Chapter13-工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理課件

Chapter13工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理12/22/20221水質(zhì)工程學(xué)IIChapter13工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理12/主要內(nèi)容：

混凝

Coagulation氣浮AirFlotation吸附

Adsorption離子交換Ion-exchange電滲析Electrodialysis擴(kuò)散滲析、反滲透、超濾Diffusion

Dialysis,

ReverseOsmosis,Ultrafiltration12/22/20222水質(zhì)工程學(xué)II主要內(nèi)容：混凝12/16/20222水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝1.原理：向污水中投入電解質(zhì)，壓縮雜質(zhì)雙電層，降低或消除ζ電位，雜質(zhì)相互聚結(jié)沉淀。(1)雙電層機(jī)理－利用電解質(zhì)壓縮雙電層，降低ζ電位，消除靜電排斥能峰，使膠體脫穩(wěn)聚和。(2)吸附架橋機(jī)理－利用高分子的吸附架橋能力，將雜質(zhì)吸附，形成大絮體下沉。2.材料：石灰、碳酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵、聚合鋁12/22/20223水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝1.原理：向污水中投入電解質(zhì)，壓縮13.1混凝3.混凝的種類化學(xué)混凝－利用正電荷的電解質(zhì)，壓縮污水中負(fù)電粒子的雙電層，當(dāng)大量正電荷進(jìn)入膠粒的雙電層內(nèi)，使雙電層變薄，電位減小，膠粒不帶電，可以相互聚和下沉。生物混凝利用微生物的吸附絮凝作用，吸附膠體顆粒一同下沉，活性污泥回流污泥達(dá)到吸附絮凝作用?；亓魑勰嗄康模篴.接種，使生物種類多樣b.預(yù)絮凝和生物混凝作用12/22/20224水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝3.混凝的種類12/16/20224水質(zhì)工13.1混凝(3)物理混凝－混凝經(jīng)水解形成高聚物，大顆粒高聚物對(duì)雜質(zhì)膠體有強(qiáng)烈的吸附能力，可吸附一定距離內(nèi)的膠體共同下沉。自身混凝：高聚物大顆?？稍谄渥饔每臻g內(nèi)吸附膠體一同下沉。有效作用空間：

a.R≠r;b.r<R;c.A=r+R時(shí)吸附最佳。

增濃聚沉：向污水中投入一些大顆粒雜質(zhì)，使?jié)舛仍龃?，可沉淀的大顆粒吸附小顆粒迅速下沉。應(yīng)用：豎流式沉淀池增加污泥層的濃度達(dá)到增濃聚沉。水力澄清池加入細(xì)泥沙增加泥沙濃度達(dá)到增濃聚沉。12/22/20225水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝(3)物理混凝－混凝經(jīng)水解形成高聚13.1混凝通過混凝可去除污水的濁度、色度、各種高分子化合物，重金屬離子等，常與其它方法一同使用?；炷ㄖ荒苋コz體和懸浮物，不能去除溶解性物質(zhì)，影響混凝的因素很多，混凝劑的種類，濃度等需要用試驗(yàn)確定?；炷膽?yīng)用：1預(yù)處理(SS可從2萬(wàn)降至5000)2深度處理(已推廣，由張杰院士提出，COD去除率為50~60%)12/22/20226水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝通過混凝可去13.1混凝12/22/20227水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝12/16/20227水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝12/22/20228水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝12/16/20228水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮1.氣浮處理的理論基礎(chǔ)將空氣通入水中，并以微小氣泡析出，使水中固體雜質(zhì)粘附氣泡一同上浮至水面分離。(1)氣浮流程氣＋污水→氣粒吸附→泡沫→分解含油污水中的油可通過1隔油池2粗?；?氣浮來(lái)去除12/22/20229水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮1.氣浮處理的理論基礎(chǔ)12/16/202213.2氣浮2、氣浮條件

