第7章-吸附要點課件

1第七章吸附1第七章吸附2本章內(nèi)容吸附法基本理論吸附劑及其再生吸附工藝與設計吸附法的應用2本章內(nèi)容吸附法基本理論3概述在相界面上，物質(zhì)的濃度自動發(fā)生累積或濃集的現(xiàn)象稱為吸附。吸附作用可發(fā)生在氣/液、氣/固、固/液相之間。在水處理中主要利用比表面積大的固體物質(zhì)對物質(zhì)的吸附作用，通過物理或化學作用使污染物去除。具有吸附能力的固體物質(zhì)稱為吸附劑廢水中被吸附的物質(zhì)則稱為吸附質(zhì)。3概述在相界面上，物質(zhì)的濃度自動發(fā)生累積或濃集的現(xiàn)象稱為吸4活性碳沸石離子交換樹脂水處理中常用的吸附劑是活性炭。許多水廠已經(jīng)將濾池中的無煙煤換成顆粒狀活性炭，以控制味與嗅的產(chǎn)生。吸附劑4活性碳沸石離子交換樹脂水處理中常用的吸附劑是活性炭。許多水5吸附質(zhì)——去除對象有機物（酚類,硝基苯類，POPs)膠體粒子重金屬離子(Cd2+,As2+)放射性元素其他（微生物、余氯、臭味、色度）功能：去除水中溶解態(tài)微量污染物5吸附質(zhì)——去除對象有機物（酚類,硝基苯類，POPs)6松花江污染事件6松花江污染事件7第一節(jié)吸附的基本理論7第一節(jié)吸附的基本理論87.1.1吸附機理及分類發(fā)生吸附的主要原因：溶質(zhì)的疏水特性溶質(zhì)的憎水性越大，向吸附界面移動的可能性越大。溶質(zhì)對固體顆粒的高度親合力。溶質(zhì)與吸附劑之間的吸附力可分為三種：靜電引力、范德華力或化學鍵力。水相固相水相極性基親水，非極性基親固87.1.1吸附機理及分類發(fā)生吸附的主要原因：水相固相水相9吸附類型根據(jù)固體表面吸附力的不同物理吸附化學吸附離子交換吸附。9吸附類型根據(jù)固體表面吸附力的不同10（1）物理吸附分子間力(范德華力)引起沒有選擇性但分子引力隨分子量增大而增加吸附時表面能降低，放熱較小，約42kJ／mol或更少，低溫就能進行。多分子層吸附吸附力弱，比較容易解吸。主要影響因素：吸附劑的比表面積和細孔分布。10（1）物理吸附分子間力(范德華力)引起11（2）化學吸附化學反應，形成牢固的化學鍵放熱量較大，約84—420kJ／mol，升溫可加快吸附速度有選擇性，吸附牢固，難解吸單分子層吸附影響因素：吸附劑的表面化學性質(zhì)吸附質(zhì)的化學性質(zhì)。利用化學吸附處理毒性很強的污染物更安全。11（2）化學吸附化學反應，形成牢固的化學鍵12（3）離子交換吸附正負電荷間靜電引力引起吸附劑表面帶電點離子置換影響因素：離子電荷數(shù)離子所帶電荷越多，吸附越強水化半徑電荷相同的離子，水化半徑越小，越易被吸附水處理中大多吸附現(xiàn)象往往是上述三種吸附作用的綜合結(jié)果12（3）離子交換吸附正負電荷間靜電引力引起水處理中大多吸附137.1.2吸附平衡與吸附等溫式(1)吸附平衡吸附過程是一個吸附和解吸的可逆過程，當吸附達到平衡時，吸附質(zhì)在溶液中和吸附劑表面的濃度都不再改變。此時溶液中吸附質(zhì)的濃度即平衡濃度Ce；單位吸附劑所吸附的物質(zhì)數(shù)量稱為平衡吸附量，常用qe(mg/g)表示。平衡吸附量表征了吸附劑吸附能力的大小，是選擇吸附劑和設計吸附設備的重要數(shù)據(jù)。137.1.2吸附平衡與吸附等溫式(1)吸附平衡14平衡吸附量的確定對一定的吸附體系，平衡吸附量是吸附質(zhì)濃度和溫度的函數(shù)。在一定溫度下，可用下式計算：qe=V(C0-Ce)/W(7-1)式中：V—溶液體積．LW—吸附劑量，gC0—溶質(zhì)的初始濃度，mg/LCe—溶質(zhì)的平衡濃度，mg/L14平衡吸附量的確定對一定的吸附體系，平衡吸附量是吸附質(zhì)濃度15取一組數(shù)量不同的吸附劑（往往破碎為較小顆粒后），與一定體積已知溶質(zhì)初始濃度為C0的溶液相混合，在一定溫度下使之達到平衡。分離出吸附劑，測定液相的最終溶質(zhì)濃度Ce。分別按(7-1)式算出平衡吸附量qe=V(C0-Ce)/W，將qe與相應的Ce作圖，得吸附等溫線。吸附試驗：15取一組數(shù)量不同的吸附劑（往往破碎為較小顆粒后），與一定體16（2）吸附等溫線I型單分子層吸附常見的化學吸附吸附量有一極限值eg.

