《水的吸附法》ppt课件

1、一、一、 吸附原理吸附原理n吸附剂：具有吸附才能的多孔性固体物质。吸附剂：具有吸附才能的多孔性固体物质。n吸附质吸附质: : 废水中被吸附的物质废水中被吸附的物质. .吸附吸附 : : 在相界面上，物质的浓度自动发生在相界面上，物质的浓度自动发生 累累积或浓集的现象。积或浓集的现象。 水处理中水处理中, ,主要是利用多孔性固体物质使废水中的主要是利用多孔性固体物质使废水中的一种或多种物质被吸附在固体外表而去除的方法一种或多种物质被吸附在固体外表而去除的方法. .第八章第八章 吸吸 附附 法法n 引起吸附的主要原因：引起吸附的主要原因：1 1溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗溶质对水的疏水特性和溶

2、质对固体颗粒的高度亲合力粒的高度亲合力 ; ;2 2溶质与吸附剂之间的静电引力、范德溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华引力或化学键力华引力或化学键力 . .吸吸附附物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附吸附剂与吸附物质之间是通过吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力分子间引力(即范徳华力即范徳华力)而产而产生的吸附生的吸附 (无选择性无选择性)吸附剂与被吸附物质之间产吸附剂与被吸附物质之间产生生化学作用化学作用，生成，生成化学键化学键引引起吸附起吸附 (有选择性有选择性) )吸附的类型吸附的类型交换吸附交换吸附二、吸附平衡与吸附等温式二、吸附平衡与吸附等温式一 吸附平衡 吸附过程中，固、液两相经过充分

3、的接触后，吸附过程中，固、液两相经过充分的接触后，最终将到达吸附与脱附的最终将到达吸附与脱附的动态平衡动态平衡。 到达平衡时，单位吸附剂所吸附的吸附质的重到达平衡时，单位吸附剂所吸附的吸附质的重量称为量称为平衡吸附量平衡吸附量，常用，常用q qe emg/gmg/g表示。表示。 将平衡吸附量将平衡吸附量q qe e与与相应的平衡浓度相应的平衡浓度c ce e作图得吸附作图得吸附等温线。等温线。1 1LangmuirLangmuir等温式等温式 LangmuirLangmuir假设假设吸附剂外表均一吸附剂外表均一，各处的吸附能一样，各处的吸附能一样; ;吸附吸附是是单分子层单分子层的，当吸附剂外

4、表为吸附质饱和时，其吸附量到的，当吸附剂外表为吸附质饱和时，其吸附量到达最大值；在吸附剂外表上的各个吸附点间达最大值；在吸附剂外表上的各个吸附点间没有吸附质转移没有吸附质转移运动运动；达；达动态平衡动态平衡状态时，吸附和脱附速度相等。状态时，吸附和脱附速度相等。 eeebcabcq1二二 吸附等温吸附等温式式2.B.E.T. 2.B.E.T. 等温式等温式多层吸附多层吸附 假定在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，假定在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，同发生同发生多分子层吸附多分子层吸附, ,总吸附量等于各层吸附量之和总吸附量等于各层吸附量之和。由此导出的二常数由此导出的二常数B.

5、E.T.B.E.T.等温式为：等温式为：seeseeccBccBacq/113 3FreundlichFreundlich等温式等温式 此为指数函数型式的此为指数函数型式的经历公式经历公式： 式中，式中，K K称为称为FreundlichFreundlich吸附系数，吸附系数，n n为常数，通常大于为常数，通常大于1 1。 neeKcq/1图解法图解法: Lgq: Lgqe e=lgK+1/nlgc=lgK+1/nlgce e1/n1/n越小，吸附性能越好，越小，吸附性能越好，1/n=0.1-0.51/n=0.1-0.5，容易吸附；，容易吸附；1/n21/n2，那么难吸附。，那么难吸附。指单位

6、重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。三三 吸附速度吸附速度衡量衡量指标指标吸附能力吸附能力吸附速度吸附速度固体吸附剂用固体吸附剂用吸附量吸附量衡量衡量单位质量吸附剂在单位单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量时间内所吸附的物质量吸附吸附阶段阶段颗粒外部颗粒外部扩散阶段扩散阶段孔隙扩散孔隙扩散阶段阶段吸附反应吸附反应阶段阶段吸附质从溶液中扩散到吸附吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面内的吸附点表面吸附过程一般分为

