水污染-第七章吸附

控制工程 : 1

第七章吸

本章内

第七章吸

概述吸附：具有吸附能力的固体物质称为废水中被吸附的物质则称为吸附质——污染物第七章吸

吸附剂

水处理中常用的吸附活性炭 许多水厂已经将滤池中 无烟煤换成颗粒状活性炭 以控制味与嗅的产生第七章吸

重金属离子(Cd2+,第七章吸 松花江污染事件第七章

第七章吸 水固水固发生吸

第七章吸 第七章吸

但分子引力随分子量增大而增对同一系化合物，吸附量随分子量增大而增大—Traube规则如活性炭吸附气体的能力次序主要影响因素：吸附剂的比表面积和细孔第七章吸

化学反应，形成牢固的化学放热量较大，约84—420kJ／mol，升温可加有选择性，吸附牢固，难解水 形成 齐合金单分子层吸影响因素利用化学吸附处理毒性很强的污染物更安全。第七章吸

影响因水水处理中大多吸附现象往往是上述三种吸附作用的综第七章吸 控制工程 物理吸附与化学吸附的比第七章吸 (1吸附过程是一个吸附和解吸的可逆过程，当吸=解吸时，即吸附达到平衡，吸吸附剂表面的浓度都不再改变。此溶液中吸附质的浓度即平衡浓度单位吸附剂所吸附的物质数量称为平衡吸附量常用qem/表示平衡吸附量表征了吸附剂吸附能力的大小，是选第七章吸 控制工程 对一定的吸附体系:确定吸附剂的能力——吸附试验①取一组数量不同的吸附剂（往往破碎为较小颗粒后），②分离出吸附剂，测定液相的最终溶质浓度C③计算平衡吸附量qC0-C(7-第七章吸

吸附等温qVC0-将e吸附量随平衡浓度而变化的曲线——。第七章吸

吸附等温线类型（图7- I Ⅱ单分子层吸 多分子层吸

Ⅳ型及Ⅴ型反映了毛细管冷凝现象常见的化学

常见的物理吸附，吸附热等于

孔容的限附附量有一吸附质的极

小于纯吸附

eg.氧 胶吸附极限eg.活性碳吸。L、F

对应于物质的eg.硅胶吸附

的溶解热eg.硅胶吸Br2

（Ⅳ型活性碳吸附水汽（Ⅴ型第七章吸 选择吸附 A估计吸附剂的用量 处理后水质的好 第七章吸

①Langmuir②B.E.T③Freundlich第七章吸 控制工程 第七章吸 得： (7-b—吸附系数，与吸附能第七章

控制工程 求L.式中的常数a、1 1 ab

(7-

e 1Ce

(7-

式(7-3)适用于值小于而式(7-4)则适用于根据吸附实验数据，按上两式以q对C或C/对C作图，第七章吸 控制工程 ②B.E.T等温假设前提多分子层吸附总吸附量等于各层吸附量之和由此导出的二常数B.E.T.等温式为 BaCee(CC)[1(B1)C/C(7sees式中 a，B——常数；B与吸附剂和吸附质之间的相互作用有关Cs——吸附质饱和浓第七章吸

B.E.Tqe0qe0当平衡浓度很低时，当平衡浓度很低时，Cs》Ce，并令B/Cs＝b，BET第七章吸

求B.E.T式中的常数a、CCqe(C C) a(B1 CaC(7-可求得常数a和B

Ce qe(CsCe1a

Cs值估计偏( 1)aCs值估计偏CC第七章吸

Freundlich经验公e式中：K——Freundlichn——常数，通常大于l将式(7-7)两边取对q

(7-FreundlichFreundlich式在一般的浓度范围内与Langmiur式比较接近第七章吸 控制工程 Freundlich等温式中n、K的确

lglg lgK1lgene第七章吸

第七章吸

Ce＝0.05(90％)＝0.005e3.00026 由式(7-1)W=V(0Cee，则需活性炭吸附剂的W=100(0.05- 第七章吸

实验:取10个锥形烧 以到达平衡)。然后，将活性炭滤出，测定滤液中 12345678第七章吸

解：①利用式(7-1)算出每个烧瓶的qe值。以瓶号1qe=V(C0-②将计算出的qe、1/Ce及1/qe列表并作图（图7-3） 12345678第七章吸 斜率截距32