去除比重近于1，直徑≤60μm懸浮物(大于60μm的可下沉)①氣粒吸附－屬物理吸附。吸附放熱，低溫吸附效果較好極性相同，吸附效果較好(氣泡是疏水性物質(zhì)，即非極性)物理性質(zhì)相同，吸附效果較好。②吸附對(duì)象－吸附疏水性物質(zhì)疏水性物質(zhì)－難為水潤(rùn)濕的物質(zhì)，可以直接吸附。親水性物質(zhì)－容易被水潤(rùn)濕的物質(zhì)，需要轉(zhuǎn)為疏水性物質(zhì)。12/22/202210水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮2、氣浮條件12/16/202210水質(zhì)工程13.2氣?、郾砻婊钚詣梢詫?shí)現(xiàn)疏水－親水相互轉(zhuǎn)移表面活性劑由極性－非極性分子組成，分子一端呈親水性，另一端呈疏水性，也叫二親分子。a.表面活性劑對(duì)于親水性物質(zhì)有利，親水性物質(zhì)轉(zhuǎn)為疏水性。b.表面活性劑對(duì)于疏水性物質(zhì)不利，疏水性物質(zhì)轉(zhuǎn)為親水性。12/22/202211水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮③表面活性劑—可以實(shí)現(xiàn)疏水－親水相互轉(zhuǎn)移1213.2氣浮水中氣、粒的粘附著力計(jì)算

在液、氣、粒三相表面上，產(chǎn)生的表面力不同，其粘附著力也不同。1．表面能液體表面分子與內(nèi)部分子受到的分子引力不同，表面分子所受到的力不平衡，該力把表面分子拉向液體內(nèi)部，力圖縮小表面積，減少表面能。

2．表面能的物理現(xiàn)象表面能力圖使自由表面積最小，從而表面能最小。液體內(nèi)部分子引力使液體呈球狀，減少表面積，避免展開。12/22/202212水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮水中氣、粒的粘附著力計(jì)算12/16/202213.2氣浮表面能大小計(jì)算設(shè)液、氣、固三相分別為1、2、3，σ表示表面能則液－固，液－氣，氣－固分別用σ13、σ12、σ23表示根據(jù)熱力學(xué)已知：界面能＝表面能×界面面積s－界面面積(cm2)，取單位面積為1進(jìn)行計(jì)算顆粒和氣泡粘附前其表面能之和(N/m)顆粒和氣泡粘附后其表面能(N/m)吸附前后界面能減少值為

12/22/202213水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮表面能大小計(jì)算12/16/202213水質(zhì)工13.2氣浮根據(jù)圖解，代入上式：θ—接觸角

