吸附和离子交换课件

第二节吸附第二节吸附吸附现象

A 冰箱除异味B 变色硅胶吸附现象一、吸附概述一、吸附概述1吸附法功能与特点功能去除水中溶解态微量污染物。有机物胶体粒子重金属离子放射性元素其他（微生物、余氯、臭味、色度）

一、吸附概述1吸附法功能与特点功能一、吸1吸附法功能与特点特点深度处理可回收有用物料进水预处理要求高运转费用贵一、吸附概述1吸附法功能与特点特点一、吸附概述一、吸附概述吸附物理吸附化学吸附吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力(即范徳华力)而产生的吸附吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附一、吸附概述吸附物理吸附化学吸附吸附剂与吸附物质之间是通过分2.1吸附机理及分类

物理吸附

分子间力(范德华力)引起没有选择性放热较小，约42kJ／mol或更少多分子层吸附吸附剂的比表面积和细孔分布影响大一、吸附概述2.1吸附机理及分类一、吸附概述2.1吸附机理及分类

化学吸附化学反应，形成牢固的化学键放热量较大，约84—420kJ／mol有选择性单分子层吸附表面化学性质和化学性质影响大一、吸附概述2.1吸附机理及分类一、吸附概述二、吸附平衡与吸附等温式吸附过程中，固、液两相经过成分接触后，最后将达到吸附与脱附的动态平衡。达到平衡时，单位吸附剂所吸附的物质的数量称为平衡吸附量，常用qe(mg/g)表示。

二、吸附平衡与吸附等温式吸附过程中，固、液两相经过成分接触后平衡吸附量计算公式：

式中：

V－溶液体积，L；

c0、ce－分别为溶质的初始和平衡浓度，mg/L；

x－吸附剂吸附的溶质总量，mgm－投加吸附剂总量，g。平衡吸附量计算公式：二、吸附平衡与吸附等温式二、吸附平衡与吸附等温式

一般认为，1/n值介于0.1～0.5，则易于吸附，1/n>2时难以吸附。利用K和1/n两个常数，可以比较不同吸附剂的特性。适用于中等浓度的溶液二、吸附平衡与吸附等温式一般认为，1/n值介于0.1～0.5，则易于吸附，1/n>2.2吸附平衡与吸附等温式2、Langmuir吸附等温式

理论假设：吸附剂表面均一吸附是单分子层的

二、吸附平衡与吸附等温式2.2吸附平衡与吸附等温式2、Langmuir吸2.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。二、吸附平衡与吸附等温式2.Langmuir吸附等温式：二、吸附平衡与吸附等温式2.2吸附平衡与吸附等温式3.B.E.T吸附等温式

假定发生多分子层吸附。在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，而且不一定等第一层吸满后再吸附第二层。第一层吸附是靠吸附剂与吸附质间的分子引力，而第二层以后是靠吸附质分子间的引力。总吸附量等于各层吸附量之和。2.2吸附平衡与吸附等温式3.B.E.T吸附等2.2吸附平衡与吸附等温式3.B.E.T吸附等温式

式中a，B——常数；

Cs——吸附质饱和浓度，mg/LCe——平衡浓度，mg/L。2.2吸附平衡与吸附等温式3.B.E.T吸附等三、影响吸附的因素衡量指标吸附能力吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量吸附阶段颗粒外部扩散阶段孔隙扩散阶段吸附反应阶段吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面三、影响吸附的因素衡量指标吸附能力吸附速度固体吸附剂用吸附量吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。外部扩散速度与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正比吸附剂颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度孔隙扩散速度吸附剂颗粒越小，速度越快三、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。外部扩散速度与

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。

极性分子(或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子)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。三、影响吸附的因素吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性质对四、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。

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。四、吸附剂1.工业吸附剂必须满足的要求(1)吸附能力强；四、吸附剂四、吸附剂

四、吸附剂

1.活性炭

活性炭的再生

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。1.活性炭活性炭的再生再生再生方法加热再生法在高温条件下，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，成为气态逸出或断裂成低分子化学再生法通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来再生方法加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其活性炭再生方法比较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。活性炭再生方法比较用加热再生法处理活性炭时，炭的损失率高，而四、吸附剂

