活性炭吸附水的除氟ppt课件

1、19.2 活性炭吸附活性炭吸附n19.2.1 吸附概述吸附概述 n19.2.2 活性炭吸附活性炭吸附 n19.2.3 活性炭吸附的运用活性炭吸附的运用n19.2.4 活性炭吸附操作方式活性炭吸附操作方式n19.2.5 活性炭的再生活性炭的再生 No. 2 19.2.1 吸附概述吸附概述n1 吸附概念n2 吸附机理n3 吸附分类n4 等温吸附的阅历方程No. 3 1 吸附概念吸附概念n吸附吸附在相界面上，物质的浓度自动发生累积在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的景象。或浓集的景象。n在水处置中是固体物质外表对水中物质的吸附作在水处置中是固体物质外表对水中物质的吸附作用。用。 n吸附法吸附法

2、利用多孔性的固体物质，使水中的一利用多孔性的固体物质，使水中的一n种或多种物质被吸附在固体外表而去除的方法。种或多种物质被吸附在固体外表而去除的方法。n吸附剂吸附剂 具有吸附才干的多孔性固体物质。具有吸附才干的多孔性固体物质。n吸附质吸附质水中被吸附的物质。水中被吸附的物质。n脱脱 附附吸附在吸附剂机剂外表的吸附质从吸吸附在吸附剂机剂外表的吸附质从吸附剂外表零落。附剂外表零落。No. 4 2 吸附机理吸附机理n吸附过程是一个自发过程。吸附过程是一个自发过程。n缘由：分子间和分子内键与健之间存在作用力缘由：分子间和分子内键与健之间存在作用力n吸附力。吸附力。n吸附作用：化学作用和物理化学作用包括

3、氢键、吸附作用：化学作用和物理化学作用包括氢键、偶极矩作用和范德华力偶极矩作用和范德华力)。No. 5 1、物理吸附、物理吸附吸附剂和吸附质之间经过分子间力产生的吸附剂和吸附质之间经过分子间力产生的吸附。吸附。其吸附热较小，在低温下就能进展。其吸附热较小，在低温下就能进展。可构成单分子吸附层或多分子吸附层。可构成单分子吸附层或多分子吸附层。一种吸附剂可吸附多种吸附质。一种吸附剂可吸附多种吸附质。2、化学吸附、化学吸附吸附剂和吸附质之间发生的化学作用，是吸附剂和吸附质之间发生的化学作用，是由于化学键力引起的。由于化学键力引起的。在较高温度下进展，吸附热较大。在较高温度下进展，吸附热较大。化学吸附

4、具有选择性。化学吸附具有选择性。 吸附只能构成单分子吸附层。吸附只能构成单分子吸附层。 化学吸附是不可逆的。化学吸附是不可逆的。3 吸附分类吸附分类No. 6 n在水处置中，大部分的吸附往往是几种吸附综协在水处置中，大部分的吸附往往是几种吸附综协作用的结果。作用的结果。 n由于吸附质、吸附剂及其它要素的影响，能够某由于吸附质、吸附剂及其它要素的影响，能够某种吸附是主要的。例如有的吸附在低温时主要是种吸附是主要的。例如有的吸附在低温时主要是物理吸附，在高温时主要是化学吸附。物理吸附，在高温时主要是化学吸附。 3 吸附分类吸附分类No. 7 v吸附容量到达吸附平衡时，每克活性炭所吸附的溶质量。即：

5、v吸附等温线：单位吸附剂的吸附容量qe和平衡溶液浓度Ce v之间的关系曲线。4 等温吸附的阅历方程等温吸附的阅历方程mCCVmxqeie)(初始浓度Ci平衡浓度CeVVmg碳No. 8 Freundlich吸附等温式是一个阅历公式，表达方式为： 对等式两边取对数可将等式 线性化为: 4 等温吸附的阅历方程等温吸附的阅历方程n/1eeKCq eelgCn1lgKlgqqeCeMlgqelgCelgK1/nNo. 9 19.2.2 活性炭吸附活性炭吸附1 活性炭简介活性炭简介2 活性炭的吸附性质活性炭的吸附性质3 影响活性炭吸附的要素影响活性炭吸附的要素4 活性炭的吸附特性活性炭的吸附特性No.

