1、水污染水污染控制工程控制工程1第七章 吸附第七章 吸附2本章内容 吸附法基本理论 吸附剂及其再生 吸附工艺与设计 吸附法的应用第七章 吸附3概 述在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象称为吸附。吸附作用可发生在气/液、气/固、固/液相之间。在水处理中主要利用比表面积大的固体物质对物质的吸附作用，通过物理或化学作用使污染物去除。具有吸附能力的固体物质称为具有吸附能力的固体物质称为吸附剂吸附剂废水中被吸附的物质则称为废水中被吸附的物质则称为吸附质吸附质。第七章 吸附4活性碳沸石离子交换树脂水处理中常用的吸附剂是水处理中常用的吸附剂是活性炭活性炭。许多水厂已经将。许多水厂已经将滤池中的滤池中
2、的无烟煤换成颗粒状活性炭无烟煤换成颗粒状活性炭，以控制味与嗅的产生。，以控制味与嗅的产生。吸吸 附附 剂剂第七章 吸附5吸附质去除对象l有机物（酚类,硝基苯类，POPs)l胶体粒子l重金属离子(Cd2+,As2+)l放射性元素l其他（微生物、余氯、臭味、色度）功能：去除水中溶解态微量污染物第七章 吸附6松花江污染事件松花江污染事件第七章 吸附7第一节 吸附的基本理论第七章 吸附87.1.1 吸附机理及分类 发生吸附的主要原因：发生吸附的主要原因：溶质的疏水特性溶质的憎水性越大，向吸附界面移动的可能性越大。溶质的憎水性越大，向吸附界面移动的可能性越大。溶质对固体颗粒的高度亲合力。溶质与吸附剂之间
3、的溶质与吸附剂之间的吸附力吸附力可分为三种：可分为三种：静电引力静电引力、范范德华力德华力或或化学键力化学键力。水相水相固相固相水相水相极性基亲水，非极性基亲固第七章 吸附9吸附类型根据固体表面吸附力的不同物理吸附化学吸附离子交换吸附。第七章 吸附10（1）物理吸附分子间力(范德华力)引起没有选择性 但分子引力随分子量增大而增加但分子引力随分子量增大而增加吸附时表面能降低，放热较小，约42kJmol或更少，低温就能进行。多分子层吸附吸附力弱，比较容易解吸。主要影响因素：吸附剂的比表面积和细孔分布。第七章 吸附11（2）化学吸附化学反应，形成牢固的化学键放热量较大，约84420kJmol，升温可
4、加快吸附速度有选择性，吸附牢固，难解吸单分子层吸附影响因素：吸附剂的表面化学性质吸附质的化学性质。利用化学吸附处理毒性很强的污染物更安全。第七章 吸附12（3）离子交换吸附正负电荷间静电引力引起吸附剂表面带电点离子置换影响因素：离子电荷数离子所带电荷越多，吸附越强离子所带电荷越多，吸附越强水化半径电荷相同的离子，水化半径越小，越易被吸电荷相同的离子，水化半径越小，越易被吸附附水处理中大多吸附现象往往是上述三种吸附作用的综合结果水处理中大多吸附现象往往是上述三种吸附作用的综合结果第七章 吸附137.1.2 吸附平衡与吸附等温式(1)吸附平衡 吸附过程是一个吸附和解吸的可逆过程，当吸附达到平衡时，
5、吸附质在溶液中和吸附剂表面的浓度都不再改变。此时溶液中吸附质的浓度即平衡浓度Ce；单位吸附剂所吸附的物质数量称为平衡吸附量，常用qe(mg/g)表示。平衡吸附量表征了吸附剂吸附能力的大小，是选择吸附剂和设计吸附设备的重要数据。第七章 吸附14平衡吸附量的确定对一定的吸附体系，平衡吸附量是吸附质浓度和温度的函数。在一定温度下，可用下式计算：qe=V(C0-Ce)/W (7-1)式中：式中：V V溶液体积溶液体积L L W W吸附剂量，吸附剂量，g g C C0 0 溶质的初始浓度，溶质的初始浓度，mg/Lmg/L C Ce e溶质的平衡浓度，溶质的平衡浓度，mg/Lmg/L第七章 吸附15 取一
6、组数量不同的吸附剂（往往破碎为较小颗粒后），与一定体积已知溶质初始浓度为C0的溶液相混合，在一定温度下使之达到平衡。分离出吸附剂，测定液相的最终溶质浓度Ce。分别按(7-1)式算出平衡吸附量qe=V(C0-Ce)/W，将qe与相应的Ce作图，得吸附等温线。第七章 吸附16（2）吸附等温线I I型型单分子层吸附单分子层吸附常见常见的化学吸附的化学吸附吸附量有一极限吸附量有一极限值值eg.N N2 2在活性碳上在活性碳上的吸附。的吸附。型型多分子层吸附多分子层吸附常见常见的物理吸的物理吸附，吸附质的附，吸附质的极限位对应于极限位对应于物质的溶解度。物质的溶解度。eg.硅胶吸附硅胶吸附N N2 2。