四、吸附剂

四、吸附剂

四、吸附剂

四、吸附剂

四、吸附剂

四、吸附剂

四、吸附剂

五、吸附工艺和设备操作方式连续式间歇式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，排除澄清液固定床移动床流化床吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中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，悬浮于由下而上的水流中五、吸附工艺和设备操作方式连续式间歇式将废水和吸附剂放在吸吸附的应用降流式固定吸附塔构造示意图吸附的应用降流式固定吸附塔构造示意图(a)(b)(c)固定床吸附操作示意图单床式多床串联式多床并联式(a)(b)(c)固定床吸附操作示意图单床式多床串联式多床并活性炭吸附工艺和设备活性炭吸附工艺和设备六、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。吸附法除汞流程六、吸附法在污水处理中的应用1.吸附法除汞第三节离子交换法第三节离子交换法概述一、离子交换法

离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换的一种特殊吸附现象。与其它吸附过程相比：主要吸附水中离子态物质；交换剂上的离子和水中离子进行“等当量”的交换。概述一、离子交换法概述二、发展1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换现象；1876年Lemberg揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系；1935年人工合成了离子交换树脂；1940年应用于工业生产；1951年我国开始合成树脂。概述二、发展1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4概述(一)给水处理

硬水软化、脱盐。纯水、高纯水的制备。

(二)废水处理

废水中金属离子：Zn2+、Cu2+、Cr6+、Cr3+

(三)工业生产

产品的提纯

三、应用概述(一)给水处理三、应用概述

1去除率高，净化效果好；

2可做到污染物的回收利用；

3对废水的预处理要求较高；

4树脂再生液需要进一步处置。四、特点概述1去除率高，净化效果好；四、特点离子交换树脂

固体球形颗粒，多孔网状结构；不溶于水；具有离子交换特性的有机高分子聚电解质。

(一)组成

离子交换树脂母体(骨架)活性基团固定离子可交换离子苯乙烯(单体)+二乙烯苯(交联剂)母体共聚H2SO4功能基反应R—SO3H固定离子可交换离子母体离子交换树脂固体球形颗粒，多孔网状结构；不离子交换树脂

(二)树脂分类按选择性按活动离子离子交换树脂H型OH型Na型离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂R—NH3OH强碱性阴离子交换树脂RNOH弱酸性阳离子交换树脂R—COOH强酸性阳离子交换树脂R—SO3HCl型离子交换树脂(二)树脂分类按活动离子离子交H型OH型离子交换树脂

(二)树脂分类按结构离子交换树脂凝胶型等孔型孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。大孔型离子交换树脂(二)树脂分类按结构离子交凝胶型等孔型孔离子交换树脂

(二)树脂分类按交联度离子交换树脂低交联度高交联度12%-20%7%-8%2%-4%一般交联度交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的离子和水合离子扩散速度越低，交换量越小。在水中浸泡，形变小，较稳定。离子交换树脂(二)树脂分类按交联度离子交低交联度高交树脂的特性离子交换树脂

(一)外观形状：透明或半透明的球状珠体。颜色：白、浅黄、赤褐色。(二)含水率

树脂孔隙内所含的水分，一般在40%～69%。与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高，含水率高。树脂的特性离子交换树脂(一)外观(二)含水率

(三)溶胀性

吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：溶胀的原因

水扩散到树脂交联网孔发生溶胀；活性基团离解形成水合离子。影响因素树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。活性基团：离解程度越大，溶胀率越大；可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。离子交换树脂(三)溶胀性溶胀的原因离子交换树脂离子交换树脂

(四)交换容量

单位体积湿树脂(容量表示法)或单位重量干树脂(重量表示法)可发生交换的活性基团数量。

容量表示法EV：mmol/ml、mol/l。

重量表示法EW

：mmol/g、mol/kg。

EV=EW×[湿比重×(1-含水率)]

全交换容量：单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。平衡交换容量：在一定的外界溶液条件下，交换反应达到平衡状态时，交换树脂所能交换的离子数量。工作交换容量：在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层达到的平均交换容量。离子交换树脂(四)交换容量

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：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。离子交换原理实质：不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交树脂的网络骨架树脂的网络骨架离子交换的过程：R-SO3H+Na+→R-SO3Na+H

