17吸附離子交換

1、水污染控制工程水污染控制工程 water pollution control engineeringengineeringarchitecturecopyright reserved! 課程內容n第五節(jié)第五節(jié) 吸附吸附 吸附原理吸附原理, 吸附等溫式吸附等溫式, 吸附劑吸附劑, 吸附工藝吸附工藝n第六節(jié)第六節(jié) 離子交換離子交換 離子交換原理離子交換原理, 交換樹脂交換樹脂,交換平衡與計算交換平衡與計算吸附法吸附法 water pollution control engineering吸附吸附n吸附概述吸附概述n吸附等溫式吸附等溫式n吸附劑吸附劑n吸附速率吸附速率n吸附工藝吸附工藝n吸附設計簡介

2、吸附設計簡介吸附吸附n 1.1吸附原理吸附原理：固體表面的分子或原子因為受力不均勻：固體表面的分子或原子因為受力不均勻具有剩余的表面能，該力能夠吸引其他物質在固體的表具有剩余的表面能，該力能夠吸引其他物質在固體的表面上。固體稱吸附劑，被吸附的稱吸附質，吸附的結果面上。固體稱吸附劑，被吸附的稱吸附質，吸附的結果是吸附質在吸附劑表面濃縮，而吸附劑的表面能降低。是吸附質在吸附劑表面濃縮，而吸附劑的表面能降低。 water pollution control engineering1. 1. 吸附概述吸附概述吸附吸附 在水污染控制工程中吸附指利用多孔性的固體物在水污染控制工程中吸附指利用多孔性的固體物

3、質吸附水中污染物質到固體物質表面從而將污染物去質吸附水中污染物質到固體物質表面從而將污染物去除的方法。對廢水中無機、有機污染物、重金屬都有除的方法。對廢水中無機、有機污染物、重金屬都有效，適宜處理低濃度廢水效，適宜處理低濃度廢水( (深度處理深度處理) ) 。 water pollution control engineering吸附吸附n1.2 吸附類型：吸附類型： 物理吸附，物理吸附，是分子間力范德華力，吸附熱小，可以單是分子間力范德華力，吸附熱小，可以單層也可多層吸附，吸附無選擇性，容易解吸，是可逆層也可多層吸附，吸附無選擇性，容易解吸，是可逆吸附，低溫下物理吸附大，吸附量與表面積成比例

4、。吸附，低溫下物理吸附大，吸附量與表面積成比例。 化學吸附化學吸附是形成化學鍵的吸附，吸附熱大，具有選擇性，是形成化學鍵的吸附，吸附熱大，具有選擇性，單分子層吸附，化學鍵、離子交換或形成配位體。物單分子層吸附，化學鍵、離子交換或形成配位體。物理化學吸附常常同時發(fā)生。理化學吸附常常同時發(fā)生。 water pollution control engineering吸附吸附n吸附氣體時則物理吸附熱與氣體液化熱相當，而化學吸附氣體時則物理吸附熱與氣體液化熱相當，而化學吸附與化學反應相當。吸附與化學反應相當。 water pollution control engineering作用力作用力吸附熱吸附熱

5、是否可是否可逆逆選擇選擇性性吸附層數(shù)吸附層數(shù)物理吸附物理吸附范德華力范德華力小小,氣體液化熱氣體液化熱可逆可逆無無單、多分子層單、多分子層化學吸附化學吸附化學鍵化學鍵大大,化學反應熱化學反應熱不可逆不可逆有有單分子層單分子層物理吸附與化學吸附的比較物理吸附與化學吸附的比較返回返回吸附等溫式吸附等溫式 吸附等溫式是描述吸附量與平衡時液相中吸附質濃度吸附等溫式是描述吸附量與平衡時液相中吸附質濃度的關系的數(shù)學式。吸附等溫式描述的是物理吸附。的關系的數(shù)學式。吸附等溫式描述的是物理吸附。 langmuir吸附等溫式吸附等溫式 freundlich吸附等溫式吸附等溫式 bet吸附等溫式吸附等溫式 (hen

