污水的化学与物理化学处理

第六节 离子交换法
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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：
R H M R M H
交换 交换 树脂 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
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
流化床
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
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五、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
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、吸附剂
1. 活性炭 在水处理中较多采用颗粒活性炭。
导出的，形式为：
y K
m 1 K1
将上式变换成以下形式，使用时较方便：
1 K1
ym K K
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二、影响吸附的因素
衡量 指标
吸附能力 吸附速度
吸附 阶段
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颗粒外部 扩散阶段
孔隙扩散 阶段
吸附反应 阶段
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
吸附质从溶液中扩散到吸附 剂表面
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、铜等。
腐植酸类物质在吸附重金属离子后,可以用H2SO4、 HC2l02、1/3/4NaCl等进行解吸。
四、 吸附工艺和设备
间歇式
操 作 方 式
连续式
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
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。
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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
加热再生法 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
再
逸出或断裂成低分子
生
方
法
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
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2. 腐植酸类吸附剂
种类：天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐 煤等，它们可以直接使用或经简单处理后使用；将 富含腐植酸的物质用适当的黏合剂制备成的腐植酸 系树脂。
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。
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。
生的吸附 吸 附
吸附剂与被吸附物质之间产 化学吸附 生化学作用，生成化学键引
起吸附
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表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为 吸附等温式。 1. Freundlich等温式
y K1 n
m
对上式取对数，可得：
lБайду номын сангаасy()lgK1lg
m
n
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2. Langmuir等温式 该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下
合下列关系式：
[RM][H] [RH][M]
K
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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。
一、离子交换剂
离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂
本体(又称母体或骨架)和活性基团两个部分组成。
种类
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 含有酸性基团的阴离子交换树脂
按活性基 团可分为
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含有碱性基团的阳离子交换树脂 含有胺羧基团等的螯合树脂 含有氧化还原基团的氧化还原树脂 两性树脂
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交
全交换
换
容量
容 量
工作交 换容量
一定量的树脂所具有的活性 基团或可交换离子的总数量
树脂在给定工作条件下实际 的交换能力
3. 交联度 交联度较高的树脂，孔隙较低，密度较大，离子
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吸附法除汞流程
2. 炼油厂、印染厂废水的深度处理 某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理
后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。 废水的含酚量从0.1mg/L(生物处理后)降至
0.005mg/L，氰从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从 85mg/L降至18mg/L。
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（2）在常温和低浓度水溶液中，阳离子的价态越 高，它的交换势越大。
（3）在常温和低浓度水溶液中，同价阳离子的交 换势大致上是原子序数越高，交换势越大；但是稀土 元素情况正好相反。
（4）氢离子对阳离子交换树脂的交换势，取决于 树脂的性质。
（5）在常温和低浓度水溶液中，对弱碱性阴离子
交换树脂来说, 酸根(阴离子)的交换序列如下：SO42->
扩散速度较低，对半径较大的离子和水合离子的交换 量较小，浸泡在水中时，水化度较低，形变较小，也 就比较稳定，不易破碎。
4. 交换势 交换势大，交换离子越容易取代树脂上的可交换
离20子21/3/4，也就表明交换离子与树脂之间的亲和力越大。
规律
（1）离子的交换的交换势, 除同它本身和离子交换 树脂的化学性质有关外, 温度和浓度的影响都很大。
（9）大孔型树脂具有很强的吸附性能，往往可以 吸附废水中的非离子型杂质。
三、离子交换的工艺和设备 离子交换装置
CrO42- >柠檬酸根>酒石酸根 >NO3- >AsO43- >PO43-
>MoO 2021/3/4 2-
4
>醋酸根、I-、Br-
>Cl-
>F-。
（6）对强碱性阴离子交换树脂讲，离子的交换势 随树脂的性质而异，没有一般性的规律。
（7）氢氧基对阴离子交换树脂的交换势决定于树 脂类型。
（8）离子量高的有机离子和金属络合离子的交换 势特别大。
第十六章 污水的化学与物理化 学处理
第五节 第六节 第七节 第八节
吸附法 离子交换法 萃取法 膜析法
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第五节 吸 附 法
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一、 吸附原理
吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的 能力,比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力。
吸附剂与吸附物质之间是通过 物理吸附 分子间引力(即范徳华力)而产