7、型型相当少见相当少见吸附热等于或吸附热等于或小于纯吸附质小于纯吸附质的溶解热。的溶解热。eg.eg.硅胶吸附硅胶吸附BrBr2 2。型及型及 型型反映了毛细管冷凝现象和反映了毛细管冷凝现象和孔容的限制孔容的限制eg.氧化铁凝胶吸附苯氧化铁凝胶吸附苯（型）型）活性碳吸附水汽（活性碳吸附水汽（型）型）CeqeCeqeCeqeCeqeCeqe第七章 吸附17等温吸附线的作用ABCCeqe 选择吸附剂选择吸附剂 估计吸附剂的性能、用估计吸附剂的性能、用量和处理后水质的好坏量和处理后水质的好坏 考察温度对吸附效果的考察温度对吸附效果的影响影响第七章 吸附18（3）吸附等温式 描述吸附等温线的数学表达式称
8、为吸附等温式。常用的有：Langmuir等温式 B.E.T等温式 Freundlich等温式第七章 吸附19 Langmuir等温式 假设前提：吸附剂表面均一，各处的吸附能相同 单分子层吸附，当吸附剂表面为吸附质饱和时，吸附量达到最大值得：qe=abCe/(1+bCe)(7-2)式中：a与最大吸附量有关的常数 b吸附系数，与吸附能有关。qeCeCe 当吸附量很少时，当吸附量很少时，b bCeCe1 1，qeabCeqeabCe，即，即CeCe与与qeqe成正比，等温线近似于成正比，等温线近似于一直线。一直线。当吸附量很大时，当吸附量很大时，b bCeCe1 1，qe aqe a，即平衡吸附量接
9、近于定值，等温线，即平衡吸附量接近于定值，等温线趋向水平。趋向水平。第七章 吸附20求L.式中的常数a、b变换式(7-2)可得两种线性表达式：1/a（1/ab）1/qe(Ce/qe)1/ab（1/a）1/Ce（Ce）式式(7-3)(7-3)适用于适用于C Ce e值小于值小于1 1的情况的情况 而式而式(7-4)(7-4)则适用于则适用于q qe e值较大的情况值较大的情况 根据吸附实验数据，按上两式以1/qe 对1/Ce(或Ce/qe对Ce)作图，得如图7-2所示的直线，由斜率和截距的值可求出a、b值。4)-(7 113)-(7 1111abCaqCaCabqeeeee第七章 吸附21 B.
10、E.T等温式假设前提：吸附剂表面均一，各处的吸附能相同；多分子层吸附，每一单层可用Langmuir式描述；总吸附量等于各层吸附量之和。由此导出的二常数B.E.T.等温式为：)57(/)1(1)(seeseeCCBCCBaCq式中:a，B常数；B与吸附剂和吸附质之间的相互作用有关。Cs 吸附质饱和浓度，mg/L;Ce 平衡浓度，mg/L。第七章 吸附22B.E.T 吸附等温线 当平衡浓度很低时，Cs Ce，并令B/Cs b，BET模型可简化为Langmuir等温式。B.E.T模型适用于图7-1中各种类型的吸附等温线。特别是型。Ceqe0CsAqe第七章 吸附23求B.E.T式中的常数a、B由吸附
11、实验数据，按式(7-6)作图可求得常数a和B。seeseeCCaBBaBCCqC)1(1)(将式(7-5)改写成如下线性形式：(7-6)Cs值估计偏低)(eseeCCqCaB1aBB)1(seCCCs值估计偏高第七章 吸附24 Freundlich等温式（常用）Freundlich经验公式：qeKCe1/n (7-7)式中：式中：KKFreundlichFreundlich吸附系数；吸附系数；nn常数，通常大于常数，通常大于l l。将式(7-7)两边取对数，得：lgqe=lgK+(1/n)lgCe (7-8)Freundlich式在一般的浓度范围内与式在一般的浓度范围内与Langmiur式比较
12、接近式比较接近.两者的区别两者的区别是：在高浓度时前者不像后者那样趋于一定值；在是：在高浓度时前者不像后者那样趋于一定值；在低浓度时，也不会还原为直线关系。低浓度时，也不会还原为直线关系。第七章 吸附25Freundlich等温式中n、K的确定 由实验数据按式(7-8)以lgqe对lgCe作图，得一直线 利用K和1/n两个常数，可以比较不同吸附剂的特性。般认为，1/n值介于0.10.5，易于吸附；1/n 2时难以吸附。lgqe1/nlgKlgCeeeCnKqlg1lglg其斜率=1/n 截距=1gK。第七章 吸附26吸附等温式的选择上述三种等温式的适用范围及选择：仅适用于单组分吸附体系；仅适用