N2在活性碳上的吸附。Ⅱ型多分子層吸附常見的物理吸附，吸附質(zhì)的極限位對應于物質(zhì)的溶解度。eg.硅膠吸附N2。Ⅲ型相當少見吸附熱等于或小于純吸附質(zhì)的溶解熱。eg.硅膠吸附Br2。Ⅳ型及Ⅴ

型反映了毛細管冷凝現(xiàn)象和孔容的限制eg.氧化鐵凝膠吸附苯（Ⅳ型）活性碳吸附水汽（Ⅴ型）CeqeCeqeCeqeCeqeCeqe16（2）吸附等溫線I型Ⅱ型Ⅲ型Ⅳ型及Ⅴ型CeqeCeqe17等溫吸附線的作用ABCCeqe選擇吸附劑估計吸附劑的性能、用量和處理后水質(zhì)的好壞考察溫度對吸附效果的影響17等溫吸附線的作用ACeqe選擇吸附劑18（3）吸附等溫式描述吸附等溫線的數(shù)學表達式稱為吸附等溫式。常用的有：

Langmuir等溫式

B.E.T等溫式

Freundlich等溫式18（3）吸附等溫式描述吸附等溫線的數(shù)學表達式稱為吸附等溫式19①Langmuir等溫式假設前提：吸附劑表面均一，各處的吸附能相同單分子層吸附，當吸附劑表面為吸附質(zhì)飽和時，吸附量達到最大值得：

qe=abCe/(1+bCe)(7-2)

式中：a—與最大吸附量有關(guān)的常數(shù)

b—吸附系數(shù)，與吸附能有關(guān)。qeCeCe當吸附量很少時，b·Ce《1，qe≌abCe，即Ce與qe成正比，等溫線近似于一直線。當吸附量很大時，b·Ce》1，qe≌a，即平衡吸附量接近于定值，等溫線趨向水平。19①Langmuir等溫式假設前提：得：qe=ab20求L.式中的常數(shù)a、b變換式(7-2)可得兩種線性表達式：

1/a（1/ab）1/qe(Ce/qe)1/ab（1/a）1/Ce（Ce）

式(7-3)適用于Ce值小于1的情況而式(7-4)則適用于qe值較大的情況

根據(jù)吸附實驗數(shù)據(jù)，按上兩式以1/qe

對1/Ce(或Ce/qe對Ce)

作圖，得如圖7-2所示的直線，由斜率和截距的值可求出a、b值。20求L.式中的常數(shù)a、b變換式(7-2)可得兩種線性表達式21②

B.E.T等溫式假設前提：吸附劑表面均一，各處的吸附能相同；多分子層吸附，每一單層可用Langmuir式描述；總吸附量等于各層吸附量之和。由此導出的二常數(shù)B.E.T.等溫式為：式中:a，B——常數(shù)；B與吸附劑和吸附質(zhì)之間的相互作用有關(guān)。

Cs——吸附質(zhì)飽和濃度，mg/L;Ce——平衡濃度，mg/L。21②B.E.T等溫式假設前提：式中:a，B——常22B.E.T吸附等溫線當平衡濃度很低時，Cs》Ce，并令B/Cs＝b，BET模型可簡化為Langmuir等溫式。B.E.T模型適用于圖7-1中各種類型的吸附等溫線。特別是Ⅱ型。Ceqe0CsAqe22B.E.T吸附等溫線當平衡濃度很低時，Cs》Ce，并23求B.E.T式中的常數(shù)a、B由吸附實驗數(shù)據(jù)，按式(7-6)作圖可求得常數(shù)a和B。

將式(7-5)改寫成如下線性形式：(7-6)Cs值估計偏低Cs值估計偏高23求B.E.T式中的常數(shù)a、B由吸附實驗數(shù)據(jù)，按式(7-624③Freundlich等溫式（常用）Freundlich經(jīng)驗公式：qe＝KCe1/n(7-7)式中：K——Freundlich吸附系數(shù)；

n——常數(shù)，通常大于l。將式(7-7)兩邊取對數(shù)，得：lgqe=lgK+(1/n)lgCe(7-8)Freundlich式在一般的濃度范圍內(nèi)與Langmiur式比較接近.兩者的區(qū)別是：在高濃度時前者不像后者那樣趨于一定值；在低濃度時，也不會還原為直線關(guān)系。24③Freundlich等溫式（常用）Freundlic25Freundlich等溫式中n、K的確定

