一、吸附原理与类型

1．原理：

一种物质附着在另一种物质表面上的过程――吸附，是一种相界面上的反应。

可以发生在气－液界面、气－固、液－固

在水处理中，主要讨论的是液－固界面。

固相物质：吸附剂，一般为多孔性物质

液相中被吸附物质：吸附质

吸附法是指水中的一种或多种物质被吸附在固体表面（吸附剂）而被去除的方法。

为什么吸附剂有吸附能力呢？这主要与表面张力、表面能的变化有关。

2．类型：

吸附可分为以下三种类型：

1）物理吸附：

分子间的作用力所引起的。

·吸附热较小，可在低温下进行。

·过程是可逆的，易解吸（被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表面）

·相对没有选择性，可吸附多种吸附质（由于分子力是普遍存在的），但吸附质极性不同，吸附量不同。

·可形成单分子吸附层或多分子吸附层

2）化学吸附：

由化学键力引起的――产生化学反应。

如石灰吸附CO₂ → CaCO₃

·吸附热大，一般在较高温下进行。

·具有选择性，单分子层吸附。

·化学键力大时，吸附不可逆。

3）离子交换吸附

静电引力，吸附质的离子→吸附剂表面的带电点上，同时吸附剂也放出一个等当量离子。

·离子电荷越多，吸附越强。

·离子水化半径越小，越易被吸附。

在水处理中，三种吸附的综合表现。

二、吸附剂

具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂。有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣。。。。

活性碳是水处理中应用最为广泛的吸附剂。

原料：木材、煤，经高温炭化和活化而成。

碳化：把原料热解成碳渣，温度：300－400度，

活化：形成发达的细孔。两种办法。气体法：通入水蒸汽，温度在920－960度；药剂法：加入氧化锌、硫酸、磷酸等

三、吸附等温线

1．吸附平衡

当吸附速度和解吸速度相等时，溶液中的吸附质浓度不在改变时

→ 吸附平衡

吸附剂吸附能力的大小用吸附量q（g/g）表示。达到吸附平衡时，

q = V(C₀-C)/W (g/g)

V：废水容积、 W：活性炭投量

C：吸附平衡时，溶液中溶质浓度

增加W → C和q 发生变化

2．吸附等温线与等温式

吸附等温线：在某一温度条件下，吸附量随吸附质平衡浓度的变化的曲线。有I型和II型两种类型。

I型

II型

1）弗兰德利希(Freundlich)吸附等温式（经验公式）

q = KC^1/n

log q = log K + 1/n log C

1/n越小，说明吸附可在相当宽的浓度范围下进行。一般认为 1/n = 0.1 – 0.5 时容易吸附

2）朗谬尔（Langmuir）吸附等温式

q = abC/(1+aC)

基于单分子层吸附推导出来的。

3）BET式：描述II型吸附，多层分子吸附模式，各层符合朗谬尔吸附。

吸附量是选择吸附剂和设计吸附设备的重要数据。吸附量的大小决定吸附剂再生周期的长短。

因为吸附剂的颗粒越大，达到吸附平衡所需的时间越长，因此在吸附平衡试验中，往往把吸附剂破碎为较小的颗粒后再进行试验。

四、影响吸附的因素

1．吸附剂的性质

·细孔分布：活性炭的情况

微孔<2 nm，占总比表面的95％：主要支配吸附量

过渡孔2-100nm，<5％：起通道和吸附作用

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2012/1/6 11:03:52 沙发管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

大孔100-10000 nm，不足1％：主要起通道作用，影响吸附速度。

·比表面：活性炭比表面积：500－1700m²/g。比表面积越大，吸附量越大。但应注意对一些大分子，微孔所提供的比表面积基本上不起作用。所以有时也不能单纯用比表面积来评价。

