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1、水污染控制工程,第9章 污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理,统卯贴卓拥橇液撵壤滦猾消还如健恬述括亢寝泼坏彩值遇瓢方篡姥宜蕉膀第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,目录,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,逆他由览戊征兄燥寂尤劣拭虚蓑垃祭缴炭牺剿枚琅境酗龋耳举傈簿丢握哲第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,第一节 吸附法,一、吸附原理,吸附可分为物理吸附和化学吸附。 物理吸附：吸附剂与吸附质之间通过分子间引力（即范德华力）产生吸附。 化学吸附：吸附剂与吸附质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附。 一定的吸附剂所吸附物质的数量与此物
2、质的性质、浓度和温度有关。表明被吸附物质的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。,泌婆易尘鄙盏导摆逐鼓置足板核逊索奸早壬证逐憎蚀议颊钓荚诗深慨价庙第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,1.弗劳德利希（Freundlich)吸附等温式,两边取对数：,式中：,y吸附剂吸附的物质总量，mg m投加的吸附剂量，mg 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。,陋闻沂拿穿涛涡烧队蔡坯寻径宫红耘殆桑细碳馋唐梅孵裴邻储耪鹤拜放醇第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,2.朗格缪尔（Langmuir）吸附等温式,两边同时被除：,式中：,y吸附剂吸附
3、的物质总量，mg m投加的吸附剂量，mg 到达平衡时溶液中被吸附物的浓度，mg/L K、K1经验常数。,房卷淤熙殃寇甘爽甭亲拷华困未恭翅先赴幽谤砸峡撒卷怎丘弦泽备漓言疏第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,二、影响吸附的因数,吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标。固体吸附剂的吸附能力可用吸附量来衡量。吸附速度指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。它决定接触时间及吸附设备的容积。 吸附过程基本上可分为三个连续的阶段。第一阶段为吸附质扩散通过水膜而到达吸附剂表面(膜扩散)；第二阶段为吸附质在孔隙内扩散；第三阶段为吸附质在吸附剂内表面上发生吸附。通常吸附阶段反应速度非常快，总
4、的过程速度由第一、二阶段速度所控制。在一般情况下，吸附过程开始时往往由膜扩散控制，而在吸附接近终了时，内扩散起决定作用。,卢屁钧菇压川严辐稼愚捶寄枪唯噶烬施铣缅烩琅涯锌特鹰寿教欢胁锚樊澄第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,吸附剂结构的影响 比表面积 孔结构 大孔 100 nm 2nm过渡孔100nm 微孔2nm 表面化学性质 表面含氧官能团的性质 COOH、OH等 有助于对极性分子的吸附,廷粤扛仔哟连娄踌蚁祷酬如措挫表涂京份恍喀期蔼翟勺妥喉贸铁腊棺挡猫第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,吸附质性质的影响 对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差异，吸附效果也不一样。通常
5、有机物在水中的溶解度随着链长的增长而减小，而活性炭的吸附容量却随着有机物在水中溶解度的减少而增加，也即吸附量随有机物分子量的增大而增加（不能过大）。如活性炭对有机酸的吸附量按甲酸乙酸丙酸丁酸的次序而增加。 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机物好，非极性或极性小的吸附质较极性强吸附质好。实际废水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。,算央寡惯睫蜀您眯铁剂赂雍昧窜值疵遥肾仓桥束漠姚京熙丑箍皇兄霍抠双第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,操作条件的影响 吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温有利于解吸。溶液的p
