2008年注冊環(huán)保工程師專業(yè)知識一講義(七)

　　1.7吸附

　　大綱要求：熟悉吸附的技術和方法，了解主要吸附劑的性能和影響因素

　　吸附：溶液中的物質由一相向某種適宜的另一相界面上積累的過程。

　　在廢水處理中，用吸附作用來去除廢水中的污染物質時，一般都是通過固液界面的吸附來實現(xiàn)的，具吸附能力的多孔性固體物質稱為吸附劑。

　　1.7.1吸附原理

　　吸附是一種在兩相界面上發(fā)生的表面現(xiàn)象，與物質表面張力和表面能的變化有關，符合熱力學第二定律，可用吉布斯方程式表示：

　　式中，若某溶質能降低溶液的表面張力，即 為負值， 為正值，產(chǎn)生正吸附，若某溶質能增加溶液的表面張力，則 為正值， 為負值，產(chǎn)生負吸附，稱為解吸。

　　1.7.2吸附的類型

　?、盼锢砦剑?/P>

　　特點是吸附熱較小，低溫就能進行，吸附是可逆的，吸附基本沒有選擇性。

　?、苹瘜W吸附：

　　特點是吸附熱較大一般在較高溫度下進行;當化學鍵力大時，吸附是不可逆的;吸附有選擇性，一種吸附劑只對某種或幾種吸附質發(fā)生化學吸附。

　?、请x子交換吸附：

　　水處理中，吸附往往是由上述3種吸附綜合作用的結果，但由于吸附質和吸附劑的不同以及其他因素的影響，可能某種吸附是主要的。

　　1.7.3吸附等溫線

　　在溫度一定的條件下，吸附容量隨吸附質平衡濃度的增大而提高，吸附容量隨平衡濃度而變化的曲線稱為吸附等溫線。

　　常見的吸附等溫線有Ⅰ型和Ⅱ型兩種類型。

　?、裥臀降葴鼐€與朗格謬爾和弗蘭德利希吸附等溫式相對應，Ⅱ型吸附等溫線與BET等溫式相對應。應理解這幾個公式，并掌握公式中各參數(shù)的計算過程。

　　1.7.4吸附速率

　　吸附速率是指單位重量的吸附劑在單位時間內所吸附的吸附質質量。

　　吸附速率越快，吸附質與吸附劑接觸時間就越短，所需的吸附設備容積也就越小。

　　吸附速率取決于吸附質的傳質過程，對于多孔吸附劑，傳質分為以下三步：

　?、傥劫|從溶液主體擴散到吸附劑外表面，這是吸附質透過吸附劑表面液膜的傳質簡稱外擴散;

　?、谖劫|由吸附劑顆粒的外表面，經(jīng)顆粒內的細孔擴散到顆粒的內表面，簡稱內擴散;

　　③吸附質在吸附劑的表面上被吸附。

　　1.7.5常用吸附劑及影響吸附的主要因素

　　⑴常用吸附劑

　　活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻土、腐殖質酸、焦炭、木炭、木屑、爐渣和粉煤灰等，應用較多的是活性炭。

　　⑵活性炭的特性

　?、倩钚蕴康谋缺砻娣e和孔隙結構

　　活性炭具有巨大的比表面積和豐富的孔隙結構。比表面積可達500～1700m2/g，其中小孔容積一般為0.15～0.9ml/g，表面積占比表面積的95%以上，過渡孔容積一般為0.02～0.1ml/g，表面積占比表面積的5%左右，而大孔容積一般為0.2～0.5ml/g，表面積很小，只有0.5～2m2/g。

　　②活性炭的表面化學性質

　　由于活性炭表面有―OH基等，所以具有一些極性。

　?、怯绊懟钚蕴课降闹饕蛩?/P>

　　①活性炭吸附劑的性質

　　其表面積越大，吸附能力就越強; 活性炭是非極性分子，易于吸附非極性或極性很低的吸附質;活性炭吸附劑顆粒的大小，細孔的構造和分布情況以及表面化學性質等對吸附也有很大的影響。