分析：1)△W越大，吸附越容易進(jìn)行。2)當(dāng)接觸角θ→0時(shí)，cosθ→1，(1－cosθ)→0，氣固不易吸附。3)當(dāng)接觸角θ→180°時(shí)，cosθ→－1，(1－cosθ)→2，氣固易吸附。4)接觸角可判斷物質(zhì)被水潤(rùn)濕的性質(zhì)，θ＜90°為親水性物質(zhì)，不容易吸附，θ＞90°為疏水性物質(zhì)，容易吸附。12/22/202214水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮根據(jù)圖解，代入上式：12/16/20221413.2氣浮氣泡的穩(wěn)定性1)加入表面活性劑使氣泡壁變厚，防止破碎。(外包一層水摸)2)加入表面活性劑使液體表面蒸發(fā)量減少，浮渣穩(wěn)定。(吸附水膜變厚，減少蒸發(fā)量)3)根據(jù)氣泡與內(nèi)壓的關(guān)系式：r－氣泡半徑、σ12－水氣的表面張力、P－氣泡的內(nèi)壓力。當(dāng)氣泡內(nèi)壓一定時(shí)，水的表面張力越大，氣泡直徑越大；當(dāng)氣量一定時(shí)，氣泡直徑↑，表面積↓，不易吸附。氣泡大小應(yīng)一致，否則小氣泡內(nèi)壓大，大氣泡內(nèi)壓小，小氣泡易進(jìn)入大氣泡合并。4)氣泡越小越密集，效果越好。12/22/202215水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮氣泡的穩(wěn)定性12/16/202215水質(zhì)工程13.2氣浮混凝劑與表面活性劑的關(guān)系1)混凝劑－Al2(SO4)3，F(xiàn)eCl3，F(xiàn)e2(SO4)3，可吸附水中固體使其凝聚，壓縮雙電層，ξ↓，相互聚合，生成一些大的絮凝體。2)表面活性劑－兩親分子，①對(duì)親水性物質(zhì)有利，對(duì)疏水性物質(zhì)不利。②投量↑，氣液界面張力σ12↓，泡沫穩(wěn)定。③投量↑，ζ↑，疏水雜質(zhì)嚴(yán)重乳化，影響吸附。④投量↓，σ12↑，使氣固吸附牢固。12/22/202216水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮混凝劑與表面活性劑的關(guān)系12/16/202213.2氣浮氣浮的方法、系統(tǒng)與計(jì)算將產(chǎn)生氣泡的方法分為布?xì)鈿飧。軞鈿飧?，電氣浮?．布?xì)鈿飧?利用機(jī)械剪切力，將混于水中的空氣粉碎成細(xì)小的氣泡。(第一代氣浮)1)水泵吸水管吸入氣浮設(shè)備簡(jiǎn)單，但會(huì)破壞水泵工作特性。吸入空氣不能過多，不大于吸水量10％。2)射流氣浮(需水泵揚(yáng)程大，耗電量高，已淘汰)采用吸水帶氣的射流器，向污水中吸入空氣進(jìn)行氣浮。3)擴(kuò)散板氣浮(停止曝氣時(shí)易堵，主要應(yīng)用于給水，污水中已淘汰)壓縮空氣通過具有微細(xì)孔隙的擴(kuò)散板，使空氣以細(xì)小氣泡形式逸出，進(jìn)行氣浮。4)葉輪氣浮電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，空氣進(jìn)入水中被葉輪打碎成為細(xì)小氣泡。12/22/202217水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮氣浮的方法、系統(tǒng)與計(jì)算12/16/2022113.2氣浮氣浮的方法、系統(tǒng)與計(jì)算溶氣氣浮(第二代氣浮)空氣在一定壓力下，溶解于水中，并達(dá)到過飽和狀態(tài)，然后突然減壓，溶解于水中的空氣以微小形狀從水中折出，進(jìn)行氣浮。1)加壓溶氣氣體①工作特征污水由水泵加壓3－4壓力，在壓力管上進(jìn)入壓縮空氣，水氣混合體在溶氣罐內(nèi)停留一定時(shí)間進(jìn)行溶氣，然后經(jīng)減壓閥進(jìn)入氣浮池氣浮。②工藝流程常用的加壓溶氣有：全加壓溶氣，部分加壓溶氣和部分回流加壓溶氣。2)溶氣真空氣浮氣浮池在負(fù)壓下工作，空氣在常壓下和加壓下溶于水中，溶于水中的空氣在負(fù)壓下過飽和，大量空氣會(huì)折出形成氣泡上浮。(但浮渣不能出來(lái)，出水必須靠水泵抽，且不易檢修)12/22/202218水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮氣浮的方法、系統(tǒng)與計(jì)算12/16/2022112/22/202219水質(zhì)工程學(xué)II12/16/202219水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮電解氣浮

將含有電解質(zhì)的污水作為電解介質(zhì)通入直流電進(jìn)行電解，可同時(shí)發(fā)生三種效應(yīng)，電解氧化(IEO)，電解混凝(電絮凝)和電解氣浮，當(dāng)選用不溶性電極可充分發(fā)揮電解氣浮效應(yīng)。12/22/202220水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮電解氣浮12/16/202220水質(zhì)工程學(xué)I

12/22/202221水質(zhì)工程學(xué)II12/16/202221水質(zhì)工程學(xué)13.3吸附在相界面上，物質(zhì)的濃度自動(dòng)發(fā)生累積或濃集的現(xiàn)象稱為吸附。吸附就是利用多孔性的固體物質(zhì)，使廢水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。12/22/202222水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附在相界面上，12/22/202223水質(zhì)工程學(xué)II12/16/202223水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附產(chǎn)生吸附的原因

1．物理吸附

吸附劑和吸附質(zhì)之間通過分子間力產(chǎn)生的吸附稱為物理吸附。物理吸附可形成單分子吸附層或多分子吸附層。被吸附的分子由于熱運(yùn)動(dòng)還會(huì)離開吸附劑表面，這種現(xiàn)象稱為解吸，它是吸附的逆過程。(可逆的，是一種動(dòng)態(tài)平衡)