6、ry等溫式等溫式) water pollution control engineering2.吸附等溫式吸附等溫式(等溫線等溫線)n langmuir吸附等溫式：吸附等溫式： langmuir第一個對吸附現(xiàn)象進行系統(tǒng)研究，提出第一個對吸附現(xiàn)象進行系統(tǒng)研究，提出“單單分子層吸附理論分子層吸附理論”。假設固體表面各處的吸附力場均。假設固體表面各處的吸附力場均勻相同，表面吸附單分子層就飽和，且被吸附分子無勻相同，表面吸附單分子層就飽和，且被吸附分子無相互作用，物理吸附。相互作用，物理吸附。 吸附速率：吸附速率：va kac(1) .(1) 脫附速率：脫附速率：vd kd .(2) 表示被吸附的分子占

7、據(jù)固體表面的覆蓋度。表示被吸附的分子占據(jù)固體表面的覆蓋度。c為吸附質為吸附質濃度，濃度，ka、kd為吸附和脫附速率常數(shù)。為吸附和脫附速率常數(shù)。water pollution control engineering吸附等溫式吸附等溫式吸附等溫式吸附等溫式n平衡時：平衡時：kac(1)kd kd+ kac kac ， k1=ka/kd 若以若以q、qm分別表示吸附量和飽和吸附量，則分別表示吸附量和飽和吸附量，則q/qm ckkckadackck111water pollution control engineering吸附等溫式吸附等溫式n q /qm= 即為即為langmuir吸附等溫式，在液相

8、中吸附等溫式，在液相中c實際是吸附質的濃度。實際是吸附質的濃度。ckck111cqkqqmm11111water pollution control engineeringckckqqm111吸附等溫式吸附等溫式nlangmuir吸附等溫吸附等溫式吸附質在液相濃度式吸附質在液相濃度c與吸附量與吸附量q的關系的關系 q =qm k1c1, q =qm k1c1k1c 1吸附等溫式吸附等溫式nlangmuir吸附等溫吸附等溫式式1/c對對1/q的關系的關系 = water pollution control engineeringq1cqkqmm11111/q1/q0 01/c1/qm1/qm k

9、1吸附等溫式吸附等溫式nfreundlich吸附等溫式吸附等溫式(經驗式經驗式): q kc1/n lgq =lgk + lgc k，n為常數(shù)，在低濃度下較適用。為常數(shù)，在低濃度下較適用。 k大小反映吸附性能，越大吸附量越大，大小反映吸附性能，越大吸附量越大，n小吸小吸附困難，而附困難，而n大，吸附容易。大，吸附容易。 n1water pollution control engineering吸附等溫式吸附等溫式nfreundlich吸附等溫式吸附等溫式lgc與與lgq的關系的關系 lgq =lgk + lgc k大小反映吸附性能，越大吸大小反映吸附性能，越大吸附量越大附量越大;n小吸附困難，

10、而小吸附困難，而n大，吸附容易大，吸附容易. 注意：注意：1/n反反映了增量，增量大未必容易映了增量，增量大未必容易吸附，故吸附，故n1n=1n1k吸附等溫式吸附等溫式n bet吸附等溫式：吸附等溫式： 可以解釋實驗觀察到的可以解釋實驗觀察到的5種物理吸附等溫線，假設固體表種物理吸附等溫線，假設固體表面是均勻的，可以為多分子層吸附，每一單層符合面是均勻的，可以為多分子層吸附，每一單層符合langmuir吸附，第二層以后的吸附是分子間的引力。吸附，第二層以后的吸附是分子間的引力。 ) 1(1)(ssmcckcccqkqwater pollution control engineeringsmcc

11、kcsckqq1如果如果csc,則：則：近似簡化為近似簡化為langmuir吸附等溫式吸附等溫式返回返回吸附劑吸附劑n 固體物質都有吸附能力，只有具有巨大比表面積或很細固體物質都有吸附能力，只有具有巨大比表面積或很細的顆?？梢宰鳛槲絼┦褂谩５念w?？梢宰鳛槲絼┦褂?。 水污染控制要求吸附劑吸附能力強水污染控制要求吸附劑吸附能力強,吸附選擇性好吸附選擇性好,平衡平衡液相濃度低液相濃度低,容易再生利用容易再生利用,機械強度高機械強度高,化學穩(wěn)定性高化學穩(wěn)定性高,來源廣價格低等。來源廣價格低等。 廢水處理用的吸附劑：活性炭廢水處理用的吸附劑：活性炭, 吸附樹脂吸附樹脂,腐殖酸類腐殖酸類,粘土粘土礦物

