污水的吸附法离子交换法PPT格式课件下载.ppt

1、W吸附剂用量，g。,（1）Langmuir等温式,Langmuir假设吸附剂表面均一，各处的吸附能相同，吸附是单分子层的。当吸附剂 表面的吸附质饱和时，其吸附量达到最大值，在吸附剂表面上的各个吸附点间没有吸附质转移运动，达到动态平衡状态时，吸附和脱附速度相等。,Langmuir吸附等温式：,其中：Ce 被吸附物质的平衡浓度，mg/L;qe 单位吸附剂所吸附的物质的量，即平衡 吸附量，mg/g;Q0吸附剂的最大吸附量,mg/g;b Langmuir 常数,L/mg。,2、Freundlich等温式,一般认为，1/n值介于0.10.5，则易于吸附，1/n2时难以吸附。利用K和1/n两个常数，可以比

2、较 不同吸附剂的特性。,Freundlich吸附等温式,其中,Freundlich参数,式中C0和Ce 分别为被吸附物质的初始浓度和平 衡浓度,mg/L;qe平衡吸附量，mg/g;W吸附剂用量,g;k和 1/n Freundlich 参数。,三、影响吸附的因素,吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。,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。,四、吸附剂,吸附剂是决定高效能的吸附处理过程的关键因素，广义而言，一切固体都具有吸附能力，但是只有多孔物质或磨得极细的物质，由于其具有很大的表面积，才能作为吸剂。,1.工业吸附剂必须满足的要求,（1）吸附能力强；（2）吸附选择性

3、好；（3）吸附平衡浓度低；（4）容易再生和再利用；（5）机械强度好；（6）化学性质稳定；（7）来源广；（8）价廉。,2.吸附剂种类,活性炭（活性炭纤维）吸附树脂腐植酸类吸附剂改性淀粉类吸附剂改性纤维素类吸附剂以及其他可吸收污染物质的药剂、物料等,1.活性炭,在水处理中较多采用颗粒活性炭。,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。,再生方法,活性炭再生方法比较,活性炭的再生方法主要有加热再生法、药剂再生法、化学再生法、湿式氧化再生法和生物再生法等。用加热再生法处理活性炭时，炭的损失率高，而且再生成本也较高，而药剂再生法处理成本高并易

4、造成二次污染，因此化学再生法（如臭氧再生法）、生物再生法和湿式氧化再生法是今后活性炭再生方法的发展方向。与国外同类产品相比，我国活性炭存在产量少、质量差、使用寿命短、再生率低等缺点，因此如何改进活性炭生产工艺，提高其产量和质量是当前迫切需要解决的问题。,2.活性炭纤维,活性炭纤维是一种新型高效吸附材料。它是有机炭纤维经活化处理后形成的。具有发达的微孔结构，巨大的比表面积，以及众多的官能团，因此，吸附性能大大超过目前普通的活性炭。,3、吸附树脂-种类、性能和应用,吸附树脂按基本结构分类，可分类为非极性、中极性、极性和强极性四种类型。常见产品有美国Amberlite XAD系列，日本HP系列，法国

5、Duolite A系列等。此外，国内一些单位也研制出一些性能优良的大孔吸附树脂。吸附树脂具有适应性大、应用范围广、吸附选择性好、稳定性高等优点，因此国内外对吸附树脂在水处理方面的应用进行了大量的研究。目前，吸附树脂可用于去除废水中的重金属脂肪酸钠盐、阴离子表面活性剂、酚类物质、稀土元素、对苯二甲酸、苯胺、氟离子等。,4.腐植酸类吸附剂,种类：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黏合剂制备成的腐植酸系树脂。,腐植酸是一组芳香结构的，性质与酸性物质相似的复杂混合物。,腐植酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、

6、铜等。,腐植酸对阳离子的吸附，包括离子交换、螯合、表面吸附、凝聚等作用。,腐植酸类物质在吸附重金属离子后,可以用H2SO4、HCl、NaCl等进行解吸。,5、改性淀粉类吸附剂,淀粉分散在水介质中，在较温和的条件下就具有较高的反应性能，可以用比较简单的方法将其变性和转化；淀粉还极容易被酸、酶部分或全部水解成低聚糖或单糖，这些水解产物又可进一步衍生成更多的有机化合物。而且，淀粉资源丰富、价格低廉，因此世界各国都十分重视对淀粉的研究、开发和利用。淀粉衍生物在水处理中的应用主要是作为重金属离子、CrO42-以及酚类物质的吸附剂，此外还可作为染料废液处理剂。,6、改性纤维素类吸附剂,纤维素是地球上最丰富

7、的、可以恢复的天然资源，具有价廉、可降解并对环境不产生污染等优点，因此对纤维素的改性研究一直受到人们的重视。纤维素的化学改性研究大致可归结为三个主要方向：（1）利用一般酯化和醚化的方法；（2）利用有机化学改性的方法；（3）利用接枝共聚的方法。改性纤维素类吸附剂是改性纤维素产品中具有重要应用价值的研究方向之一。,五、吸附工艺和设备,操作方式,连续式,六、吸附法在污水处理中的应用,1.吸附法除汞,活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。,吸附法除汞流程,2.炼油厂、印染厂废水的深度处理,某炼油厂含油废水，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