+R-N(CH3)3Cl+OH-→R-N(CH3)3OH+Cl-

离子交换的过程：影响离子交换的选择性离子在离子交换树脂上的交换能力与离子的水合离子半径、电荷及离子的极化程度有关。水合离子半径↓，电荷↑，离子的极化程度↑，亲和力↑。

1在常温、稀溶液中离子价数越高，与固定离子的静电引力越大，越优先交换。

Cr3+＞Ca2+＞Na+PO43+＞SO42-＞Cl-

同价离子原子序数越大，与固定离子的静电引力越大（Ca,Mg）；稀土元素相反。

离子交换原理影响离子交换的选择性离子交换原理影响离子交换的选择性2在高浓度的溶液中

由于离子的水化作用不充分，水合离子的半径接近离子半径，原子序数越大，离子半径增大，离子表面电荷密度相对减小，与固定离子的静电引力越小。离子交换原理影响离子交换的选择性离子交换原理阳离子交换树脂1）强酸性阳离子交换树脂：

Li+

＜H+

＜Na+

＜NH4+

＜K+

＜Rb+

＜Cs+

＜Ag+

＜＜Mg2+＜Ca2+＜Zn2+＜Co2+＜Cu2+＜Cd2+＜Ni2+＜Sr2+＜Pb2+＜Ba2+＜Al3+＜Fe3+2）弱酸性阳离子交换树脂，H＋的亲合力大于阳离子，阳离子亲合力与强酸性阳离子交换树脂类似。离子交换原理阳离子交换树脂离子交换原理阴离子交换树脂1）强碱型阴离子交换树脂F-<OH-<CH3COO-<HCOO-<Cl-<NO2-<CN-<Br-<C2O42-<NO3-<

HSO4-<I-<CrO42-<SO42-<Cr2O72-

2）弱碱型阴离子交换树脂F-＜Cl-＜Br＜I-＜CH3COO-＜MoO42-＜PO43-＜AsO43-＜NO3-＜酒石酸根＜CrO42-

＜SO42-

＜Cr2O72-

＜OH-离子交换原理阴离子交换树脂离子交换原理

3树脂的结构和性质

树脂的交联度：交联度越高，选择性增加强酸(碱)、弱酸碱树脂的交换

4溶液的温度和pH温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。pH值：影响某些离子的存在状态，

Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+

影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。离子交换原理3树脂的结构和性质离子交换原理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离子交换树脂的选择、保存、使用树脂选择（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）树脂选择离子交换法主要用于除去水中可溶性盐类。选择树脂（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。（1）树脂选择对某些贵金属和有毒金属离子（如（2）树脂保存树脂宜0～40℃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。（2）树脂保存树脂宜0～40℃下存放，当环境温度低于0℃，或（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、5％HCl、2％～4％NaOH反复浸泡清洗两次，每次4～8h。（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。最离子交换工艺及设备二、动态交换

(一)装置类型

固定床系统单床、复床、混合床移动床和流动床一、离子交换操作方式静态交换动态交换离子交换工艺及设备二、动态交换一、离子交换操作方式第四节离子交换工艺及设备(二)工艺流程及操作过程工艺流程

运行过程废水预处理交换离子排放去除影响交换的杂质:悬浮物、油类、胶体吸附、过滤去除阳离子、阴离子反洗再生交换正洗第四节离子交换工艺及设备(二)工艺流程及操作1.交换

开启进水阀1和出水阀2，其余阀门关闭。2.反洗

目的在于松动树脂层，以便下一步再生时，注入的再生液能分布均匀，同时也及时地清除积存在树脂层内的杂质、碎粒和气泡。

先关闭阀门1和2，打开反洗阀3，然后再逐渐开大排水阀4进行反洗。3.再生

先关闭阀门3和4，打开排气阀7及排水阀5，将水放到离树脂层表面10cm左右，再关闭阀门5，开启进再生液阀门8，排出交换器内空气后，即关闭阀门7，再适当开启阀门5，进行再生。1.交换开启进水阀1和出水阀2，其余阀门关4.清洗

