水污染控制工程(第十一讲)1

1、环境工程环境工程 第四章第四章 水的物理化学处理方法水的物理化学处理方法 本章主要介绍污水的物理化学处理的基本章主要介绍污水的物理化学处理的基本原理、工艺条件、主要设备及其应用。本原理、工艺条件、主要设备及其应用。其中吸附、离子交换、萃取及电渗析四种其中吸附、离子交换、萃取及电渗析四种方法为基本和主要的方法，在学习中应牢方法为基本和主要的方法，在学习中应牢固掌握。对其他的方法进行了解。通过学固掌握。对其他的方法进行了解。通过学习及实验，应能达到对不同污水优选处理习及实验，应能达到对不同污水优选处理方法，确定合适工艺流程。方法，确定合适工艺流程。 环境工程环境工程 第一节第一节 吸附吸附 一、吸

2、附原理一、吸附原理吸附是一种物质附着在另一种物质表面上的吸附是一种物质附着在另一种物质表面上的过程，它可以发生在气过程，它可以发生在气-液、气液、气-固、液固、液-固两固两相之间相之间。在污水处理中，吸附则是利用多孔。在污水处理中，吸附则是利用多孔性固体吸附剂的表面吸附污水中的一种或多性固体吸附剂的表面吸附污水中的一种或多种污染物，达到污水净化的过程。种污染物，达到污水净化的过程。 这种方法这种方法主要用于低浓度工业废水的处理主要用于低浓度工业废水的处理。主要是去除溶解性的有机物质，还能去除合主要是去除溶解性的有机物质，还能去除合成洗涤剂、微生物、病毒和痕量重金属等，成洗涤剂、微生物、病毒和痕

3、量重金属等，能脱色、除臭能脱色、除臭环境工程环境工程 1、基本概念、基本概念吸附：在相界面上，物质的浓度自动发生累吸附：在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象积或浓集的现象。在水处理中，主要利用固体物质表面对水中在水处理中，主要利用固体物质表面对水中物质的吸附作用。物质的吸附作用。吸附法吸附法：利用多孔性的固体物质，使水中的：利用多孔性的固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。方法。吸附剂吸附剂：具有吸附能力的多孔性固体物质。：具有吸附能力的多孔性固体物质。吸附质吸附质：水中被吸附的物质。：水中被吸附的物质。环境工程环境工程

4、2、吸附类型、吸附类型 根据固体表面吸附力的不同，可分为物理根据固体表面吸附力的不同，可分为物理吸附和化学吸附吸附和化学吸附。（1）物理吸附：吸附剂和吸附质之间通过分物理吸附：吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附。子间力产生的吸附。通常在低温下进行的。通常在低温下进行的。解吸：被吸附的分子由于热运动还会离开吸解吸：被吸附的分子由于热运动还会离开吸附表面的过程，是吸附的逆过程附表面的过程，是吸附的逆过程。环境工程环境工程物理吸附物理吸附多分子吸附层多分子吸附层单分子吸附层单分子吸附层环境工程环境工程（2）化学吸附：是吸附剂和吸附质之间发生化学吸附：是吸附剂和吸附质之间发生的化学作用，是由于化

5、学键力引起的。的化学作用，是由于化学键力引起的。 在在较高温度下进行的较高温度下进行的。 一种吸附剂只能对某种或几种吸附质发生一种吸附剂只能对某种或几种吸附质发生化学吸附，化学吸附，化学吸附有选择性化学吸附有选择性。 化学吸附只能形成化学吸附只能形成单分子吸附层单分子吸附层。是。是不可不可逆的。逆的。 环境工程环境工程 3、吸附平衡和吸附容量、吸附平衡和吸附容量 吸附过程为可逆过程，当污水、吸附剂两吸附过程为可逆过程，当污水、吸附剂两相经充分接触后，最终达到吸附与脱附的动相经充分接触后，最终达到吸附与脱附的动态平衡。态平衡。当达到动态平衡时，吸附速度与脱当达到动态平衡时，吸附速度与脱附速度相等