2．化學(xué)吸附(成本高，基本不用)化學(xué)吸附是吸附劑和吸附質(zhì)之間由于化學(xué)鍵力引起的化學(xué)作用，一種吸附劑只能對(duì)某幾種吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)吸附，因此化學(xué)吸附具有選擇性，不可逆性。3．離子吸附(使用也不多)互相交換離子的吸附，依靠靜電引力牢固吸附。12/22/202224水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附產(chǎn)生吸附的原因12/16/20213.3吸附吸附等溫線1．吸附平衡吸附過程是可逆的，當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時(shí)，則吸附質(zhì)在溶液中的濃度和吸附劑表面上的濃度都不改變而達(dá)到平衡，此時(shí)吸附質(zhì)在溶液中的濃度稱為平衡濃度。吸附劑吸附能力的大小以吸附量q表示，指單位重量的吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的重量。

q=V(C0—C)/W式中V—廢水容積；W—吸附劑投量；C0—原水吸附質(zhì)濃度；C—吸附平衡時(shí)水中剩余的吸附質(zhì)濃度。12/22/202225水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附吸附等溫線12/16/202225水質(zhì)工程學(xué)13.3吸附吸附等溫式(1)朗謬爾公式朗謬爾公式是從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，通過一些假設(shè)條件而推導(dǎo)出來(lái)的單分子吸附公式。

式中q——吸附量C——吸附質(zhì)平衡濃度a、b——吸附常數(shù)。將上式改為倒數(shù)式，即：12/22/202226水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附吸附等溫式12/16/202226水質(zhì)工程學(xué)13.3吸附吸附等溫式(2)費(fèi)蘭德利希公式q=KC1/n

式中q——吸附量；C——吸附質(zhì)平衡濃度；K、1/n——常數(shù)。將上式改寫為對(duì)數(shù)式：12/22/202227水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附吸附等溫式12/16/202227水質(zhì)工程學(xué)13.3吸附吸附速度吸附速度是指單位重量的吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。吸附過程可分為3個(gè)階段。第一階段為外部擴(kuò)散階段。在吸附劑周圍存在著一層固定的水膜吸附質(zhì)首先通過這個(gè)水膜才能到達(dá)吸附劑的表面，所以吸附速度與液膜擴(kuò)散速度有關(guān)。第二階段稱為顆粒內(nèi)部擴(kuò)散階段。經(jīng)水膜擴(kuò)散到吸附劑表面的吸附質(zhì)向細(xì)孔深處擴(kuò)散。第三階段稱為吸附反應(yīng)階段。吸附質(zhì)被吸在細(xì)孔的內(nèi)表面上。12/22/202228水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附吸附速度12/16/202228水質(zhì)工程學(xué)I13.3吸附吸附影響因素1．吸附劑的性質(zhì)一般是極性分子吸附劑易吸附極性分子吸附質(zhì)，非極性分子吸附劑易于吸附非極性吸附質(zhì)。(處理污水是常用非極性吸附劑-活性炭)2．吸附質(zhì)的性質(zhì)吸附質(zhì)的溶解度，表面自由能，極性，吸附質(zhì)分子的大小，吸附質(zhì)的濃度有關(guān)3．廢水的pH廢水的pH影響吸附劑及吸附質(zhì)的性質(zhì)。4．共存物質(zhì)物理吸附時(shí)吸附劑可吸附多種吸附質(zhì)。一般共存多種吸附質(zhì)時(shí)，吸附劑對(duì)某種吸附質(zhì)的吸附能力比只含該種吸附質(zhì)時(shí)的吸附能力差。5．溫度