先关闭阀门8，然后开启阀门1及5。

固定床离子交换器的设计计算，根据物料平衡原理，可得如下基本公式：A——离子交换器截面积，m2； h——树脂层高度，m；E——交换树脂的工作交换容量，mmol/L; qv——废水平均流量，m3/h;c0——进水浓度，mmol/L; c——出水浓度，nmol/L；T——交换周期，h。4.清洗先关闭阀门8，然后开启阀门1及5离子交换工艺及设备树脂层离子交换规律——分层失效原理

(一)废水中只有一种离子B+离子交换工艺及设备树脂层离子交换规律——分层失效原理离子交换工艺及设备(二)废水中有几种离子B1+、B2+、B3+

且交换能力B1+＞B2+＞B3+

离子交换可对废水中不同离子进行分离。离子交换工艺及设备(二)废水中有几种离子B1+、离子交换工艺及设备树脂的再生

(一)再生的目的恢复树脂的交换能力回收有用物质(二)再生原理RA+B=RB+A如果显著增加A离子浓度，在浓差作用下，大量A离子向树脂内扩散，而树脂内的B则向溶液扩散。反应向左进行，从而达到树脂再生的目的。离子交换工艺及设备树脂的再生(一)再生的目离子交换工艺及设备(二)影响再生的因素

