溶解态污染物的物理化学处理法

1、 张毅张毅 第第 一一 节节 吸吸 附附 法法第第 二二 节节 离子交换法离子交换法第第 三三 节节 膜膜 析析 法法第 一 节 吸 附 法吸附法利用固体吸附剂的物理吸附和化学吸附性能，去除水中吸附法利用固体吸附剂的物理吸附和化学吸附性能，去除水中多种污染物的过程。多种污染物的过程。 吸附内容吸附内容 1、吸附原理、吸附原理 2、影响因素、影响因素 3、吸附剂、吸附剂 4、吸附工艺与设备、吸附工艺与设备 一、 吸附原理吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质或吸附气吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质或吸附气体中某些物质的能力体中某些物质的能力,比表面积较大的固体物质。比表面积较大的固体物

2、质。吸吸附附物理吸附物理吸附离子交换吸附离子交换吸附吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力力(即范徳华力即范徳华力)而产生的吸附而产生的吸附无选择性无选择性吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成生成化学键化学键引起吸附引起吸附有选择性有选择性化学吸附化学吸附吸附质由于静电引力被吸附在吸附剂表面的带吸附质由于静电引力被吸附在吸附剂表面的带电点上，此吸附为离子交换吸附电点上，此吸附为离子交换吸附二、影响吸附的因素衡量衡量指标指标吸附能力吸附能力吸附速度吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位单位质

3、量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量时间内所吸附的物质量吸附吸附阶段阶段颗粒外部颗粒外部扩散阶段扩散阶段孔隙扩散孔隙扩散阶段阶段吸附反应吸附反应阶段阶段吸附质从溶液中扩散到吸附吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面内的吸附点表面吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。外部扩外部扩散速度散速度与溶液浓度成正比与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正与吸附剂的比表面积的大小成正比比吸附剂颗粒直径越小，速度越快吸附剂

4、颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度可提高速度孔隙扩孔隙扩散速度散速度吸附剂颗粒越小，速度越快吸附剂颗粒越小，速度越快 吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性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。质对吸附有很大影响。 极性分子极性分子(或离子或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子或离子)型的吸附质。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。非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。三、吸附剂三、吸附剂活性炭活性炭 在水处理中较多采用颗粒活性炭。在水处理中较多采用颗

5、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况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去,恢复恢复它的吸附能力。它的吸附能力。再再生生方方法法加热再生法加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子逸出或断裂成低分子化学再生法化学再生法通过化学反应，使吸附质转化为通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的

6、物质而解吸下来易溶于水的物质而解吸下来四、 吸附工艺和设备操操作作方方式式连续式连续式间歇式间歇式将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min30min左右，左右，然后静置沉淀，排除澄清液然后静置沉淀，排除澄清液固定床固定床移动床移动床流化床流化床吸附剂固定填放在吸附柱吸附剂固定填放在吸附柱( (或塔或塔) )中中在操作过程中定期地将接近饱和的在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由

7、下而上的水流中浮于由下而上的水流中第二节 离子交换法 实质：不溶性离子化合物实质：不溶性离子化合物(离子交换剂离子交换剂)上的可交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。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：离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：HRMMRH交换交换树脂树脂交换交换离子离子饱和饱和树脂树脂 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：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：KRHMRMH K值的大小能定量地反映离值的大

8、小能定量地反映离子交换剂对某两个固定离子交换子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。选择性的大小。一、离子交换剂一、离子交换剂 离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体(又称又称母体或骨架母体或骨架)和活性基团两个部分组成。和活性基团两个部分组成。种类种类凝胶型树脂凝胶型树脂大孔型树脂大孔型树脂多孔凝胶型树脂多孔凝胶型树脂巨孔型树脂巨孔型树脂高巨孔型树脂高巨孔型树脂按活性基团按活性基团可分为可分为含有酸性基团的阴离子交换树脂含有酸性基团的阴离子交换树脂含有碱性基团的阳离子交换树脂含有碱性基团的阳离子交换树脂含有胺羧基团等的螯合树脂含有胺

