第五章_吸附、混凝及反应器设备的选择、运行和维护

3、流化床吸附器
原水由底部 升流式通过床层， 吸附剂由上部向 下移动。由于吸 附剂保持流化状 态，与水的接触 面积增大，因此 设备小而生产能 力大，基建费用 低。 流化床操作控制要求高，为防止吸附剂全塔混层，以充 分利用吸附容量并保证处理效果，塔内吸附剂采用分层流化。 所需层数根据吸附剂的静活性、原水水质水量等决定。
三、 吸附工艺和吸附设备类型及结构特点
间歇式
操 作 方 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 吸附剂固定填放在吸附柱(或 塔 )中
连续式 移动床
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
需在吸附剂层上部设表面冲洗设备。
2、移动床吸附器
原水从下而上流 过吸附层, 吸附剂由上 而下间歇或连续移动。 间歇移动床处理规模 大时，每天从塔底定 时卸炭1～2次，每次 卸炭量为塔内总炭量 的5％～10％。 移动床较固定床能充分
利用床层吸附容量，出 水水质良好，且水头损失较小。由于原水从塔底进入，水中夹 带的悬浮物随饱和炭排出，因而不需要反冲洗设备，对原水预 处理要求较低，操作管理方便。目前较大规模废水处理时多采 用这种操作方式。
放水阀
涡流式反应池工作原理：池体下半部为圆 锥形，水从锥底部流入，形成涡流，边扩散边 上升，随着锥体面积的逐渐扩大，上升速度逐 渐由大变小，有利于絮凝体的形成。 涡流式反应池的优点：构造简单，施工方 便，造价低。 涡流式反应池的应用：可用于中、小型水 厂或与其他形式的反应池组合应用。
五、澄清池
澄清池是能够同时实现混凝剂与原水的混合、 反应和絮体沉降三种功能的设备。 它利用的是接触凝聚原理，即为了强化混凝过 程，在池中让已经生成的絮凝体悬浮在水中成为悬 浮泥渣层(接触凝聚区)，当投加混凝剂的水通过它 时，废水中新生成的微絮粒被迅速吸附在悬浮泥渣 上，从而能够达到良好的去除效果。所以澄清池的 关键部分是接触凝聚区。保持泥渣处于悬浮、浓度 均匀稳定的工作条件已成为所有澄清池共同特点。
四 、吸附设备的选择
布置吸附流程和选择吸附器的注意事项： 当气体污染物连续排出时，应采用连续式或半连续 式的吸附流程；间断排出时采用间接式吸附流程。 排气连续但气量大时，可采用流化床或沸腾床吸附 器；排气连续但气量较小时可考虑使用旋转床吸附 器。 根据流动阻力、吸附剂利用率酌情选用不同类型的 吸附器。 处理的废气流中含有粉尘时，应先用除尘器除去粉 尘。 处理废气流中含有水滴或水雾时，应先用除雾器除 去水滴或水雾。 处理废气中污染物浓度过高时，可先用其他方法脱 除一部分。
2、吸附剂性质
比表面积
单位重量吸附剂的表面积称为比表面积．吸附剂
的粒径越小，或是微孔越发达，其比表面积越大。吸 附剂的比表面积越大，则吸附能力越强。
孔结构
吸附剂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，则
不利于吸附质扩散，并对直径较大的分子起屏蔽作用。
3、吸附质的性质与浓度
吹扫脱附
用不被吸附的气体(液体)冲洗吸附剂，使被吸附的组分 脱附下来。采用这种方法必然产生冲洗剂与被吸附组分混合 的问题，需要用别的方法将它们分离，因此这种方法存在多 次分离的不便性。
取代脱附
取代脱附的工作原理是用比被吸附组分的吸附力更强的 物质将被吸组分置换下来。其后果是吸附剂上又吸附了置换 上去的物质，必须用别的方法使它们分离。例如，活性炭对 Ca2+、Cl-有一定的吸附能力，这些离子占据了吸附活性中 心，可对活性炭吸附无机单质或有机物产生不利影响。因此， 用活性炭吸附待分离溶液中的物质后，选用CaCl2作为脱附 剂可降低活性炭对吸附质的吸附稳定性，从而达到降低脱附 活化能的目的。
4 、吸附剂的活性 单位吸附剂所能吸附的质量，是吸附能力 的标志。 5 、接触时间 吸附操作时，保证吸附质与吸附剂有一定 的接触时间。 6、吸附器的性能 吸附器的性能对吸附效果有显著的影响。
吸附设备应用时的注意事项

选择合适的预处理方式，确保废气的温度不能太 高、湿度不能太大； 考虑经济因素，选择合适再生过程； 操作过程中，防止吸附层升温过高；当采用高压 风机时，注意减震和消除噪音；用水蒸气或洗涤 液再生时，避免废水污染。
2、机械搅拌反应池
搅拌器有浆板式
