2008年注冊(cè)環(huán)保工程師專業(yè)知識(shí)一講義(七)

　　1.7吸附

　　大綱要求：熟悉吸附的技術(shù)和方法，了解主要吸附劑的性能和影響因素

　　吸附：溶液中的物質(zhì)由一相向某種適宜的另一相界面上積累的過程。

　　在廢水處理中，用吸附作用來去除廢水中的污染物質(zhì)時(shí)，一般都是通過固液界面的吸附來實(shí)現(xiàn)的，具吸附能力的多孔性固體物質(zhì)稱為吸附劑。

　　1.7.1吸附原理

　　吸附是一種在兩相界面上發(fā)生的表面現(xiàn)象，與物質(zhì)表面張力和表面能的變化有關(guān)，符合熱力學(xué)第二定律，可用吉布斯方程式表示：

　　式中，若某溶質(zhì)能降低溶液的表面張力，即 為負(fù)值， 為正值，產(chǎn)生正吸附，若某溶質(zhì)能增加溶液的表面張力，則 為正值， 為負(fù)值，產(chǎn)生負(fù)吸附，稱為解吸。

　　1.7.2吸附的類型

　?、盼锢砦剑?/P>

　　特點(diǎn)是吸附熱較小，低溫就能進(jìn)行，吸附是可逆的，吸附基本沒有選擇性。

　?、苹瘜W(xué)吸附：

　　特點(diǎn)是吸附熱較大一般在較高溫度下進(jìn)行;當(dāng)化學(xué)鍵力大時(shí)，吸附是不可逆的;吸附有選擇性，一種吸附劑只對(duì)某種或幾種吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)吸附。

　?、请x子交換吸附：

　　水處理中，吸附往往是由上述3種吸附綜合作用的結(jié)果，但由于吸附質(zhì)和吸附劑的不同以及其他因素的影響，可能某種吸附是主要的。

　　1.7.3吸附等溫線

　　在溫度一定的條件下，吸附容量隨吸附質(zhì)平衡濃度的增大而提高，吸附容量隨平衡濃度而變化的曲線稱為吸附等溫線。

　　常見的吸附等溫線有Ⅰ型和Ⅱ型兩種類型。

　?、裥臀降葴鼐€與朗格謬爾和弗蘭德利希吸附等溫式相對(duì)應(yīng)，Ⅱ型吸附等溫線與BET等溫式相對(duì)應(yīng)。應(yīng)理解這幾個(gè)公式，并掌握公式中各參數(shù)的計(jì)算過程。

　　1.7.4吸附速率

　　吸附速率是指單位重量的吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的吸附質(zhì)質(zhì)量。

　　吸附速率越快，吸附質(zhì)與吸附劑接觸時(shí)間就越短，所需的吸附設(shè)備容積也就越小。

　　吸附速率取決于吸附質(zhì)的傳質(zhì)過程，對(duì)于多孔吸附劑，傳質(zhì)分為以下三步：

　?、傥劫|(zhì)從溶液主體擴(kuò)散到吸附劑外表面，這是吸附質(zhì)透過吸附劑表面液膜的傳質(zhì)簡稱外擴(kuò)散;

　?、谖劫|(zhì)由吸附劑顆粒的外表面，經(jīng)顆粒內(nèi)的細(xì)孔擴(kuò)散到顆粒的內(nèi)表面，簡稱內(nèi)擴(kuò)散;

　?、畚劫|(zhì)在吸附劑的表面上被吸附。

　　1.7.5常用吸附劑及影響吸附的主要因素

　?、懦Ｓ梦絼?/P>

　　活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻土、腐殖質(zhì)酸、焦炭、木炭、木屑、爐渣和粉煤灰等，應(yīng)用較多的是活性炭。

　　⑵活性炭的特性

　?、倩钚蕴康谋缺砻娣e和孔隙結(jié)構(gòu)