8、。,废水的含酚量从0.1mg/L（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。,第二节 离子交换法,一、离子交换法定义,离子交换法是指废水中的部分污染物与离子交换剂接触，通过离子交换而达到去除的目污染物的。离子交换法主要用于去除水中溶解性物质。离子交换的实质是离子交换剂上可交换的离子与废水中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。,实质：不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。,离子交换是可逆反应，其反应式可表达为

9、：,交换树脂,交换离子,饱和树脂,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值的大小能定量地反映离子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。,二、离子交换剂,无机：包括天然沸石和合成沸石，是一类硅质的阳离子交换剂，成本低，但不能在酸性条件下使用。有机：包括磺化煤和各种离子交换树脂。,1.离子交换剂树脂,离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体（又称母体或骨架）和活性基团两个部分组成。,2.交换树脂类别,根据其酸碱性的强弱，可将树脂分为强酸（SO3H）、弱酸（RCOOH）、强碱（R4NOH）、弱碱（RnNH3OH,n=13）四类。活性基团中的H+和OH-可分为用Na+和

10、Cl-替换，因此，阳离子交换树脂又有氢型和钠型之分；阴离子交换树脂又有氢氧型和氯型之分。有时也把钠型和氯型称为盐型。,3.特殊活性基团的离子交换树脂,氧化还原树脂，含硫基、氢醌基；两性树脂，同时含羧酸基和叔胺基；鳌合树脂，含胺羧基等。,4.离子交换树脂孔结构特征,离子交换树脂具有立体网状结构，按其孔隙特征，可分为凝胶型和大孔型。两者的区别在于结构中孔隙的大小。凝胶型树脂不具有物理孔隙，只有在浸入水中时才显示其分子链间的网状孔隙，而大孔树脂无论在干态或湿态，用电子显微镜都能看到孔隙，其孔径为（20010000）10-10m，而凝胶型孔径仅（2040）10-10m。因此，大孔树脂吸附能力大，交换速

11、度快，溶胀性小。,二、离子交换树脂的选用,1.离子交换树脂的有效pH范围,2.交换容量,定量表示树脂交换能力的大小，单位为mol/kg（干树脂）或mol/L（湿树脂）,3.交联度,交联度较高的树脂，孔隙较低，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，浸泡在水中时，水化度较低，形变较小，也就比较稳定，不易破碎。,4.选择性（有些书上称为交换势）,树脂对水中某些离子能优先交换的性能称为选择性，它是决定离子处理效率的一个重要因素，本质上取决于交换离子与活性基团中固定离子的亲和力。选择性大小用选择性系数来表征。,规律：,（1）离子的交换的选择性,除同它本身和离子交换树脂的化学

12、性质有关外,温度和浓度的影响都很大。,（2）在常温和低浓度水溶液中，阳离子的价态越高，它的选择性越大。,（3）在常温和低浓度水溶液中，同价阳离子的选择性大致上是原子序数越高，选择性越大；但是稀土元素情况正好相反。,（4）氢离子对阳离子交换树脂的选择性，取决于树脂的性质。,（5）在常温和低浓度水溶液中，对弱碱性阴离子交换树脂来说,酸根（阴离子）的交换序列如下：SO42-CrO42-柠檬酸根酒石酸根 NO3-AsO43-PO43-MoO42-醋酸根、I-、Br-Cl-F-。,选择性规律,离子价数越高，选择性愈好。原子序数愈大，即离子水和半径愈小，选择性愈好。常见阳离子选择性:La3+Cr3+Fe3

13、+Al3+Ra2+Hg2+Ba2+Pb2+Sr2+Ca2+Ni2+Cd2+Cu2+Co2+Zn2+Mg2+Ba2+Ag+Cs+Rb+K+NH4+Na+Li+,常见阴离子选择性：,Cr2O72-SO42-C2O42-PO43-MoO42-ClO4-I-NO3-CrO42-Br-SCN-CN-HSO4-NO2-Cl-HCOO-CH3COO-F-HCO3-HSiO3-,（6）对强碱性阴离子交换树脂讲，离子的交换势随树脂的性质而异，没有一般性的规律。,（7）氢氧基对阴离子交换树脂的交换势决定于树脂类型。,（8）离子量高的有机离子和金属络合离子的交换势特别大。,（9）大孔型树脂具有很强的吸附性能，往往可

14、以吸附废水中的非离子型杂质。,4.离子交换树脂的选择、保存、使用,树脂选择树脂保存树脂使用,（1）树脂选择,离子交换法主要用于除去水中可溶性盐类。选择树脂时应综合考虑原水水质、处理要求、交换工艺以及投资和运行费用等因素。当分离无机阳离子或有机碱性物质时，宜选用阳树脂；分离无机阴离子或有机酸时，宜采用阴树脂。对氨基酸等两性物质的分离，既可用阳树脂，也可用阴树脂。,（1）树脂选择,对某些贵金属和有毒金属离子（如 Hg2）可选择螯合树脂交换回收。对有机物（如酚），宜用低交联度的大孔树脂处理。绝大多数脱盐系统都采用强型树脂。,（2）树脂保存,树脂宜040下存放，当环境温度低于0，或发现树脂脱水后，应向包装袋内加入饱和食盐水浸泡。对长时期停运而闲置在交换器中的树脂应定期换水。通常强型树脂以盐型保存，弱酸树脂以氢型保存。弱碱树脂以游离胺型保存，性能最稳定。,（3）树脂使用,树脂在使用前应进行适当的预处理，以去除杂质。最好分别用水、5HCl、24NaOH反复浸泡清洗两次，每次48h。,