9、羧基团等的螯合树脂含有氧化还原基团的氧化还原树脂含有氧化还原基团的氧化还原树脂两性树脂两性树脂种类和种类和孔结构孔结构二、离子交换树脂的选用二、离子交换树脂的选用1. 离子交换树脂的有效离子交换树脂的有效pH范围范围树脂类型强酸性离子交换树脂弱酸性离子交换树脂强碱性离子交换树脂弱碱性离子交换树脂有效pH范围114514112072. 交换容量交换容量 定量表示树脂交换能力的大小，单位为定量表示树脂交换能力的大小，单位为mol/kg(干树干树脂脂)或或mol/L(湿树脂湿树脂)3. 交联度交联度 交联度较高的树脂，孔隙较低，密度较大，离子扩散速度较低，交联度较高的树脂，孔隙较低，密度较大，离子扩

10、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。度较低，形变较小，也就比较稳定，不易破碎。4. 交换势交换势 交换势大，交换离子越容易取代树脂上的可交换离子，也就表交换势大，交换离子越容易取代树脂上的可交换离子，也就表明交换离子与树脂之间的亲和力越大。明交换离子与树脂之间的亲和力越大。规规 律律 （1）离子的交换的交换势）离子的交换的交换势, 除同它本身和离子交换树除同它本身和离子交换树脂的化学性质有关外脂的化学性质有关外, 温度和浓度的影响都很大。温度和浓度的影响都很大。

11、 （2）在常温和低浓度水溶液中，阳离子的价态越高，）在常温和低浓度水溶液中，阳离子的价态越高，它的交换势越大。它的交换势越大。 （3）在常温和低浓度水溶液中，同价阳离子的交换势）在常温和低浓度水溶液中，同价阳离子的交换势大致上是：原子序数越高，交换势越大。大致上是：原子序数越高，交换势越大。 （4）氢离子和氢氧根离子交换势取决于它们与固定离）氢离子和氢氧根离子交换势取决于它们与固定离子形成的酸或碱的强度，强度越大，交换势越小。子形成的酸或碱的强度，强度越大，交换势越小。 （5）金属在溶液中呈络阴离子存在时，一般来说交换）金属在溶液中呈络阴离子存在时，一般来说交换势降低。势降低。1. 过虑（交换

12、）过虑（交换） +从废水中分离需要除去的离子的过程。从废水中分离需要除去的离子的过程。离子交换工艺过程：过虑（交换）、反洗、再生、清洗离子交换工艺过程：过虑（交换）、反洗、再生、清洗 +交换柱分为：饱和层、工作层、新料层交换柱分为：饱和层、工作层、新料层 +工作过程中，工作层不断下移，达到底部，出水中工作过程中，工作层不断下移，达到底部，出水中出现需去除的离子，穿透点出现。出现需去除的离子，穿透点出现。 +继续通入废水，出水与进水中需除去的离子浓度相继续通入废水，出水与进水中需除去的离子浓度相等，交换柱能力耗尽，达到饱和。等，交换柱能力耗尽，达到饱和。 +实际操作中，达到穿透点，停止工作，要进

13、行树实际操作中，达到穿透点，停止工作，要进行树脂再生。脂再生。2. 反洗反洗 目的：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入；二是清除积存目的：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入；二是清除积存在树脂层内的杂质、碎粒等。在树脂层内的杂质、碎粒等。 反冲洗水：自来水或废的再生液反冲洗水：自来水或废的再生液3. 再生再生 再生动力：反应系统离子浓度差再生动力：反应系统离子浓度差 再生方式（固定床）：顺流再生和逆流再生再生方式（固定床）：顺流再生和逆流再生 再生方法：一次再生强酸强碱再生方法：一次再生强酸强碱 二次再生弱酸弱碱（洗脱再生二次再生弱酸弱碱（洗脱再生+转型再生）转型再生）4. 清洗清洗 目的：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应物。目的：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应物。 一般清洗时水流方向与过虑一致一般清洗时水流方向与过虑一致第 三 节 膜 析 法 膜析法是利用具有选择透过性薄膜以分离水溶液中膜析法是利用具有选择透过性薄膜以分离水溶液中某些物质的方法总称。某些物质的方法总称。1、半透膜作用、半透膜作用半透膜的渗半透膜的渗析作用析作用依靠薄膜中依靠薄膜中“孔道孔道”的大小分离不同的大小分离不同的分子或离子的分子或离子依靠薄膜的离子结构分离性质不同依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子的离子2、膜析法分类、膜析法分类动力动力分子扩散作用分