6、，吸附质在吸附剂及溶液中的浓附速度相等，吸附质在吸附剂及溶液中的浓度都将不改变。此时，吸附质在液相中的浓度都将不改变。此时，吸附质在液相中的浓度称为平衡浓度。度称为平衡浓度。 吸附剂对吸附质的吸附效果，一般用吸附吸附剂对吸附质的吸附效果，一般用吸附容量和吸附速度来衡量。容量和吸附速度来衡量。环境工程环境工程 4、吸附等温线、吸附等温线吸附等温线：把在一定温度下，使活性炭与吸附等温线：把在一定温度下，使活性炭与被处理的水接触，并达到平衡时的溶液浓度被处理的水接触，并达到平衡时的溶液浓度和活性炭所吸附的有机物数量之间的关系，和活性炭所吸附的有机物数量之间的关系，所绘制的曲线。所绘制的曲线。环境工程

7、环境工程（1）Langmuir型型bCabCq1单分子层吸附单分子层吸附 q吸附量吸附量C液相浓度液相浓度a与最大吸附量有关的常数；与最大吸附量有关的常数；b与吸附能量有关的常数。与吸附能量有关的常数。 环境工程环境工程（2）BET型型bCbCVqm1Vm单分子层吸附时的最大吸附量单分子层吸附时的最大吸附量 （3）Freundlich型型 nKCq1CnKqlg1lg1/n为吸附指数；为吸附指数； 环境工程环境工程 二、影响吸附的因素二、影响吸附的因素 1、吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程、吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标的主要指标。（1）固体吸附剂吸附能力大小可用吸附容固体吸附剂吸

8、附能力大小可用吸附容量来衡量量来衡量。 吸附容量指单位质量吸附剂所吸附的吸吸附容量指单位质量吸附剂所吸附的吸附质的质量附质的质量。吸附容量可用公式表示：。吸附容量可用公式表示：环境工程环境工程式中：式中：q吸附容量，吸附容量，g/g； V污水体积，污水体积，L； c0原水中吸附质浓度，原水中吸附质浓度，g/L； c吸附平衡时水中剩余的吸附质浓吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度，度，g/L； W吸附剂投加量，吸附剂投加量，g。吸附容量越大，单位吸附剂处理水量越大，吸附容量越大，单位吸附剂处理水量越大，吸附时间越长，运转管理费用越少。吸附时间越长，运转管理费用越少。WccVq)(0环境工程环境工程例：

9、用活性炭吸附水中色素的实验方程式为：例：用活性炭吸附水中色素的实验方程式为：q=3.9c0.5。今有。今有100L溶液，色素浓度为溶液，色素浓度为0.05g/L，欲将色素除去，欲将色素除去90%，加多少活性，加多少活性炭？炭？解：平衡时的解：平衡时的c=0.05(1-90%)=0.005(g/L) q=3.90.0050.5=0.276(g/g)( 3 .16276. 0)005. 005. 0(100)(0gqccVW环境工程环境工程（2）吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量间内所吸附的物质量。在水处理中，吸附速度决定了污水需要与在水处理中，

10、吸附速度决定了污水需要与吸附剂接触的时间；吸附剂接触的时间；吸附速度快，则所需的接触时间就短，吸吸附速度快，则所需的接触时间就短，吸附设备的容积就小。附设备的容积就小。吸附速度主要取决于外部扩散速度和空隙吸附速度主要取决于外部扩散速度和空隙扩散速度。扩散速度。 环境工程环境工程多孔性吸附剂的吸附过程可分为：多孔性吸附剂的吸附过程可分为：A、颗粒外部扩散阶段，即吸附质从溶液、颗粒外部扩散阶段，即吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面；中扩散到吸附剂表面；B、孔隙扩散阶段，即吸附质在吸附剂孔、孔隙扩散阶段，即吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散；隙中继续向吸附点扩散； C、吸附反应阶段，吸附质被吸附在吸、