12、礦物,硅藻土硅藻土,活性氧化鋁等?；钚匝趸X等。water pollution control engineering3. 吸附劑吸附劑吸附劑吸附劑 (1).活性炭：活性炭： 是以含炭物質為原料經過熱脫水是以含炭物質為原料經過熱脫水(120-130 ), 高溫炭高溫炭化化(200-600 )和活化和活化(700-900)制備的疏水性吸附劑，形制備的疏水性吸附劑，形狀為粉末狀為粉末(幾十微米幾十微米),顆粒顆粒(圓柱形圓柱形,無定型無定型,大小數(shù)毫米大小數(shù)毫米),纖纖維狀活性炭維狀活性炭,粉末炭再生困難一般不重復利用粉末炭再生困難一般不重復利用,而顆粒炭造而顆粒炭造價高價高,但可以再生利用但可以

13、再生利用. 活化過程可以用藥劑活化活化過程可以用藥劑活化(化學化學)或或氣體活化氣體活化(物理物理). 性質：性質：比表面大比表面大(2000m2/g),微孔發(fā)達微孔發(fā)達,2nm微孔微孔,占活性占活性炭比表面積的炭比表面積的95,過渡孔過渡孔2-100nm,比表面積比表面積5%,100nm大孔大孔. 具有好的吸附性能及化學性質穩(wěn)定具有好的吸附性能及化學性質穩(wěn)定,耐酸堿耐酸堿.water pollution control engineering吸附劑吸附劑n活性炭再生：活性炭再生：1.加熱再生加熱再生:原理是揮發(fā)原理是揮發(fā)(容易脫附容易脫附,低沸點分子低沸點分子量小的化合物量小的化合物,100

14、-200 ),熱分解熱分解(分解為小分子分解為小分子),炭化炭化(難脫難脫附的有機物附的有機物).n高溫熱再生分干燥高溫熱再生分干燥,炭化炭化,活化過程活化過程.需要少量的氧氣以氧化有需要少量的氧氣以氧化有機物但不使活性炭燃燒損失機物但不使活性炭燃燒損失.恢復恢復95%,燒損燒損5,方法簡單方法簡單,效效果好果好,適應性廣且無廢液產生適應性廣且無廢液產生,但能耗大但能耗大. water pollution control engineering吸附劑吸附劑 water pollution control engineering泥漿泵泥漿泵失效炭失效炭脫水罐脫水罐螺旋傳送器螺旋傳送器廢氣處理廢氣

15、處理裝置裝置再生爐再生爐水蒸汽水蒸汽冷卻罐冷卻罐再生炭儲罐再生炭儲罐炭末炭末排排水水再生炭再生炭高溫加熱再生系統(tǒng)高溫加熱再生系統(tǒng)活性炭活性炭漿池漿池吸附劑吸附劑n2.藥劑再生藥劑再生:通過化學反應使吸附質轉化為可脫附易溶解通過化學反應使吸附質轉化為可脫附易溶解的物質而解吸的物質而解吸. 需要選擇合適的化學物質需要選擇合適的化學物質,如常用有機溶如常用有機溶劑脫附劑脫附,化學再生損失小，而且可以在吸附塔內進行化學再生損失小，而且可以在吸附塔內進行,物物質容易回收利用質容易回收利用,但再生效率低但再生效率低,再生不完全再生不完全. 3.氧化再生氧化再生:濕式氧化濕式氧化,電氧化電氧化,生物氧化生物

16、氧化,o3氧化等氧化等.water pollution control engineering吸附劑吸附劑 (2).吸附樹脂吸附樹脂:n 具有立體網(wǎng)狀結構具有立體網(wǎng)狀結構,結構可根據(jù)需要控制結構可根據(jù)需要控制,故適應故適應廣廣,選擇性高選擇性高,再生容易再生容易.類似吸附和離子交換之間的技類似吸附和離子交換之間的技術術,具有活性炭吸附能力強的優(yōu)點具有活性炭吸附能力強的優(yōu)點,比離子交換樹脂容易比離子交換樹脂容易再生再生,多用來處理水中微量極性物質多用來處理水中微量極性物質.如如tnt廢水毒性大廢水毒性大,活性炭處理后再生困難活性炭處理后再生困難(難脫附難脫附,熱再生易爆炸熱再生易爆炸),而吸附而