13、于单组分吸附体系；对于一组吸附试验数据，应通过作图，选用线对于一组吸附试验数据，应通过作图，选用线性关系最好的或形式最为简单的公式。性关系最好的或形式最为简单的公式。F.F.式因简单方便而在水处理中常用式因简单方便而在水处理中常用。第七章 吸附27例7.1 用活性炭吸附水中色素的试验方程式为：qe3.9Ce0.5。今有100L溶液，色素浓度为0.05g/L，欲将色素除去90，需加多少活性炭?解：由题意知平衡时的色素浓度为：Ce0.05(190)0.005 g/L 由q3.9C0.5，得平衡吸附量：qe3.90.0050.50.276 g/g 由式(7-1)得 W=V(C0-Ce)/qe，则需活
14、性炭吸附剂的量为：W=100(0.05-0.005)/0.276=16.3 g第七章 吸附28例7.2利用活性炭吸附水溶液中农药实验利用活性炭吸附水溶液中农药实验:取取1010个个500mL500mL锥形烧锥形烧瓶，装入含有农药约瓶，装入含有农药约500mg/L500mg/L的溶液各的溶液各250mL250mL。向其中。向其中8 8个烧瓶中投入不同数量的粉末活性炭，其余个烧瓶中投入不同数量的粉末活性炭，其余2 2个烧瓶用作个烧瓶用作空白试验。烧瓶塞好后，在空白试验。烧瓶塞好后，在25250 0C C下摇动下摇动8h(8h(须实验确定足须实验确定足以到达平衡以到达平衡)。然后，将活性炭滤出，测定
15、滤液中农药浓。然后，将活性炭滤出，测定滤液中农药浓度，结果如下表所示。空白瓶的平均浓度为度，结果如下表所示。空白瓶的平均浓度为515mg/L515mg/L。试确定吸附等温线的函数关系式。试确定吸附等温线的函数关系式。瓶 号 1 2 3 4 5 6 7 8 农药浓度,g/l活性炭投量,mg/l 58.2 87.3 116.4 300 407 786 902 2940 1005 835 641 491 391 298 290 253 第七章 吸附29例7.2 解解：利用式(71)算出每个烧瓶的qe值。以瓶号1为例。qe=V(C0-Ce)/W =0.25(515-0.0582)/1005 =0.12
16、8mg/mg 将计算出的qe、1/Ce及1/qe列表并作图（图75）。瓶 号 1 2 3 4 5 6 7 8Ce（g/l）58.2 87.3 116.4 300 407 786 902 2940qe（mg/mg）1/qe1/Ce，l/mg 0.128 0.154 0.201 0.262 0.329 0.431 0.443 0.506 7.81 6.49 4.98 3.82 3.04 2.32 2.26 1.976 17.2 11.5 8.59 3.33 2.46 1.272 1.109 0.340第七章 吸附30图7-3 吸附等温线的线性关系在双对数坐标纸上作图1/Ce(L/mg)1/qe(m
17、g/mg)斜率斜率=0.37截距截距=2.00181614246810120123456780.11.00.10.20.40.61.0Ce(mg/L)qe(mg/mg)斜率斜率=2.33截距1/a2.0；斜率1/ab0.375故 a0.5，b2.0/0.3755.33qe=2.67Ce/(1+5.33Ce)BA斜率=1/n=1/2.33=0.43K=0.47（Ce=1.0时的qe值）qe=0.47 Ce0.43B（F式）A(L.式)第七章 吸附317.1.3 影响吸附的因素影响吸附的因素是多方面的，包括：1)吸附剂性质2)吸附质性质3)吸附过程的操作条件第七章 吸附32(1)吸附剂的性质 主要
18、有比表面积、种类、极性、颗粒大小、孔结构及表面化学性质等。比表面积 单位重量吸附剂的表面积。对于一定的吸附质，增大比表面的效果是有限的。对大对于一定的吸附质，增大比表面的效果是有限的。对大分子吸附质，比表面积过大的效果反而不好，因为微孔分子吸附质，比表面积过大的效果反而不好，因为微孔提供的表面积不起作用。提供的表面积不起作用。孔结构及大小。如图7-6所示。内孔的大小和分布对吸附性能影响很大。内孔的大小和分布对吸附性能影响很大。孔径太大，比表面积小，吸附能力差；孔径太小不利于吸附质扩散，并对直径较大的分子起屏蔽作用。第七章 吸附33(1)吸附剂的性质 表面化学性质表面含氧官能团的性质 COOH、