B

斜率10 1/Ce

在双对数坐标纸上作 Ce

斜率第七章

斜率eqe=0.47C0.43e

第七章吸

7.1.3吸附动力学吸附过程基本上可分为三个连续的阶段第二阶段：吸附质在孔隙内扩散通常快第七章吸 控制工程 由Fick定律，水膜内的传质速度NA=（D/）(c-c)=k(c-传质系数kf：Carber公式（7-14）：k

) 1.15

)0.u/ dpu比，与溶液搅动程度（膜扩散系数D）有关第七章吸

细孔扩散的速度为p细孔壁上的表面扩散速度为：Ns 态，则有：(dq/dr)= （7-第七章吸 22控制工程 ）内孔扩散速N=-Dp+=-DDi`tqDi`tq r第七章吸

第七章吸 33控制工程 （）吸附速度的测取样时要搅拌A剂保持悬浮状态第七章吸 影响吸附的因影响吸附的因素是多方面的第七章吸

学性质等①比表面积—单位重量吸附剂的表面积。越大越好（图7-对于一定的吸附质(Esp.大分子)，增大（微孔）比表面效果有②孔结构及大小。（图7-孔径太大，比表面积小，吸附能力孔径太小不利于吸附质扩散，并对大分子 作用 表面氧化物随原料和活化工艺不同而异,分酸性和碱性两大类表面氧化物是选择性吸附的中心—类似化学吸附第七章吸

第七章吸

主要包括水的温度、p附再生等。①利于解吸。但高温有利于化学吸附pH第七章吸 控制工程 第七章吸 ③混合溶

共存物质④接触时 ⑤生物协同作第七章吸 7.2.17.2.2第七章吸

极细的物质。(1)吸附能力

吸附选择性好价廉第七章吸

(2)①活性炭的制造是将木炭、果壳、煤、石油、纸浆废液、及其他有机残物等含碳原料经炭化、活化后制成的 →炭化(170~600℃活化(700~900℃)活化方法可分为两大类，即药剂活化法和气体活化第七章吸

①活性炭的制造——药剂活化(化学活化→所有。第七章吸

①活性炭的制造——活化方第七章吸

低温活化(＜500℃→→H+，使高温活化(800~1000℃)→表面碱性氧化物，水解→OH-，使pH↑1150℃以下，升温→吸附容量温度超过1150℃，升温第七章吸 控制工程 ②活性炭的特比表面一般达1000m2/g以上→吸附能力强/吸附容量大的主具有稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高作用，不易破碎在，也进行一些具有催化二价铁→三价铁，二 →金 而被吸附去除所以活性炭吸附在废第七章吸 控制工程 活性炭内部气孔分大孔>100nm：容2nm<过渡孔容积0.02～0.10mL/g，吸附较分子溶质，并帮助小分子溶质向微孔微孔<2nm：容积0.90mL/g，大部分（＞95%）附表面积由微孔提供→吸附

第七章吸

第七章吸

活性炭纤维（AC）究（美、英、苏、日）；目前已在环境保护、催化、、 第七章吸

海绵状物，可在150℃80m/。性、极性、强极性四类。树脂吸附能力接近活性炭，第七章吸

当原水中含34mg／L时，每个循环可处进行再生，的回收率达80%第七章吸

： 性质第七章吸

再生常用的解吸剂有24、HCl、NaCl、CC第七章吸

在选择再生方法时，主要考虑以 面的因素第七章吸

表7- 吸附剂再生方法分 处理温主要条 加热脱附通过外部加 （碳化再生的目的衡，750~950（400~500水蒸气、惰性气 缺水蒸气、燃烧气体、 价药 无机药再 有机药剂（萃取常温~50常温~50HCl、H2SO4、NaOH、氧化（苯、、甲醇等生物再湿式氧化分电解氧常180~220℃、加常好气菌、厌气O2、空气、氧化O2备第七章吸