11、吸附反应阶段，吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面。附剂孔隙内的吸附点表面。 环境工程环境工程环境工程环境工程2、吸附剂的物理化学性质和吸附质的物、吸附剂的物理化学性质和吸附质的物化性质对吸附有很大影响。化性质对吸附有很大影响。3、污水的、污水的pH值对吸附也有影响，活性值对吸附也有影响，活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量。较高的吸附量。环境工程环境工程 三、吸附剂三、吸附剂 水处理中常用的吸附剂：活性炭、磺化煤、水处理中常用的吸附剂：活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、焦碳等。活化煤、沸石、焦碳等。 多孔物质或磨的很细的物质，由于具有巨多孔物质或

12、磨的很细的物质，由于具有巨大的表面积，才有吸附能力。大的表面积，才有吸附能力。 活性炭的吸附发生在细孔的表面上。活性炭的吸附发生在细孔的表面上。环境工程环境工程 1、活性炭种类很多。、活性炭种类很多。 粉末状：吸附能力强，制备容易，价格较粉末状：吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难，一般不重复使用。低，但再生困难，一般不重复使用。 颗粒状：价格贵，可再生后重复使用，操颗粒状：价格贵，可再生后重复使用，操作管理方便，多用。作管理方便，多用。 2、活性炭的比表面积可达、活性炭的比表面积可达8002000m2/g，有高的吸附能力。有高的吸附能力。 3、颗粒状活性炭使用一段时间后，吸附了、颗粒状

13、活性炭使用一段时间后，吸附了大量吸附质，逐步趋向饱和并丧失工作能力，大量吸附质，逐步趋向饱和并丧失工作能力，此时应进行更换或再生。此时应进行更换或再生。 环境工程环境工程4、再生再生：在吸附剂本身的结构基本不发生在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去，恢复它的吸附能力剂微孔中除去，恢复它的吸附能力。再生的方法：再生的方法：（1）加热再生法加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，但其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的但其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化

14、和分解，成为气态逸有机物则在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子。出或断裂成低分子。环境工程环境工程（2）化学再生法）化学再生法：通过化学反应，使吸附：通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来。质转化为易溶于水的物质而解吸下来。例：例：吸附了苯酚的活性炭，可用吸附了苯酚的活性炭，可用NaOH浸泡，浸泡，形成酚钠而解吸形成酚钠而解吸。 环境工程环境工程 四、吸附工艺和设备四、吸附工艺和设备 在进行吸附操作之前，原水应先经过预在进行吸附操作之前，原水应先经过预处理，去除水中悬浮物及油类等杂质，以处理，去除水中悬浮物及油类等杂质，以免堵塞吸附剂的孔隙。免堵塞吸附剂的孔隙。吸附操作

15、方式分间歇式和连续式两种。吸附操作方式分间歇式和连续式两种。 环境工程环境工程 1、间歇式：将废水和吸附剂放在吸附池、间歇式：将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排左右，然后静置沉淀，排除澄清液。除澄清液。 主要应用小水量废水的处理和实验研究，主要应用小水量废水的处理和实验研究，两个吸附池交换工作。两个吸附池交换工作。环境工程环境工程2、连续式：有固定床、移动床、流动床连续式：有固定床、移动床、流动床三种方式三种方式。（1）固定床：固定床有降流式（又分重）固定床：固定床有降流式（又分重力式和压力式），也有升流式，或称膨力式和压力式），也有升流式，或称膨胀式

16、，炭层的膨胀度为胀式，炭层的膨胀度为10-15%。两种形。两种形式的处理效果基本相同。式的处理效果基本相同。环境工程环境工程 进水 出水 两两塔塔串串联联操操作作示示意意图图 123环境工程环境工程（2）移动床：操作方式是水从吸附塔底部）移动床：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进入，由塔顶流出。塔底部接近饱和的某一段高度的吸附剂间歇地排出，再生后从一段高度的吸附剂间歇地排出，再生后从塔顶加入。塔顶加入。优点：占地面积小，连接管路少，基本上优点：占地面积小，连接管路少，基本上不需要反冲洗。不需要反冲洗。缺点：难于均匀排出炭层；操作要求较高，缺点：难于均匀排出炭层；操作

