第四章物理化学处理.ppt

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1、第四章第四章 物理化学法物理化学法 n利用物理化学的原理和化工单元操作可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要是污水中无机的或有机的(难于生物降难于生物降解的解的)溶解物质或胶体物质，尤其适用于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处理杂质浓度很高的污水(用作回收利用用作回收利用的方法的方法)成是很低的废水成是很低的废水(用作污水的深度用作污水的深度处理处理)。n第一节第一节 吸附吸附 n第二节第二节 离子交换离子交换n第三节第三节 萃取萃取 n第四节第四节 膜分离膜分离第一节第一节 吸附吸

2、附n吸附的类型吸附的类型n在相界面上，物质的浓度自动发生累积在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象称为吸附。或浓集的现象称为吸附。n吸附作用虽然可发生在各种不同的相界吸附作用虽然可发生在各种不同的相界面上，但在废水处理中，主要利用固体面上，但在废水处理中，主要利用固体物质表面对废水中物质的吸附作用。物质表面对废水中物质的吸附作用。n吸附法就是利用多孔性的固体物质，使废吸附法就是利用多孔性的固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在固体表面水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。而去除的方法。n具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂，而废水中

3、被吸附的物质则称为吸附质。剂，而废水中被吸附的物质则称为吸附质。n根据固体表面吸附力的不同，吸附可分为根据固体表面吸附力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附两种类型。物理吸附和化学吸附两种类型。n1物理吸附物理吸附n吸附剂和吸附质之间通过分于间力产生的吸附称吸附剂和吸附质之间通过分于间力产生的吸附称为物理吸附。物理吸附是一种常见的吸附现象。为物理吸附。物理吸附是一种常见的吸附现象。由于吸附是由分子力引起的，所以吸附热较小。由于吸附是由分子力引起的，所以吸附热较小。n物理吸附因不发生化学作用，所以低温时就能进物理吸附因不发生化学作用，所以低温时就能进行。被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表行。

4、被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表面，这种现象称为解吸，它是吸附的逆过程。物面，这种现象称为解吸，它是吸附的逆过程。物理吸附可形成单分子吸附层或多分子吸附层。由理吸附可形成单分子吸附层或多分子吸附层。由于分子间力是普遍存在的，所以一种吸附剂可吸于分子间力是普遍存在的，所以一种吸附剂可吸附多种吸附质。但由于吸附剂和吸附质的极性强附多种吸附质。但由于吸附剂和吸附质的极性强弱不同，某一种吸附剂对各种吸附质的吸附量是弱不同，某一种吸附剂对各种吸附质的吸附量是不同的。不同的。n2化学吸附化学吸附n化学吸附是吸附剂和吸附质之间发生的化学作用，化学吸附是吸附剂和吸附质之间发生的化学作用，是由于化学键力引

5、起的。化学吸附一般在较高温是由于化学键力引起的。化学吸附一般在较高温度下进行，吸附热较大。一种吸附剂只能对某种度下进行，吸附热较大。一种吸附剂只能对某种或几种吸附质发生化学吸附，因此化学吸附具有或几种吸附质发生化学吸附，因此化学吸附具有选择性。由于化学吸附是靠吸附剂和吸附质之间选择性。由于化学吸附是靠吸附剂和吸附质之间的化学键力进行的，所以吸附只能形成单分子吸的化学键力进行的，所以吸附只能形成单分子吸附层。当化学键力大时，化学吸附是不可逆的。附层。当化学键力大时，化学吸附是不可逆的。n物理吸附和化学吸附并不是孤立的，往往相伴发物理吸附和化学吸附并不是孤立的，往往相伴发生。在水处理中，大部分的吸

6、附往往是几种吸附生。在水处理中，大部分的吸附往往是几种吸附综合作用的结果。由于吸附质、吸附剂及其他因综合作用的结果。由于吸附质、吸附剂及其他因素的影响，可能某种吸附是主要的，例如有的吸素的影响，可能某种吸附是主要的，例如有的吸附在低温时主要是物理吸附，在高温时主要是化附在低温时主要是物理吸附，在高温时主要是化学吸附。学吸附。n吸附剂吸附剂n从广义而言，一切固体表面都有吸附作用，但从广义而言，一切固体表面都有吸附作用，但实际上，只有多孔物质或磨的很细的物质，由实际上，只有多孔物质或磨的很细的物质，由于具有很大的表面积，所以才有明显的吸附能于具有很大的表面积，所以才有明显的吸附能力。废水处理中常用

