第九章_污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理

吸附平衡与吸附等温式
平衡吸附量：吸附与脱附达动态平衡，单位吸附剂所吸附的 物质的量，常用qe(mg/g)表示。 qe＝V(c0-ce)/W 将平衡吸附容量qe 与相应的平衡浓度ce 作图，得吸附等温线。 描述吸附等温线的数学表达式称为吸附等温式。 (1) Freundlich等温式： qe=Kce1/n (2) Langmuir等温式： qe=abce/(1+bce) (a为与最大吸附量 有关的常数；b为与吸附能有关的常数)。
吸附的再生
所谓再生，就是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。
(1) (2) 加热再生法 化学再生法
(3)
生物再生法
吸附法在废水处理中的应用
含汞废水的处理
含铬废水的处理
炼油厂废水的深度处理
第二节
离子交换法
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。 据测定，腐植酸含有的活性基团有酚羟基、羧基、醇羟、甲氧 基、羰基、醌基、胺基、磺酸基等。这些活性基团决定了腐植 酸的阳离子吸附性能。 用作吸附剂的腐植酸类物质有两大类：一类是天然的富含腐 植酸的风化煤、泥煤、褐煤等，它们可直接或者经简单处理后 作吸附剂用；另一类是把富含腐植酸的物质用适当的粘合剂制 备成腐植酸系树脂，造粒成型后使用。 腐植酸类物质在吸附重金属离子后，容易解吸再生，重复使 用。常用的解吸剂有H2SO4、HCl、NaCl、CaCl2等。 腐植酸类物质能吸附工业废水中的许多余属离子，例如汞、镉、 铅、铜、铬等，吸附率可达90～99％。
离子交换树脂的交换容量
离子交换树脂交换能力的大小以交换容量来衡量，它表示树脂所能吸着 (交换)的交换离子数量。 全交换容量(或称总交换容量)：指离子交换树脂内全部可交换的活性基团 的数量；此值决定于树脂内部组成，与外界溶液条件无关。这是一个常数， 通常用滴定法测定。 平衡交换容量：指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，其值随外界条件变化而异。 工作交换容量：或称实用交换容量，是指在某一指定的应用条件下树脂表 现出来的交换容量。例如，在离子交换柱进行交换的运行过程中，当出水 中开始出现需要脱除的离子时，或者说达到穿透点时，交换树脂所达到的 实际交换容量。故有时也称穿透交换容量。 树脂的全交换容量最大，平衡交换容量次之，工作交换容显最小。后二者 只是全交换容量的一部分。离子交换容量的单位，可用每单位重量干树脂 所能交换的离子数量朵表示，例如mol/g(干)。也可用每单位体积温树脂所 能交换的离子数量来表示，例如mo1/mL(湿)。
吸附工艺过程及设备
吸附操作方式
吸附操作方式分为静态间歇式和动态连续式两种。前者多用 于实验研究或小规模的废水处理中，而生产运行一般采用动态 连续方式。 废水在流动条件下进行的操作，叫做动态连续吸附，或简称 为动态吸附。 (1)固定床动态吸附 这是废水处理工艺中最常用的一种方式。 由于吸附剂固定填充在吸附柱(或塔)中，所以叫固定床。当废 水连续流过吸附剂层时，吸附质便不断被吸附。若吸附剂数量 足够，出水中吸附质的浓度即可降低至接近于零。但随着运行 时间的延长，出水中吸附质的浓度会逐渐增加。当达到某一规 定的数值时，就必须停止进水，进行吸附剂再生。
树脂吸附剂
这是一种具有立体结构的多孔海绵状物质，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。 它的吸附能力接近活性炭，但比活性炭容易再生。此外，还有 稳定性高、选择性强、应用范围广等优点，这是废水处理中有 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35～350m2/g，它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，树脂易于 再生，当原水中含TNT34mg/L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，TNT的回收率达80%。
活性炭的吸附中心 点 有 两类： 一 种是物 理 吸 附活性 点 ， 数 量 很 多 ，没有 极 性 ，是 构 成 活性炭 吸 附能力 的 主 体部分 ； 另一种 是 化 学吸附 活 性点 ， 主 要 是在制 备 过程中 形 成 的一些 具 有专属 反 应 性能的 含 氧官能 团，如羧基(-COOH)、 羟基(-OH)、碳基(＞C ＝O)等 ， 它们对 活 性 炭 的 吸附特 性 有一定 的影响。
固定床吸附的工作规律－－穿透曲线
固定床吸附的整个工作过程如图15-3所示。当吸附质浓度为C0 的废水自上方进入吸附柱后，首先与第一层吸附剂接触，降低 了吸附质的浓度。降低了浓度的废水接着进入第二层吸附剂， 又使其浓度进一步降低。废水依次流下，当流到某一深度时， 其中的吸附质全部被吸附，该层出水中吸附质的浓度C＝0，在 此深度以下的吸附剂暂未发挥作用。由于废水是连续不断地流 过吸附剂层，随着运行时间的增加，上部吸附剂层中的吸附质 浓度将逐渐增高，到某一时刻就达到饱和，从而失去继续吸附 的能力。实际发挥吸附作用的吸附剂层高度δ称为吸附带。在 正常运行情况下，δ值是一个常数。随着运行时间的推移，吸 附带逐步下移，上部饱和区高度不断增加，下部新鲜吸附剂层 高度则不断减小。当运行到某一时刻，吸附带δ的前沿达到柱 内整个吸附剂层的下端，此时出水浓度不再保持C＝O，开始出 现污染物质，这一时刻就称为吸附柱工作的穿透点。此后，