　　活性炭具有巨大的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)。比表面積可達(dá)500～1700m2/g，其中小孔容積一般為0.15～0.9ml/g，表面積占比表面積的95%以上，過渡孔容積一般為0.02～0.1ml/g，表面積占比表面積的5%左右，而大孔容積一般為0.2～0.5ml/g，表面積很小，只有0.5～2m2/g。

　?、诨钚蕴康谋砻婊瘜W(xué)性質(zhì)

　　由于活性炭表面有―OH基等，所以具有一些極性。

　?、怯绊懟钚蕴课降闹饕蛩?/P>

　　①活性炭吸附劑的性質(zhì)

　　其表面積越大，吸附能力就越強(qiáng); 活性炭是非極性分子，易于吸附非極性或極性很低的吸附質(zhì);活性炭吸附劑顆粒的大小，細(xì)孔的構(gòu)造和分布情況以及表面化學(xué)性質(zhì)等對(duì)吸附也有很大的影響。

　?、谖劫|(zhì)的性質(zhì)

　　取決于其溶解度、表面自由能、極性、吸附質(zhì)分子的大小和不飽和度、附質(zhì)的濃度等

　?、蹚U水PH值

　　活性炭一般在酸性溶液中比在堿性溶液中有較高的吸附率。

　　PH值會(huì)對(duì)吸附質(zhì)在水中存在的狀態(tài)及溶解度等產(chǎn)生影響，從而影響吸附效果。

　?、芄泊嫖镔|(zhì)

　　共存多種吸附質(zhì)時(shí)，活性炭對(duì)某種吸附質(zhì)的吸附能力比只含該種吸附質(zhì)時(shí)的吸附能力差

　?、轀囟?/P>

　　溫度對(duì)活性炭的吸附影響較小

　?、藿佑|時(shí)間

　　應(yīng)保證活性炭與吸附質(zhì)有一定的接觸時(shí)間，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。

　　1.7.6吸附操作方式

　?、澎o態(tài)吸附

　　適用于處理水量小或吸附劑性質(zhì)特殊的情況下

　?、苿?dòng)態(tài)吸附

　　廢水在流動(dòng)時(shí)進(jìn)行的吸附為動(dòng)態(tài)吸附，其工藝可分為固定床、移動(dòng)床、流化床三種。

　　固定床：在水處理工藝中常用。由于處理水量、原水水質(zhì)和處理出水水質(zhì)指標(biāo)的不同，工程中可采用單床、多床串聯(lián)和多床并聯(lián)等三種操作方式。

　　移動(dòng)床和流化床在廢水處理中應(yīng)用較少。

　　1.7.7吸附床的設(shè)計(jì)

　?、盼皆囼?yàn)

　　①確定吸附容量試驗(yàn)

　　主要是確定吸附容量公式中各參數(shù)關(guān)系并求出相應(yīng)的吸附等溫線。

　?、诖_定吸附速率試驗(yàn)

　　測定不同時(shí)間水樣中溶質(zhì)濃度，直到濃度不再變化為止，根據(jù)數(shù)據(jù)求出吸附速率。

　?、垩b置試驗(yàn)

　　選用直徑為100～150mm、高為1.5～2.5m的吸附柱裝置，吸附劑層厚度約1.0～1.5m?？蛇M(jìn)行多床串聯(lián)試驗(yàn)，并繪制穿透曲線，利用此曲線確定使吸附容量得以充分利用的吸附操作方式。

　?、浦饕O(shè)計(jì)參數(shù)

　　包括吸附塔直徑(1～3.5m)、充填層厚度(3～10m)、充填層與塔徑之比(1：1～4：1)、活性炭粒徑(0.5～2.0mm)、接觸時(shí)間(10～50min)、容積線速度、過濾線速度(升流式：9～25m/h，降流式：7～12m/h)、反沖洗線速度、反沖洗時(shí)間(3～8min)、反沖洗周期(8～72h)、反沖洗膨脹率等。