6、10 1 活性炭简介活性炭简介n 活性炭分类活性炭分类n 活性炭的制备活性炭的制备n 活性炭细孔构造和分布活性炭细孔构造和分布No. 11 1 活性炭简介活性炭简介n 活性炭分类：活性炭分类：n 粉末炭粉末炭PAC：n 优点：优点：n吸附速度快、吸附效果好。吸附速度快、吸附效果好。n在水质恶化的季节，可以迅速去除水中的臭、味在水质恶化的季节，可以迅速去除水中的臭、味等。等。n所需求的基建费用比较低。所需求的基建费用比较低。n 缺陷：缺陷：n冲击负荷顺应性差，吸附才干未被充分利用。冲击负荷顺应性差，吸附才干未被充分利用。n污泥处置困难，作业环境恶劣污泥处置困难，作业环境恶劣n再生困难，经常只运用

7、一次，所以运转费用较高。再生困难，经常只运用一次，所以运转费用较高。n适用条件适用条件n 建造颗粒炭床困难的情况及短期应急措施建造颗粒炭床困难的情况及短期应急措施No. 12 1 活性炭简介活性炭简介n 活性炭分类：活性炭分类：n 粒状炭粒状炭GACn 优点：优点：n 吸附量大，可定期再生，吸附量大，可定期再生，n 出水水质效果好。出水水质效果好。n 缺陷：缺陷：n 基建投资大。基建投资大。n 适用场所：适用场所：n 长期、有建立场地处，出水长期、有建立场地处，出水n水质要求较高时。水质要求较高时。No. 13 1 活性炭简介活性炭简介n活性炭的制备活性炭的制备n活件炭是用含炭为主的物质活件炭

8、是用含炭为主的物质(如木材、煤如木材、煤)作原料，经高温作原料，经高温n炭化和活化而制成的疏水性吸附剂，外观呈黑色。炭化和活化而制成的疏水性吸附剂，外观呈黑色。 n 炭化：隔绝空气条件下对原资料加热，热解成炭渣，温度炭化：隔绝空气条件下对原资料加热，热解成炭渣，温度在在600以下以下 。n 活化：氧化剂的作用下，对炭化后的资料加热，以构活化：氧化剂的作用下，对炭化后的资料加热，以构成多孔构造产品成多孔构造产品 。n 温度在温度在800900时，用蒸汽或二氧化碳为氧化剂时，用蒸汽或二氧化碳为氧化剂n 温度在温度在600以下时，以下时， 用空气做氧化剂用空气做氧化剂No. 14 活性炭的细孔构造和

9、分布活性炭的细孔构造和分布n以碳作骨架构造的黑以碳作骨架构造的黑色固体物质。活性炭色固体物质。活性炭的兴隆孔隙，外表积的兴隆孔隙，外表积极大，极大，n活性炭的外表积达活性炭的外表积达5001700m2/g碳。具碳。具有良好的吸附特性。有良好的吸附特性。n细孔细孔:外表积占整个外外表积占整个外表积的表积的95以上。以上。n过渡孔：其外表积占过渡孔：其外表积占5以下。以下。n大孔：外表积只需大孔：外表积只需0.52m2/gNo. 15 n大孔的作用大孔的作用 n分散通道，吸附质经过此通道分散到过渡孔和小分散通道，吸附质经过此通道分散到过渡孔和小孔中去。孔中去。n过渡孔的作用过渡孔的作用 n提供通道