再生剂再生剂的种类

H型阳树脂：再生剂HCl或H2SO4，HCl优于H2SO4。

OH型阴树脂：再生剂Na2CO3或NaOH。

再生剂的浓度

HCl5～10%NaOH10～12%、4～8%再生剂用量1.2～3.0倍树脂体积。离子交换工艺及设备(二)影响再生的因素再生剂离子交换工艺及设备

再生方式

顺流再生

优点：工艺简单；操作方便、可靠。

缺点：有重复交换现象，再生剂用量高；工作交换容量低。离子交换工艺及设备再生方式

再生方式

逆流再生

优点：

避免重复交换；再生剂用量少。树脂底层再生干净，工作交换容量较高。

缺点：

设备较复杂。要求控制技术高。

第四节离子交换工艺及设备再生方式第四节离子交换工艺及设备离子交换设计

(一)根据废水水质和处理要求，选择离子交换剂。

(二)选择合适的再生剂，估算其用量。

(三)根据去除对象确定工艺流程及工艺参数。

1工艺流程的确定

2主要工艺参数

交换速度15～35m/h；反冲速度15m/h

再生剂流速10～15m/h

再生效率＞80%第四节离子交换工艺及设备离子交换设计(一)根据废水水质和处理要求

(四)离子交换柱尺寸确定

1离子交换柱高度HH=H1+H2+H3H1—树脂层高度；

H2—树脂层以上高度，膨胀率40～80%；

H3—底部配水区高度(0.4m)2交换柱内径D

式中：Q—处理水量；

(D≤3m)n—并联台数；

u—交换速度。第四节离子交换工艺及设备(四)离子交换柱尺寸确定第四节离子交换工艺及设备第五节应用二水的软化和除盐

(一)水质软化

1Na离子交换软化系统

2R—Na+Ca(HCO3)2=R2—Ca+2NaHCO32R—Na+CaSO4=R2—Ca+Na2SO4

2R—Na+MgCl2=R2—Mg+2NaCl2第五节应用二水的软化和除盐第五节应用2强酸性H离子交换脱碱软化系统

2R—H+Ca(HCO3)2=R2—Ca+2CO2+2H2O2R—H+CaCl2=R2—Ca+2HCl2R—H+NaCl=R—Na+2HCl

生成的CO2用CO2去除装置去除，HCl加碱中和。第五节应用2强酸性H离子交换脱碱软化系统第五节应用

(二)水的除盐

工艺流程：

强酸RH+脱除CO2+强碱ROH第五节应用(二)水的除盐工艺第五节应用三离子交换处理工业废水

(一)处理废水注意的问题

预处理悬浮物或油类浓度大于5～10mg/L时，采用过滤或吸附法。

有机污染和重金属污染采用大孔树脂；再生时适当加入氧化剂；选用高浓度再生剂。

pH值不同性质树脂使用；废水中污染物的存在状态。

水温提高离子内扩散和薄膜扩散速度；过高可引起树脂降解。第五节应用三离子交换处理工业废水(一第五节应用(二)离子交换处理电镀含铬废水

1废水的来源及水质特征

镀件酸洗清洗镀槽清洗成品

废酸液酸性水废镀液含铬废水

废电镀液：产生量少，浓度高。

含铬废水：产生量多，浓度低，水质情况为：

Cr6+浓度为20～150mg/L，存在形式Cr2O72-和CrO42-。金属离子Cr3+、Fe3+等；阴离子有SO42-

、Cl-等；

pH4～6。第五节应用(二)离子交换处理电镀含铬废水

2工艺流程及原理

废水过滤排放阳柱阴柱作用去除悬浮物、油类。作用nRH＋(Cr3+、Fe3+···

)

=Rn(Cr、Fe···

)＋nH+①改善水质;②调节废水pH，使Cr6+以Cr2O72-形式存在。作用

nROH＋(Cr2O72-、CrO42-、SO42-

、Cl-··)=Rn(Cr2O7、CrO4、SO4

、Cl···)＋nOH-2工艺流程及原理废水过滤排放阳柱阴柱作第五节应用3再生

阳柱

Rn(Cr、Fe)＋nH+=nRH＋(Cr3+、Fe3+)

阴柱

Rn(Cr2O7、CrO4、SO4

、Cl)＋nOH-

=nROH＋(Cr2O72-、CrO42-、SO42-

、Cl-)3铬回收

饱和后阳柱再生液为Na2CrO4

设一阳离子交换柱：

2RH+Na2CrO4=H2CrO4+2RNa第五节应用3再生3铬回收吸附和离子交换课件吸附和离子交换课件第二节吸附第二节吸附吸附现象

A 冰箱除异味B 变色硅胶吸附现象一、吸附概述一、吸附概述1吸附法功能与特点功能去除水中溶解态微量污染物。有机物胶体粒子重金属离子放射性元素其他（微生物、余氯、臭味、色度）

一、吸附概述1吸附法功能与特点功能一、吸1吸附法功能与特点特点深度处理可回收有用物料进水预处理要求高运转费用贵一、吸附概述1吸附法功能与特点特点一、吸附概述一、吸附概述吸附物理吸附化学吸附吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力(即范徳华力)而产生的吸附吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附一、吸附概述吸附物理吸附化学吸附吸附剂与吸附物质之间是通过分2.1吸附机理及分类

物理吸附

分子间力(范德华力)引起没有选择性放热较小，约42kJ／mol或更少多分子层吸附吸附剂的比表面积和细孔分布影响大一、吸附概述2.1吸附机理及分类一、吸附概述2.1吸附机理及分类

化学吸附化学反应，形成牢固的化学键放热量较大，约84—420kJ／mol有选择性单分子层吸附表面化学性质和化学性质影响大一、吸附概述2.1吸附机理及分类一、吸附概述二、吸附平衡与吸附等温式吸附过程中，固、液两相经过成分接触后，最后将达到吸附与脱附的动态平衡。达到平衡时，单位吸附剂所吸附的物质的数量称为平衡吸附量，常用qe(mg/g)表示。

二、吸附平衡与吸附等温式吸附过程中，固、液两相经过成分接触后平衡吸附量计算公式：

式中：

V－溶液体积，L；

c0、ce－分别为溶质的初始和平衡浓度，mg/L；

x－吸附剂吸附的溶质总量，mgm－投加吸附剂总量，g。平衡吸附量计算公式：二、吸附平衡与吸附等温式二、吸附平衡与吸附等温式

一般认为，1/n值介于0.1～0.5，则易于吸附，1/n>2时难以吸附。利用K和1/n两个常数，可以比较不同吸附剂的特性。适用于中等浓度的溶液二、吸附平衡与吸附等温式一般认为，1/n值介于0.1～0.5，则易于吸附，1/n>2.2吸附平衡与吸附等温式2、Langmuir吸附等温式

理论假设：吸附剂表面均一吸附是单分子层的

二、吸附平衡与吸附等温式2.2吸附平衡与吸附等温式2、Langmuir吸2.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。二、吸附平衡与吸附等温式2.Langmuir吸附等温式：二、吸附平衡与吸附等温式2.2吸附平衡与吸附等温式3.B.E.T吸附等温式