因?yàn)槲锢砦竭^程是放熱過程，溫度升高吸附量減少，反之吸附量增加。6．接觸時(shí)間

在進(jìn)行吸附時(shí)，應(yīng)保證吸附質(zhì)與吸附劑有一定的接觸時(shí)間，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。12/22/202229水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附吸附影響因素12/16/202229水質(zhì)工程13.3吸附吸附操作方式1．靜態(tài)吸附在廢水不流動(dòng)的條件下，進(jìn)行的吸附操作稱為靜態(tài)吸附操作，靜態(tài)吸附在廢水處理中采用較少。2．動(dòng)態(tài)吸附動(dòng)態(tài)吸附是在廢水流動(dòng)條件下進(jìn)行的吸附操作。當(dāng)廢水連續(xù)通過填充吸附劑的吸附設(shè)備時(shí)，廢水中的吸附質(zhì)便被吸附劑吸附，從吸附設(shè)備流出的廢水中吸附質(zhì)的濃度可以降低，吸附劑使用一段時(shí)間后，出水中的吸附質(zhì)的濃度逐漸增加，當(dāng)增加到某一數(shù)值時(shí)，將吸附劑進(jìn)行再生。12/22/202230水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附吸附操作方式12/16/202230水質(zhì)工程

12/22/202231水質(zhì)工程學(xué)II12/16/202231水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附穿透曲線向固定床連續(xù)地通人廢水，發(fā)現(xiàn)有的填充層正在發(fā)生吸附作用，呈現(xiàn)明顯的吸附帶，在這段下部的填充層幾乎沒有發(fā)生吸咐作用，在其上部的填充層由于已達(dá)到飽和狀態(tài)，不再起吸附作用。當(dāng)有明顯的吸附帶時(shí)，吸附帶隨廢水的不斷流人而緩緩地向下移動(dòng)。吸附帶的移動(dòng)速度比廢水在填充層內(nèi)流動(dòng)的線速度要小的多。當(dāng)吸附帶下緣移到填充層下端時(shí)，從裝置中流出的廢水中便開始出現(xiàn)吸附質(zhì)。以后繼續(xù)通水，出水中吸附質(zhì)的濃度將迅速增加，直到等于原水的濃度C0時(shí)為止。12/22/202232水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附穿透曲線12/16/20213.3吸附常用吸附劑廢水處理中常用的吸附劑有活性炭，磺化煤、沸石、活性白土、硅藻土、焦炭等。工程中使用較多的是活性炭，活性炭的比表面積可達(dá)500～1700m2/g。12/22/202233水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附常用吸附劑12/16/202233水質(zhì)工程學(xué)

Chapter13工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理12/22/202234水質(zhì)工程學(xué)IIChapter13工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理12/主要內(nèi)容：

混凝

Coagulation氣浮AirFlotation吸附

Adsorption離子交換Ion-exchange電滲析Electrodialysis擴(kuò)散滲析、反滲透、超濾Diffusion

Dialysis,

ReverseOsmosis,Ultrafiltration12/22/202235水質(zhì)工程學(xué)II主要內(nèi)容：混凝12/16/20222水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝1.原理：向污水中投入電解質(zhì)，壓縮雜質(zhì)雙電層，降低或消除ζ電位，雜質(zhì)相互聚結(jié)沉淀。(1)雙電層機(jī)理－利用電解質(zhì)壓縮雙電層，降低ζ電位，消除靜電排斥能峰，使膠體脫穩(wěn)聚和。(2)吸附架橋機(jī)理－利用高分子的吸附架橋能力，將雜質(zhì)吸附，形成大絮體下沉。2.材料：石灰、碳酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵、聚合鋁12/22/202236水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝1.原理：向污水中投入電解質(zhì)，壓縮13.1混凝3.混凝的種類化學(xué)混凝－利用正電荷的電解質(zhì)，壓縮污水中負(fù)電粒子的雙電層，當(dāng)大量正電荷進(jìn)入膠粒的雙電層內(nèi)，使雙電層變薄，電位減小，膠粒不帶電，可以相互聚和下沉。生物混凝利用微生物的吸附絮凝作用，吸附膠體顆粒一同下沉，活性污泥回流污泥達(dá)到吸附絮凝作用。回流污泥目的：a.接種，使生物種類多樣b.預(yù)絮凝和生物混凝作用12/22/202237水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝3.混凝的種類12/16/20224水質(zhì)工13.1混凝(3)物理混凝－混凝經(jīng)水解形成高聚物，大顆粒高聚物對(duì)雜質(zhì)膠體有強(qiáng)烈的吸附能力，可吸附一定距離內(nèi)的膠體共同下沉。自身混凝：高聚物大顆?？稍谄渥饔每臻g內(nèi)吸附膠體一同下沉。有效作用空間：