19、OH等有助于对极性分子的吸附 吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表面氧化物，随原料和活化工艺不同而异。可分成酸性和碱性两大类。表面氧化物是选择性吸附的中心，使吸附剂具有类似化学吸附的能力，一般有助于对极性分子的吸附，削弱对非极性分子的吸附。极性分子(或离子)型的吸附剂易吸附极性分子(或离子)型的吸附质，反之亦然。相似而易相吸附第七章 吸附34(2)吸附质的性质 主要有溶解度、分子极性、分子大小和饱和度、浓度、表面自由能等。溶解度越低越易被吸附；极性易被极性吸附，反之亦然相似而易相吸附 吸附质分子大小和饱和度因吸附剂的不同吸附效果也不同；吸附质浓度：吸附量随吸附质浓度提高会增加，但浓度提高到
20、一定程度后，吸附速度减慢直至吸附量不再增加。实际废水体系的吸附质往往不是单一的，它们之间可以互相促进、干扰或互不相干。第七章 吸附35(3)操作条件主要包括水的pH值、温度、共存物质、接触时间等。pH值溶液的pH值影响到溶质的存在状态(分子、离子、络合物)，也影响到吸附剂表面的电荷特性和化学特性，进而影响吸附效果。温度 吸附是放热过程，低温有利于物理吸附，升温有利于解吸。但高温有利于化学吸附。第七章 吸附36（3）操作条件的影响第七章 吸附37(3)操作条件混合溶液物理吸附选择性差，因此有共存物质时吸附剂对某种吸附质的吸附能力减弱。接触时间取决于吸附速度，吸附速度越大，接触时间就越短。如降低流
21、量以延长接触时间，提高处理效果有限，而且要增加设备费用，这需要考虑技术经济效果的统一。一般为0.51.0h。第七章 吸附387.1.4 吸附动力学 吸附速度：单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。吸附过程基本上可分为三个连续的阶段。第一阶段为吸附质扩散通过水膜而到达吸附剂表面(膜扩散)；第 二阶段为吸附质在孔隙内扩散；第三阶段为吸附质在吸附剂内表面上发生吸附。通常吸附阶段反应速度非常快，总的过程速度由第一、二阶段速度所控制。第七章 吸附39（1）膜扩散 吸附质首先通过吸附剂颗粒周围存在的液膜，到达吸附剂的外表面。由Fick定律，水膜内的传质速度NA为:NA=D(c-ci)/=kf(c-c
22、i)固定床填充层单位容积的吸附速度为：b(dq/dt)=kf aV(c-ci)传质系数kf 如书上（7-14）Carberry公式：5.032)(15.1)(/udDukpf 膜扩散吸附速度与溶液浓度、吸附剂比表面积、孔隙率成正比，与溶液搅动程度有关。第七章 吸附40（2）内扩散 吸附质由吸附剂外表面向细孔深处扩散。颗粒内部扩散速度分为细孔扩散和细孔壁表面扩散两方面，均以扩散物质的浓度梯度作为推动力。其中通过细孔内液相向颗粒内部扩散的速度为：Np=-Dp(C/r)细孔壁上的表面扩散速度为：Ns=-aDs(dq/dr)颗粒内总扩散速度为：N=Np+Ns （7-17）假定在细孔内某处表面吸附量与溶
23、液浓度之间呈平衡状态，则有：(dq/dr)=(dq/dc)(dc/dr)（7-18）将式（7-18）代入式(7-17)得:N=-Dp+aDs(dq/dc)(dc/dr)=-Di(dc/dr)第七章 吸附41（3）内孔扩散速度 在溶质浓度很高，吸附前后浓度变化不大的条件下，Boyd导出以下近似式估计颗粒内有效扩散系数和吸附速度：tDrqqiet60由上式可知，内扩散吸附速度与颗粒粒径的平方成反比。在一般情况下，吸附过程开始时往往由膜扩散控制，而在吸附接近终了时，内扩散起决定作用。间歇式吸附因搅拌强度高，液膜扩散影响小，主要因素是孔隙扩散；宜采用粉状吸附剂。连续式吸附（固定床、移动床、流化床）流速
24、小，液膜阻力大，故要尽可能采用粒状活性炭。第七章 吸附42吸附速度吸附速度:单位质量的吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质的数量。吸附速度决定了废水和吸附剂的接触时间。吸附速度越快，接触时间越短，所需的吸附设备的容积也就越小。吸附速度取决于吸附剂和吸附质的性质。实际废水处理中，由于废水中的成分复杂，吸附速度由试验来确定。第七章 吸附43（3）吸附速度的测定 吸附速度的测定装置如右图所示。将200目以下的一定量的吸附剂加入反应瓶A中，一边搅拌一边从B处注入被吸附溶液，经过一段时间接触后，每隔一定时间取一次悬浮液送入C内，使吸附剂与溶液立即分离，测定液相溶质浓度，求出吸附量和去除率，确定吸附速度。取样