假定发生多分子层吸附。在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，而且不一定等第一层吸满后再吸附第二层。第一层吸附是靠吸附剂与吸附质间的分子引力，而第二层以后是靠吸附质分子间的引力。总吸附量等于各层吸附量之和。2.2吸附平衡与吸附等温式3.B.E.T吸附等2.2吸附平衡与吸附等温式3.B.E.T吸附等温式

式中a，B——常数；

Cs——吸附质饱和浓度，mg/LCe——平衡浓度，mg/L。2.2吸附平衡与吸附等温式3.B.E.T吸附等三、影响吸附的因素衡量指标吸附能力吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量吸附阶段颗粒外部扩散阶段孔隙扩散阶段吸附反应阶段吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面三、影响吸附的因素衡量指标吸附能力吸附速度固体吸附剂用吸附量吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。外部扩散速度与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正比吸附剂颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度孔隙扩散速度吸附剂颗粒越小，速度越快三、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。外部扩散速度与

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。

极性分子(或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子)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。三、影响吸附的因素吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性质对四、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。

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。四、吸附剂1.工业吸附剂必须满足的要求(1)吸附能力强；四、吸附剂四、吸附剂

四、吸附剂

1.活性炭

活性炭的再生

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。1.活性炭活性炭的再生再生再生方法加热再生法在高温条件下，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，成为气态逸出或断裂成低分子化学再生法通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来再生方法加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其活性炭再生方法比较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。活性炭再生方法比较用加热再生法处理活性炭时，炭的损失率高，而四、吸附剂

四、吸附剂

四、吸附剂

四、吸附剂

四、吸附剂

四、吸附剂

四、吸附剂

四、吸附剂

五、吸附工艺和设备操作方式连续式间歇式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，排除澄清液固定床移动床流化床吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中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，悬浮于由下而上的水流中五、吸附工艺和设备操作方式连续式间歇式将废水和吸附剂放在吸吸附的应用降流式固定吸附塔构造示意图吸附的应用降流式固定吸附塔构造示意图(a)(b)(c)固定床吸附操作示意图单床式多床串联式多床并联式(a)(b)(c)固定床吸附操作示意图单床式多床串联式多床并活性炭吸附工艺和设备活性炭吸附工艺和设备六、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。吸附法除汞流程六、吸附法在污水处理中的应用1.吸附法除汞第三节离子交换法第三节离子交换法概述一、离子交换法

离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换的一种特殊吸附现象。与其它吸附过程相比：主要吸附水中离子态物质；交换剂上的离子和水中离子进行“等当量”的交换。概述一、离子交换法概述二、发展1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换现象；1876年Lemberg揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系；1935年人工合成了离子交换树脂；1940年应用于工业生产；1951年我国开始合成树脂。概述二、发展1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4概述(一)给水处理

硬水软化、脱盐。纯水、高纯水的制备。

(二)废水处理

废水中金属离子：Zn2+、Cu2+、Cr6+、Cr3+

(三)工业生产

产品的提纯

三、应用概述(一)给水处理三、应用概述

1去除率高，净化效果好；

2可做到污染物的回收利用；

3对废水的预处理要求较高；

4树脂再生液需要进一步处置。四、特点概述1去除率高，净化效果好；四、特点离子交换树脂

固体球形颗粒，多孔网状结构；不溶于水；具有离子交换特性的有机高分子聚电解质。

(一)组成

离子交换树脂母体(骨架)活性基团固定离子可交换离子苯乙烯(单体)+二乙烯苯(交联剂)母体共聚H2SO4功能基反应R—SO3H固定离子可交换离子母体离子交换树脂固体球形颗粒，多孔网状结构；不离子交换树脂

(二)树脂分类按选择性按活动离子离子交换树脂H型OH型Na型离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂R—NH3OH强碱性阴离子交换树脂RNOH弱酸性阳离子交换树脂R—COOH强酸性阳离子交换树脂R—SO3HCl型离子交换树脂(二)树脂分类按活动离子离子交H型OH型离子交换树脂