17、吸附樹脂可以高效處理且回收樹脂可以高效處理且回收.water pollution control engineering (3).活性氧化鋁活性氧化鋁,沸石沸石,硅膠硅膠n具有多孔結構的以具有多孔結構的以al2o3,sio2成分為主的吸附劑。成分為主的吸附劑。n活性氧化鋁活性氧化鋁:鋁水合物加熱處理，包括鋁水合物加熱處理，包括(水合水合)al2o3,氫氧氫氧化鋁晶體等?；X晶體等。n沸石沸石：鋁硅酸鹽晶體，含：鋁硅酸鹽晶體，含al2o3,sio2成分。成分。n硅膠硅膠：硅酸聚合物，：硅酸聚合物，sio2 h2o吸附劑吸附劑water pollution control engineering吸

18、附劑吸附劑n (4).其他其他(腐殖酸腐殖酸,粘土礦物粘土礦物,粉煤灰等粉煤灰等)腐殖酸腐殖酸:天然含腐殖酸的泥煤天然含腐殖酸的泥煤,褐煤等直接使用或簡單處理褐煤等直接使用或簡單處理.富含活性基團富含活性基團,離子交換離子交換,螯合螯合,凝聚凝聚,物理吸附物理吸附,化學吸附化學吸附等作用等作用,故適宜處理重金屬廢水故適宜處理重金屬廢水. 天然粘土礦物天然粘土礦物:種類多種類多,來源廣來源廣,價格低價格低,使用方便使用方便,與腐殖酸與腐殖酸一樣也具有多重作用一樣也具有多重作用(吸附吸附,凝聚凝聚,離子交換離子交換).water pollution control engineering返回返回吸

19、附速率吸附速率 單位質量的吸附劑一定時間內吸附吸附質的量，單位質量的吸附劑一定時間內吸附吸附質的量，多孔吸附劑吸附的過程：多孔吸附劑吸附的過程：吸附質擴散通過水膜到達吸附質擴散通過水膜到達吸附劑的表面，吸附劑的表面，(膜擴散膜擴散)；吸附質在吸附劑的孔隙內吸附質在吸附劑的孔隙內繼續(xù)擴散達到吸附點，繼續(xù)擴散達到吸附點，(內擴散內擴散)；吸附反應。吸附反應。 water pollution control engineering4. 吸附速率吸附速率吸附速率吸附速率nfick定律，水膜內的溶質傳質速度定律，水膜內的溶質傳質速度v： v=d = d(c-ci)/k(c-ci) d擴散系數(shù)擴散系數(shù)m2

20、/h，k為水膜的傳質系數(shù)為水膜的傳質系數(shù)m/h，(c-ci)水膜內外水膜內外的濃度差的濃度差kg/m3，為水膜厚度為水膜厚度m。 dxdcwater pollution control engineering吸附速率吸附速率n吸附速度：吸附速度： vs=k(c-ci)s s為吸附為吸附 劑的比表面積，劑的比表面積，m2/kg。 dtdqwater pollution control engineering吸附速率吸附速率 影響吸附的因素：影響吸附的因素：吸附劑性質，吸附劑性質，bet和孔結構：和孔結構： n吸附劑的表面化學性質：表面酸性堿性吸附劑的表面化學性質：表面酸性堿性,低溫活化容易生低溫

21、活化容易生成表面酸性活性中心成表面酸性活性中心,而高溫易于形成堿性活化中心。而高溫易于形成堿性活化中心。 n吸附劑孔徑大，對吸附質的內擴散是有利的，但比表面吸附劑孔徑大，對吸附質的內擴散是有利的，但比表面積小，孔徑小，不利內擴散，而且大分子物質直徑可能積小，孔徑小，不利內擴散，而且大分子物質直徑可能大于孔徑。對活性炭來說，由于比表面積由微孔決定，大于孔徑。對活性炭來說，由于比表面積由微孔決定，所以對大分子物質需要預處理。所以對大分子物質需要預處理。water pollution control engineering吸附速率吸附速率n吸附劑孔徑大吸附劑孔徑大小與吸附的關小與吸附的關系示意圖系示

22、意圖water pollution control engineering溶質分子溶質分子水分子水分子吸附速率吸附速率吸附質吸附質( (污染物污染物) )性質性質n溶解度，溶解度低容易被吸附；活性炭是非極性吸附溶解度，溶解度低容易被吸附；活性炭是非極性吸附劑，非極性溶質容易吸附，而活性氧化鋁極性吸附劑，劑，非極性溶質容易吸附，而活性氧化鋁極性吸附劑，容易吸附極性溶質。容易吸附極性溶質。n 吸附質的分子大小，活性炭容易吸附分子量大的溶質，吸附質的分子大小，活性炭容易吸附分子量大的溶質，而沸石容易吸附分子量小，飽和與不飽和溶質液影響而沸石容易吸附分子量小，飽和與不飽和溶質液影響吸附過程。吸附過程。