由實驗數(shù)據(jù)按式(7-8)以lgqe對lgCe作圖，得一直線

利用K和1/n兩個常數(shù)，可以比較不同吸附劑的特性。

—般認為，1/n值介于0.1~0.5，易于吸附；1/n＞2時難以吸附。lgqe1/nlgKlgCe其斜率=1/n

截距=1gK。25Freundlich等溫式中n、K的確定由實驗數(shù)據(jù)按式26吸附等溫式的選擇上述三種等溫式的適用范圍及選擇：僅適用于單組分吸附體系；對于一組吸附試驗數(shù)據(jù)，應通過作圖，選用線性關(guān)系最好的或形式最為簡單的公式。F.式因簡單方便而在水處理中常用。26吸附等溫式的選擇上述三種等溫式的適用范圍及選擇：27例7.1用活性炭吸附水中色素的試驗方程式為：qe＝3.9Ce0.5。今有100L溶液，色素濃度為0.05g/L，欲將色素除去90％，需加多少活性炭?解：由題意知平衡時的色素濃度為：

Ce＝0.05×(1—90％)＝0.005g/L

由q＝3.9C0.5，得平衡吸附量：

qe＝3.9×0.0050.5＝0.276g/g

由式(7-1)得

W

=V(C0-Ce)/qe

，則需活性炭吸附劑的量為：

W=100(0.05-0.005)/0.276=16.3g27例7.1用活性炭吸附水中色素的試驗方程式為：qe＝3.928例7.2利用活性炭吸附水溶液中農(nóng)藥實驗:取10個500mL錐形燒瓶，裝入含有農(nóng)藥約500mg/L的溶液各250mL。向其中8個燒瓶中投入不同數(shù)量的粉末活性炭，其余2個燒瓶用作空白試驗。燒瓶塞好后，在250C下?lián)u動8h(須實驗確定足以到達平衡)。然后，將活性炭濾出，測定濾液中農(nóng)藥濃度，結(jié)果如下表所示?？瞻灼康钠骄鶟舛葹?15mg/L。試確定吸附等溫線的函數(shù)關(guān)系式。瓶號12345678農(nóng)藥濃度,g/l活性炭投量,mg/l58.287.3116.43004077869022940100583564149139129829025328例7.2利用活性炭吸附水溶液中農(nóng)藥實驗:取10個500m29例7.2解解：①利用式(7—1)算出每個燒瓶的qe值。以瓶號1為例。

qe=V(C0-Ce)/W=0.25(515-0.0582)/1005=0.128mg/mg②將計算出的qe、1/Ce及1/qe列表并作圖（圖7－5）。瓶號12345678Ce（

g/l）58.287.3116.43004077869022940qe（mg/mg）1/qe1/Ce，l/mg0.1280.1540.2010.2620.3290.4310.4430.5067.816.494.983.823.042.322.261.97617.211.58.593.332.461.2721.1090.34029例7.2解解：①利用式(7—1)算出每個燒瓶的q30圖7-3吸附等溫線的線性關(guān)系在雙對數(shù)坐標紙上作圖1/Ce(L/mg)1/qe(mg/mg)斜率=0.37截距=2.00181614246810120123456780.11.00.10.20.40.61.0Ce(mg/L)qe(mg/mg)斜率=2.33截距＝1/a＝2.0；斜率＝1/ab＝0.375故a＝0.5，b＝2.0/0.375＝5.33qe=2.67Ce/(1+5.33Ce)BA斜率=1/n=1/2.33=0.43K=0.47（Ce=1.0時的qe值）qe=0.47Ce0.43B（F式）A(L.式)30圖7-3吸附等溫線的線性關(guān)系在雙對數(shù)坐標紙上作圖317.1.3影響吸附的因素影響吸附的因素是多方面的，包括：吸附劑性質(zhì)吸附質(zhì)性質(zhì)吸附過程的操作條件317.1.3影響吸附的因素影響吸附的因素是多方面的，32(1)吸附劑的性質(zhì)主要有比表面積、種類、極性、顆粒大小、孔結(jié)構(gòu)及表面化學性質(zhì)等。①比表面積

—單位重量吸附劑的表面積。對于一定的吸附質(zhì)，增大比表面的效果是有限的。對大分子吸附質(zhì)，比表面積過大的效果反而不好，因為微孔提供的表面積不起作用。②孔結(jié)構(gòu)及大小。如圖7-6所示。內(nèi)孔的大小和分布對吸附性能影響很大?？讖教?，比表面積小，吸附能力差；孔徑太小不利于吸附質(zhì)擴散，并對直徑較大的分子起屏蔽作用。32(1)吸附劑的性質(zhì)主要有比表面積、種類、極性、顆粒大33(1)吸附劑的性質(zhì)③表面化學性質(zhì)—表面含氧官能團的性質(zhì)