7、的吸附剂有活性炭，磺化力。废水处理中常用的吸附剂有活性炭，磺化煤、活化煤、沸石、硅藻土、腐殖质酸、焦炭、煤、活化煤、沸石、硅藻土、腐殖质酸、焦炭、木炭、木屑等。木炭、木屑等。n活性炭是用含炭为主的物质活性炭是用含炭为主的物质(如木材、煤如木材、煤)作原作原料，经高温火化和活化而制成的疏水性吸附剂，料，经高温火化和活化而制成的疏水性吸附剂，外观呈黑色。炭化是把原料热解成炭渣，生成外观呈黑色。炭化是把原料热解成炭渣，生成类似石墨的多环芳香系物质，活化是把热解的类似石墨的多环芳香系物质，活化是把热解的炭渣成为多孔结构。炭渣成为多孔结构。活性炭细孔分布及作用图活性炭细孔分布及作用图n活性炭的比表面积可

8、达活性炭的比表面积可达800-2000m2g，有很，有很高的吸附能力。高的吸附能力。n颗粒状活性炭在使用一段时间后，吸附了大量颗粒状活性炭在使用一段时间后，吸附了大量吸附质，逐步趋向饱和并丧失工作能力，此时吸附质，逐步趋向饱和并丧失工作能力，此时应进行更换或再生。再生是在吸附剂本身的结应进行更换或再生。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。附质从吸附剂微孔中除去，恢复它的吸附能力。n活性炭的再生方法主要有：活性炭的再生方法主要有：n(1)加热再生法加热再生法 (2)化学再生法化学再生法n（

9、1）加热再生法）加热再生法 n在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其在高温条件下，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在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子。活性炭的再生一般用多段式再生炉。炉内分子。活性炭的再生一般用多段式再生炉。炉内供应微量氧气，使进行氧化反应而又不致使炭燃供应微量氧气，使进行氧化反应而又不致使炭燃烧损失。烧损失。n（2）化学再生法）化学再生法 n通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来。例如

10、，吸附了苯酚的活性炭，可用而解吸下来。例如，吸附了苯酚的活性炭，可用氢氧化钠溶液浸泡，使形成酚钠盐而解吸。氢氧化钠溶液浸泡，使形成酚钠盐而解吸。n2腐植酸类吸附剂腐植酸类吸附剂n用作吸附剂的腐植酸类物质主要有：天然的富用作吸附剂的腐植酸类物质主要有：天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤等，它们可以含腐植酸的风化煤、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粘合剂制备成的腐植酸系树脂。的物质用适当的粘合剂制备成的腐植酸系树脂。n腐植酸是一组芳香结构的，性质与酸性物质相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。

11、它含的活性基团有酚羟基、似的复杂混合物。它含的活性基团有酚羟基、羧基、醇羟基、甲氧基、羰基、醌基、胺基、羧基、醇羟基、甲氧基、羰基、醌基、胺基、磺酸基等。这些活性基团有阳离子吸附性能。磺酸基等。这些活性基团有阳离子吸附性能。腐植酸对阳离子的吸附，包括离子交换、螯合、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。表面吸附、凝聚等作用。n腐植酸类物质能吸附工业废水中的许多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、铜金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。腐植酸类物质在吸附重金属离子后，等。腐植酸类物质在吸附重金属离子后，可以用可以用H2SO4、HCl、NaC

12、l等进行解吸。等进行解吸。n吸附速度吸附速度n吸附剂对吸附质的吸附效果，一般用吸附容量吸附剂对吸附质的吸附效果，一般用吸附容量和吸附速度来衡量。和吸附速度来衡量。n所谓吸附速度是指单位重量的吸附剂在单位时所谓吸附速度是指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。间内所吸附的物质量。n吸附速度决定了废水和吸附剂的接触时间。吸吸附速度决定了废水和吸附剂的接触时间。吸附速度越快，接触时间就越短，所需的吸附设附速度越快，接触时间就越短，所需的吸附设备容积也就越小。备容积也就越小。n吸附速度决定于吸附剂对吸附质的吸附过程。吸附速度决定于吸附剂对吸附质的吸附过程。水中多孔的吸附剂对吸附质的吸附过程可分为

