水污染5、6章解析.ppt

第五章 污水的物理化学处理 利用物理化学的原理和化工单元操作可以去除污水中的杂质，它的处理对象主要是污水中无机的或有机的溶解物质或胶体物质，尤其适用于处理杂质浓度很高的污水或是很低浓度的废水。 第一节 吸附法 一、基本原理 1、固体表面上的吸附作用 ＼在固体和气体或固体和液体组成的两相体系中，在相界面上出现的气相组分或溶质组分浓度升高（常称为浓缩）的现象，称为固体吸附。这种对溶质有吸附能力的固体称为吸附剂，而被固体吸附的物质称为吸附质。 ＼根据固体表面吸附力的不同，吸附可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种类型。 →物理吸附：吸附剂和吸附质之间是通过分子间的引力（即范德华力）而产生的吸附。由于分子引力普遍存在于各种吸附剂与吸附质之间，故物理吸附无选择性。此外，物理吸附的吸附速度和解吸速度都较大，易达到平衡状态。一般在低温下进行的吸附主要是物理吸附。 →化学吸附：吸附剂和吸附质之间产生了化学作用，生成化学键。由于生成化学键，所以化学吸附是有选择性的，且不易吸附和解吸，达到平衡慢。化学吸附速度随温度的升高而增加，故化学吸附常在较高的温度下进行。 →离子交换吸附：一种吸附质的离子，由于静电引力，被吸附在吸附剂表面的带电点上，由此产生的吸附叫离子交换吸附。由于这种吸附兼有吸收现象，又称为吸着。在这种吸附过程中，伴随着等当量的离子交换。如果吸附质的浓度相同，离子带的电荷越多，吸附就越强。对电荷相同的离子，水化半径越小，越能紧密地接近于吸附点，越有利于吸附。 ＼固体吸附剂吸附能力的大小可用吸附量来衡量。吸附量qe的测定方法为：在一定体积V（L）和一定浓度C0（mg/L）的废水中，投加一定量的吸附剂m(mg)，经搅拌混合，直到废水浓度Ce（mg/L）不再改变，即吸附达到平衡为止。则吸附量为： x：吸附剂吸附的溶质总量，mg。 2、等温吸附规律——平衡吸附模型 在温度固定的情况下，吸附量与溶液浓度之间的关系，称为等温吸附规律。表达这一关系的数学式称为吸附等温式。根据这种关系绘制出的曲线图，称为吸附等温线。 A：Freundlich等温吸附式 Frenudich通过实验得出平衡吸附量qe与平衡浓度Ce关系曲线的经验方程： 式中n,Kf表示在一定浓度范围内表达吸附过程的经验常数。将上式改为对数式：以lgqe和lgCe为坐标，即可绘制出直线形式的吸附等温线。1/n称为吸附指数，一般认为1/n介于0.1~0.5之间，则容易吸附，而1/n大于2则难以吸附。※Freundlich 方程式只实用于中等浓度的溶液。 B：Langmuir吸附等温式： Langmuir认为固体表面由大量的吸附活性中心点构成，吸附只在这些活性中心点发生，活性中心点的吸附作用范围大致为分子大小，每个活性中心只能吸附一个分子，当表面吸附活性中心全部被占满时，吸附量达到饱和值，在吸附剂表面上分布被吸附物质的单分子层。根据上述假设和动力学原理，推导出相应的吸附等温式： qe—达到任一平衡状态时的吸附量； qe0—达到饱和时的极限吸附量， a —与吸附能有关的常数； Ce—溶液的平衡浓度。 Langmuir吸附等温式是一条双曲线，当溶液浓度很大时，即Ce＞＞a时，上式可写为：qe=qe0；当溶液浓度很小时，即Ce＜＜a时，则qe=qe0Ce/a Langmuir吸附等温式适用于各种浓度条件。 C：BET吸附等温式▲该理论认为，固体表面均匀分布着大量吸附活性中心点，可以吸附溶质分子，并且被吸附的第一层分子本身又可以成为吸附中心，再吸附第二层分子，第二层分子又可吸附第三层，……从而形成多分子层吸附。 3、吸附速度—吸附动力学 ＃吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。 →在废水处理中，吸附速度决定了废水和吸附剂的接触时间。吸附速度越快，所需的接触时间就越短，吸附设备容积也可以越小。 →吸附速度决定了吸附剂对吸附质的吸附过程。吸附剂对溶液中吸附质吸附过程基本上可分为三个连续阶段： №1：颗粒外部扩散阶段（又称为膜扩散），吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面； №2：孔隙扩散阶段，吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散； №3；吸附反应阶段，吸附质被吸附剂吸附在孔隙内的表面上。一般而言，吸附速度主要由膜扩散或孔隙扩散速度来控制。 →根据实验得：颗粒外部膜扩散速度与溶液浓度成正比。对一定表面积的吸附剂，膜扩散速度还与吸附剂的表面积的大小成正比。 →孔隙扩散速度与吸附剂孔隙的大小及结构、吸附质颗粒大小及结构等因素有关。一般而言，吸附剂颗粒越小，孔隙扩