　?、谖劫|的性質

　　取決于其溶解度、表面自由能、極性、吸附質分子的大小和不飽和度、附質的濃度等

　?、蹚U水PH值

　　活性炭一般在酸性溶液中比在堿性溶液中有較高的吸附率。

　　PH值會對吸附質在水中存在的狀態(tài)及溶解度等產(chǎn)生影響，從而影響吸附效果。

　?、芄泊嫖镔|

　　共存多種吸附質時，活性炭對某種吸附質的吸附能力比只含該種吸附質時的吸附能力差

　　⑤溫度

　　溫度對活性炭的吸附影響較小

　?、藿佑|時間

　　應保證活性炭與吸附質有一定的接觸時間，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。

　　1.7.6吸附操作方式

　?、澎o態(tài)吸附

　　適用于處理水量小或吸附劑性質特殊的情況下

　?、苿討B(tài)吸附

　　廢水在流動時進行的吸附為動態(tài)吸附，其工藝可分為固定床、移動床、流化床三種。

　　固定床：在水處理工藝中常用。由于處理水量、原水水質和處理出水水質指標的不同，工程中可采用單床、多床串聯(lián)和多床并聯(lián)等三種操作方式。

　　移動床和流化床在廢水處理中應用較少。

　　1.7.7吸附床的設計

　　⑴吸附試驗

　?、俅_定吸附容量試驗

　　主要是確定吸附容量公式中各參數(shù)關系并求出相應的吸附等溫線。

　?、诖_定吸附速率試驗

　　測定不同時間水樣中溶質濃度，直到濃度不再變化為止，根據(jù)數(shù)據(jù)求出吸附速率。

　?、垩b置試驗

　　選用直徑為100～150mm、高為1.5～2.5m的吸附柱裝置，吸附劑層厚度約1.0～1.5m?？蛇M行多床串聯(lián)試驗，并繪制穿透曲線，利用此曲線確定使吸附容量得以充分利用的吸附操作方式。

　　⑵主要設計參數(shù)

　　包括吸附塔直徑(1～3.5m)、充填層厚度(3～10m)、充填層與塔徑之比(1：1～4：1)、活性炭粒徑(0.5～2.0mm)、接觸時間(10～50min)、容積線速度、過濾線速度(升流式：9～25m/h，降流式：7～12m/h)、反沖洗線速度、反沖洗時間(3～8min)、反沖洗周期(8～72h)、反沖洗膨脹率等。

　　1.7.8活性炭吸附法在水處理中的應用

　　廣泛應用于在城市污水處理、飲用水及工業(yè)廢水處理。

　?、懦鞘形鬯幚?/P>

　　廢水中的一些有機物是難于為微生物或一般氧化法所氧化分解的，如酚、苯、石油及其產(chǎn)品、殺蟲劑、洗滌劑、合成染料、胺類化合物以及許多人工合成有機物，經(jīng)生化處理后很難達到對排放要求較高的水體中排放的標準，也嚴重影響廢水的回用，因此需要深度處理。

　　由于活性炭對有機物的吸附能力大，在廢水深度處理中得到廣泛的應用，具有以下優(yōu)點：

　?、偬幚沓潭雀?，城市污水用活性炭進行深度處理后，BOD可降低99%，TOC可降到1～3mg/L。

　?、趹梅秶鷱V，對廢水中絕大多數(shù)有機物都有效，包括微生物難于降解的有機物。

　　③適應性強，對水量及有機物負荷的變動有較強的適應性能，可得到穩(wěn)定的處理效果。

　?、芰钐靠蛇M行再生重復使用，被吸附的有機物在再生過程中被燒掉，不產(chǎn)生污泥。

　?、菘苫厥沼杏梦镔|，例如用活性炭處理含酚廢水，用堿再生吸附飽和的活性炭，可以回收酚鈉鹽。

　?、拊O備緊湊、管理方便。

　?、骑嬘盟疃忍幚碇械膽?/P>

　　活性炭吸附是建立在常規(guī)給水處理基礎上，一般設置在砂過濾之后，也可與砂濾料組成雙層濾料過濾或以活性炭過濾代替砂過濾。

　　在利用活性炭吸附進行飲用水深度處理的過程中，發(fā)現(xiàn)在活性炭濾料上生長有大量的微生物，使出水水質提高且再生延長，于是發(fā)展了一種經(jīng)濟有效的去除水中的微污染物質的生物活性炭工藝，流程為原水―(加入混凝劑)―澄清―過濾(加入臭氧)再利用活性炭吸附，最后是出水。

　?、枪I(yè)廢水處理中的應用

　　很多工業(yè)廢水很難或不能采用生化處理，采用其他方法時，有的不能達到排放標準，或運行費用較高，或操作較麻煩等，例如有毒的有機化合物和某些金屬及其化合物等。工程實踐表明，活性炭對這些物質有很強的吸附能力。例如：

　　某染料廠排放廢水量為320m3/d，主要污染物二硝基氯苯為1000～1200mg/L，酸(以硫酸計)0.5%，工藝流程為：先進入調節(jié)池(50～60攝氏度)，冷卻沉降后進入廢水池(30～40攝氏度)，再用固定床式吸附塔進行吸附，經(jīng)石灰石膨脹中和濾池后排放，其中冷卻沉降的結晶二硝基氯苯可以回收。吸附塔的工藝參數(shù)：濾速14～15m/h;接觸時間0.25h，采用二塔串聯(lián)，一塔備用，塔徑900mm，塔高5m，每塔裝活性炭2.0m3，重1.09t，裝炭高度3.2m，經(jīng)處理后，吸附塔進水二硝基氯苯為700mg/L，出水為5mg/L，PH值大于6，達到排放標準。

　　關于吸附的某一題目為：吸附質與吸附劑之間由于分子間力(范德華力)而產(chǎn)生的吸附為()，A樹脂吸附，B交換吸附，C等溫吸附，D物理吸附，正確答案是D。

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