吸附与化学沉淀.ppt
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第八章第八章 吸附与化学沉淀吸附与化学沉淀第第1 1节节 吸吸 附附 1 一：吸附原理与类型一：吸附原理与类型 •1． 原理： 一种物质附着在另一种物质表面上的过程――吸附，是一种相界面上的反应• 可以发生在气－液界面、气－固、液－固• 在水处理中，主要讨论的是液－固界面2 •固相物质：吸附剂，一般为多孔性物质• 液相中被吸附物质：吸附质•吸附法是指水中的一种或多种物质被吸附在固体表面（吸附剂）而被去除的方法• 为什么吸附剂有吸附能力呢？这主要与表面张力、表面能的变化有关3 2．类型：•1） 物理吸附：•2）化学吸附：•3）离子交换吸附4 1） 物理吸附：•分子间的作用力所引起的•吸附热较小，可在低温下进行•过程是可逆的，易解吸（被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表面）•相对没有选择性，可吸附多种吸附质（由于分子力是普遍存在的），但吸附质极性不同，吸附量不同•可形成单分子吸附层或多分子吸附层5 2）化学吸附：•由化学键力引起的――产生化学反应•如石灰吸附CO2 → CaCO3•吸附热大，一般在较高温下进行•具有选择性，单分子层吸附•化学键力大时，吸附不可逆。
6 3）离子交换吸附•静电引力，吸附质的离子→吸附剂表面的带电点上，同时吸附剂也放出一个等当量离子•离子电荷越多，吸附越强•离子水化半径越小，越易被吸附在水处理中，三种吸附的综合表现7 二、吸附剂二、吸附剂•具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣……•活性碳是水处理中应用最为广泛的吸附剂8 •原料：木材、煤，经高温炭化和活化而成•碳化：把原料热解成碳渣，温度：300－400度•活化：形成发达的细孔气体法：通入水蒸汽，温度在920－960度；药剂法：加入氧化锌、硫酸、磷酸等 9 三、吸附等温线三、吸附等温线1．吸附平衡 当吸附速度和解吸速度相等时，溶液中的吸附质浓度不在改变时 → 吸附平衡 10 •吸附剂吸附能力的大小用吸附量q（g/g）表示达到吸附平衡时， q = V(C0-C)/W (g/g)V：废水容积W：活性炭投量C：吸附平衡时，溶液中溶质浓度•增加W → C和q 发生变化11 2.吸附等温线与等温式•吸附等温线：在某一温度条件下，吸附量随吸附质平衡浓度的变化的曲线有I型和II型两种类型12 I型II型13 1）弗兰德利希(Freundlich)吸附等温式（经验公式） q = KC1/n log q = log K + 1/n log C 1/n越小，说明吸附可在相当宽的浓度范围下进行。
一般认为 1/n = 0.1 – 0.5 时容易吸附14 2）朗谬尔（Langmuir）吸附等温式；基于单分子层吸附推导出来 q = aqsC/(1+aC)a:吸附平衡常数qs:饱和吸附量C:平衡浓度15 3）BET式：描述II型吸附，多层分子吸附模式，各层符合朗谬尔吸附16 四、影响吸附的因素四、影响吸附的因素1．吸附剂的性质•细孔分布：活性炭的情况 微孔<2 nm，占总比表面的95％：主要支配吸附量 过渡孔2-100nm，<5％：起通道和吸附作用 大孔100-10000 nm，不足1％：主要起通道作用，影响吸附速度 17 •比表面：活性炭比表面积：500－1700m2/g比表面积越大，吸附量越大但应注意对一些大分子，微孔所提供的比表面积基本上不起作用所以有时也不能单纯用比表面积来评价•表面化学特性：活性炭本身是非极性的，但由于表面共价健不饱和易与其它元素如氧、氢结合，生成各种含氧官能团目前已证实的含氧官能团有：－OH基、－COOH基18 2．吸附质的性质•溶解度：对活性炭而言，溶解度越低，越易被吸附•界面张力：越使溶液界面张力减小的物质越易被吸附•极性：活性炭易吸附非极性或极性很低的物质。
•分子量和不饱和度：与沸石相比，活性炭易吸附分子较大的饱和化合物，但分子量一般不超过1000•溶质浓度19 3．操作条件：•pH值：对吸附剂及吸附质都有影响活性炭一般在酸性溶液中有较高的吸附率•温度：物理吸附是放热过程•共存物质：竞争吸附•接触时间：取决于吸附速度20 五、吸附操作方式与设计五、吸附操作方式与设计1．吸附操作方式：•静态•动态：固定床移动床流化床21 降流式固定床型吸附塔构造示意图22 23 2.吸附容量和穿透曲线的利用•1） 静态试验：•通过吸附等温线，得到静态吸附容量，选择碳型、粗略估计处理每吨废水所需的吸附剂量2）动态试验： ――穿透曲线24 出水溶质浓度ab通水时间 t25 • 穿透点：a，Ca=0.05-0.1 C0• 吸附终点：b, Cb=0.9-0.95C0• 通水倍数：单位重量吸附剂所能处理的水的总体积•单柱时，处理水量：Va，通通水水倍倍数数 n=Va/M M：碳量• 多柱时，处理水量：Vb，通水倍数n =Vb/M26 •要使活性炭充分饱和，又能保证出水水质，一般可采用多柱串联使用 27 动态吸附容量动态吸附容量：曲线积分•穿透曲线与操作条件，空塔速度（m/h，）、接触时间有关。