7、吸附过程一般分为3 3个阶段：个阶段：吸附反响阶段非常快，吸附反响阶段非常快，V V主要取决于第主要取决于第I I、IIII阶段速度阶段速度外部扩外部扩散速度散速度与溶液浓度成正比与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正与吸附剂的比表面积的大小成正比比吸附剂颗粒直径越小，速度越快吸附剂颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度可提高速度孔隙扩孔隙扩散速度散速度吸附剂颗粒越小，速度越快吸附剂颗粒越小，速度越快 四、影响吸附的因素四、影响吸附的因素一吸附剂性质一吸附剂性质 吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性吸附剂的物理化学性质和吸附质

8、的物理化学性质对吸附有很大影响。质对吸附有很大影响。 极性分子极性分子(或离子或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子或离子)型的吸附质。型的吸附质。 非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。 二吸附质的性质二吸附质的性质 吸附质在废水中的溶解度越小吸附质在废水中的溶解度越小, ,越容易被吸附越容易被吸附. . 吸附量随有机物分子量的增大而增加吸附量随有机物分子量的增大而增加。 活性炭处理废水时，对芳香族化合物的吸附效活性炭处理废水时，对芳香族化合物的吸附效果较脂肪族化合物好，不饱和链有机物较饱和链有果较脂肪族化合物好

9、，不饱和链有机物较饱和链有机物好，非极性或极性小的吸附质较极性强吸附质机物好，非极性或极性小的吸附质较极性强吸附质好。应当指出，实际体系的吸附质往往不是单一的，好。应当指出，实际体系的吸附质往往不是单一的，它们之间可以互相促进、干扰或互不相干。它们之间可以互相促进、干扰或互不相干。三操作条件三操作条件 1 1 废水的废水的pHpH值值: : 溶液的溶液的pHpH值影响到溶质的存在状态分子、离子、络合值影响到溶质的存在状态分子、离子、络合物，也影响到吸附剂外表的电荷特性和化学特性，进而影物，也影响到吸附剂外表的电荷特性和化学特性，进而影响到吸附效果响到吸附效果. . 2 2 温度温度: : 吸附

10、是放热过程，低温有利于吸附，升温有利于脱附吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温有利于脱附. . 3 3 共存物质共存物质: :对于物理吸附，共存多种物质时的吸附比单一物对于物理吸附，共存多种物质时的吸附比单一物质时的吸附要差。质时的吸附要差。 4 4 接触时间接触时间: :应保证吸附到达平衡时的时间，而该时间的大小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取决于吸附速度V V，V V大那么所需时间短。大那么所需时间短。四、吸附剂及其再生四、吸附剂及其再生1. 活性炭活性炭 在水处理中较多采用颗粒活性炭。在水处理中较多采用颗粒活性炭。 粉末状活性炭粉末状活性炭 粒状活性炭园柱状、球

11、状，粒径粒状活性炭园柱状、球状，粒径24mm24mm 棒状活性炭：棒状活性炭：50mm50mm，L=255mmL=255mm 活性炭纤维活性炭纤维: :直径一般直径一般5-20um5-20um2. 腐植酸类吸附剂腐植酸类吸附剂 腐植酸是一组芳香构造的，性质与酸性物质相腐植酸是一组芳香构造的，性质与酸性物质相似的复杂混合物。似的复杂混合物。 腐植酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离腐植酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。 腐植酸对阳离子的吸附，包括离子交换、螯合、腐植酸对阳离子的吸附，包括离子交换、螯合、外表吸附、凝聚等作用。外表吸

12、附、凝聚等作用。 3 3树脂吸附剂树脂吸附剂 具有立体网状构造，呈多孔海绵状。具有立体网状构造，呈多孔海绵状。加热不熔加热不熔化，可在化，可在150150下使用，不溶于一般溶剂及酸、碱，下使用，不溶于一般溶剂及酸、碱，比外表积可达比外表积可达800m800m2 2/g/g。 树脂吸附剂的树脂吸附剂的构造容易人为控制，构造容易人为控制，因此它具有因此它具有适应性大、应用范围广、吸附选择性特殊、稳定适应性大、应用范围广、吸附选择性特殊、稳定性高等优点，并且再生简单，多数为溶剂再生。性高等优点，并且再生简单，多数为溶剂再生。再再生生方方法法加热再生法加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分在高温条件下