13、水中多孔的吸附剂对吸附质的吸附过程可分为3个阶段。个阶段。n第一阶段称为颗粒外部扩散第一阶段称为颗粒外部扩散(又称膜扩散又称膜扩散)阶段。阶段。n在吸附剂颗粒周围存在着一层固定的溶剂薄膜。在吸附剂颗粒周围存在着一层固定的溶剂薄膜。当溶液与吸附剂作相对运动时，这层溶剂薄膜当溶液与吸附剂作相对运动时，这层溶剂薄膜不随溶液一同移动，吸附质首先通过这个薄膜不随溶液一同移动，吸附质首先通过这个薄膜才能到达吸附剂的外表面，所以吸附速度与液才能到达吸附剂的外表面，所以吸附速度与液膜扩散速度有关。膜扩散速度有关。n第二阶段称为颗粒内部扩散阶段。经液膜扩散第二阶段称为颗粒内部扩散阶段。经液膜扩散到吸附剂表面的吸

14、附质向细孔深处扩散。到吸附剂表面的吸附质向细孔深处扩散。n第三阶段称为吸附反应阶段。在此阶段，吸附第三阶段称为吸附反应阶段。在此阶段，吸附质被吸在细孔内表面上。质被吸在细孔内表面上。n吸附速度与上述吸附速度与上述3个阶段进行的快慢有关，在个阶段进行的快慢有关，在一般情况下，由于第三阶段进行的吸附反应速一般情况下，由于第三阶段进行的吸附反应速度很快。度很快。n吸附速度主要由液膜扩散速度和颗粒内部扩散吸附速度主要由液膜扩散速度和颗粒内部扩散速度来控制。速度来控制。n影响吸附的因素影响吸附的因素n影响吸附的因素很多，其中主要有吸附剂的性影响吸附的因素很多，其中主要有吸附剂的性质、吸附质的性质和吸附过

15、程的操作条件等。质、吸附质的性质和吸附过程的操作条件等。n1吸附剂的性质吸附剂的性质n由于吸附现象是发生在吸附剂表面上，所以吸由于吸附现象是发生在吸附剂表面上，所以吸附剂的比表面积越大，吸附能力就越强。附剂的比表面积越大，吸附能力就越强。n 吸附剂的种类不同，吸附效果也就不同。一吸附剂的种类不同，吸附效果也就不同。一般是极性分子般是极性分子(或离子或离子)型的吸附剂易吸附极性型的吸附剂易吸附极性分子分子(或离子或离子)型的吸附质，非极性分子型的吸型的吸附质，非极性分子型的吸附剂易于吸附非极性的吸附质。附剂易于吸附非极性的吸附质。n吸附剂的颗粒大小，细孔的构造和分布情况以吸附剂的颗粒大小，细孔的

16、构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附有很大影响。及表面化学性质等对吸附有很大影响。n2吸附质的性质吸附质的性质n(1)溶解度溶解度n吸附质在废水中的溶解度对吸附有较大的影响。吸附质在废水中的溶解度对吸附有较大的影响。一般吸附质的溶解度越低，越容易被吸附。一般吸附质的溶解度越低，越容易被吸附。n(2)表面自由能表面自由能n能够使液体表面自由能降低的越多的吸附质，能够使液体表面自由能降低的越多的吸附质，也越容易被吸附，例如活性炭自水溶液中吸附也越容易被吸附，例如活性炭自水溶液中吸附脂肪酸，由于含炭越多的脂肪酸分子可使炭液脂肪酸，由于含炭越多的脂肪酸分子可使炭液界面目由能降低的越多，所以吸附量也越大。界面目由能降低的越多，所以吸附量也越大。n(3)极性极性n极性的吸附剂易吸附极性的吸附质，非极性的吸极性的吸附剂易吸附极性的吸附质，非极性的吸附剂则易吸附非极性的吸附质。附剂则易吸附非极性的吸附质。n4)吸附质分子的大小和不饱和度吸附质分子的大小和不饱和度n吸附质分子的大小和不饱和度对吸附也有影响。吸附质分子的大小和不饱和度对吸附也有影响。n(5)吸附质的浓度吸附质的浓度 n吸附质的浓度对吸附