•利用穿透曲线，确定合理串联级数、使用周期、通水倍数、空塔速度（线速度m/h和体积速度1/h＝Q/V）、接触时间28 3）工艺设计――――通水倍数法 •选定吸附操作方式及吸附装置型式•参考经数据值，选择空塔速度（一般2－10m/h）•作动态吸附试验，求吸附剂动态吸附容量和通水倍数•根据处理水量和空塔速度，计算吸附装置面积和直径•根据空塔速度，计算吸附装置层高•计算吸附塔填充活性炭的体积和重量•根据通水倍数计算每天需再生的饱和炭量29 六、活性炭再生六、活性炭再生1）加热再生：一般采用高温再生脱水（活性炭与液体分离）——干燥（100－150度）——炭化（300－700度）（一部分有机物挥发，一部分被炭化，留在活性炭细孔中）——活化（用蒸汽）——冷却30 2〕药剂再生：酸碱、有机溶剂3〕化学氧化法：湿式氧化、臭氧4〕生物再生法：31 七、应用七、应用1.在微污染水源净化中的应用•除嗅、除味、除色，去除微量有机物2. 城市污水深度处理•生物难以去除、一般氧化法难以氧化的溶解性物质，对废水中绝大部分有机物吸附能力强•采用活性炭时，活性炭对有机物的吸附与有机物的溶解度、极性、分子量有关32 3．工业废水处理1〕含重金属废水•对无机物的吸附虽然研究较少，但已有研究表明：活性炭对某些金属及其化合物有很强的吸附能力，如：锑、铋、锡、汞、六价铬等。
2）有机废水•染料废水、火药（三硝基苯：TNT）废水等33 第二节：化学沉淀第二节：化学沉淀 一、原理一、原理•投加某种化学药剂（沉淀剂）→使与水中的溶解物质发生反应•→生成难溶盐类→→降低水中溶解性物质的含量•→→一般用于处理含重金属废水34 利用溶度积原则• 难溶盐在饱和溶液中溶解与沉淀的平衡： MmNn = mMn+ + nNm-平衡常数 K ＝ [Mn+]m[Nm-]n/[MmNn]溶度积L＝ [Mn+]m[Nm-]n• 根据上述原理，可以判断溶液是否有沉淀• 加入带N离子的药剂，降低水中M离子的浓度35 • 分级沉淀：数种离子都能与同一种离子生成沉淀时，可根据溶度积来判断： L1/L2的比值来确定•如果L1实/L2实>L1/L2,先发生L1沉淀例：溶液中同时存在Ba2+、CrO42-、SO42-，先发生何种沉淀？Ba2+ + SO42- ----BaSO4 LBaSO4 =1.1*10-10Ba2+ + CrO42-----BaCrO4 LBaCrO4=2.3*10-1036 •LBaSO4 / LBaCrO4=1/2.09•若[SO42- ]/[ CrO42-] > 1/2.09 则先发生BaSO4沉淀•若[SO42- ]/[ CrO42-] ＝ 1/2.09 则两种沉淀同时发生•若[SO42- ]/[ CrO42-] < 1/2.09 则先发生BaCrO4沉淀37 •分类：氢氧化物沉淀法硫化物沉淀法钡盐沉淀法38 二、氢氧化物沉淀法二、氢氧化物沉淀法 金属氢氧化物的溶解平衡 M(OH)n = Mn+ + n OH- 金属氢氧化物的溶度积 L＝[Mn+] [OH-]n39 •金属氢氧化物的生成条件受pH影响。
水的离子积K水＝[H+] [OH-] ＝10－14 lg[Mn+] = 14 n – n pH – p LM(OH)n ＝x – n pH•价数越高，pH对金属浓度的影响越大40 •一般投加石灰――对于不准备回收的低浓度废水•注意：对于有些金属离子，如Zn, Pb, Cr, Al…氢氧化物为两性物质，PH过高会产生羟基络合物，重新溶解 如 Zn(OH)2 + 2OH－ ――Zn(OH)42- •因此，控制适当的pH是非常重要的41 三、硫化物沉淀法三、硫化物沉淀法金属硫化物比氢氧化物更难溶解 沉淀剂：H2S，Na2S，KS MS ――M2+ + S2- [M2+] = LMS/[S2-]42 • 使用H2S时, H2S可以分级电离 H2S = H+ + HS- ………K1 HS- = H+ + S2- ……….K2 [M2+] = LMS [H+]2/1.1×10-23• pH↑, [H+]↓, [M2+],促进沉淀43 •特点：虽然硫化物法比氢氧化物能更安全地去除金属离子,但费用大,硫化物沉淀困难,需投加混凝剂加强沉淀,一般作为氢氧化物的补充法使用44 四、钡盐沉淀法四、钡盐沉淀法主要用于处理六价铬。
沉淀剂：碳酸钡、氯化钡、硝酸钡生成难溶盐铬酸钡盐：BaCO3 + CrO42- --- BaCrO4 + CO3-45 。