　　1.7.8活性炭吸附法在水處理中的應(yīng)用

　　廣泛應(yīng)用于在城市污水處理、飲用水及工業(yè)廢水處理。

　?、懦鞘形鬯幚?/P>

　　廢水中的一些有機(jī)物是難于為微生物或一般氧化法所氧化分解的，如酚、苯、石油及其產(chǎn)品、殺蟲劑、洗滌劑、合成染料、胺類化合物以及許多人工合成有機(jī)物，經(jīng)生化處理后很難達(dá)到對(duì)排放要求較高的水體中排放的標(biāo)準(zhǔn)，也嚴(yán)重影響廢水的回用，因此需要深度處理。

　　由于活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附能力大，在廢水深度處理中得到廣泛的應(yīng)用，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?、偬幚沓潭雀撸鞘形鬯没钚蕴窟M(jìn)行深度處理后，BOD可降低99%，TOC可降到1～3mg/L。

　?、趹?yīng)用范圍廣，對(duì)廢水中絕大多數(shù)有機(jī)物都有效，包括微生物難于降解的有機(jī)物。

　?、圻m應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)水量及有機(jī)物負(fù)荷的變動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性能，可得到穩(wěn)定的處理效果。

　　④粒狀炭可進(jìn)行再生重復(fù)使用，被吸附的有機(jī)物在再生過程中被燒掉，不產(chǎn)生污泥。

　?、菘苫厥沼杏梦镔|(zhì)，例如用活性炭處理含酚廢水，用堿再生吸附飽和的活性炭，可以回收酚鈉鹽。

　?、拊O(shè)備緊湊、管理方便。

　?、骑嬘盟疃忍幚碇械膽?yīng)用

　　活性炭吸附是建立在常規(guī)給水處理基礎(chǔ)上，一般設(shè)置在砂過濾之后，也可與砂濾料組成雙層濾料過濾或以活性炭過濾代替砂過濾。

　　在利用活性炭吸附進(jìn)行飲用水深度處理的過程中，發(fā)現(xiàn)在活性炭濾料上生長有大量的微生物，使出水水質(zhì)提高且再生延長，于是發(fā)展了一種經(jīng)濟(jì)有效的去除水中的微污染物質(zhì)的生物活性炭工藝，流程為原水―(加入混凝劑)―澄清―過濾(加入臭氧)再利用活性炭吸附，最后是出水。

　?、枪I(yè)廢水處理中的應(yīng)用

　　很多工業(yè)廢水很難或不能采用生化處理，采用其他方法時(shí)，有的不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，或運(yùn)行費(fèi)用較高，或操作較麻煩等，例如有毒的有機(jī)化合物和某些金屬及其化合物等。工程實(shí)踐表明，活性炭對(duì)這些物質(zhì)有很強(qiáng)的吸附能力。例如：

　　某染料廠排放廢水量為320m3/d，主要污染物二硝基氯苯為1000～1200mg/L，酸(以硫酸計(jì))0.5%，工藝流程為：先進(jìn)入調(diào)節(jié)池(50～60攝氏度)，冷卻沉降后進(jìn)入廢水池(30～40攝氏度)，再用固定床式吸附塔進(jìn)行吸附，經(jīng)石灰石膨脹中和濾池后排放，其中冷卻沉降的結(jié)晶二硝基氯苯可以回收。吸附塔的工藝參數(shù)：濾速14～15m/h;接觸時(shí)間0.25h，采用二塔串聯(lián)，一塔備用，塔徑900mm，塔高5m，每塔裝活性炭2.0m3，重1.09t，裝炭高度3.2m，經(jīng)處理后，吸附塔進(jìn)水二硝基氯苯為700mg/L，出水為5mg/L，PH值大于6，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　關(guān)于吸附的某一題目為：吸附質(zhì)與吸附劑之間由于分子間力(范德華力)而產(chǎn)生的吸附為()，A樹脂吸附，B交換吸附，C等溫吸附，D物理吸附，正確答案是D。

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