(二)树脂分类按结构离子交换树脂凝胶型等孔型孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。大孔型离子交换树脂(二)树脂分类按结构离子交凝胶型等孔型孔离子交换树脂

(二)树脂分类按交联度离子交换树脂低交联度高交联度12%-20%7%-8%2%-4%一般交联度交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的离子和水合离子扩散速度越低，交换量越小。在水中浸泡，形变小，较稳定。离子交换树脂(二)树脂分类按交联度离子交低交联度高交树脂的特性离子交换树脂

(一)外观形状：透明或半透明的球状珠体。颜色：白、浅黄、赤褐色。(二)含水率

树脂孔隙内所含的水分，一般在40%～69%。与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高，含水率高。树脂的特性离子交换树脂(一)外观(二)含水率

(三)溶胀性

吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：溶胀的原因

水扩散到树脂交联网孔发生溶胀；活性基团离解形成水合离子。影响因素树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。活性基团：离解程度越大，溶胀率越大；可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。离子交换树脂(三)溶胀性溶胀的原因离子交换树脂离子交换树脂

(四)交换容量

单位体积湿树脂(容量表示法)或单位重量干树脂(重量表示法)可发生交换的活性基团数量。

容量表示法EV：mmol/ml、mol/l。

重量表示法EW

：mmol/g、mol/kg。

EV=EW×[湿比重×(1-含水率)]

全交换容量：单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。平衡交换容量：在一定的外界溶液条件下，交换反应达到平衡状态时，交换树脂所能交换的离子数量。工作交换容量：在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层达到的平均交换容量。离子交换树脂(四)交换容量

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：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。离子交换原理实质：不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交树脂的网络骨架树脂的网络骨架离子交换的过程：R-SO3H+Na+→R-SO3Na+H

+R-N(CH3)3Cl+OH-→R-N(CH3)3OH+Cl-

离子交换的过程：影响离子交换的选择性离子在离子交换树脂上的交换能力与离子的水合离子半径、电荷及离子的极化程度有关。水合离子半径↓，电荷↑，离子的极化程度↑，亲和力↑。

1在常温、稀溶液中离子价数越高，与固定离子的静电引力越大，越优先交换。

Cr3+＞Ca2+＞Na+PO43+＞SO42-＞Cl-

同价离子原子序数越大，与固定离子的静电引力越大（Ca,Mg）；稀土元素相反。

离子交换原理影响离子交换的选择性离子交换原理影响离子交换的选择性2在高浓度的溶液中

由于离子的水化作用不充分，水合离子的半径接近离子半径，原子序数越大，离子半径增大，离子表面电荷密度相对减小，与固定离子的静电引力越小。离子交换原理影响离子交换的选择性离子交换原理阳离子交换树脂1）强酸性阳离子交换树脂：

Li+

＜H+

＜Na+

＜NH4+

＜K+

＜Rb+

＜Cs+

＜Ag+

＜＜Mg2+＜Ca2+＜Zn2+＜Co2+＜Cu2+＜Cd2+＜Ni2+＜Sr2+＜Pb2+＜Ba2+＜Al3+＜Fe3+2）弱酸性阳离子交换树脂，H＋的亲合力大于阳离子，阳离子亲合力与强酸性阳离子交换树脂类似。离子交换原理阳离子交换树脂离子交换原理阴离子交换树脂1）强碱型阴离子交换树脂F-<OH-<CH3COO-<HCOO-<Cl-<NO2-<CN-<Br-<C2O42-<NO3-<

HSO4-<I-<CrO42-<SO42-<Cr2O72-

2）弱碱型阴离子交换树脂F-＜Cl-＜Br＜I-＜CH3COO-＜MoO42-＜PO43-＜AsO43-＜NO3-＜酒石酸根＜CrO42-

＜SO42-

＜Cr2O72-

＜OH-离子交换原理阴离子交换树脂离子交换原理

3树脂的结构和性质

树脂的交联度：交联度越高，选择性增加强酸(碱)、弱酸碱树脂的交换

4溶液的温度和pH温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。pH值：影响某些离子的存在状态，

Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+

影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。离子交换原理3树脂的结构和性质离子交换原理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离子交换树脂的选择、保存、使用树脂选择（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）树脂选择离子交换法主要用于除去水中可溶性盐类。选择树脂（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。（1）树脂选择对某些贵金属和有毒金属离子（如（2）树脂保存树脂宜0～40℃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。（2）树脂保存树脂宜0～40℃下存放，当环境温度低于0℃，或（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、5％HCl、2％～4％NaOH反复浸泡清洗两次，每次4～8h。（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。最离子交换工艺及设备二、动态交换