23、water pollution control engineering吸附速率吸附速率water pollution control engineering非極性非極性 極性極性 飽和飽和 不飽和不飽和大大分分子子小小分分子子炭素炭素氧化氧化鋁鋁活性活性炭炭硅膠硅膠分子分子篩篩沸石沸石n各吸附劑的適各吸附劑的適用條件比較用條件比較吸附速率吸附速率n廢水性質廢水性質: ph和溫度和溫度,ph影響吸附劑的表面化學性質影響吸附劑的表面化學性質,對吸附質主要影響其結構與溶解度等。溫度對液相吸附對吸附質主要影響其結構與溶解度等。溫度對液相吸附影響較小影響較小,吸附放熱吸附放熱,所以溫度高對吸附不利所以溫

24、度高對吸附不利,根據(jù)廢水性根據(jù)廢水性質選擇吸附劑。質選擇吸附劑。n反應條件反應條件: 接觸時間接觸時間.吸附過程要攪拌吸附過程要攪拌,水膜的厚度要薄水膜的厚度要薄,吸附劑需要合適的吸附劑需要合適的ph,接觸時間長接觸時間長,提高吸附劑的吸附容提高吸附劑的吸附容量量,但設備處理能力降低但設備處理能力降低,作為深度處理的預處理情況。作為深度處理的預處理情況。water pollution control engineering返回返回吸附工藝吸附工藝n n(1).間歇吸附間歇吸附(混合接觸吸附裝置混合接觸吸附裝置) 吸附劑與廢水在反應器內混合吸附劑與廢水在反應器內混合, 攪拌攪拌, 靜置靜置. 一

25、一般用粉末吸附劑般用粉末吸附劑,需要兩個反應器需要兩個反應器, 適宜水量小適宜水量小. water pollution control engineering5. 吸附工藝吸附工藝吸附工藝吸附工藝n(2) 連續(xù)吸附連續(xù)吸附1.吸附設備吸附設備 a固定床：吸附劑固定在吸附塔內，水流過吸附劑層固定床：吸附劑固定在吸附塔內，水流過吸附劑層,分分為升流和降流式為升流和降流式. 降流式出水水質好降流式出水水質好,但水頭損失大但水頭損失大,需要定期反沖洗需要定期反沖洗;升流式出水略差升流式出水略差,吸附劑容易流失吸附劑容易流失,提提高進水流速使吸附劑稍微膨脹高進水流速使吸附劑稍微膨脹,可以達到相當于反沖可

26、以達到相當于反沖洗的效果洗的效果. water pollution control engineering吸附工藝吸附工藝n單床單床,多床串聯(lián)多床串聯(lián),多床并聯(lián)多床并聯(lián)n多床串連降流吸附塔示多床串連降流吸附塔示意圖意圖 a再生再生,b-c-d-e; b再生再生,c-d-e-a; 余類推余類推water pollution control engineeringabcde進水進水出水出水再生再生吸附工藝吸附工藝nb移動床移動床：廢水由下而上流動廢水由下而上流動,吸附劑由上而下運吸附劑由上而下運動動(間歇或連續(xù)間歇或連續(xù)),飽和的吸附劑從底部卸出飽和的吸附劑從底部卸出.可充分可充分利用吸附劑的吸附

27、容量利用吸附劑的吸附容量,懸浮物及時從塔底部隨吸懸浮物及時從塔底部隨吸附劑排出附劑排出,。 占地面積小占地面積小,處理水質好處理水質好,由于塔內吸附劑不能混由于塔內吸附劑不能混,故故操作要求高。操作要求高。 water pollution control engineering吸附工藝吸附工藝n移動床吸移動床吸附塔示意附塔示意圖圖water pollution control engineering裝炭裝炭卸炭卸炭進水進水出水出水吸附工藝吸附工藝nc.流化床流化床：吸附劑處于流化狀：吸附劑處于流化狀態(tài)態(tài),為了避免吸附劑在全塔內混合為了避免吸附劑在全塔內混合,需要分層流化需要分層流化,廢水由下而