和叶轮式，按搅拌轴 的安装位置分水平轴 式和垂直轴式。 第一格搅拌强度 最大，而后逐步减小， G值也相应减小，搅
拌强度决定于搅拌器
转速和桨板面积。
优缺点： 机械反应池的优点是调节容易，效果好，大、 中、小水厂均可，但维修是问题。
3、涡流式反应池
圆周出水槽
出水管
出水 进水
对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差异，吸附效果 也不一样。通常有机物在水中的溶解度随着链长的增长而减 小，而活性炭的吸附容量却随着有机物在水中溶解度减少而 增加，也即吸附量随有机物分子量的增大而增加。 对于气相吸附，若用同种活性炭作为吸附剂，吸附质的 当量直径、相对分子质量和不饱和性越大，沸点越高，越易 被吸附。 对于液相吸附，相对分子质量越大，分子极性越强，溶 解度越小，越易被吸附。吸附质浓度越高，吸附量越少。
特点：孔径整齐均一，因而具有筛分性能，一 种离子型吸附剂，对极性分子，不饱和有机物具有 选择吸附能力。
5、吸附树脂 大孔吸附树脂除了价格较贵外，比起活性炭， 物理化学性能稳定，品种较多，能用于废水处理， 维生素的分离及 H2O2 的精制等。最初为酚、醛类缩 合高聚物，以后出现一系列的交联共聚物，如聚苯 乙烯等。
第五章 吸附、混凝与反应器设备的 选择、运行与维护
学习要求
1 、了解吸附设备、混凝设备、化学反应器设 备的类型、结构特点及工作原理。 2 、掌握吸附设备、混凝设备、化学反应器设 备选择原则及运行管理中的注意事项。
学习要求
1 、了解吸附设备、混凝设备、化学反应器设 备的类型、结构特点及工作原理。 2 、掌握吸附设备、混凝设备、化学反应器设 备选择原则及运行管理中的注意事项。
5.1
一、吸附机理及分类 1、吸附的机理：
吸附设备
吸附是利用某些多孔性固体从流体混
合物中选择性地在其表面上聚集一定组分
的能力，使混合物中各组分得以分离。
2、吸附的分类： （1）、物理吸附：溶质与吸附剂之 间由于分子间作用力而产生的吸附。 （2）、化学吸附：溶质与吸附剂发 生化学反应，形成牢固的吸附化学键 和表面络合物。
七、影响吸附的因素
1、操作条件
吸附是放热过程，低温有
利于吸附，升温有利于脱附. 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，进而影响到吸 附效果，国内用太原8#炭吸附 Cd-CN络合物的试验结果如右图 所示。 由图可见，在PH7.5～9.5的范围内，吸附去除率较高。 在吸附操作中，应保证吸附剂与吸附质有足够的接触时间。
适宜pH：5~11，但腐 蚀性强
国外开始增多，国内尚 少
人工 合成 有 机
淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等
天然 微生物絮凝剂
三、混合与搅拌设备
1、水泵混合
投药投加在水泵吸水口或管上。混合效果好，节省动 力，各种水厂均可用，常用于取水泵房靠近水厂处理构筑 物的场合，两者间距不大于150m。 2、管式混合 管式静态混合 器：流速不宜小于 1m/s，水头损失不 小于0.3-0.4m，简单 易行。
六、脱附
吸附剂在达到饱和吸附后，必须进行脱附再生， 才能重复使用。脱附是吸附的逆过程，即在吸附剂结
构不变化或者变化极小的情况下，用某种方法将吸附
质从吸附剂孔隙中除去．恢复它的吸附能力。通过再 生使用，可以降低处理成本；减少废渣排放；同时回 收吸附质。
1、常见的脱附方法：
升温脱附 物质的吸附量是随温度的升高而降低的，将吸 附剂的温度升高，可以使已被吸附的组分脱附下来。 减压脱附 物质的吸附量是随压力的升高而升高的，在较 高的压力下吸附，降低压力或者抽真空，可以使吸 附剂再生，这种方法也称为变压吸附。此法常常用 于气体脱附。
3、硅胶： 硅胶是一种极性吸附剂，可以用来吸附 SO2 、 NOx等气体，但难于吸附非极性的有机物。同时亲 水性好，从水中吸附水份量可达硅胶自身 质量的 50%。常用于处理含湿量较高的气体干燥，烃类物 质回收等。 硅胶还可用作催化剂的载体。
4、沸石分子筛 是一种人工合成沸石，为微孔型、具有立方晶 体的硅酸盐。 通式为：[Mex/n(Al2O3)x(SiO2)y]·mH2O
3、机械混合 在池内安装搅拌装 置，搅拌器可以是桨板 式、螺旋桨式或透平式， 速度梯度700-1000s-1， 时间10-30s以内，优点 是混合效果好，不受水 质影响，缺点是增加机 械设备，增加维修工作。