(一)装置类型

固定床系统单床、复床、混合床移动床和流动床一、离子交换操作方式静态交换动态交换离子交换工艺及设备二、动态交换一、离子交换操作方式第四节离子交换工艺及设备(二)工艺流程及操作过程工艺流程

运行过程废水预处理交换离子排放去除影响交换的杂质:悬浮物、油类、胶体吸附、过滤去除阳离子、阴离子反洗再生交换正洗第四节离子交换工艺及设备(二)工艺流程及操作1.交换

开启进水阀1和出水阀2，其余阀门关闭。2.反洗

目的在于松动树脂层，以便下一步再生时，注入的再生液能分布均匀，同时也及时地清除积存在树脂层内的杂质、碎粒和气泡。

先关闭阀门1和2，打开反洗阀3，然后再逐渐开大排水阀4进行反洗。3.再生

先关闭阀门3和4，打开排气阀7及排水阀5，将水放到离树脂层表面10cm左右，再关闭阀门5，开启进再生液阀门8，排出交换器内空气后，即关闭阀门7，再适当开启阀门5，进行再生。1.交换开启进水阀1和出水阀2，其余阀门关4.清洗

先关闭阀门8，然后开启阀门1及5。

固定床离子交换器的设计计算，根据物料平衡原理，可得如下基本公式：A——离子交换器截面积，m2； h——树脂层高度，m；E——交换树脂的工作交换容量，mmol/L; qv——废水平均流量，m3/h;c0——进水浓度，mmol/L; c——出水浓度，nmol/L；T——交换周期，h。4.清洗先关闭阀门8，然后开启阀门1及5离子交换工艺及设备树脂层离子交换规律——分层失效原理

(一)废水中只有一种离子B+离子交换工艺及设备树脂层离子交换规律——分层失效原理离子交换工艺及设备(二)废水中有几种离子B1+、B2+、B3+

且交换能力B1+＞B2+＞B3+

离子交换可对废水中不同离子进行分离。离子交换工艺及设备(二)废水中有几种离子B1+、离子交换工艺及设备树脂的再生

(一)再生的目的恢复树脂的交换能力回收有用物质(二)再生原理RA+B=RB+A如果显著增加A离子浓度，在浓差作用下，大量A离子向树脂内扩散，而树脂内的B则向溶液扩散。反应向左进行，从而达到树脂再生的目的。离子交换工艺及设备树脂的再生(一)再生的目离子交换工艺及设备(二)影响再生的因素

再生剂再生剂的种类

H型阳树脂：再生剂HCl或H2SO4，HCl优于H2SO4。

OH型阴树脂：再生剂Na2CO3或NaOH。

再生剂的浓度

HCl5～10%NaOH10～12%、4～8%再生剂用量1.2～3.0倍树脂体积。离子交换工艺及设备(二)影响再生的因素再生剂离子交换工艺及设备

再生方式

顺流再生

优点：工艺简单；操作方便、可靠。

缺点：有重复交换现象，再生剂用量高；工作交换容量低。离子交换工艺及设备再生方式

再生方式

逆流再生

优点：

避免重复交换；再生剂用量少。树脂底层再生干净，工作交换容量较高。

缺点：

设备较复杂。要求控制技术高。

第四节离子交换工艺及设备再生方式第四节离子交换工艺及设备离子交换设计

(一)根据废水水质和处理要求，选择离子交换剂。

(二)选择合适的再生剂，估算其用量。

(三)根据去除对象确定工艺流程及工艺参数。

1工艺流程的确定

2主要工艺参数

交换速度15～35m/h；反冲速度15m/h

再生剂流速10～15m/h

再生效率＞80%第四节离子交换工艺及设备离子交换设计(一)根据废水水质和处理要求

(四)离子交换柱尺寸确定

1离子交换柱高度H