水污染控制工程 第十七章 污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理 讲义.docVIP

第章 §17-1 吸附法 一、 式中：q——吸附容量，g/g； V——废水体积，L； c0——原水中吸附质浓度，g/L； c——吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度，g/L； W——吸附剂投加量，g。 吸附剂对吸附质的吸收效果，一般用吸附容量和吸附速度来衡量。 3、吸附速度 指单位质量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质的量。 吸附速度决定了污水和吸附剂的接触时间，取决于吸附剂对吸附质的吸附过程，通常由试验确定。 4、吸附等温线 是表征吸附容量与相应的平衡浓度之间的关系曲线。 5、吸附等温式 描述吸附等温线的数学表达式。常见的有朗格缪尔(Langmuir)吸附等温式、弗兰德里希(Freundlich)（在低浓度时较适用）吸附等温式和BET等温式。 三个吸附等温式仅适用于单组分吸附体系。 (1) 朗格缪尔吸附等温式 假设：①吸附是单分子层吸附，其吸附量达到最大值；②吸附分子之间没有作用力；③一定条件下，吸附与脱附可达到动态平衡。 (17-1) 式中：Nm——单分子层覆盖的饱和值，与温度无关； q——平衡吸附量，mg/g； k——吸附系数，代表了固体表面吸附能力的强弱，又称吸附平衡常数； c——吸附质浓度，g/L。 为了方便起见，可将(4-1)式变形为一个线性形式： (17-2) 根据试验情况，可按(17-2)式以[1/q]对[1/c]作图，得到一条直线见图17-1。 (2) Freundlich吸附等温式 为指数型的经验公式： (17-3) 式中：K——Freundlich吸附系数； n——常数，通常大于1； 其它符号同前。 式(17-3)虽然为经验式，但与实验数据相当吻合，通常将该式绘制在双对数坐标纸上，以便确定K与n值。式(17-3)两边取对数，得： (17-4) 由实验数据按式(17-4)作图得到一直线，如图17-2，其斜率等于1/n，截距等于lgK。一般认为，1/n值介于0.1～0.5，则易于吸附，1/n 2时难以吸附。 图17-2 Freundlich吸附等温式常数图解法 Freundlich吸附等温式在一般的浓度范围内与Langmuir吸附等温式比较接近，但在高浓度时不像Langmuir吸附等温式那样趋向于一个定值；在低浓度时也不会还原成一条直线。当污水中混合着吸附难易不同的物质时，则等温线不成直线。 表17-1列举了活性炭吸附污水中酚、醋酸等时的K和n值，可供参考。 表17-1 活性炭在某些物质水溶液中的吸附 吸附质 温度/℃ K n 吸附质 温度/℃ K n 酚 20 17.18 0.23 醋酸 20 0.97 0.4 70 2.19 0.47 50 0.08 0.66 甲酚 20 2.00 0.48 70 0.04 0.75 醋酸戊酯 20 4.80 0.49 【例】用活性炭吸附水中色素的试验方程式为：。今有100L溶液，色素浓度为0.05g/L，欲将色素除去90％，应加多少活性炭？ 解：平衡时的c＝0.05×(1－90%)=0.005g/L 三、影响吸附的因素 1、吸附剂的性质 (1) 孔的大小 吸附剂的内孔大小和分布对吸附性能影响很大。孔径太大，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。 (2) 比表面积 由于吸附现象是发生在固体表面上，所以吸附剂的比表面积越大，吸附能力越强，吸附容量也越大，因此，比表面积是吸附作用的基础。 但要注意与处理水的性质相适应，对分子量大的吸附质，微孔提供的表面积不起很大作用，所以单纯强调比表面积会有片面性，不能不分处理对象任意用炭。 (3) 吸附剂的表面化学特性 一般极性分子型吸附剂易吸附极性分子型吸附质，非极性分子型吸附剂易吸附非极性的吸附质。 活性炭本身是非极性的，在制造过程中，处于微晶体边缘的碳原子，由于共价键不饱和而易与其他元素如氧、氢等结合形成含各种含氧官能团，如羟基、羧基、羰基等，从而具有微弱极性，使其他极性溶质竞争活性炭表面的活性位置，导致非极性溶质吸附量降低，而对水中某些金属离子产生离子交换吸附或络合反应，提高处理效果。 2、吸附质的性质 吸附质在水中溶解度、分子极性、分子量大小等都对吸附都有影响。 (1) 溶解度 一般溶质溶解度越低，越容易被吸附，而不易被解吸。 通常有机物在水中溶解度随着链长的增加而减小，而活性炭在污水中对有机物的吸附容量随着同系物分子量的增大而增加。 (2) 表面自由能 能够使液体表面自由能(或叫表面张力)降低越多的吸附质，越容易被吸附。例如活性炭在水溶液中吸附脂肪酸，由于含碳越多的脂肪酸分子可使炭液界面自由能降低得越