聯(lián)度 交聯(lián)度較高的樹(shù)脂，孔隙較低，密度較大，離子擴(kuò)散速度較低，對(duì)半徑較大的離子和水合離子的交換量較小，浸泡在水中時(shí)，水化度較低，形變較小，也就比較穩(wěn)定，不易破碎。4. 交換勢(shì) 交換勢(shì)大，交換離子越容易取代樹(shù)脂上的可交換離子，也就表明交換離子與樹(shù)脂之間的親和力越大。規(guī) 律 （1）離子的交換的交換勢(shì), 除同它本身和離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外, 溫度和濃度的影響都很大。 （2）在常溫和低濃度水溶液中，陽(yáng)離子的價(jià)態(tài)越高，它的交換勢(shì)越大。 （3）在常溫和低濃度水溶液中，同價(jià)陽(yáng)離子的交換勢(shì)大致上是：原子序數(shù)越高，交換勢(shì)越大。 （4）氫離子和氫氧根離子交換勢(shì)取決于它們與固定離子形成的酸或堿的強(qiáng)度，強(qiáng)度越大

8、，交換勢(shì)越小。 （5）金屬在溶液中呈絡(luò)陰離子存在時(shí)，一般來(lái)說(shuō)交換勢(shì)降低。1. 過(guò)慮（交換） +從廢水中分離需要除去的離子的過(guò)程。離子交換工藝過(guò)程：過(guò)慮（交換）、反洗、再生、清洗 +交換柱分為：飽和層、工作層、新料層 +工作過(guò)程中，工作層不斷下移，達(dá)到底部，出水中出現(xiàn)需去除的離子，穿透點(diǎn)出現(xiàn)。 +繼續(xù)通入廢水，出水與進(jìn)水中需除去的離子濃度相等，交換柱能力耗盡，達(dá)到飽和。 +實(shí)際操作中，達(dá)到穿透點(diǎn)，停止工作，要進(jìn)行樹(shù)脂再生。2. 反洗 目的：一是松動(dòng)樹(shù)脂層，使再生液能均勻滲入；二是清除積存在樹(shù)脂層內(nèi)的雜質(zhì)、碎粒等。 反沖洗水：自來(lái)水或廢的再生液3. 再生 再生動(dòng)力：反應(yīng)系統(tǒng)離子濃度差 再生方式（固

9、定床）：順流再生和逆流再生 再生方法：一次再生強(qiáng)酸強(qiáng)堿 二次再生弱酸弱堿（洗脫再生+轉(zhuǎn)型再生）4. 清洗 目的：洗滌殘留的再生液和再生時(shí)可能出現(xiàn)的反應(yīng)物。 一般清洗時(shí)水流方向與過(guò)慮一致離子交換裝置固定床單層床雙層床混合床連續(xù)床移動(dòng)床流動(dòng)床三、離子交換的工藝和設(shè)備第 三 節(jié) 膜 析 法 膜析法是利用具有選擇透過(guò)性薄膜以分離水溶液中某些物質(zhì)的方法總稱(chēng)。1、半透膜作用半透膜的滲析作用依靠薄膜中“孔道”的大小分離不同的分子或離子依靠薄膜的離子結(jié)構(gòu)分離性質(zhì)不同的離子2、膜析法分類(lèi)動(dòng)力分子擴(kuò)散作用電力壓力滲析法電滲析法反滲法和超過(guò)濾法2.1、擴(kuò)散滲析法2.2、電滲析法海水淡化電滲析法示意圖陽(yáng)極反應(yīng)式：陰極反應(yīng)式： 反滲透法是以壓力為驅(qū)動(dòng)力的膜法分離技術(shù)。滲透和反滲透2.3、反滲透法第 四 節(jié) 溶解態(tài)污染物其他分離方法1、萃取法2、吹脫法3、汽提法4、結(jié)晶法 萃?。河眠m當(dāng)?shù)娜軇┓蛛x混合物的過(guò)程。步驟把萃取劑加入廢水，并使它們充分接觸，有害物質(zhì)作為萃取物從廢水中轉(zhuǎn)移到萃取劑中把萃取劑和廢水分離開(kāi)了，廢水就得到了處理把萃取物從萃取劑中分離出來(lái)，使有害物成為有用的副產(chǎn)品。1、萃取法萃取劑再生（1）物理再生：利用沸點(diǎn)差分離（2）化學(xué)再生：化學(xué)藥劑與萃取物形成不溶物分離2、吹脫法原理：氣液相平衡傳質(zhì)速度理論