10、，促使吸附质经过它分散到小孔中起作提供通道，促使吸附质经过它分散到小孔中起作用，活性炭对大分子吸附质的吸附主要靠过渡孔用，活性炭对大分子吸附质的吸附主要靠过渡孔来完成的。来完成的。n小孔的作用小孔的作用 n 吸附量主要受小孔支配。吸附量主要受小孔支配。 活性炭的细孔构造和分布活性炭的细孔构造和分布 吸附过程普通分为吸附过程普通分为3 3个阶段：个阶段： 1. 1.液膜分散颗粒外部分散阶段液膜分散颗粒外部分散阶段 2. 2.颗粒内部分散阶段颗粒内部分散阶段 3. 3.吸附反响阶段：吸附质被吸附在细孔内外表吸附反响阶段：吸附质被吸附在细孔内外表上。上。 吸附反响速度非常快，吸附反响速度非常快，V

11、V主要取决于第主要取决于第I I、IIII阶阶段速度，而颗粒外部分散速度液膜分散段速度，而颗粒外部分散速度液膜分散U=f(cU=f(c、d d、搅动、搅动) ) 溶液浓度溶液浓度C，那么，那么U 颗粒直径颗粒直径d，那么，那么U 加强搅动，那么加强搅动，那么U 而颗粒内部分散速度而颗粒内部分散速度V=f细孔大小与构造，吸细孔大小与构造，吸附质的附质的d吸附剂颗粒直径吸附剂颗粒直径d，V。 d的大小对内、外部分散都有很大影响，的大小对内、外部分散都有很大影响，d,V。所以，粉末状活性炭比粒状活性炭的吸附速度要所以，粉末状活性炭比粒状活性炭的吸附速度要快，接触时间短，设备容积小。快，接触时间短，设

12、备容积小。 吸附的影响要素吸附的影响要素1.吸附剂的性质吸附剂的性质 吸附剂的种类、颗粒大小、比外表积，吸附剂的种类、颗粒大小、比外表积，颗粒的细孔构造与分布、吸附剂能否颗粒的细孔构造与分布、吸附剂能否是极性分子等。是极性分子等。2.吸附质的性质吸附质的性质1溶解度：越低越容易吸附，具有溶解度：越低越容易吸附，具有较大的影响。较大的影响。2使液体外表自在能使液体外表自在能W降低得越多降低得越多的吸附质那么越容易被吸附。的吸附质那么越容易被吸附。 3极性极性极性吸附剂易吸附极性的吸附质。极性吸附剂易吸附极性的吸附质。 物以类物以类聚聚非极性吸附剂易吸附非极性的吸附质。非极性吸附剂易吸附非极性的吸

13、附质。4吸附质分子的大小和不饱和度。吸附质分子的大小和不饱和度。活性炭：易吸附分子直径较大的饱和化合物活性炭：易吸附分子直径较大的饱和化合物合成沸石：易吸附分子直径小的不饱和化合物合成沸石：易吸附分子直径小的不饱和化合物5吸附质的浓度较低时，提高吸附质的浓度较低时，提高C可添加吸附量。可添加吸附量。以后以后C，q添加很小，直至为一定值。添加很小，直至为一定值。 3.废水的废水的PH值值 活性炭普通在酸性溶液中比在碱性溶液中吸附效果活性炭普通在酸性溶液中比在碱性溶液中吸附效果较好。较好。4.共存物质：对于物理吸附，共存多种物质时的吸附共存物质：对于物理吸附，共存多种物质时的吸附比单一物质时的吸附

14、要差。比单一物质时的吸附要差。5.温度：对于物理吸附，温度：对于物理吸附，T高那么不利，吸附量减少。高那么不利，吸附量减少。6.接触时间：应保证吸附到达平衡时的时间，而该时接触时间：应保证吸附到达平衡时的时间，而该时间的大小取决于吸附速度间的大小取决于吸附速度V，V大那么所需时间短。大那么所需时间短。No. 21 2 活性炭的吸附性质活性炭的吸附性质n活性炭吸附性质的参数：碘值、糖蜜值活性炭吸附性质的参数：碘值、糖蜜值n 碘值：在一定条件下活性炭吸附碘的量，表示碘值：在一定条件下活性炭吸附碘的量，表示活性炭对小分子物质的吸附性能；活性炭对小分子物质的吸附性能；n 糖蜜值那么表示活性炭对大分子物