28、上廢水由下而上,吸吸附劑基本按由上而下附劑基本按由上而下,使用小的吸使用小的吸附劑附劑,對廢水預處理要求低對廢水預處理要求低,反應反應速率快速率快,處理能力強處理能力強. water pollution control engineering廢水廢水吸附劑吸附劑 2.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吸附帶：指正在發(fā)生吸附作用的那段填充層, 在吸附帶下在吸附帶下部的填充層幾乎沒有發(fā)生吸附作用部的填充層幾乎沒有發(fā)生吸附作用, 而在吸附帶上部的填而在吸附帶上部的填充層已達到飽和狀態(tài)充層已達到飽和狀態(tài), 不再起吸附作用不再起吸附作用.(2)穿透曲線：以吸附時間或吸附柱出水總

29、體積為橫坐標穿透曲線：以吸附時間或吸附柱出水總體積為橫坐標, 以以出水吸附質濃度為縱坐標所繪制出的曲線叫穿透曲線出水吸附質濃度為縱坐標所繪制出的曲線叫穿透曲線.(3)穿透點：當出水吸附質濃度穿透點：當出水吸附質濃度ca為為(0.050.10)co時所對應的時所對應的出水總體積或吸附時間的穿透曲線上的那一點叫穿透點出水總體積或吸附時間的穿透曲線上的那一點叫穿透點.吸附工藝吸附工藝water pollution control engineering(4) 吸附終點：出水濃度吸附終點：出水濃度cb為為(0.900.95)co時所對應的出時所對應的出水總體積的穿透曲線上的那水總體積的穿透曲線上的那一

30、點叫吸附終點（耗竭點）一點叫吸附終點（耗竭點）.(5) 吸附帶長度吸附帶長度：從：從ta到到tb的的t時間內，吸附帶所移動的距時間內，吸附帶所移動的距離叫吸附帶長度離叫吸附帶長度.吸附工藝吸附工藝water pollution control engineering在吸附在吸附吸吸附附帶帶飽和飽和未吸附未吸附n穿透曲線穿透曲線:吸附工藝吸附工藝water pollution control engineering出出水水吸吸附附質質濃濃度度c吸附時間吸附時間tc0tatb穿透點穿透點吸附終點吸附終點cacbca = 0.050.10 c0cb = 0.900.95 c0應用應用:考慮成本和吸附

31、劑再生考慮成本和吸附劑再生,預處理要求高預處理要求高.n1.很低濃度廢水的處理很低濃度廢水的處理(回收利用回收利用),n2.深度處理深度處理;n3.飲用水處理等方面飲用水處理等方面.吸附工藝吸附工藝water pollution control engineeringn低濃度廢水低濃度廢水, 處理含汞廢水處理含汞廢水:吸附工藝吸附工藝water pollution control engineering反應池混凝劑混凝劑ca(oh)2,nas, feso4沉淀池hgs hgo 等等吸附池吸附池排放排放空氣空氣(攪拌攪拌30min,沉淀沉淀2h)返回返回吸附池活性炭投加吸附池活性炭投加5，每年更

32、換，每年更換1次次設計計算設計計算n n 由實驗確定吸附的參數(shù)，根據(jù)廢水處理的程度、流量、由實驗確定吸附的參數(shù)，根據(jù)廢水處理的程度、流量、吸附工藝等確定。吸附工藝等確定。 以靜態(tài)吸附為例：固定床吸附采用的床數(shù)并計算物料平以靜態(tài)吸附為例：固定床吸附采用的床數(shù)并計算物料平衡。衡。 q nq平衡時單位吸附劑吸附的量，平衡時單位吸附劑吸附的量，v溶液的容積，溶液的容積，w吸附吸附劑的量，劑的量，c0ce進水出水吸附質的濃度。進水出水吸附質的濃度。 water pollution control engineeringw)c-(cve06.吸附設計簡介吸附設計簡介設計計算設計計算n例題例題：廢水流量廢水

33、流量20m3/h，進水，進水cod 30mg/l，要求處理后，要求處理后cod 0.5 mg/l，吸附實驗得到等溫式為，吸附實驗得到等溫式為 q 0.226 ce1/3，如果以靜態(tài)吸附工藝處理，求每天需要的活性碳量。如果以靜態(tài)吸附工藝處理，求每天需要的活性碳量。 由由ce0.5mg/l，代入得到，代入得到q0.18 mgcod/mgc。 w 78.6kg/d n如果以多級逆流工藝，可顯著減少活性碳的量。如果以多級逆流工藝，可顯著減少活性碳的量。 water pollution control engineering0.18/5 .29/dm 4803lmg課程內容n第五節(jié)第五節(jié) 吸附吸附 吸附