25、时要搅拌取样时要搅拌A A，使溶液均匀，吸附，使溶液均匀，吸附剂保持悬浮状态。剂保持悬浮状态。第七章 吸附447.2 吸附剂及其再生第七章 吸附457.2.1 吸附剂具有很大的表面积的多孔物质或磨得极细的物质吸附剂。(1)工业吸附剂的要求：吸附能力强；吸附选择性好；吸附平衡浓度低；容易再生和再利用；机械强度好；化学性质稳定；来源广；价廉。工业上应用的吸附剂有：活性炭、活化煤、硅藻土、焦炭、树脂、腐殖酸等。第七章 吸附46(2)活性炭活性炭的制造：可用动植物、煤、石油、纸浆废液、废合成树脂及其他有机残物等作原料制作。原料经粉碎及加粘合剂成型后，经加热脱水(120130)炭化(170600)活化(
26、700900)而制得。第七章 吸附47活性炭的制造活化方法药剂活化(化学活化)：原料与适当的药剂混合原料与适当的药剂混合升温炭化和活化。升温炭化和活化。由于由于ZnClZnCl2 2 等的脱水作用，原料里的氢和氧主要以等的脱水作用，原料里的氢和氧主要以水蒸气的形式放出水蒸气的形式放出,形成多孔性结构发达的炭。形成多孔性结构发达的炭。固碳率高，成本较低固碳率高，成本较低所有所有粉状活性炭的制造粉状活性炭的制造。气体活化(物理活化)：把成型后的炭化物在高温下与把成型后的炭化物在高温下与COCO2 2、水蒸气、空气、水蒸气、空气、C1C12 2及类似气体接触，利用这些活化气体进行碳的氧及类似气体接触
27、，利用这些活化气体进行碳的氧化反应化反应(水煤气反应水煤气反应)，并除去挥发性有机物，使微，并除去挥发性有机物，使微孔更加发达。孔更加发达。第七章 吸附48活性炭的制造活化温度的影响：对活性炭吸附容量和吸附性能影响很大。低温活化低温活化(500)500)表面酸性氧化物，水表面酸性氧化物，水解解H H+，使，使pHpH高温活化高温活化(8001000)(8001000)表面碱性氧化物，表面碱性氧化物，水解水解 OHOH-，使，使pHpH11501150以下，升温以下，升温吸附容量吸附容量温度超过温度超过11501150，升温反而不利。，升温反而不利。第七章 吸附49 活性炭的特点a.具有巨大的比
28、表面和特别发达的微孔：比表面达5001700m2/g吸附能力强/吸附容量大的主因b.具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。c.非极性吸附剂，以物理吸附为主，但由于表面氧化物存在，也进行一些化学选择性吸附d.具有催化氧化还原作用 二价铁三价铁，二价汞金属汞而被吸附去除。在活性炭中掺入一些具有催化作用的金属(如银)可改善处理效果。第七章 吸附50活性炭内部气孔分布u大孔 100 nm：容积0.20.5mL/g，提供吸附质和溶剂的扩散通道，其表面对吸附贡献不大u2nm过渡孔100nm：容积0.020.10mL/g，吸附较大分子溶质，并帮助小分子溶
29、质通向微孔5%u微孔2nm：容积0.150.90mL/g，大部分（95%）吸附表面积由微孔提供吸附量活性炭的吸附能力与孔隙的构造和分布情况有关。其孔隙分为三类：图7-6第七章 吸附51活性炭类型粉末状活性炭的吸附能力强、制备容易、成本低，但再生困难、不易重复使用。颗粒状活性炭的吸附能力比粉末状的低些，生产成本较高，但再生后可重复使用，使用时劳动条件良好，工艺简单，操作管理方便废水处理多用，其参考性能如表7-1所示。纤维活性炭第七章 吸附52（3）树脂吸附剂(吸附树脂)是一种新型有机吸附剂。具有立体网状结构的多孔海绵状物，可在150下使用，不溶于酸、碱及一般溶剂，比表面积可达800m2/g。根据
30、其结构特性，树脂吸附剂可分为非极性、弱极性、极性、强极性四类。树脂吸附能力接近活性炭，具有选择性好、空隙均匀、再生简单、稳定性高、应用范围广等优点，但价格昂贵、不耐温。第七章 吸附53（3）树脂吸附剂的应用 适宜处理微溶于水、极易溶于甲醇、丙酮等有机溶剂、分子量略大和带极性的有机物（如酚、油、染料等）。是废水处理中有发展前途的一种新型吸附剂。例如，国产的TXF型吸附树脂(炭质吸附树脂)，比表面积为35350m2/g，是含氯有机化合物的特效吸附剂。XAD-2树脂吸附剂对 TNT 的去除效果很好，当原水中含TNT 34mgL 时，每个循环可处理体积为树脂体积500倍的废水。吸附后可用丙酮进行再生，