17、要求较高，不能使塔内吸附剂上下层互混。不能使塔内吸附剂上下层互混。 环境工程环境工程 吸附 再生 原原水水 吸吸附附剂剂 移移动动床床吸吸附附操操作作示示意意图图 环境工程环境工程（3）流动床（流化床）：是由下往上的水）流动床（流化床）：是由下往上的水使吸附剂颗粒相互之间有相对运动，一般使吸附剂颗粒相互之间有相对运动，一般可以通过整个床层进行循环，起不到过滤可以通过整个床层进行循环，起不到过滤作用，适于处理悬浮物含量较大的水。作用，适于处理悬浮物含量较大的水。环境工程环境工程 五、穿透曲线五、穿透曲线 当废水连续通过吸附剂层时，运行初期当废水连续通过吸附剂层时，运行初期出水中溶质几乎为零。出水

18、中溶质几乎为零。 随着时间的推移，上层吸附剂达到饱和，随着时间的推移，上层吸附剂达到饱和，床层中发挥吸附作用的区域向下移动。吸床层中发挥吸附作用的区域向下移动。吸附区前面的床层尚末起作用。出水中溶质附区前面的床层尚末起作用。出水中溶质浓度仍然很低。浓度仍然很低。 当吸附区前沿下移至吸附剂层底端时，当吸附区前沿下移至吸附剂层底端时，出水浓度开始超过规定值，此时称床层穿出水浓度开始超过规定值，此时称床层穿透。透。环境工程环境工程 以后出水浓度迅速增加，当吸附区后端面以后出水浓度迅速增加，当吸附区后端面下移到床层底端时，整个床层接近饱和，出下移到床层底端时，整个床层接近饱和，出水浓度接近进水浓度，此

19、时称床层耗竭。将水浓度接近进水浓度，此时称床层耗竭。将出水浓度随时间变化作图，得到的曲线称穿出水浓度随时间变化作图，得到的曲线称穿透曲线。透曲线。 环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程 六、吸附法在污水处理中的应用六、吸附法在污水处理中的应用 由于吸附法对进水的预处理要求高，吸由于吸附法对进水的预处理要求高，吸附剂的价格昂贵，因此在废水处理中，吸附附剂的价格昂贵，因此在废水处理中，吸附法主要用来去除废水中的微量污染物，达到法主要用来去除废水中的微量污染物，达到深度净化的目的。如：废水中少量重金属离深度净化的目的。如：废水中少量重金属离子的去除，少量有害的生物难降解有机物的子的去除，

20、少量有害的生物难降解有机物的去除、脱色除臭等。去除、脱色除臭等。环境工程环境工程1、吸附法除汞、吸附法除汞活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。量低的废水。 含 汞 废 水 反 应 池 沉 淀 池 吸 附 池1 吸 附 池2 排 放 Ca(O H )2 N a2S FeSO4 压 缩 空 气 压 缩 空 气 H gS N a2S 吸吸 附附 法法 除除 汞汞 流流 程程 环境工程环境工程 某工厂用活性炭作为含汞废水的最终处理，其某工厂用活性炭作为含汞废水的最终处理，其流程如图。该厂的废水量不大流程如图。该厂的废水量不大(1020m3/d)，但含，但含汞的浓度较高，因此先用化学沉淀法（如汞的浓度较高，因此先用化学沉淀法（如Na2S，同时加石灰和硫酸亚铁）处理，处理后废水含汞同时加石灰和硫酸亚铁）处理，处理后废水含汞约约1mg/L，高时达，高时达23mg/L，不符合排放标