34、原理吸附原理, 吸附等溫式吸附等溫式, 吸附劑吸附劑, 吸附工藝吸附工藝n第六第六 節(jié)節(jié) 離子交換離子交換 離子交換原理離子交換原理, 交換樹脂交換樹脂,交換平衡與計算交換平衡與計算離子交換離子交換 water pollution control engineering離子交換離子交換 n離子交換劑離子交換劑(樹脂樹脂)的可交換離子與溶液中同電荷離子發(fā)的可交換離子與溶液中同電荷離子發(fā)生交換反應生交換反應, 離子交換劑實質上是離子化合物離子交換劑實質上是離子化合物, 但在水中但在水中不溶解不溶解. 離子交換是特殊的吸附離子交換是特殊的吸附,可逆的化學吸附可逆的化學吸附.n分為無機離子交換劑分為無

35、機離子交換劑(沸石沸石)和有機離子交換劑和有機離子交換劑(包括磺化包括磺化煤和離子交換樹脂煤和離子交換樹脂),磺化煤機械強度差磺化煤機械強度差,交換容量差交換容量差,化學化學穩(wěn)定性差穩(wěn)定性差.water pollution control engineering1.離子交換原理離子交換原理離子交換離子交換n離子交換特點：去除率高離子交換特點：去除率高,可以濃縮回收物質可以濃縮回收物質,由于范圍受限制由于范圍受限制,成本高成本高,對廢水預處理要求高對廢水預處理要求高,交換劑的再生存在問題交換劑的再生存在問題.n適用于給水的除鹽適用于給水的除鹽,軟化水軟化水,廢水處理中多用于廢水處理中多用于重金屬

36、廢水重金屬廢水,或回收貴金屬等或回收貴金屬等. water pollution control engineering離子交換離子交換 n離子交換樹脂結構：交換樹脂由具有空間網(wǎng)狀結構的骨離子交換樹脂結構：交換樹脂由具有空間網(wǎng)狀結構的骨架架(母體母體)和活性基團組成和活性基團組成,活性基團分活性基團分2部分部分:固定離子和交固定離子和交換離子換離子,交換離子與固定離子電荷相反交換離子與固定離子電荷相反,如如rso3h+, r為母體為母體, so3為固定離子為固定離子, h+為交換離子為交換離子.樹脂母體本身不樹脂母體本身不是離子化合物是離子化合物,不溶解不溶解,無交換能力無交換能力,需要活化需要

37、活化.n離子交換樹脂呈球形離子交換樹脂呈球形,交換速度快交換速度快,機械強度和化學穩(wěn)定性機械強度和化學穩(wěn)定性好好,成本高成本高. water pollution control engineering2.離子交換樹脂離子交換樹脂離子交換離子交換n樹脂分類樹脂分類:含酸性基團的陽離子交換樹脂含酸性基團的陽離子交換樹脂,強酸性強酸性rso3h,弱酸性弱酸性rcooh，含堿性基團的陰離子交換樹脂，含堿性基團的陰離子交換樹脂,強堿性強堿性rnoh,弱堿性弱堿性rnh2oh,rnhoh等等. 強酸性和強堿性可強酸性和強堿性可以在較廣泛的以在較廣泛的ph條件下使用條件下使用,而弱酸性由于在酸性條件下難而弱

38、酸性由于在酸性條件下難以離解以離解,故只能在中性或堿性條件使用故只能在中性或堿性條件使用,同樣弱堿性樹脂在中同樣弱堿性樹脂在中性或酸性下使用性或酸性下使用.water pollution control engineering離子交換離子交換 從網(wǎng)狀結構分類從網(wǎng)狀結構分類:凝膠和大孔型凝膠和大孔型(大孔大孔,巨孔巨孔),凝膠型無凝膠型無物理孔隙物理孔隙,只有在水中顯示分子鏈之間的孔隙只有在水中顯示分子鏈之間的孔隙,而大孔而大孔樹脂具有物理孔隙樹脂具有物理孔隙,干燥態(tài)也有孔隙干燥態(tài)也有孔隙,孔隙大孔隙大,吸附能力吸附能力強強,交換速度大交換速度大. n外觀外觀:球形顆粒球形顆粒,半透明半透明(凝