31、TNT的回收率达80%。第七章 吸附54（4）腐殖酸类吸附剂 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。用作吸附剂的腐殖酸类物质有两大类：一类是天然的富含腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等，它们可直接或者经简单处理后作吸附剂用；另一类是把富含腐殖酸的物质用适当的粘合剂制备成腐殖酸系树脂，造粒成型后使用。性质：据测定，腐殖酸含的活性基团有酚羟基、羧基、醇羟基、甲氧基、碳基、胺基、磺酸基等阳离子吸附性能。第七章 吸附55（4）腐殖酸类吸附剂应用：处理工业废水，尤其是重金属废水及放射性废水，除去其中的离子。对汞、锌、铅、铜、铬等的吸附率可达9099。再生：吸附重金属离子后，容易解吸再生，重复
32、使用。常用的解吸剂有H2SO4、HCl、NaCl、CaCl2等。第七章 吸附567.2.2 吸附剂的再生再生：在吸附剂本身不发生或极少发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂的微孔中除去，恢复它的吸附能力，以达到重复使用的目的。在选择再生方法时，主要考虑以下三方面的因素：吸附质的理化性质；吸附机理；吸附质的回收价值。第七章 吸附57活性炭的再生方法活性炭的再生主要有以下几种方法（见表7-2）：加热再生法、药剂再生、化学氧化再生法、湿式氧化再生法、生物再生法 等表7-2 吸附剂再生方法分类通过外部加热，改变吸附平衡，达到脱附和分解的目的。缺点：能耗大，设备造价高。第七章 吸附58（1）加热再
33、生法 高温加热再生是目前废水处理中粒状活性炭再生最常用的方法，吸附能力恢复率可达95%以上。再生过程分五步进行：脱水 干燥 碳化 活化 冷却上述步在再生炉中进行，目前用于加热再生的炉型有目前用于加热再生的炉型有立式多段炉立式多段炉、转炉、转炉、流化床炉和电加热再生炉等。流化床炉和电加热再生炉等。图7-8为目前采用最广泛的一种多段再生炉。第七章 吸附59图7-8 立式多段再生炉分隔成49段炉床，炉内保持微氧化气氛：既供应氧化所需要的氧气；又不致使炭燃烧损失。六段炉的第一、二段用于干燥，第三、四段用于碳化，第五、六段为活化用。排气中含有甲烷、乙烷、二氧化硫、一氧化碳等气体，应加以净化，防止污染大气
34、。第七章 吸附60电加热再生电加热再生法是近年开发的新方法，包括：直接电流加热再生微波再生高频脉冲放电再生第七章 吸附61蒸馏法通入水蒸气进行吹脱。第七章 吸附62（2）药剂再生法 通过向饱和吸附剂中加适当溶剂，改变吸附体系的亲水憎水平衡，改变吸附剂与吸附质之间的分子引力和介质的介电常数，从而使吸附质离开吸附剂进入溶剂中，达到再生和回收的目的。常用的药剂：有机和无机溶剂有苯、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、卤代烷、酸、碱等。药剂再生的优缺点优点：吸附剂损失较小，可在吸附塔内进行，无需另设再生装置，有利于回收有用物质。缺点：再生效率低，再生不易完全。第七章 吸附63（3）化学氧化再生法 如曝气池内吸附
35、饱和后的粉状炭可采用湿式氧化法进行再生。其工艺流程如图所示。湿式空气氧化再生法湿式空气氧化再生法臭氧氧化再生法臭氧氧化再生法第七章 吸附64（4）生物再生法利用微生物的作用，将被活性炭吸附的有机物加以氧化分解。可同时向炭床鼓入空气，以供微生物生长繁殖和分解有机物的需要。炭的饱和周期将成倍地延长，甚至在有的工程实例中一批炭可以连续使用五年以上。微生物再生法是近年来使用越来越多的生物活性炭处理新工艺。如在生物曝气池中投加活性炭粉，吸附和氧化作用同时进行。第七章 吸附65再生对吸附性能的影响活性炭再生后，炭本身及炭的吸附量都不可避免地会有损失。如加热再生法，再生一次损耗炭约510，微孔减少，过渡孔增
36、加，比表面积和碘值均有所降低。再生次数对微孔吸附影响较大因而做吸附试验时应采用再生后的活性炭，才能得到可靠的试验结果。对于主要利用过渡孔的吸附操作，则再生次数对吸附性能的影响不大。第七章 吸附667.3 吸附工艺与设计7.3.1吸附的操作方式(1)静态间歇式：将废水与吸附剂放在吸附池内进行搅拌（30min），静置沉淀后倾去上清夜。是废水在不流动的条件下，进行的吸附操作。(2)动态连续式：是废水不断地流进吸附床，与吸附剂接触，当污染物浓度降至处理要求时，排出吸附柱。按照吸附床的充填方式，分为：固定床固定床移动床移动床流化床流化床第七章 吸附677.3.2 间歇吸附 间歇吸附反应池有两种类型：搅拌