15、质的吸附性糖蜜值那么表示活性炭对大分子物质的吸附性能。能。n 评价活性炭的吸附性能：如四氯化碳吸附值、评价活性炭的吸附性能：如四氯化碳吸附值、亚甲基蓝指数、苯酚吸附值亚甲基蓝指数、苯酚吸附值No. 22 3 影响活性炭吸附的要素影响活性炭吸附的要素1) 吸附质的性质吸附质的性质 吸附质的性质及活性炭的性质共同决议了活性炭对这种吸附质的性质及活性炭的性质共同决议了活性炭对这种吸附质的吸附性能。吸附质的吸附性能。分子的疏水性越强越容易被吸附。分子的疏水性越强越容易被吸附。分子量增大到一定程度后，平衡吸附量难以进入孔隙分子量增大到一定程度后，平衡吸附量难以进入孔隙中而降低。中而降低。对非极性分子以及

16、中性分子的吸附才干大于对极性分对非极性分子以及中性分子的吸附才干大于对极性分子的吸附才干。子的吸附才干。 容易吸附和不易吸附的有机物容易吸附和不易吸附的有机物 容易吸附的有机物容易吸附的有机物不易吸附的有机物不易吸附的有机物芳香族溶剂，如苯、甲苯、硝基苯芳香族溶剂，如苯、甲苯、硝基苯低分子有机物、如酮、酸低分子有机物、如酮、酸氯代芳香化合物，如氯酚氯代芳香化合物，如氯酚糖类、淀粉糖类、淀粉多球芳香化合物多球芳香化合物大分子有机物或者胶体大分子有机物或者胶体 杀虫剂及除草剂，如莠去津杀虫剂及除草剂，如莠去津氯化物，如四氯化碳，三氯乙烯、溴仿氯化物，如四氯化碳，三氯乙烯、溴仿高分子烃类，如燃料，汽

17、油、腐殖酸等高分子烃类，如燃料，汽油、腐殖酸等低分子脂肪化合物低分子脂肪化合物No. 24 3 影响活性炭吸附的要素影响活性炭吸附的要素No. 25 4 活性炭的吸附特性No. 26 4 活性炭的吸附特性No. 27 19.2.3 活性炭吸附的运用活性炭吸附的运用1 活性炭在水处置中的运用臭和味的去除总有机碳 TOC的去除 消毒副产物(DBPs前驱物的去除 挥发性有机物(VOCs的去除 人工合成有机物SOCs的去除城市污水深度处置高浓度有机废水深度处置重金属离子去除 No. 28 19.2.3 活性炭吸附的运用活性炭吸附的运用2 粉末炭的运用原水突发性或季节性出现污染物增高、异味、异臭和THM

18、前驱物浓度很高时，作为应急措施投加粉末活性炭。投加于絮凝沉淀或廓清前，接触吸附水中微污染物后，经沉淀、过滤去除。投加点的选择：水厂的吸水口快速混合器前沉淀池出水处滤池的进水处No. 29 19.2.3 活性炭吸附的运用活性炭吸附的运用3 粒状活性炭的运用颗粒活性炭吸附在滤池后除去有机污染物、THM前驱物、异味、臭味。臭氧活性炭工艺：活性炭滤池。臭氧作用：改动大分子有机物的性质和构造，利于微孔吸附；给滤池中的微生物提供溶解氧。No. 30 19.2.4 活性炭吸附操作方式活性炭吸附操作方式n1静态吸附静态吸附 n在废水不流动的条件下，进展的吸附操作。在废水不流动的条件下，进展的吸附操作。n2动态

19、吸附动态吸附 n动态吸附是在废水流动条件下进展的吸附操作。动态吸附是在废水流动条件下进展的吸附操作。 n固定床固定床 n挪动床挪动床 n流化床流化床活性炭吸附走漏曲线活性炭吸附走漏曲线)1 (dcttLZNo. 32 No. 33 (a) (b)(c)固定床吸附操作表示图固定床吸附操作表示图单床式单床式多床串联式多床串联式多床并联式多床并联式 并联络统普通运用并联络统普通运用3 34 4个活性炭柱，所用水泵个活性炭柱，所用水泵扬程低，动力费用省；扬程低，动力费用省； 串联络统适用于走漏曲线坡度较小、处置单位串联络统适用于走漏曲线坡度较小、处置单位水量的用炭量较大、要求出水水质较好的情况。水量的