第十七章 溶解态污染物的物理化学分离技术
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（难以生 物降解）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（用作回收利用的方法）或是很低的废水（用作污 水的深度处理）。
第一节
吸附法
吸附的基本理论
离子交换树脂的种类
离子交换树脂按照功能基团的性质可分为：含有酸性基团的阳离 子交换树脂、含有碱性基团的阴离子交换树脂、含有胺羧基团等的 整合树脂、含有氧化-还原基团的氧化还原树脂(或称电子交换树脂) 以及两性树脂等五种，还有新近发展起来的萃淋树脂(或称溶剂浸 渍树脂)等等。其中，阳、阴离子交换树脂按照活性基团电离的强 弱程度，又分别分为强酸(如-SO3H)、弱酸(如-COOH)、强碱(如N(CH3)3+0H-)、弱碱(如-NH2)树脂。 离子交换树脂按树脂类型和孔结构的不同可分为：凝胶型树脂， 大孔型树脂，多孔凝胶型树脂，巨孔型(MR型)树脂，高巨孔型(超 MR型)树脂等。如果按树脂交联度(交联剂含量的百分数)大小分类， 可把离子交换树脂分为：低交联度(2～4%)，一般交联度(7～8%)， 高交联度(12～20%)等三种。实际中常用的是交联度7～12%的树脂。 此外，习惯上还按照出厂型式即活动离子的名称，把交换树脂简称 为H型、Na型、OH型、C1型树脂等等。
比表面积 吸附剂的结构 孔结构 表面化学性质 吸附质的性质 温度 操作条件 孔结构 接触时间
影 响 吸 附 的 因 素
吸附剂
活性炭
活性炭的比表面达800～2000m2/g，具有很高的吸附能力。 活性炭的吸附能力与孔隙的构造和分布情况有关。它的孔隙 分为三类：小孔孔径在20Å以下；过渡孔孔径为20～1000Å； 大孔孔径为l000Å以上。活性炭的小孔比表面积占总比表面积 的95％以上，对吸附量影响最大；过渡孔不仅为吸附质提供 扩散通道，而且当吸附质的分子直径较大时(如有机物质)， 主要靠它们来完成吸附；大孔的比表面积所占比例很小，主 要为吸附质扩散提供通道。
(2)移动床吸附 废水从吸附柱底部进入，处理后的水由柱顶排 出。在操作过程中，定期将一部分接近饱和的吸附剂从柱底排 出，送到再生柱进行再生。与此同时，将等量的新鲜吸附剂由 柱顶加入，因而这种吸附床称之为移动床。这种运行方式较固 定床吸附能更充分地利用吸附剂的吸附能力，水头损失小，但 柱内上下层吸附剂不能相混，所以对操作管理要求较为严格。 (3)流化床吸附 吸附剂在塔内处于膨胀状态，悬浮于由下而 上的水流中。所以这种运行方式也称为膨胀床吸附。膨胀床的 吸附率高，适于处理悬浮物含量较高的废水。
树脂的溶胀性
各种离子交换树脂都含有极性很强的交换基团，因此亲水性很 强。树脂的这种结构使它具有溶胀和收缩的性能。树脂溶胀或 收缩的程度以溶胀率表示。品种不同的树脂具有不同的溶胀率； 同一种树脂，活动离子形式不同，其体积也不相同，因此树脂 在转型时就会发生体积改变；此外溶液的不同，树脂溶胀率也 不一样，所以当树脂浸入某种溶液时就会产生溶胀或收缩。树 脂的这种溶胀和收缩性能，直接影响树脂的操作条件和使用寿 命，因此在交换器的设计和使用过程中，都应注意这一因素
离子交换树脂的性能
树脂的交换选择性
离子交换树脂对水溶液或废水中某种离子优先交换的性能， 称为树脂的交换选择性，简称选择性。它是表征树脂对不同离 子亲合能力的差别。离子交换的选择性与许多因素有关。
1)在低浓度和常温下，离子的交换势(即交换离子与固定离子结合的能力) 随溶液中离子价数的增加而增加，例如：Th4+＞La3+＞Ca2+＞Na+。 2)在低浓度和常温下，价数相同时，交换势随原子序数增加而增加。这是 因为原子序数大，水化离子半径小，作用力就强。例如：Ba2+＞Sr2+＞Ca2+ ＞Mg2+。 3)交换势随离子浓度的增加而增大。高浓度的低价离子甚至可以把高价离 子臵换下来，这就是离子交换树脂能够再生的依据。 4)H+离子和OH-离子的交换势，取决于它们与固定离子所形成的酸或碱的强 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，一般来说交换势降低。
如果废水仍继续通过，吸附带仍将往下移动，直到吸附带上端 达到吸附剂层的下端。这时全部吸附剂都达到饱和，出水浓度 与进水浓度相等(C＝C0)，吸附柱即全部丧失工作能力。 在实际操作中，吸附柱达到完全饱和及出水浓度达到与进水浓 度相等都是不可能的。出水浓度Cx 只能接近于进水浓度C0 两者 保持一个很小的浓度差值，通常Cx ＝(0.90～0.95)C0 ，这一点 称为吸附剂吸附容量的耗竭点。另外，通常是根据对出水水质 的要求，规定一个出水含污染物质的浓度允许值，当运行达到 这一规定的允许值时，即认为吸附已达到穿透点，吸附柱便应 停止工作，需进行吸附剂的更换或再生。