高温加热再生是目前废水处理中粒状活性炭再生最95①脱③碳④活⑤冷第七章吸 控制工程 图7-8立式多段再生排气中含有甲烷、乙烷、第七章吸

电加热再生法是近年开发的新方法，包括直接电流加热再微波再高频脉冲放电再第七章吸

（2）常用的药剂：有机和无机溶剂，如苯、、甲醇、乙醇、第七章吸 33控制工程 （）化学氧化再生湿式空气氧化再生臭氧氧化再生第七章

除有机吸

（4）可同时向炭床鼓入空炭的饱和周期延长→某些工程实例五年理新工艺。第七章吸

如加热再生法，炭损耗约（5％～10％）/次微孔减少，过渡孔增再生次数对微孔吸附影响较过渡孔附性能的影响不大。第七章吸

吸附的操作方静态间歇式：将废水与吸附剂放在吸附池内进行搅（30min），静置沉淀后倾去上清夜动态连续式第七章吸

行时池内可保持较高浓度的吸附剂，对原水浓度和流量变化的缓冲作用大，不需要频繁地调两种运行方法：平流型和逆第七章吸 11控制工程 ）多级平流间歇吸图7-原Q原

反应池反应池反应池反应池

反应池Q反应池

QWi(qi-q0)=Q(Ci-1-Ci)（7-若q0＝0，则得 Wiqi＝Q(Ci-1- 第七章吸 11控制工程 ）多级平流间歇吸原Q原

反应池反应池反应池反应池

反应池Q反应池

Q 图7-

-1-(Wn/Q)iniCn C0

WqQi1

(727)第七章吸

Cn=C0-(W/Q) G=nW=Q(C0-

第七章吸 第七章原失效

反应池反应池反应池Q 反应池反应池反应池q

处理新

W(q1-qn+1)=Q 即 ；且q3＝0，则可推得 )-1=(C1/C2)1/n(C1/C2- 第七章吸

)-1=(C1/C2)1/n(C1/C2-1)（7-C然后由式(7-34)可求出最小投炭量W吸附少用吸附剂。第七章吸 粒状活炭吸附粒状活炭吸附1固定床吸根据水流方向可分第七章吸 控制工程 第七章

接触时间：10~50

容积速度：对固定床为2m3/m3.h以下；对移动床为5m3/m3.h以下； 第七章吸 控制工程 。。第七章吸

粒状炭吸

去再生系第七章吸 第七章吸

第七章吸

第七章吸 第七章

图7- 多层流化床吸附塔构

适于处理SS占地小。第七章吸 控制工程 第七章吸 控制工程 第七章吸 第七章吸

当缺乏资料时，应先做吸附剂的选择动态吸附柱的工作过程可用曲线来表示。第七章吸 曲线——描述整个动态吸附柱的工作过程的吸附第七章

.根据要求确定），此点称为点B(对应的吸附量当出水溶质浓度接近进水浓度Ce.0.0时，点E(对应的吸附量为饱和吸附量)。动活性＜饱和吸附量＜静活性(平衡吸附量第七章吸 11控制工程 （ 若活性炭柱的总深度小于吸附带的长度，则出水溶质浓度开吸附带的下移速度一般比水流的第七章吸 控制工程 由曲线可知，当床层达到点第七章吸 控制工程I（）影 影 曲线形状的因素进水浓度越高、水流速度越小 理想 第七章吸

：C，床层密度为b，空隙率为=u/[+(b （7-第七章吸

qq0C0C或dq/dCV=u/[+(b.dq/

≈uC/b 第七章吸 ZZ控制工程 (b.dq/dt)=faV(C- 式中：C*是与吸附量成平衡的浓tE

bq0KfaV

dCBCC

(746)第七章吸

EBKa EBKa C(7BCC*≌u0/bZa

tB)

KfaV

BCC*

(7 式中u/

为传质单元高度CBC

为传质单元数其值由吸附等温线与操作线图解积分0第七章吸 控制工程

Nof=[(2+bC0)/bC0] qelnC E n 1(CE/C0 ln1(CB/C0第七章

t

(7BBkfaVC0BB

C Z=vat1/2uC0/bq0• 以t1/2代替式(7-50)中的t，并整理得床 tB=(bq0/uC0)•(Z- (7- 第七章吸

0tE( C)dt0t C0(tEtB

(753)第七章吸 44控制工程 （）吸附容量的利（n-1）tEtB≥第七章吸

某化工厂每小时排出含COD30mg/l的废水50m3，拟qe0.05Ce5；总传质系数KaV＝54h。试计算：第七章吸

qe＝0.058C5＝0.1mgCOD/mgCW/V=0eqe=270②由式(7-35)求出当1/n＝0.5，CC011W/Q=02=122.7可见，用二级逆流吸附比单级吸附节省吸附剂第七章吸 控制工程 ③计算of＝.*C27mg/l，与C值对应的第七章吸 控制工程 通过图解积分曲线下的面即得传质单元数of.0也可由式(7-49)ln EC11(C/Cn ln 4.39又由式(7-47)第七章

8控制工程 第七章吸 控制工程 第七章

④求va、CtB=(bq0uC(Za2=339（Z–0.52）1第七章

控制工程 ⑤求 f第七章

曲线计算t,3(C0-C)第七章

炭塔截面积塔