20、用炭量较大、要求出水水质较好的情况。No. 29No. 35 (2) 挪动床挪动床 n挪动床的操作方式是水从吸附塔底部进入，由塔挪动床的操作方式是水从吸附塔底部进入，由塔顶流出。塔底部接近饱和的某一段高度的吸附剂顶流出。塔底部接近饱和的某一段高度的吸附剂间歇地排出，再生后从塔顶参与。间歇地排出，再生后从塔顶参与。 n n这种型式的优点是占地面积小，衔接纳路少，根这种型式的优点是占地面积小，衔接纳路少，根本上不需求反冲洗。缺陷是难于均匀排出炭层，本上不需求反冲洗。缺陷是难于均匀排出炭层，操作要求较高，不能使塔内吸附剂上下层互混。操作要求较高，不能使塔内吸附剂上下层互混。 n n目前较大规模的废水

21、处置多采用。目前较大规模的废水处置多采用。No. 36 (3)流动床流动床(流化床流化床) n这种操作方式与固定床和移功床不同的地方在于吸附剂在这种操作方式与固定床和移功床不同的地方在于吸附剂在塔内处于膨胀形状或流化形状。被处置的废水与活性炭根塔内处于膨胀形状或流化形状。被处置的废水与活性炭根本上也是逆流接触。本上也是逆流接触。 n用少量的炭就可处置较多的废水，基建费用低、这种操作用少量的炭就可处置较多的废水，基建费用低、这种操作适于处置含悬浮物较多的废水，不需求进展反冲。适于处置含悬浮物较多的废水，不需求进展反冲。 n流化床普通延续卸炭延续投炭，空塔速度要求上下不混层。流化床普通延续卸炭延续

22、投炭，空塔速度要求上下不混层。坚持炭层成层状向下移功，所以远行操作要求严倍。坚持炭层成层状向下移功，所以远行操作要求严倍。 n为抑制这个缺陷开发出多层流化床，这种床每层的活性炭为抑制这个缺陷开发出多层流化床，这种床每层的活性炭可以相混，新炭从塔顶投入。依次下移，移究竟部时到达可以相混，新炭从塔顶投入。依次下移，移究竟部时到达饱和形状和卸出。饱和形状和卸出。No. 37 19.2.5 活性炭的再生活性炭的再生 用某种方法将被吸附的物质，从吸附剂的细孔中除去，用某种方法将被吸附的物质，从吸附剂的细孔中除去，以到达能反复运用的目的。以到达能反复运用的目的。 1.加热再生法：由脱水、枯燥、炭化，活化、

23、冷却等加热再生法：由脱水、枯燥、炭化，活化、冷却等5步组成。步组成。 2.药剂再生法：无机酸或药剂再生法：无机酸或NaOH，有机溶剂苯、丙酮，有机溶剂苯、丙酮等。等。 3.化学氧化法：电解氧化法，化学氧化法：电解氧化法，O3氧化法，湿式氧化法。氧化法，湿式氧化法。 4.生物法：利用微生物的作用，将被活性炭吸附的有生物法：利用微生物的作用，将被活性炭吸附的有机物加以氧化分解。机物加以氧化分解。No. 38 n活性炭高温加热再生系统由再生炉、活性炭贮罐、活性炭活性炭高温加热再生系统由再生炉、活性炭贮罐、活性炭保送及脱水安装等组成。保送及脱水安装等组成。活性炭活性炭浆池浆池泥浆泵泥浆泵失效炭失效炭脱