·表面化学特性：活性炭本生是非极性的，但由于表面共价健不饱和易与其它元素如氧、氢结合，生成各种含氧官能团。目前已证实的含氧官能团有：－OH基、－COOH基。

2．吸附质的性质

·溶解度：对活性炭而言，溶解度越低，越易被吸附

·界面张力：越使溶液界面张力减小的物质越易被吸附。

·极性：活性炭易吸附非极性或极性很低的物质。

·分子量和不饱和度：与沸石相比，活性炭易吸附分子较大的饱和化合物，但分子量一般不超过1000。

·溶质浓度

3．操作条件：

pH值：对吸附剂及吸附质都有影响。活性炭一般在酸性溶液中有较高的吸附率。

温度：物理吸附是防热过程。

共存物质：竞争吸附

接触时间：取决于吸附速度

五、吸附操作方式与设计

1．吸附操作方式：

·静态

·动态：固定床

移动床

流化床

1．吸附容量和穿透曲线的利用

1）静态试验：通过吸附等温线，得到静态吸附容量，选择碳型、粗略估计处理每吨废水所需的吸附剂量

出水溶质浓度

通水时间 t

2）动态试验： ――穿透曲线

穿透点：a，Ca=0.05-0.1 C0

吸附终点：b, Cb=0.9-0.95C0

通水倍数：单位重量吸附剂所能处理的水的总体积。

单柱时，处理水量：Va，通水倍数 n=Va/M M：碳量

多柱时，处理水量：Vb，通水倍数n =Vb/M

要使活性炭充分饱和，又能保证出水水质，一般可采用多柱串联使用。

动态吸附容量：曲线积分

穿透曲线与操作条件，空塔速度（m/h）、接触时间有关。

利用穿透曲线，确定合理串联级数、使用周期、通水倍数、空塔速度（线速度m/h和体积速度1/h＝Q/V）、接触时间。

3）工艺设计

――――通水倍数法

·选定吸附操作方式及吸附装置型式

·参考经数据值，选择空塔速度（一般2－10m/h）。

·作动态吸附试验，求吸附剂动态吸附容量和通水倍数

·根据处理水量和空塔速度，计算吸附装置面积和直径。

·根据空塔速度，计算吸附装置层高。

·计算吸附塔填充活性炭的体积和重量

·根据通水倍数计算每天需再生的饱和炭量。

六、活性炭再生

1）加热再生：一般采用高温再生。

脱水（活性炭与液体分离）－干燥（100－150度）－炭化（300－700度）（一部分有机物挥发，一部分被炭化，留在活性炭细孔中）－活化（用蒸汽）－冷却

2〕药剂再生：酸碱、有机溶剂

3〕化学氧化法：湿式氧化、臭氧

4〕生物再生法：

七、应用

1．在微污染水源净化中的应用

除嗅、除味、除色，去除微量有机物

2．城市污水深度处理

生物难以去除、一般氧化法难以氧化的溶解性物质，对废水中绝大部分有机物吸附能力强。采用活性炭时，活性炭对有机物的吸附与有机物的溶解度、极性、分子量有关。

3．工业废水处理

1〕含重金属废水

对无机物的吸附虽然研究较少，但已有研究表明：活性炭对某些金属及其化合物有很强的吸附能力，如：锑、铋、锡、汞、六价铬等。

2）有机废水

染料废水、火药（三硝基苯：TNT）废水等

特点：处理程度高、应用范围广、适应性强、可以再生重复使用。

第2节化学沉淀

一、原理

投加某种化学药剂（沉淀剂）→使与水中的溶解物质发生反应

→生成难溶盐类→→降低水中溶解性物质的含量

→→一般用于处理含重金属废水

利用溶度积原则。

难溶盐在饱和溶液中溶解与沉淀的平衡：

MmNn = mMⁿ⁺ + nN^m-

平衡常数 K ＝ [Mⁿ⁺]^m[N^m-]ⁿ/[M_mN_n]

溶度积L＝ [Mⁿ⁺]^m[N^m-]ⁿ

△根据上述原理，可以判断溶液是否有沉淀

△加入带N离子的药剂，降低水中M离子的浓度

△分级沉淀：数种离子都能与同一种离子生成沉淀时，可根据溶度积来判断

L1/L2的比值来确定。

如果L1实/L2实>L1/L2，先发生L1沉淀。

如溶液中同时存在Ba²⁺、CrO₄^2-、SO₄^2-，先发生何种沉淀？

Ba²⁺ + SO₄^2- ----BaSO₄¯ L_BaSO4 =1.1 * 10^-10

Ba²⁺ + CrO₄^2-----BaCrO₄¯ L_BaCrO4= 2.3*10^-10

L_BaSO4 / L_BaCrO4=1/2.09

若[SO₄^2- ]/[ CrO₄^2-] > 1/2.09 则先发生BaSO₄沉淀

若[SO₄^2- ]/[ CrO₄^2-] ＝ 1/2.09 则两种沉淀同时发生

若[SO₄^2- ]/[ CrO₄^2-] < 1/2.09 则先发生BaCrO₄沉淀

△分类：氢氧化物沉淀法

硫化物沉淀法

钡盐沉淀法

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二、氢氧化物沉淀法

金属氢氧化物的溶解平衡

M(OH)n = Mⁿ⁺ + n OH^-

金属氢氧化物的溶度积

L＝[Mⁿ⁺] [OH^-]ⁿ

金属氢氧化物的生成条件受pH影响。

水的离子积K_水＝[H⁺] [OH^-] ＝10^－14

lg[Mⁿ⁺] = 14 n – n pH – p L_M(OH)n

＝x – n pH

价数越高，pH对金属浓度的影响越大。

一般投加石灰――对于不准备回收的低浓度废水。

注意：对于有些金属离子，如Zn, Pb, Cr, Al…

氢氧化物为两性物质，PH过高会产生羟基络合物，重新溶解。

如 Zn(OH)₂ + 2OH^－ ――Zn(OH)₄^2-

因此，控制适当的pH是非常重要的。

三、硫化物沉淀法

金属硫化物比氢氧化物更难溶解。

沉淀剂：H₂S，Na₂S，KS

MS ――M²⁺ + S^2-

[M²⁺] = L_MS/[S^2-]

使用H₂S时, H₂S可以分级电离

H₂S = H⁺ + HS^- ………K1

HS^- = H⁺ + S^2- ……….K2

[M²⁺] = L_MS [H⁺]²/1.1×10^-23

pH↑, [H⁺]↓, [M²⁺]¯,促进沉淀。

虽然硫化物法比氢氧化物能更安全地去除金属离子,但费用大,硫化物沉淀困难,需投加混凝剂加强沉淀,一般作为氢氧化物的补充法使用。

四、钡盐沉淀法

主要用于处理六价铬。

沉淀剂：碳酸钡、氯化钡、硝酸钡

生成难溶盐铬酸钡盐：BaCO₃ + CrO₄^2- --- BaCrO₄ ¯+ CO₃^-

第3节其它

如中和、吹脱、离心、萃取、磁分离

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分享了，谢谢gl19860312版主

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2012/1/7 16:48:40 地毯管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

整合到一起发不上来就直接推荐加精华了。

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2012/1/7 20:19:59 地板管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

水质中的吸附，物理吸附：分子间的作用力所引起的。吸附热较小，可在低温下进行。过程是可逆的，易解吸（被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表面）相对没有选择性，可吸附多种吸附质（由于分子力是普遍存在的），但吸附质极性不同，吸附量不同。可形成单分子吸附层或多分子吸附层。

应用比较明显，不加任何东西，不知道加入活性炭是不是属于物理吸附呢？？

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