a.R≠r;b.r<R;c.A=r+R時(shí)吸附最佳。

增濃聚沉：向污水中投入一些大顆粒雜質(zhì)，使?jié)舛仍龃?，可沉淀的大顆粒吸附小顆粒迅速下沉。應(yīng)用：豎流式沉淀池增加污泥層的濃度達(dá)到增濃聚沉。水力澄清池加入細(xì)泥沙增加泥沙濃度達(dá)到增濃聚沉。12/22/202238水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝(3)物理混凝－混凝經(jīng)水解形成高聚13.1混凝通過混凝可去除污水的濁度、色度、各種高分子化合物，重金屬離子等，常與其它方法一同使用。混凝法只能去除膠體和懸浮物，不能去除溶解性物質(zhì)，影響混凝的因素很多，混凝劑的種類，濃度等需要用試驗(yàn)確定?；炷膽?yīng)用：1預(yù)處理(SS可從2萬(wàn)降至5000)2深度處理(已推廣，由張杰院士提出，COD去除率為50~60%)12/22/202239水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝通過混凝可去13.1混凝12/22/202240水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝12/16/20227水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝12/22/202241水質(zhì)工程學(xué)II13.1混凝12/16/20228水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮1.氣浮處理的理論基礎(chǔ)將空氣通入水中，并以微小氣泡析出，使水中固體雜質(zhì)粘附氣泡一同上浮至水面分離。(1)氣浮流程氣＋污水→氣粒吸附→泡沫→分解含油污水中的油可通過1隔油池2粗粒化3氣浮來(lái)去除12/22/202242水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮1.氣浮處理的理論基礎(chǔ)12/16/202213.2氣浮2、氣浮條件

去除比重近于1，直徑≤60μm懸浮物(大于60μm的可下沉)①氣粒吸附－屬物理吸附。吸附放熱，低溫吸附效果較好極性相同，吸附效果較好(氣泡是疏水性物質(zhì)，即非極性)物理性質(zhì)相同，吸附效果較好。②吸附對(duì)象－吸附疏水性物質(zhì)疏水性物質(zhì)－難為水潤(rùn)濕的物質(zhì)，可以直接吸附。親水性物質(zhì)－容易被水潤(rùn)濕的物質(zhì)，需要轉(zhuǎn)為疏水性物質(zhì)。12/22/202243水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮2、氣浮條件12/16/202210水質(zhì)工程13.2氣浮③表面活性劑—可以實(shí)現(xiàn)疏水－親水相互轉(zhuǎn)移表面活性劑由極性－非極性分子組成，分子一端呈親水性，另一端呈疏水性，也叫二親分子。a.表面活性劑對(duì)于親水性物質(zhì)有利，親水性物質(zhì)轉(zhuǎn)為疏水性。b.表面活性劑對(duì)于疏水性物質(zhì)不利，疏水性物質(zhì)轉(zhuǎn)為親水性。12/22/202244水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣?、郾砻婊钚詣梢詫?shí)現(xiàn)疏水－親水相互轉(zhuǎn)移1213.2氣浮水中氣、粒的粘附著力計(jì)算

在液、氣、粒三相表面上，產(chǎn)生的表面力不同，其粘附著力也不同。1．表面能液體表面分子與內(nèi)部分子受到的分子引力不同，表面分子所受到的力不平衡，該力把表面分子拉向液體內(nèi)部，力圖縮小表面積，減少表面能。

2．表面能的物理現(xiàn)象表面能力圖使自由表面積最小，從而表面能最小。液體內(nèi)部分子引力使液體呈球狀，減少表面積，避免展開。12/22/202245水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮水中氣、粒的粘附著力計(jì)算12/16/202213.2氣浮表面能大小計(jì)算設(shè)液、氣、固三相分別為1、2、3，σ表示表面能則液－固，液－氣，氣－固分別用σ13、σ12、σ23表示根據(jù)熱力學(xué)已知：界面能＝表面能×界面面積s－界面面積(cm2)，取單位面積為1進(jìn)行計(jì)算顆粒和氣泡粘附前其表面能之和(N/m)顆粒和氣泡粘附后其表面能(N/m)吸附前后界面能減少值為