－COOH、－OH等有助于對極性分子的吸附吸附劑在制造過程中會形成一定量的不均勻表面氧化物，隨原料和活化工藝不同而異?？煞殖伤嵝院蛪A性兩大類。表面氧化物是選擇性吸附的中心，使吸附劑具有類似化學吸附的能力，一般有助于對極性分子的吸附，削弱對非極性分子的吸附。極性分子(或離子)型的吸附劑易吸附極性分子(或離子)型的吸附質(zhì)，反之亦然?！嗨贫紫辔?3(1)吸附劑的性質(zhì)③表面化學性質(zhì)—表面含氧官能團的性34(2)吸附質(zhì)的性質(zhì)主要有溶解度、分子極性、分子大小和飽和度、濃度、表面自由能等。溶解度越低越易被吸附；極性易被極性吸附，反之亦然——相似而易相吸附吸附質(zhì)分子大小和飽和度因吸附劑的不同吸附效果也不同；吸附質(zhì)濃度：吸附量隨吸附質(zhì)濃度提高會增加，但濃度提高到一定程度后，吸附速度減慢直至吸附量不再增加。實際廢水體系的吸附質(zhì)往往不是單一的，它們之間可以互相促進、干擾或互不相干。34(2)吸附質(zhì)的性質(zhì)主要有溶解度、分子極性、分子大小和飽35(3)操作條件主要包括水的pH值、溫度、共存物質(zhì)、接觸時間等。①pH值溶液的pH值影響到溶質(zhì)的存在狀態(tài)(分子、離子、絡合物)，也影響到吸附劑表面的電荷特性和化學特性，進而影響吸附效果。②溫度吸附是放熱過程，低溫有利于物理吸附，升溫有利于解吸。但高溫有利于化學吸附。35(3)操作條件主要包括水的pH值、溫度、共存物質(zhì)、接觸36（3）操作條件的影響36（3）操作條件的影響37(3)操作條件③混合溶液物理吸附選擇性差，因此有共存物質(zhì)時吸附劑對某種吸附質(zhì)的吸附能力減弱。④接觸時間取決于吸附速度，吸附速度越大，接觸時間就越短。如降低流量以延長接觸時間，提高處理效果有限，而且要增加設備費用，這需要考慮技術(shù)經(jīng)濟效果的統(tǒng)一。一般為0.5～1.0h。37(3)操作條件③混合溶液387.1.4吸附動力學吸附速度：單位重量的吸附劑在單位時間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。吸附過程基本上可分為三個連續(xù)的階段。第一階段為吸附質(zhì)擴散通過水膜而到達吸附劑表面(膜擴散)；第二階段為吸附質(zhì)在孔隙內(nèi)擴散；第三階段為吸附質(zhì)在吸附劑內(nèi)表面上發(fā)生吸附。通常吸附階段反應速度非常快，總的過程速度由第一、二階段速度所控制。387.1.4吸附動力學吸附速度：單位重量的吸附劑在單位39（1）膜擴散吸附質(zhì)首先通過吸附劑顆粒周圍存在的液膜，到達吸附劑的外表面。由Fick定律，水膜內(nèi)的傳質(zhì)速度NA為:NA=D(c-ci)/=kf(c-ci)

固定床填充層單位容積的吸附速度為：

b(dq/dt)=kfaV(c-ci)

傳質(zhì)系數(shù)kf如書上（7-14）Carberry公式：膜擴散吸附速度與溶液濃度、吸附劑比表面積、孔隙率成正比，與溶液攪動程度有關(guān)。39（1）膜擴散吸附質(zhì)首先通過吸附劑顆粒周圍存在的液膜，到達40（2）內(nèi)擴散吸附質(zhì)由吸附劑外表面向細孔深處擴散。顆粒內(nèi)部擴散速度分為細孔擴散和細孔壁表面擴散兩方面，均以擴散物質(zhì)的濃度梯度作為推動力。其中通過細孔內(nèi)液相向顆粒內(nèi)部擴散的速度為：Np=-Dp(C/r)

細孔壁上的表面擴散速度為：Ns=-

aDs(dq/dr)顆粒內(nèi)總擴散速度為：N=Np+Ns

（7-17）假定在細孔內(nèi)某處表面吸附量與溶液濃度之間呈平衡狀態(tài)，則有：(dq/dr)=(dq/dc)(dc/dr)（7-18）將式（7-18）代入式(7-17)得:N=-[Dp+