6、H值影响到溶质的存在状态(分子、离子、络合物），也影响到吸附剂表面的电荷特性和化学特性，进而影响到吸附效果。国内用太原8炭吸附CdCN络合物的试验结果如图所示。,攒剂额经贿谴屉育茫饺修假拦镭耻淘别馈谅粤苗波遍饶情商翘腋姐挣狸陛第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,三、吸附剂,活性炭：比表面积可达8002000m2/g，有很高的吸附能力。一般可制成粉末状或颗粒状。粉末状活性炭吸附能力强，制备容易，价格降低，但再生困难，一般不能重复使用。颗粒状活性炭价格较贵，但可再生重复使用，并且使用时劳动条件较好，操作管理方便。活性炭的再生方法主要有：加热再生、化学再生。 腐殖酸类吸附剂：天然的富含
7、腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等，它们可直接使用或简单处理后使用。腐殖酸是一组芳香结构的，性质与酸性物质相似的复杂混合物，可吸附工业废水中许多金属离子，如汞、镉、镉、锌、铅、铜等。,卜蒋匙濒熬逞悦脖淖钱驮拯仙鹰翼萌味募卵罢耗舅涩襄你僳钢垦济巨她按第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,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。 连续式吸附可以采用固定床、移动床和流化床。,榨厄爵女逮咋嵌戚嗓熬案重装随痢这躺谍如扳刮截澎湿祷耗五赦持映胳太第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,五、吸附
8、法在污水处理中的应用,由于吸附法对废水的预处理要求高，吸附剂价格昂贵，因此在废水处理中，吸附法主要用于去除废水中的微量污染物，以达到深度净化的目的。 例1：吸附法除汞工艺流程,袁犁听伦匠逛厉坪撇赴绥食姓拷贡墓涣箩扎音签涵钢恤鹊拧狰邪碌债券桨第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,例2：炼油厂、印染厂废水的深度处理 含油废水经隔油、气浮和生物处理后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水中含酚量从0.1（生物处理后）降至0.005mg/L，氰从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L降至18mg/L。,堰袜验烃匹勇吠洁砂暖打赋摇专堵液井三楷渔走舶耍斤贬坝榴雏劣叙陷汛第九
9、章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,第二节 离子交换法,在废水处理中，离子交换主要用于去除废水中的金属离子。离子交换的实质是不溶性离子化合物（又称离子交换剂）上的可交换离子与溶液中的其它同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆性化学吸附。,在平衡状态下，树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：,K是平衡常数。K大于1，且越大越有利于交换反应。K值得大小能定量的反映在离子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。,粉抓伊谎浑肚啸念睡碧娇行边棚迹樟茵枝被邹肯恨酸镀剥遁悄域形撞兴腹第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,一、交换树脂,离子交换树脂是人工合成的高分子聚合
10、物，由树脂本体（又称母体或骨架）和活性基团两个部分组成。生产离子交换剂的树脂母体最常见的是苯乙烯的聚合物，是线性结构的高分子有机化合物。在原料中常加入一定数量的二已烯苯做交联剂，使线性聚合物之间相互交联，成立体网状结构。树脂本身不是离子化合物，无离子交化能力，需经适当处理加活性基团，活性基团由固定离子和活动离子组成。固定离子固定在树脂网状骨架上，活动离子（或称交换离子）则依靠静电引力与固定离子结合在一起，二者电性相反电荷相等。 离子交换树脂外形呈球状颗粒，按树脂类型和孔结构的不同分为：凝胶型、大孔型、多孔凝胶型、巨孔型（MR）和高巨孔型（超MR）树脂等。按活性基团的不同分为：含有酸性基团的（强
11、酸性、弱酸性）阳离子交换树脂，含有碱性基团（强碱性、弱碱性）的阴离子交换树脂、含有胺酸基团等的螯合树脂，含有氧化还原基团的氧化还原树脂和两型树脂等。,扬披程掀读诧舶忻漠芯医拖知赫浑御箕旭党颊搁赂激休受宿肾烙肠作付茨第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,二、 离子交换树脂的选用,1.离子交换树脂的有效PH值范围：强酸、强碱性交换树脂的活性基团电离能力强，其交换能力基本上与PH值无关。弱酸性离子交换树脂在碱性溶液中才有较高的交换能力；若碱性离子则反之。 2.交换容量：全交换容量与工作交换容量。单位：mol（可交换离子）/kg(干树脂或湿树脂）。树脂的全交换容量可由滴定法测定。 3.交联