37、池型：在整个池内进行快速搅拌，使吸附剂与原水充分混合；泥渣接触型：池型与操作和循环澄清池相同。运行时池内可保持较高浓度的吸附剂，对原水浓度和流量变化的缓冲作用大，不需要频繁地调整吸附剂的投量，并能得到稳定的处理效果，吸附量比搅拌池型增加30。为防止粉状吸附剂随水流失，固液分离时常加高分子絮凝剂平流型和逆流型第七章 吸附68（1）多级平流间歇吸附 如图示，原水经n级吸附处理，各池都补充新吸附剂。第i级的物料衡算式：Wi(qi-q0)=Q(Ci-1-Ci)（7-21）若q00，则得：WiqiQ(Ci-1-Ci)（7-22）若已知吸附平衡关系 qif(Ci)，则可与式(7-22)联立，逐级计算出最小
38、投炭量Wi。按图7-9，由式(7-22)可推出：Cn=Cn-1-(Wn/Q)qn 当各级投炭量相同时，即WlW2W，可得：)277(10niinqQWCC第七章 吸附69（1）多级平流吸附若令qm为各级吸附量的平均值，则有：Cn=C0-(W/Q)nqm （7-28）将C0降至Cn所需的吸附级数n及吸附剂总量G：n=Q(C0一一Cn)/(W.qm)（7-29）G=nW=Q(C0一一Cn)/qm （7-30）由（7-28）和（7-30）式知，吸附级数越多，出水Cn愈小，但吸附剂总量增加，而且操作复杂，一般以23级为宜。第七章 吸附70（2）多级逆流间歇吸附 经n级逆流吸附的总物料衡算式为：W(q1
39、-qn+1)=Q(C0-Cn)（7-34）对二级逆流吸附，设各级吸附等温式可用F式表示，即qiKci(1/n)；且q30，则可推得：(C0/Cn)-1=(C1/C2)1/n(C1/C2-1)（7-35）为使出水中的杂质最少，应使新鲜吸附剂与之接触；为充分利用吸附剂的吸附能力，应使接近饱和的吸附剂与高浓度进水接触。多级逆流吸附，如图7-10所示。第七章 吸附71（2）多级逆流吸附 若给定原水浓度C0、出水浓度C2及吸附等温线的常数1/n，则由式（7-35）可求出C1，再代入吸附等温式可求得各级吸附量。然后由式(7-34)可求出最小投炭量W。计算结果表明，达到同样的处理效果，逆流吸附比平流吸附少用
40、吸附剂。对n级逆流吸附，如果qiKci，可按式（7-36）和式（7-37）对Cn和n进行近似计算.对二级逆流吸附，设各级吸附等温式可用F式表示，即qiKci(1/n)；且q30，则可推得：(C0/Cn)-1=(C1/C2)1/n(C1/C2-1)（7-35）第七章 吸附727.3.3 连续吸附（1）固定床吸附吸附剂在动态吸附设备操作中是固定的。如图7-11所示。根据水流方向可分为：降流式：出水水质好，但水头损失较大，易堵塞。升流式：不易堵塞，水头损失小，运行时间较长，但吸附剂易流失。粒状活性炭吸附层固定床的操作是间断的，因为固定床的操作是间断的，因为吸附饱和后需要更换新炭吸附饱和后需要更换新炭
41、第七章 吸附73（1）固定床吸附固定床根据处理水量、原水的水质和处理要求可分单床、多床串联和多床并联等方式。如图7-12所示。图7-12 固定床多床操作示意图第七章 吸附74固定床吸附设备设计参数 废水处理用固定床吸附设备的大小和操作条件建议如下：塔径：1.03.5m；填充层高 3.010.0m；接触时间：l050 min；容积速度：对固定床为2m3/m3.h 以下；对移动床为 5 m3/m3.h以下；线速度：对固定床为2.010.0m/h；对移动床为 10.030.0 m/h。第七章 吸附75(2)移动床 移动床的操作方式如图7-13。移动床的运行操作方式是原水从吸附塔底部流入和吸附剂进行逆
42、流接触，处理后的水从塔顶流出，再生后的吸附剂从塔顶加入，接近吸咐饱和的吸附剂从塔底排出，即吸附剂由上而下移动，所以称为移动床。按吸附剂排出方式分为间歇移动床和连续移动床。图7-13 移动床吸附操作示意图第七章 吸附76第七章 吸附77粒状活性粒状活性炭吸附层炭吸附层新的或再生后的活性炭去再生系统去再生系统移动床的进出水移动床的进出水是连续的，活性是连续的，活性炭的进出可以是炭的进出可以是连续的也可以是连续的也可以是间断的间断的移移动动床床吸吸附附塔塔构构造造示示意意图图第七章 吸附78(2)移动床 优点：运转稳定、管理方便、出水水质良好；被截留的悬浮物随饱和的吸附剂间歇从塔底排出，所以不必反冲
