文档介绍：第十六章污水的吸附法、离子交换法、萃取法、膜析法
第一节吸附法
第二节离子交换法
第三节萃取法
第四节膜析法
利用物理化学的原理和化工单元操作可以去除污水中杂质,它的处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物降解的)溶解物质或胶体物质,尤其适用于处理杂质浓度很高的污水(用作加收利用的方法)或是很低的废水(用作污水的深度处理)。
前言
第一节吸附法
一、吸附原理
固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力,比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力,可用作吸附剂。吸附可分为物理吸附和化学吸附。如果吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力(即范德华力)而产生吸附,称为物理吸附;如果吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用,生成化学键引起吸附,称为化学吸附。离子交换实际上也是一种吸附,将在第二节中讨论。
一定的吸附剂所吸附物质的数量与此物质的性制裁及其浓度和温度有关。表明衩吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。目前常用的公式的:弗劳德利希(Freundlich)吸附等温式,朗格缪尔(Langmuir)吸附等温式。
1、弗劳德利希等温式
y/m=kρ1/n
式中:y——吸附剂吸附的物质总量,mg;
m——投加的吸附剂量,mg;
ρ——到达平衡时溶液中被吸附物的浓度,mg/L;
K,n——经验常数。 n值在正常条件下大于1。
2、朗格缪尔等温式
y/m=kρ/(1+K1ρ)
式中:y——吸附剂吸附的物质总量,mg;
m——投加的吸附剂量,mg;
ρ——到达平衡时溶液中被吸附物的浓度,mg/L;
K, K——经验常数。
吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标。固体吸附剂吸附能力的大小可用吸附量来衡量。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。在水处理中,吸附速度决定了污水需要与吸附剂接触的时间。吸附速度快,则所需的接触时间就短,吸附设备的容积就小。
多孔性吸附剂的吸附过程基本上可分为三个阶段:颗粒外部扩散阶段,即吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面;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;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。一般,吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。
二、影响吸附的因素
颗粒外部扩散速度与溶液浓度成正比,也与吸附剂的比表面积的大小成正比。因此吸附剂颗粒直径越小,外部扩散速度越快。
吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性质对吸附有很大影响。一般,极性分子(或离子)型的吸附剂容易吸附性分子(或离子)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。同时,吸附质的溶解度越低,越容易被吸附。吸附质的浓度增加,吸附量也随之增加。
污水的pH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较高的吸附量。吸附反应通常是放热反应,因此温度低对吸附反应有利。
吸附剂的种类很多。常用是活性炭和腐植酸类吸附剂。
在生产中应用的活性炭的种类很多。一般,都制成粉末状或颗粒状。粉末状的活性炭吸附能力强,制备容易,价格较低,但再生困难,一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵,但可再生后重复使用,并且使用时的劳动条件较好,操作管理方便。因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭。
活性炭的比表面积可达800-2000m/g,有很高的吸附能力。
颗粒状活性炭在使用一段时间后,吸附了大量吸附质,逐步趋向饱和并丧失工作能力,此时应进行更换或再生。再生是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剂微孔中除去,恢复它的吸附能力。
三、吸附剂
活性炭的再生方法主要有:;: 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。例如,吸附了苯酚的活性炭,可用氢氧化钠溶液浸泡,使形成酚钠盐而解吸。湿式氧化法也是化不再生法,主要用于再生粉末状活性炭。
 
用作吸附剂的腐植酸类物质主要有:天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤等,它们可以直接使用或经简单处理后使用;将富含腐植酸的物质用适当的粘合剂制备成的腐植酸系树脂。
四、吸附工艺和设备
吸附的操作方式分为间歇式和连续式。间歇式是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。间歇式吸附主要用于小量废水的处理和实验研究,在生产上一般要用两个吸附池、交换工作。
连续吸附可以采用固定床、移动床和流化床。固定床连续吸附方式是废水处理中最常用的。吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中,所以叫固定床。移动床连续吸附是指在操作过程成中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱排出,并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中。所谓流化床是指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。由于移动床和流化床的操作较复