39、膠樹脂凝膠樹脂)或不透明或不透明(大孔大孔巨孔巨孔),顏色灰白顏色灰白,乳白乳白,淡黃褐色等淡黃褐色等,直徑直徑0.3-1mm左右左右. water pollution control engineering離子交換離子交換n交聯(lián)度交聯(lián)度:樹脂合成需要使用交聯(lián)劑樹脂合成需要使用交聯(lián)劑,交聯(lián)劑交聯(lián)劑的量占的比重為交聯(lián)度的量占的比重為交聯(lián)度,交聯(lián)度高交聯(lián)度高,孔隙率低孔隙率低,密度大密度大,離子擴散速率低離子擴散速率低,對半徑大或水合離子對半徑大或水合離子交換容量小交換容量小,但形變小但形變小,穩(wěn)定不容易破碎穩(wěn)定不容易破碎. water pollution control engineering離

40、子交換離子交換 交換容量交換容量:n單位質量樹脂可以交換離子的單位質量樹脂可以交換離子的量量,總交換容量和工作交換容總交換容量和工作交換容量量,是樹脂最重要的性能指標是樹脂最重要的性能指標. 交換容量以滴定方法測量交換容量以滴定方法測量,也可計算也可計算,如如:右圖所示苯乙烯右圖所示苯乙烯強酸交換樹脂強酸交換樹脂,分子量分子量184,即即184g交換交換1h+,每每g交換容量為交換容量為5.42mmol, 除去交聯(lián)劑除去交聯(lián)劑8,為為4.98 mmol/g.water pollution control engineeringchch2so3h離子交換離子交換n交換勢交換勢: rh + m+

41、= rm + h+ 樹脂樹脂 交換離子交換離子 平衡常數(shù)平衡常數(shù)k = k反映了該交換樹脂的交換能力反映了該交換樹脂的交換能力,k越大越大,交換反交換反應進行越徹底應進行越徹底. 交換勢與化學平衡不相同交換勢與化學平衡不相同,與離與離子性質子性質,溶液組成溶液組成,以及樹脂結構都有關系以及樹脂結構都有關系. water pollution control engineeringrhmrmh離子交換離子交換n 交換勢的規(guī)律交換勢的規(guī)律(常溫常溫,低濃度低濃度) 陽離子交換勢金屬價態(tài)越高陽離子交換勢金屬價態(tài)越高,交換勢越大交換勢越大;而同價陽離子與而同價陽離子與原子序數(shù)有關原子序數(shù)有關; h+離子

42、對弱酸性陽離子交換樹脂具有最高的交換勢離子對弱酸性陽離子交換樹脂具有最高的交換勢,對于對于強酸性則介于強酸性則介于nali之間之間; 對堿性離子交換樹脂對堿性離子交換樹脂,規(guī)律不定規(guī)律不定,但但oh對弱堿性陰離子樹對弱堿性陰離子樹脂具有最高交換勢脂具有最高交換勢; 對螯合樹脂對螯合樹脂,交換勢與樹脂種類有關交換勢與樹脂種類有關,而大孔樹脂同時具有而大孔樹脂同時具有強的吸附性能強的吸附性能; 有機離子和金屬絡合離子交換勢特別大有機離子和金屬絡合離子交換勢特別大. water pollution control engineering離子交換離子交換water pollution control

43、engineering 交換樹脂再生：交換樹脂再生：再生劑種類：根據(jù)廢水性質以及樹脂種類，酸性樹脂再生劑種類：根據(jù)廢水性質以及樹脂種類，酸性樹脂可以用可以用hcl，h2so4再生，強酸性樹脂可以再生，強酸性樹脂可以nacl等再等再生生;而堿性樹脂可以用而堿性樹脂可以用naoh，而強堿性樹脂可以用，而強堿性樹脂可以用nacl再生再生.再生劑用量，過多造成浪費甚至反而降低再生效率再生劑用量，過多造成浪費甚至反而降低再生效率.離子交換離子交換water pollution control engineeringn . .水質對離子交換的影響水質對離子交換的影響 油類物質與懸浮物油類物質與懸浮物-堵塞或包裹樹脂堵塞或包裹樹脂; 高價金屬離子高價金屬離子-樹脂中毒樹脂中毒; 氧