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、吸附工藝與設備、吸附工藝與設備 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

2、積較大的固體物質(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

3、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)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 吸附反應吸附反應 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

4、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

5、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?；钚蕴?。 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,恢復恢復 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

6、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，使吸附質(zhì)轉(zhuǎn)化為通過化學反應，使吸附質(zhì)轉(zhuǎn)化為 易溶于水的物質(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

7、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，是一種換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應，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，其反應式可表達為：離子交換是可逆反應，其反應式可表達為： HRMMRH 交換交換 樹脂樹脂

8、 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物濃度符合下列關系式：在平衡狀態(tài)下，樹脂中及溶液中的反應物濃度符合下列關系式： K RHM RMH K值的大小能定量地反映離值的大小能定量地反映離 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

9、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 114514112

10、07 2. 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

11、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)有關外脂的化學性質(zhì)有關外, 溫度和濃度的影響都很大。溫度和濃度的影響都很大。 （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

12、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）金屬在溶液中呈絡陰離子存在時，一般來說交換）金屬在溶液中呈絡陰離子存在時，一般來說交換 勢降低。勢降低。 1. 過慮（交換）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，

13、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

14、廢的再生液 3. 再生再生 再生動力：反應系統(tǒng)離子濃度差再生動力：反應系統(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)的反應物。目的：洗滌殘留的再生液和再生時可能出現(xiàn)的反應物。 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 分子擴散作用分子擴散作用 電力電力 壓