43、洗。充分地利用吸附剂的吸附容量，水头损失小。间歇式连续投炭、排炭，减少再生设备容量；建筑面积较小。缺点：操作管理要求高；不利于生物协同作用；难于均匀排出炭层；基建及设备投资较高；井筒式筛网破裂时将产生跑炭。第七章 吸附79 由下往上的水与吸附剂颗粒相互之间有相对运动，使吸附床呈膨胀或流化状态。优点：适于处理SS含量较大的水不需反冲洗；最大限度利用炭的吸附容量 间歇式投排炭，减少再生设备容量；占地小。缺点：要求炭粒均匀，否则易引起粒度分级。对操作控制要求高。图7-14 多层流化床吸附塔构造（3）流化床第七章 吸附80吸附装置第七章 吸附81吸附装置第七章 吸附82吸附池第七章 吸附837.3.4
44、 吸附装置的设计 当缺乏资料时，应先做吸附剂的选择实验。首先通过静态吸附试验，确定最佳吸附剂类型，并可粗略估计处理用量。再进行动态吸附柱试验，确定设计参数。如如炭柱形式炭柱形式及及合理串联级数，炭柱使用周期，通合理串联级数，炭柱使用周期，通水倍数水倍数(m(m3 3水水/Kg/Kg炭炭)，最佳空塔速度，接触时间，最佳空塔速度，接触时间，炭柱设备容量，用炭量及再生设备容量，每炭柱设备容量，用炭量及再生设备容量，每mm炭炭层的水头损失，反冲洗频率及强度，设备投资层的水头损失，反冲洗频率及强度，设备投资及及处理费用处理费用等等。动态吸附柱的工作过程可用穿透曲线来表示。动态吸附柱的工作过程可用穿透曲线
45、来表示。第七章 吸附84（1）穿透曲线 浓度为C0的废水流过炭柱时，溶质逐渐被吸附。除去溶质最多的区域高度称为吸附带或吸附区。当吸附带下缘达到柱底部后，出水溶质浓度开始迅速上升。（见图7-15所示）当到达容许出水浓度Cb（一般Cb=(0.050.10)C0或根据要求确定），此点称为穿透点B(对应的吸附量为动活性)当出水溶质浓度接近进水浓度时（一般Ce=(0.90.95)C0），可认为吸附柱的吸附能力已经耗竭，此点即为吸附终点E(对应的吸附量为饱和吸附量)。在相同条件下，动活性饱和吸附量静活性(平衡吸附量)。描述整个动态吸附柱的工作过程的C-t曲线即穿透曲线。其纵坐标为吸附质浓度C，横坐标为出流
46、时间t (或出水量V)。第七章 吸附85图7|15 穿透曲线tBtE从B到E的时间t内，吸附带所移动的距离即为吸附带的长度。若活性炭柱的总深度小于吸附带的长度，则出水溶质浓度开始就不合格。吸附带的下移速度一般比水流的线速度小很多。第七章 吸附86第七章 吸附87 对单床吸附系统，由穿透曲线可知，当床层达到穿透点时(对应的吸附量为动活性)，必须停止进水，进行再生；对多床串联系统，当床层达到耗竭点时(对应的吸附量为饱和吸附量)，也需进行再生。第七章 吸附88（2）影响穿透曲线形状的因素 穿透曲线愈陡，表明吸附速度愈快，吸附区愈短。理想的穿透曲线是一条垂直线。实际的穿透曲线是由吸附平衡线和操作线决定
47、的，大多呈S形。影响穿透曲线形状的因素：进水浓度、水流速度；吸附剂形状和粒度、床层直径与颗粒直径之比；吸附剂类型；再生次数。第七章 吸附89（3）吸附容量的利用剩余吸附容量的利用：(1)采用多床串联操作从各柱串联试验曲线可确定合理的串联级数和其他所需参数。（n-1）tE+tB再生时间常采用通过45根吸附柱串联试验来绘制穿透曲线，如图7-19所示。(2)采用升流式移动床操作图7-19 多柱串联吸附试验第七章 吸附907.4 吸附法的应用 应用：脱除水中的微量污染物，包括脱色、除臭味、除重金属、溶解性有机物、放射性元素等。可作为离子交换、膜分离等方法的预处理，以去除有机物、胶体物及余氯等；也可作为二级处理后的深度处理手段，以保证回用水的质量。流程图7-18 优点：适应范围广、去除效果好，可回收有用物料、吸附剂可重复使用。缺点：对进水预处理要求较高，处理成本高，系统庞大，操作较麻烦。第七章 吸附91应用活性炭吸附的常用三级处理流程（无脱氮要求）预处理初沉池生物处理过滤炭吸附炭再生消毒补充炭混凝及沉淀（a）预处理初沉池生物处理炭吸附炭再生消毒补充炭升流膨胀（b）（c）预处理初沉池生物处理炭吸附炭再生消毒补充炭过滤第七章 吸附92本章完作业：P146 5