12/22/202246水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮表面能大小計(jì)算12/16/202213水質(zhì)工13.2氣浮根據(jù)圖解，代入上式：θ—接觸角

分析：1)△W越大，吸附越容易進(jìn)行。2)當(dāng)接觸角θ→0時(shí)，cosθ→1，(1－cosθ)→0，氣固不易吸附。3)當(dāng)接觸角θ→180°時(shí)，cosθ→－1，(1－cosθ)→2，氣固易吸附。4)接觸角可判斷物質(zhì)被水潤(rùn)濕的性質(zhì)，θ＜90°為親水性物質(zhì)，不容易吸附，θ＞90°為疏水性物質(zhì)，容易吸附。12/22/202247水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮根據(jù)圖解，代入上式：12/16/20221413.2氣浮氣泡的穩(wěn)定性1)加入表面活性劑使氣泡壁變厚，防止破碎。(外包一層水摸)2)加入表面活性劑使液體表面蒸發(fā)量減少，浮渣穩(wěn)定。(吸附水膜變厚，減少蒸發(fā)量)3)根據(jù)氣泡與內(nèi)壓的關(guān)系式：r－氣泡半徑、σ12－水氣的表面張力、P－氣泡的內(nèi)壓力。當(dāng)氣泡內(nèi)壓一定時(shí)，水的表面張力越大，氣泡直徑越大；當(dāng)氣量一定時(shí)，氣泡直徑↑，表面積↓，不易吸附。氣泡大小應(yīng)一致，否則小氣泡內(nèi)壓大，大氣泡內(nèi)壓小，小氣泡易進(jìn)入大氣泡合并。4)氣泡越小越密集，效果越好。12/22/202248水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮氣泡的穩(wěn)定性12/16/202215水質(zhì)工程13.2氣浮混凝劑與表面活性劑的關(guān)系1)混凝劑－Al2(SO4)3，F(xiàn)eCl3，F(xiàn)e2(SO4)3，可吸附水中固體使其凝聚，壓縮雙電層，ξ↓，相互聚合，生成一些大的絮凝體。2)表面活性劑－兩親分子，①對(duì)親水性物質(zhì)有利，對(duì)疏水性物質(zhì)不利。②投量↑，氣液界面張力σ12↓，泡沫穩(wěn)定。③投量↑，ζ↑，疏水雜質(zhì)嚴(yán)重乳化，影響吸附。④投量↓，σ12↑，使氣固吸附牢固。12/22/202249水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮混凝劑與表面活性劑的關(guān)系12/16/202213.2氣浮氣浮的方法、系統(tǒng)與計(jì)算將產(chǎn)生氣泡的方法分為布?xì)鈿飧?，溶氣氣浮，電氣浮?．布?xì)鈿飧?利用機(jī)械剪切力，將混于水中的空氣粉碎成細(xì)小的氣泡。(第一代氣浮)1)水泵吸水管吸入氣浮設(shè)備簡(jiǎn)單，但會(huì)破壞水泵工作特性。吸入空氣不能過多，不大于吸水量10％。2)射流氣浮(需水泵揚(yáng)程大，耗電量高，已淘汰)采用吸水帶氣的射流器，向污水中吸入空氣進(jìn)行氣浮。3)擴(kuò)散板氣浮(停止曝氣時(shí)易堵，主要應(yīng)用于給水，污水中已淘汰)壓縮空氣通過具有微細(xì)孔隙的擴(kuò)散板，使空氣以細(xì)小氣泡形式逸出，進(jìn)行氣浮。4)葉輪氣浮電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，空氣進(jìn)入水中被葉輪打碎成為細(xì)小氣泡。12/22/202250水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮氣浮的方法、系統(tǒng)與計(jì)算12/16/2022113.2氣浮氣浮的方法、系統(tǒng)與計(jì)算溶氣氣浮(第二代氣浮)空氣在一定壓力下，溶解于水中，并達(dá)到過飽和狀態(tài)，然后突然減壓，溶解于水中的空氣以微小形狀從水中折出，進(jìn)行氣浮。1)加壓溶氣氣體①工作特征污水由水泵加壓3－4壓力，在壓力管上進(jìn)入壓縮空氣，水氣混合體在溶氣罐內(nèi)停留一定時(shí)間進(jìn)行溶氣，然后經(jīng)減壓閥進(jìn)入氣浮池氣浮。②工藝流程常用的加壓溶氣有：全加壓溶氣，部分加壓溶氣和部分回流加壓溶氣。2)溶氣真空氣浮氣浮池在負(fù)壓下工作，空氣在常壓下和加壓下溶于水中，溶于水中的空氣在負(fù)壓下過飽和，大量空氣會(huì)折出形成氣泡上浮。(但浮渣不能出來(lái)，出水必須靠水泵抽，且不易檢修)12/22/202251水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮氣浮的方法、系統(tǒng)與計(jì)算12/16/2022112/22/202252水質(zhì)工程學(xué)II12/16/202219水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮電解氣浮