13、，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子逸出或断裂成低分子化学再生法化学再生法通过化学反应，使吸附质转化为通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来易溶于水的物质而解吸下来 再生再生是在吸附剂本身的构造根本不发生变化的情是在吸附剂本身的构造根本不发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去,恢复恢复它的吸附才能。它的吸附才能。脱水脱水 干燥干燥 炭化炭化 活化活化 冷却冷却

14、五、吸附工艺和设备五、吸附工艺和设备操操作作方方式式连续式连续式间歇式间歇式将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液左右，然后静置沉淀，排除澄清液固定床固定床移动床移动床流化床流化床吸附剂固定填放在吸附柱吸附剂固定填放在吸附柱(或或塔塔)中中在操作过程中定期地将接近饱在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中附剂加入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中悬浮于由下而上的水流中1 1

15、 当废水连续通过吸附剂层时当废水连续通过吸附剂层时, ,运行运行初期出水中溶质初期出水中溶质几乎为零几乎为零。随着时间的推移。随着时间的推移, ,上层吸附剂到达饱和上层吸附剂到达饱和，床，床层中发挥层中发挥吸附作用的区域向下挪动吸附作用的区域向下挪动。吸附区前面的床。吸附区前面的床层尚未起作用。出水中溶质浓度仍然很低。当层尚未起作用。出水中溶质浓度仍然很低。当吸附区吸附区前沿下移至吸附剂层底端前沿下移至吸附剂层底端时，出时，出水浓度水浓度开场超过规定值开场超过规定值。以后出。以后出水浓度迅速增加，当水浓度迅速增加，当吸附吸附区后端面下移到床层底端区后端面下移到床层底端时时，整个床层接近饱和，整

16、个床层接近饱和，出水浓度接近进水浓度出水浓度接近进水浓度。 2.穿透曲线穿透曲线1吸附带吸附带：指：指正在发生吸附作用的那段填充层正在发生吸附作用的那段填充层，在，在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带上部的填充层已到达饱和状态，不再起吸附吸附带上部的填充层已到达饱和状态，不再起吸附作用。作用。2穿透曲线穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线。坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线。3穿透点穿透点：当：当出水吸附质浓度出水吸附质浓度CaCa为为0.0

17、5-0.100.05-0.10CoCo时所对应的出水总体积或吸附时间的穿透曲线上时所对应的出水总体积或吸附时间的穿透曲线上的那一点。的那一点。 4吸附终点吸附终点：出水浓度出水浓度CbCb为为0.90-0.950.90-0.95CoCo时所时所对应的出水总体积的穿透曲线上的那一点叫吸附终对应的出水总体积的穿透曲线上的那一点叫吸附终点点.5吸附带长度吸附带长度：从：从tata到到tbtb的的t t时间内，吸附带所时间内，吸附带所挪动的间隔挪动的间隔 叫吸附带长度叫吸附带长度。6吸附带的挪动速度吸附带的挪动速度： V V吸附带吸附带=/=/t t 2-10m/h2-10m/h 7无明显吸附带无明显

18、吸附带时，时，多柱串联试验绘制穿透曲线多柱串联试验绘制穿透曲线：将将46根柱串联起来，见图。根柱串联起来，见图。 填充层总高度为填充层总高度为39m，在不同高度处设取样口，首先从第，在不同高度处设取样口，首先从第一个柱进水，依次通过第一个柱进水，依次通过第2、3、4柱。当第柱。当第1柱出水柱出水C1=0.90.95Co时，停顿向第时，停顿向第1柱进水，将柱进水，将1柱从系统中脱离柱从系统中脱离出来进展再生，将备用柱出来进展再生，将备用柱5接在系统柱接在系统柱4之后，此时原水通入之后，此时原水通入第第2柱，待第二柱出水浓度柱，待第二柱出水浓度C2=0.90.95Co时，停顿向第时，停顿向第2柱进