aDs(dq/dc)](dc/dr)=-Di(dc/dr)40（2）內(nèi)擴散吸附質(zhì)由吸附劑外表面向細孔深處擴散。41（3）內(nèi)孔擴散速度在溶質(zhì)濃度很高，吸附前后濃度變化不大的條件下，Boyd導出以下近似式估計顆粒內(nèi)有效擴散系數(shù)和吸附速度：由上式可知，內(nèi)擴散吸附速度與顆粒粒徑的平方成反比。在一般情況下，吸附過程開始時往往由膜擴散控制，而在吸附接近終了時，內(nèi)擴散起決定作用。間歇式吸附因攪拌強度高，液膜擴散影響小，主要因素是孔隙擴散；宜采用粉狀吸附劑。連續(xù)式吸附（固定床、移動床、流化床）流速小，液膜阻力大，故要盡可能采用粒狀活性炭。41（3）內(nèi)孔擴散速度在溶質(zhì)濃度很高，吸附前后濃度變化不大的42吸附速度吸附速度:單位質(zhì)量的吸附劑在單位時間內(nèi)所吸附的吸附質(zhì)的數(shù)量。吸附速度決定了廢水和吸附劑的接觸時間。吸附速度越快，接觸時間越短，所需的吸附設備的容積也就越小。吸附速度取決于吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)。實際廢水處理中，由于廢水中的成分復雜，吸附速度由試驗來確定。42吸附速度吸附速度:單位質(zhì)量的吸附劑在單位時間內(nèi)所吸附的43（3）吸附速度的測定吸附速度的測定裝置如右圖所示。將200目以下的一定量的吸附劑加入反應瓶A中，一邊攪拌一邊從B處注入被吸附溶液，經(jīng)過一段時間接觸后，每隔一定時間取一次懸浮液送入C內(nèi)，使吸附劑與溶液立即分離，測定液相溶質(zhì)濃度，求出吸附量和去除率，確定吸附速度。取樣時要攪拌A，使溶液均勻，吸附劑保持懸浮狀態(tài)。43（3）吸附速度的測定吸附速度的測定裝置如右圖所示。447.2吸附劑及其再生447.2吸附劑及其再生457.2.1吸附劑具有很大的表面積的多孔物質(zhì)或磨得極細的物質(zhì)→吸附劑。(1)工業(yè)吸附劑的要求：吸附能力強；吸附選擇性好；吸附平衡濃度低；容易再生和再利用；機械強度好；化學性質(zhì)穩(wěn)定；來源廣；價廉。工業(yè)上應用的吸附劑有：活性炭、活化煤、硅藻土、焦炭、樹脂、腐殖酸等。457.2.1吸附劑具有很大的表面積的多孔物質(zhì)或磨得極細46(2)活性炭①活性炭的制造：可用動植物、煤、石油、紙漿廢液、廢合成樹脂及其他有機殘物等作原料制作。原料經(jīng)粉碎及加粘合劑成型后，經(jīng)加熱脫水(120~130℃)→炭化(170~600℃)→

活化(700~900℃)而制得。46(2)活性炭①活性炭的制造：47①活性炭的制造活化方法藥劑活化(化學活化)：原料與適當?shù)乃巹┗旌稀郎靥炕突罨?。由于ZnCl2

等的脫水作用，原料里的氫和氧主要以水蒸氣的形式放出,形成多孔性結(jié)構(gòu)發(fā)達的炭。固碳率高，成本較低→所有粉狀活性炭的制造。氣體活化(物理活化)：把成型后的炭化物在高溫下與CO2、水蒸氣、空氣、C12及類似氣體接觸，利用這些活化氣體進行碳的氧化反應(水煤氣反應)，并除去揮發(fā)性有機物，使微孔更加發(fā)達。47①活性炭的制造活化方法48①活性炭的制造活化溫度的影響：對活性炭吸附容量和吸附性能影響很大。低溫活化(＜500℃)→表面酸性氧化物，水解→H+，使pH↓高溫活化(800~1000℃)→表面堿性氧化物，水解→

OH-，使pH↑1150℃以下，升溫→吸附容量↑溫度超過1150℃，升溫反而不利。48①活性炭的制造活化溫度的影響：49②活性炭的特點具有巨大的比表面和特別發(fā)達的微孔：比表面達500～1700m2/g→吸附能力強/吸附容量大的主因具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學性質(zhì)，可以耐強酸、強堿，能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎。非極性吸附劑，以物理吸附為主，但由于表面氧化物存在，也進行一些化學選擇性吸附具有催化氧化還原作用二價鐵→三價鐵，二價汞→金屬汞而被吸附去除。在活性炭中摻入一些具有催化作用的金屬(如銀)可改善處理效果。所以活性炭吸附在廢水處理中的應用廣泛。49②活性炭的特點具有巨大的比表面和特別發(fā)達的微孔：50活性炭內(nèi)部氣孔分布大孔>100nm：容積0.2～0.5mL/g，提供吸附質(zhì)和溶劑的擴散通道，其表面對吸附貢獻不大2nm<過渡孔<100nm：容積0.02～0.10mL/g，吸附較大分子溶質(zhì)，并幫助小分子溶質(zhì)通向微孔→5%微孔<2nm：容積0.15～0.90mL/g，大部分（＞95%）吸附表面積由微孔提供→吸附量活性炭的吸附能力與孔隙的構(gòu)造和分布情況有關(guān)。其孔隙分為三類：圖7-650活性炭內(nèi)部氣孔分布大孔>100nm：容積0.2～0.51③活性炭類型粉末狀活性炭的吸附能力強、制備容易、成本低，但再生困難、不易重復使用。顆粒狀活性炭的吸附能力比粉末狀的低些，生產(chǎn)成本較高，但再生后可重復使用，使用時勞動條件良好，工藝簡單，操作管理方便→廢水處理多用，其參考性能如表7-1所示。纖維活性炭51③活性炭類型粉末狀活性炭的吸附能力強、制備容易、成本低，52（3）樹脂吸附劑(吸附樹脂)