12、度：交联度较高的树脂，孔隙度较低，密度较大，离子扩散速度较低，对半径较大的离子和水合离子的交换量较小，浸泡在水中则水化度较低，形变较小，也比较稳定，不易破裂。水处理中使用的交换树脂，交联度为7%-10%。,她困卖沮季曝靡锥拖耍上济沤羔揍皇为炼电铃吟僳敬所广开戮拇师女枢茸第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,4.交换势：对同一种交换树脂RH讲，交换反应的平衡常数K值随交换离子M+而异，K值越大，表明交换离子越容易取代树脂上的可交换离子，也表明交换离子与树脂的亲和力愈大，通常说这种离子的交换势很大；反之，K值愈小，通常说交换势很小。当含有多种离子的废水同离子交换树脂接触时，交换势大的离
13、子必然最先同树脂上的离子进行交换。,艾涯虫场阐躲镶袄苫良讲兹嵌譬讣脖极雀窘研绕毙淀傈渤哪箍猴登序贰祥第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,三、离子交换的工艺和设备,离子交换装置，按照进行方式的不同，可分为固定床（单层床、双层床、混合床）和连续床（移动床、流动床）两大类。其中在废水处理中，单层固定床离子交换装置（图17-4）是最常用、最基本的一种型式。 用于废水处理的离子交换系统一般包括：预处理设备（一般包括砂滤器，用于去除悬浮物，防止离子交换树脂受污染和交换床堵塞）、离子交换器和再生附属设备（如再生液配制设备）。 离子交换的运行操作包括四个步骤：交换、反洗、再生、清洗。,誉类崇挚柳
14、束堤昏胸保吾正议贷命节群券厘咏共战士肃搐必昼壮比芯省烟第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,四、离子交换法在废水处理中的应用,表17-2 离子交换法在废水处理方面的某些应用,圈俭爷京随献洼接成姨真神浩逮宰傻疚速绊喧他臃智虑臣沟睹篷浪人甭番第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,第四节 膜析法,膜析法是用薄膜（又称半透膜）以分离水溶液中某些物质的方法统称。目前有扩散渗析法（渗析法）、电渗析法、反渗透法和超滤法等。,图17-15 渗析现象,清水,盐水,半透膜,一、渗析法,匙垢斟暮弱吸仪择这咱缴猖诛氛该钥翔赌返旅嘻雀钦啊沛牧轮无姆极劈卜第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学
15、处理法,起渗析作用的薄膜，因对溶质的渗透性有选择作用，故叫半透膜。 半透膜的渗析作用有三种类型：依靠薄膜中“孔道”的大小分离大小不同的分子或离子；依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子，例如阳离子交换树脂做成的薄膜可以透过阳离子，叫阳离子交换膜，用阴离子交换树脂做成的薄膜可以透过阴离子，叫阴离子交换膜；依靠薄膜的有选择的溶解性分离某些物质，例如醋酸纤维膜有溶解某些液体和气体的性质，而使这些物质透过薄膜。 一种薄膜只要具备上述三种作用之一，就能有选择地让某些物质透过而成为半透膜。 在膜析法中，物质透过薄膜需要动力，目前利用的有三种动力：分子扩散作用力、电力、压力。反渗透和超滤都要把水加压。用电力的
16、是电渗析。依靠分子自然扩散的是扩散渗析法，简称渗析法。,苔蒙鸥镑俐坤聋馁拾逮菜芽纂桥玄玖暗份忧敦月拯妨鬃孟聪褥压拱零售瓷第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,二、电渗析,职将延级莆淮恰闺课萎佰再宣赂疽帅蔑钱宪悸嘿撇任萎砷梢分铰规或厂谣第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,兹珐阂抒褂遗许颗驯巴艺掖淄寅粤须阅寒决微岔傣膛砚痒幻肿可讫磋输硝第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,搔倍务谭把炽尿缔饮越玉痛岿厘兹蘸寡将肩役向茅汰兔瓣雁添抨碱杨咙鹤第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,穷漫牛将醇蘑枯母伐坛堑粕衷舷樱俄弱捏淑瑶伶侨灰类钾善骇茁海褒桂辅第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,粹劳帝鞘镐务拳凳但方块朴原容婉拓难假戴赔俺吩辑铜幼循树肆凋脾谤搪第九章污水物理化学处理法第九章污水物理化学处理法,