24、水罐脱水罐螺旋传送器螺旋传送器废气处置废气处置安装安装再生炉再生炉水蒸汽水蒸汽冷却罐冷却罐再生炭储罐再生炭储罐炭末炭末排排水水再生炭再生炭干式加热再生系统干式加热再生系统19.2.6 吸附塔的设计吸附塔的设计10.4.1 博哈特博哈特亚当斯计算法亚当斯计算法1.博哈特博哈特亚当斯方程式亚当斯方程式式中：式中：t任务时间，任务时间，h； V线速度，即空塔速度，线速度，即空塔速度，m/h； h炭层高度，炭层高度，m； Co进水吸附质浓度，进水吸附质浓度，kg/m3 Ce出水吸附质允许浓度，出水吸附质允许浓度，kg/m3 K速率系数，速率系数，m3/kgh； No吸附容量，即到达饱和时吸附剂的吸附量

25、吸附容量，即到达饱和时吸附剂的吸附量kg/m3。 tKCVhKNCCe0001/expln1/ln 1，上式等号右边括号内的，上式等号右边括号内的1可可忽略不计，那么任务时间忽略不计，那么任务时间t： 临界高度临界高度ho：当：当t=0时，保证出水吸附质浓度时，保证出水吸附质浓度C不超越不超越Ca穿透浓度时的吸附剂层的实际高穿透浓度时的吸附剂层的实际高度度 ho即吸附带高度，即吸附带高度，ho吸附反响越快。吸附反响越快。 VhKN/exp0 1/ln10000 eCCKChVCNt 1/ln000 eCCKNVh 2.模型实验模型实验求临界高度求临界高度ho进水C0取样口231出水C0图 10

26、-4 活性炭炭柱（模型试验） 截距：截距： ； ； ； 线速度线速度m/h；以不同的；以不同的V进展上述实验，将进展上述实验，将不同不同V时的时的No、K、ho作图，可分别得出作图，可分别得出KV、NoV、hoV三条曲线。三条曲线。图 10-5 t对 h的 图 解截距ln( )-1/KC0C0Ceth斜 率N0C0V212hhh 3213hhhh 11hh 1/ln/100 eCCKC 图 10-6 K、 N0h0对 V的 图 解0VN0Kh0N0h0K 3.吸附塔设计吸附塔设计 知废水设计流量知废水设计流量Qm3/h，原水吸附质浓度，原水吸附质浓度Co，出水吸附质允许浓度，出水吸附质允许浓度

27、Ce。1吸附任务时间吸附任务时间t吸附柱出水到达穿透点吸附柱出水到达穿透点的时间，线速度的时间，线速度 m/h查图得出查图得出K、No、ho 小时小时 24DQV 1/ln100000 eCCKChVCNt 2活性炭每年改换次数活性炭每年改换次数n吸附剂再生次数吸附剂再生次数 次次/a3活性炭年耗费量活性炭年耗费量W m3/a 4吸附质年去除量吸附质年去除量Gkg/a：，Co、Ce均以均以mg/L为单位为单位(kg/a) tn24365 nhDW 42 )(8760hnt 10000eCCnQtG )(76.80eCCQG (5)吸附效率吸附效率E式中：式中： No到达饱和时吸附剂的吸附量，到

28、达饱和时吸附剂的吸附量，kg/m3h炭层高度；炭层高度； ho临界高度临界高度那么那么 ： %1000 GGE4200hnDNG %1000 hhhE碳滤池碳滤池 除氟方法规定，氟化物含量不超越1.0mg/L。含氟原水pH值常大于7.5。除氟方法：吸附过滤法吸附剂：活性氧化铝、骨炭、活性炭和磷酸三钙；膜法电渗析和反浸透，也去除水中的其他离子，尤其适宜于含氟苦咸水的淡化。絮凝沉淀法投加混凝剂，生成絮体而吸附氟化物。混凝剂：铝盐。离子交换法利用螯合有铝离子的胺基磷酸树脂对氟离子有极好的吸附效果。19.3 水的除氟 除氟方法19.3 水的除氟 目前常用：活性氧化铝、电渗析、絮凝沉淀。 水量大活性氧化铝法 含氟量