是一種新型有機吸附劑。具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔海綿狀物，可在150℃下使用，不溶于酸、堿及一般溶劑，比表面積可達800m2/g。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特性，樹脂吸附劑可分為非極性、弱極性、極性、強極性四類。樹脂吸附能力接近活性炭，具有選擇性好、空隙均勻、再生簡單、穩(wěn)定性高、應用范圍廣等優(yōu)點，但價格昂貴、不耐溫。52（3）樹脂吸附劑(吸附樹脂)

是一種新型有機吸附劑。53（3）樹脂吸附劑的應用

適宜處理微溶于水、極易溶于甲醇、丙酮等有機溶劑、分子量略大和帶極性的有機物（如酚、油、染料等）。是廢水處理中有發(fā)展前途的一種新型吸附劑。例如，國產(chǎn)的TXF型吸附樹脂(炭質(zhì)吸附樹脂)，比表面積為35~350m2/g，是含氯有機化合物的特效吸附劑。XAD-2樹脂吸附劑對TNT

的去除效果很好，當原水中含TNT34mg／L時，每個循環(huán)可處理體積為樹脂體積500倍的廢水。吸附后可用丙酮進行再生，TNT的回收率達80%。53（3）樹脂吸附劑的應用適宜處理微溶于水、極易溶于甲醇、54（4）腐殖酸類吸附劑

腐植酸是一組芳香結(jié)構(gòu)的、性質(zhì)與酸性物質(zhì)相似的復雜混合物。用作吸附劑的腐殖酸類物質(zhì)有兩大類：一類是天然的富含腐殖酸的風化煤、泥煤、褐煤等，它們可直接或者經(jīng)簡單處理后作吸附劑用；另一類是把富含腐殖酸的物質(zhì)用適當?shù)恼澈蟿┲苽涑筛乘嵯禈渲?，造粒成型后使用。性質(zhì)：據(jù)測定，腐殖酸含的活性基團有酚羥基、羧基、醇羥基、甲氧基、碳基、胺基、磺酸基等→陽離子吸附性能。54（4）腐殖酸類吸附劑腐植酸是一組芳香結(jié)構(gòu)的、性質(zhì)與酸性55（4）腐殖酸類吸附劑應用：處理工業(yè)廢水，尤其是重金屬廢水及放射性廢水，除去其中的離子。對汞、鋅、鉛、銅、鉻等的吸附率可達90~99％。再生：吸附重金屬離子后，容易解吸再生，重復使用。常用的解吸劑有H2SO4、HCl、NaCl、CaCl2等。55（4）腐殖酸類吸附劑應用：567.2.2吸附劑的再生再生：在吸附劑本身不發(fā)生或極少發(fā)生變化的情況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑的微孔中除去，恢復它的吸附能力，以達到重復使用的目的。在選擇再生方法時，主要考慮以下三方面的因素：吸附質(zhì)的理化性質(zhì)；吸附機理；吸附質(zhì)的回收價值。567.2.2吸附劑的再生再生：在吸附劑本身不發(fā)生或57活性炭的再生方法活性炭的再生主要有以下幾種方法（見表7-2）：加熱再生法、藥劑再生、化學氧化再生法、濕式氧化再生法、生物再生法等表7-2吸附劑再生方法分類通過外部加熱，改變吸附平衡，達到脫附和分解的目的。缺點：能耗大，設備造價高。57活性炭的再生方法活性炭的再生主要有以下幾種方法（見表7-58（1）加熱再生法

高溫加熱再生是目前廢水處理中粒狀活性炭再生最常用的方法，吸附能力恢復率可達95%以上。再生過程分五步進行：

①脫水→②干燥→③碳化→

④活化→⑤冷卻上述②～④步在再生爐中進行，目前用于加熱再生的爐型有立式多段爐、轉(zhuǎn)爐、流化床爐和電加熱再生爐等。圖7-8為目前采用最廣泛的一種多段再生爐。58（1）加熱再生法高溫加熱再生是目前廢水處理中粒狀活性炭59圖7-8立式多段再生爐分隔成4~9段爐床，爐內(nèi)保持微氧化氣氛：既供應氧化所需要的氧氣；又不致使炭燃燒損失。六段爐的第一、二段用于干燥，第三、四段用于碳化，第五、六段為活化用。排氣中含有甲烷、乙烷、二氧化硫、一氧化碳等氣體，應加以凈化，防止污染大氣。59圖7-8立式多段再生爐分隔成4~9段爐床，爐內(nèi)保持微60電加熱再生電加熱再生法是近年開發(fā)的新方法，包括：直接電流加熱再生微波再生高頻脈沖放電再生60電加熱再生電加熱再生法是近年開發(fā)的新方法，包括：61蒸餾法通入水蒸氣進行吹脫。61蒸餾法通入水蒸氣進行吹脫。62（2）藥劑再生法