將含有電解質(zhì)的污水作為電解介質(zhì)通入直流電進(jìn)行電解，可同時(shí)發(fā)生三種效應(yīng)，電解氧化(IEO)，電解混凝(電絮凝)和電解氣浮，當(dāng)選用不溶性電極可充分發(fā)揮電解氣浮效應(yīng)。12/22/202253水質(zhì)工程學(xué)II13.2氣浮電解氣浮12/16/202220水質(zhì)工程學(xué)I

12/22/202254水質(zhì)工程學(xué)II12/16/202221水質(zhì)工程學(xué)13.3吸附在相界面上，物質(zhì)的濃度自動(dòng)發(fā)生累積或濃集的現(xiàn)象稱為吸附。吸附就是利用多孔性的固體物質(zhì)，使廢水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。12/22/202255水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附在相界面上，12/22/202256水質(zhì)工程學(xué)II12/16/202223水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附產(chǎn)生吸附的原因

1．物理吸附

吸附劑和吸附質(zhì)之間通過分子間力產(chǎn)生的吸附稱為物理吸附。物理吸附可形成單分子吸附層或多分子吸附層。被吸附的分子由于熱運(yùn)動(dòng)還會(huì)離開吸附劑表面，這種現(xiàn)象稱為解吸，它是吸附的逆過程。(可逆的，是一種動(dòng)態(tài)平衡)

2．化學(xué)吸附(成本高，基本不用)化學(xué)吸附是吸附劑和吸附質(zhì)之間由于化學(xué)鍵力引起的化學(xué)作用，一種吸附劑只能對(duì)某幾種吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)吸附，因此化學(xué)吸附具有選擇性，不可逆性。3．離子吸附(使用也不多)互相交換離子的吸附，依靠靜電引力牢固吸附。12/22/202257水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附產(chǎn)生吸附的原因12/16/20213.3吸附吸附等溫線1．吸附平衡吸附過程是可逆的，當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時(shí)，則吸附質(zhì)在溶液中的濃度和吸附劑表面上的濃度都不改變而達(dá)到平衡，此時(shí)吸附質(zhì)在溶液中的濃度稱為平衡濃度。吸附劑吸附能力的大小以吸附量q表示，指單位重量的吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的重量。

q=V(C0—C)/W式中V—廢水容積；W—吸附劑投量；C0—原水吸附質(zhì)濃度；C—吸附平衡時(shí)水中剩余的吸附質(zhì)濃度。12/22/202258水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附吸附等溫線12/16/202225水質(zhì)工程學(xué)13.3吸附吸附等溫式(1)朗謬爾公式朗謬爾公式是從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，通過一些假設(shè)條件而推導(dǎo)出來(lái)的單分子吸附公式。

式中q——吸附量C——吸附質(zhì)平衡濃度a、b——吸附常數(shù)。將上式改為倒數(shù)式，即：12/22/202259水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附吸附等溫式12/16/202226水質(zhì)工程學(xué)13.3吸附吸附等溫式(2)費(fèi)蘭德利希公式q=KC1/n

式中q——吸附量；C——吸附質(zhì)平衡濃度；K、1/n——常數(shù)。將上式改寫為對(duì)數(shù)式：12/22/202260水質(zhì)工程學(xué)II13.3吸附吸附等溫式12/16/202227水質(zhì)工程學(xué)13.3吸附吸附速度吸附速度是指單位重量的吸