19、水，将第柱进水，将第2柱从系统中脱分开进展再生，并将再生好的柱从系统中脱分开进展再生，并将再生好的柱柱1接于柱接于柱5之后，此时原水通入第之后，此时原水通入第3柱。以此类推进展连续柱。以此类推进展连续吸附操作。吸附操作。 各柱的吸附量相等时的运行状态面积各柱的吸附量相等时的运行状态面积A A=面积面积B B视视为到达了稳定运行状态。为到达了稳定运行状态。 面积面积A A为图中第为图中第1条曲线与第条曲线与第2条曲线所包含的面积，条曲线所包含的面积，面积面积B B为第为第2条曲线与第条曲线与第3条曲线所包含的面积。条曲线所包含的面积。图 10-1 多柱串联试验CCbCaQ04321563.吸附容

20、量的利用吸附容量的利用： 当吸附柱出水浓度到达穿透时，但此时吸附柱内当吸附柱出水浓度到达穿透时，但此时吸附柱内的吸附剂并未完全饱和，仍能吸附相当数量的吸的吸附剂并未完全饱和，仍能吸附相当数量的吸附质，直至出水浓度等于附质，直至出水浓度等于CbCb吸附终点吸附终点为止。为止。 这部分吸附容量应该充分利用。这部分吸附容量应该充分利用。 也即是充分利用吸附带的吸附容量。也即是充分利用吸附带的吸附容量。 接触时间接触时间: :t=Q/Vt=Q/V 泄漏时间泄漏时间: :流量一定时流量一定时, ,从开场进水到出水开场不符合从开场进水到出水开场不符合水质要求时所经历的时间水质要求时所经历的时间. . 1

21、1采用多床串联操作采用多床串联操作 IIIIIIIIIIII串联运行；串联运行； IIIIIIIIII串联运行串联运行 IIIIIIII串联运行。串联运行。 图 10-2 三 柱 串 联操 作12340Q1Q2Q3QCaCbC0C 图 10-3 移动床吸附塔构造示意图溢流管直流式衬胶阀出水溢流水进料斗通气阀滤头=60活性炭进水截止阀压力水直流式衬胶阀=60水射器冲洗水2 2采用升流式挪动床操作采用升流式挪动床操作 从底部排出的吸附剂都是接近饱和的，从而充分利从底部排出的吸附剂都是接近饱和的，从而充分利用了吸附剂的吸附容量。用了吸附剂的吸附容量。4 吸附塔的设计吸附塔的设计 tKCVhKNCCe

22、0001/expln1/ln 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：tt工作时间，工作时间，h h； VV线速度，即空塔速度，线速度，即空塔速度，m/hm/h； hh炭层高度，炭层高度，m m； CoCo进水吸附质浓度，进水吸附质浓度，kg/m3kg/m3 Ce Ce出水吸附质允许浓度，出水吸附质允许浓度，kg/m3kg/m3 K K速率系数，速率系数，m3/m3/kghkgh； NoNo吸附容量吸附容量, ,即到达饱和时吸附剂的吸附量即到达饱和时吸附剂的吸附量kg/m3kg/m3. . 11，上式等号，上式等号右边括号内的右边括号内的1可忽

23、略不计可忽略不计，那么那么工作时间工作时间t t： 临界高度临界高度hoho：当：当t=0t=0时，保证出水吸附质浓度时，保证出水吸附质浓度C C不超不超过过CaCa穿透浓度时的吸附剂层的理论高度穿透浓度时的吸附剂层的理论高度 hoho即吸附带高度，即吸附带高度，hoho吸附反响越快。吸附反响越快。 VhKN/exp0 1/ln10000 eCCKChVCNt 1/ln000 eCCKNVh 2.模型试验模型试验求临界高度求临界高度ho进 水C0取 样 口231出 水C0图 1 0 - 4 活 性 炭 炭 柱 （ 模 型 试 验 ） 截距：截距： 改变线速度改变线速度m/hm/h；以不同的；以不同的V V进展上述试验，将进展上述试验，将不同不同V V时的时的NoNo、K K、hoho作图，可分别得出作图，可分别得出KVKV、NoVNoV、hoVhoV三条曲线。三条曲线。 图 10-5 t对h的图解截距ln( )-1/KC0C0Ceth斜率N0C0V 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 废水设计流量废水设计流量Q Qm m3 3/h/h