通過向飽和吸附劑中加適當溶劑，改變吸附體系的親水—憎水平衡，改變吸附劑與吸附質(zhì)之間的分子引力和介質(zhì)的介電常數(shù)，從而使吸附質(zhì)離開吸附劑進入溶劑中，達到再生和回收的目的。常用的藥劑：有機和無機溶劑有苯、丙酮、甲醇、乙醇、異丙醇、鹵代烷、酸、堿等。藥劑再生的優(yōu)缺點優(yōu)點：吸附劑損失較小，可在吸附塔內(nèi)進行，無需另設再生裝置，有利于回收有用物質(zhì)。缺點：再生效率低，再生不易完全。62（2）藥劑再生法通過向飽和吸附劑中加適當溶劑，改變吸附63（3）化學氧化再生法如曝氣池內(nèi)吸附飽和后的粉狀炭可采用濕式氧化法進行再生。其工藝流程如圖所示。濕式空氣氧化再生法臭氧氧化再生法63（3）化學氧化再生法如曝氣池內(nèi)吸附飽和后的粉狀炭可采用濕64（4）生物再生法利用微生物的作用，將被活性炭吸附的有機物加以氧化分解?？赏瑫r向炭床鼓入空氣，以供微生物生長繁殖和分解有機物的需要。炭的飽和周期將成倍地延長，甚至在有的工程實例中一批炭可以連續(xù)使用五年以上。微生物再生法是近年來使用越來越多的生物活性炭處理新工藝。如在生物曝氣池中投加活性炭粉，吸附和氧化作用同時進行。64（4）生物再生法利用微生物的作用，將被活性炭吸附的有機物65再生對吸附性能的影響活性炭再生后，炭本身及炭的吸附量都不可避免地會有損失。如加熱再生法，再生一次損耗炭約5％～10％，微孔減少，過渡孔增加，比表面積和碘值均有所降低。再生次數(shù)對微孔吸附影響較大因而做吸附試驗時應采用再生后的活性炭，才能得到可靠的試驗結(jié)果。對于主要利用過渡孔的吸附操作，則再生次數(shù)對吸附性能的影響不大。65再生對吸附性能的影響活性炭再生后，炭本身及炭的吸附量都不667.3吸附工藝與設計7.3.1吸附的操作方式(1)靜態(tài)間歇式：將廢水與吸附劑放在吸附池內(nèi)進行攪拌（30min），靜置沉淀后傾去上清夜。是廢水在不流動的條件下，進行的吸附操作。(2)動態(tài)連續(xù)式：是廢水不斷地流進吸附床，與吸附劑接觸，當污染物濃度降至處理要求時，排出吸附柱。按照吸附床的充填方式，分為：固定床移動床流化床667.3吸附工藝與設計7.3.1吸附的操作方式677.3.2間歇吸附

間歇吸附反應池有兩種類型：攪拌池型：在整個池內(nèi)進行快速攪拌，使吸附劑與原水充分混合；泥渣接觸型：池型與操作和循環(huán)澄清池相同。運行時池內(nèi)可保持較高濃度的吸附劑，對原水濃度和流量變化的緩沖作用大，不需要頻繁地調(diào)整吸附劑的投量，并能得到穩(wěn)定的處理效果，吸附量比攪拌池型增加30％。為防止粉狀吸附劑隨水流失，固液分離時常加高分子絮凝劑平流型和逆流型677.3.2間歇吸附間歇吸附反應池有兩種類型：68（1）多級平流間歇吸附如圖示，原水經(jīng)n級吸附處理，各池都補充新吸附劑。第i級的物料衡算式：

Wi(qi-q0)=Q(Ci-1-Ci)

（7-21）若q0＝0，則得：

Wiqi＝Q(Ci-1-Ci)

（7-22）若已知吸附平衡關(guān)系qi＝f(Ci)，則可與式(7-22)聯(lián)立，逐級計算出最小投炭量Wi。按圖7-9，由式(7-22)可推出：Cn=Cn-1-(Wn/Q)qn當各級投炭量相同時，即Wl＝W2＝…＝W，可得：68（1）多級平流間歇吸附如圖示，原水經(jīng)n級吸附處理，各池都69（1）多級平流吸附若令qm為各級吸附量的平均值，則有：

Cn=C0-(W/Q)

nqm

（7-28）將C0降至Cn所需的吸附級數(shù)n及吸附劑總量G：

n=Q(C0一Cn)/(W.qm)（7-29）

G=nW=Q(C0一Cn)/qm

（7-30）由（7-28）和（7-30）式知，吸附級數(shù)越多，出水Cn愈小，但吸附劑總量增加，而且操作復雜，一般以2~3級為宜。69（1）多級平流吸附若令qm為各級吸附量的平均值，則有：70（2）多級逆流間歇吸附經(jīng)n級逆流吸附的總物料衡算式為：