四、反应设备
1、隔板反应池
隔板反应池分往复式和回转式。
隔板反应池的水头损失由局部水 头和沿程水头损失组成。往复式总水 头损失一般在0.3-0.5m，回转式的水 头损失比往复式的小40％左右。 隔板反应池特点： 构造简单、管理方便，但絮凝效 果不稳定，池子大。适应大水厂。
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
固 定 床 移 动 床
流化床
1、固定床吸附器
在废水处理中常 用固定床吸附装置。 其构造与快滤池大致 相同。吸附剂填充在 装置内，吸附时固定 不动，水流穿过吸附 剂层。根据水流方向 可分为升流式和降流 式两种。
降流式固Fra Baidu bibliotek床吸附出水水质好，但水头损失较大，特别 在处理含悬浮物较多的污水时，需定期进行反冲洗，有时还
颗粒状活性炭(粒炭) 普通活性炭 炭分子筛 纤维活性炭 粉状活性炭(粉炭)
多用于气 体吸附
多用于液体的脱色 处理 吸附能力比一般的活性炭高出1～10 倍，特别是对于一些恶臭物质的吸附 量比颗粒活性炭要高40倍左右。
2、活性氧化铝：


活性氧化铝是一种极性吸附剂，无毒，对水的 吸附容量很大，常用于高湿度气体的吸湿和干燥。 它还用于多种气态污染物，如 SO2、 H2S 、含氟废气、 NOx以及气态碳氢化合物等废气的净化。 活性氧化铝机械强度好，可在移动床中使用， 并可作催化剂的载体。而且它对多数气体和蒸气是 稳定的，浸入水或液体中不会溶胀或破碎。循环使 用后其性能变化很小，因此使用寿命长。
5.2 混凝处理
一、基本概念 混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集 过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。 凝聚：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。 絮凝：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。 混凝过程： 1、混合； 2、胶体脱稳与凝聚； 3、沉淀分离等。
二、 常用的混凝剂
铝系 无 机 铁系 硫酸铝 明矾 聚合氯化铝（PAC） 聚合硫酸铝（PAS） 三氯化铁 硫酸亚铁 硫酸铁（国内生产少） 聚合硫酸铁 聚合氯化铁 阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物 阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM） 非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯 （PEO） 两性型： 使用极少 适宜pH：5.5~8
五、吸附剂 工业吸附剂必须满足下列要求：
1、吸附能力强； 2、吸附选择性好； 3、吸附平衡浓度低； 4、容易再生和再利用； 5、机械强度好； 6、化学性质稳定； 7、来源广； 8、价廉。 一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要求， 因此，应根据不同的场合选用。
目前在废水处理中应用的吸附剂有: 活性炭、活化煤、白土、硅藻土、
活性氧化铝，焦炭、树脂吸附剂、
炉渣、木屑、煤灰、腐殖酸等。
1、活性炭 活性炭是一种非极性吸附剂，具有疏水性和亲 有机物质的性质，它能吸附绝大部分有机气体，如 苯类，醛酮类、醇类、烃类等以及恶臭物质，因此， 活性炭常被用来吸附和回收有机溶剂和处理恶臭物 质。对 SO2 、 NOx 、Cl2 、 H2S 、 CO2 等有害气体也有优 良的吸附能力，因此，在吸附操作中，活性炭是一 种首选的优良吸附剂。 优点：性能稳定、抗腐蚀。 缺点：可燃性，因此使用温度不能超过 200℃，在 惰性气流掩护下，操作温度可达500℃。
几个名词

吸附作用: 物质从气体或液体浓缩到固体表面从 而实现分离的过程 吸附剂: 在表面上能发生吸附作用的固体 吸附物: 被吸附的物质
二、吸附的三个阶段
颗粒外部 扩散阶段 吸附 阶段 孔隙扩散 阶段 吸附反应 阶段 吸附质从溶液中扩散到吸附 剂表面 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