W(q1-qn+1)=Q(C0-Cn)

（7-34）對二級逆流吸附，設各級吸附等溫式可用F式表示，即qi＝Kci(1/n)；且q3＝0，則可推得：(C0/Cn)-1=(C1/C2)1/n(C1/C2-1)

（7-35）為使出水中的雜質(zhì)最少，應使新鮮吸附劑與之接觸；為充分利用吸附劑的吸附能力，應使接近飽和的吸附劑與高濃度進水接觸。

→多級逆流吸附，如圖7-10所示。70（2）多級逆流間歇吸附經(jīng)n級逆流吸附的總物料衡算式為：為71（2）多級逆流吸附若給定原水濃度C0、出水濃度C2及吸附等溫線的常數(shù)1/n，則由式（7-35）可求出C1，再代入吸附等溫式可求得各級吸附量。然后由式(7-34)可求出最小投炭量W。計算結(jié)果表明，達到同樣的處理效果，逆流吸附比平流吸附少用吸附劑。對n級逆流吸附，如果qi＝K`ci，可按式（7-36）和式（7-37）對Cn和n進行近似計算.對二級逆流吸附，設各級吸附等溫式可用F式表示，即qi＝Kci(1/n)；且q3＝0，則可推得：(C0/Cn)-1=(C1/C2)1/n(C1/C2-1)

（7-35）71（2）多級逆流吸附若給定原水濃度C0、出水濃度C2及吸727.3.3連續(xù)吸附（1）固定床吸附吸附劑在動態(tài)吸附設備操作中是固定的。如圖7-11所示。根據(jù)水流方向可分為：降流式：出水水質(zhì)好，但水頭損失較大，易堵塞。升流式：不易堵塞，水頭損失小，運行時間較長，但吸附劑易流失。粒狀活性炭吸附層固定床的操作是間斷的，因為吸附飽和后需要更換新炭727.3.3連續(xù)吸附（1）固定床吸附粒狀活性炭吸附層固73（1）固定床吸附固定床根據(jù)處理水量、原水的水質(zhì)和處理要求可分單床、多床串聯(lián)和多床并聯(lián)等方式。如圖7-12所示。圖7-12固定床多床操作示意圖73（1）固定床吸附固定床根據(jù)處理水量、原水的水質(zhì)和處理要求74固定床吸附設備設計參數(shù)廢水處理用固定床吸附設備的大小和操作條件建議如下：塔徑：1.0~3.5m；填充層高3.0~10.0m；接觸時間：l0~50min；容積速度：對固定床為2m3/m3.h以下；對移動床為5m3/m3.h以下；線速度：對固定床為2.0~10.0m/h；對移動床為10.0~30.0m/h。74固定床吸附設備設計參數(shù)廢水處理用固定床吸附設備的大小和操75(2)移動床

移動床的操作方式如圖7-13。移動床的運行操作方式是原水從吸附塔底部流入和吸附劑進行逆流接觸，處理后的水從塔頂流出，再生后的吸附劑從塔頂加入，接近吸咐飽和的吸附劑從塔底排出，即吸附劑由上而下移動，所以稱為移動床。按吸附劑排出方式分為間歇移動床和連續(xù)移動床。圖7-13移動床吸附操作示意圖75(2)移動床移動床的操作方式如圖7-13。圖7-767677粒狀活性炭吸附層新的或再生后的活性炭去再生系統(tǒng)移動床的進出水是連續(xù)的，活性炭的進出可以是連續(xù)的也可以是間斷的移動床吸附塔構(gòu)造示意圖77粒狀活性炭吸附層新的或再生后的活性炭去再生系統(tǒng)移動床的進78(2)移動床優(yōu)點：運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、管理方便、出水水質(zhì)良好；被截留的懸浮物隨飽和的吸附劑間歇從塔底排出，所以不必反沖洗。充分地利用吸附劑的吸附容量，水頭損失小。間歇式連續(xù)投炭、排炭，減少再生設備容量；建筑面積較小。缺點：操作管理要求高；不利于生物協(xié)同作用；難于均勻排出炭層；基建及設備投資較高；井筒式篩網(wǎng)破裂時將產(chǎn)生跑炭。78(2)移動床優(yōu)點：79由下往上的水與吸附劑顆粒相互之間有相對運動，使吸附床呈膨脹或流化狀態(tài)。優(yōu)點：適于處理SS含量較大的水不需反沖洗；最大限度利用炭的吸附容量間歇式投排炭，減少再生設備容量；占地小。缺點：要求炭粒均勻，否則易引起粒度分級。對操作控制要求高。圖7-14多層流化床吸附塔構(gòu)造（3）流化床79由下往上的水與吸附劑顆粒相互之間有相對運動，使吸附床呈膨80吸附裝置80吸附裝置81吸附裝置81吸附裝置82吸附池