陕西科技大学807环境工程学考点精讲 20.docx
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陕西科技大学807环境工程学考点精讲20
专业课考点精讲课程
第20讲
污水的化学与物理化学处理
(一)
【知识脉络图】
【考点概述】
1、吸附原理(★★★)
2、影响吸附的因素(★★★)
3、吸附剂(★★★)
4、吸附的操作及设备(★★)
5、离子交换法介绍(★★)
6、柱式交换法(★★)
7、连续式交换法(★★)
习思路及目的】
1、掌握吸附原理
2、熟悉影响吸附的因素
3、了解吸附剂
4、了解吸附的操作及设备
5、熟悉离子交换法
6、了解柱式交换法
7、了解连续式交换法
【考点精讲】
考点一、吸附原理(★★★)
1吸附过程与分类
●吸附是指利用多孔性固体物质吸附废水中某种或几种污染物,以回收或去除某些物质,从而使废水得到净化的方法。
●吸附剂(absorbent):
具有吸附能力的多孔性固体物质。
●吸附质(adsorbate):
废水中被吸附的物质。
v吸附是一种界面现象,发生在两个相的界面上。
v固体表面分子或原子因受力不均衡而具有剩余表面能。
当某些物质碰撞固体表面时,受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面。
v根据吸附剂与吸附质之间作用力的不同,吸附可分为:
●物理吸附(physicaladsorption)
●化学吸附(chemicaladsorption)
●离子交换吸附(ionexchangeadsorption)
2物理吸附的特点
v通过分子间力作用发生。
v无选择性。
v吸附质位置不固定,能在界面范围内自由移动。
v主要发生在低温状态下,放热较小。
v可以是单分子层或多分子层吸附。
v解吸容易。
影响物理吸附的主要因素是吸附剂的表面积和细孔分布。
3化学吸附的特点
v由化学键力引起。
v有选择性,即一种吸附剂只对某种或特定几种物质有吸附作用。
v一般为单分子层吸附,分子不能在表面自由移动。
v吸附时放热量较大;通常需要一定的活化能。
v低温时,吸附速度较小。
v吸附牢固,解吸困难。
4离子交换吸附的特点
Ø吸附质离子由静电引力作用聚集在吸附剂表面带电点上,并置换出其他离子。
Ø吸附力为静电引力
Ø有一定的选择性
Ø吸附热与物理吸附相近
考点二、影响吸附的因素(★★★)
1吸附剂的性质
1)比表面积
2)孔结构
3)表面化学性质
2吸附质的性质
通常有机物在水中的溶解度随着链长的增长而减小,而活性炭的吸附量随有机物分子量的增大而增加。
3操作条件
•温度:
吸附是放热过程,低温有利于吸附,升温有利于脱附。
•pH:
溶液的pH值影响溶质状态,影响吸附剂表面的电荷特性和化学特性,影响到吸附效果。
•接触时间:
足够的接触时间。
•吸附剂再生,溶液的组成和浓度及其它因素也影响吸附效果。
考点三、吸附剂(★★★)
1工业吸附剂的要求:
(a)吸附能力强;(b)吸附选择性好;
(c)吸附平衡浓度低;(d)容易再生和再利用;
(e)机械强度好;(f)化学性质稳定
(g)来源广;(h)价格低。
活性炭、木炭、焦炭、硅藻土、木屑、吸附树脂等。
2、吸附剂的解吸再生
●解吸再生:
在保持吸附剂结构不发生或稍微发生变化的情况下,将吸附质由吸附剂的表面去除,恢复其吸附性能。
是吸附的逆过程。
●解吸再生方法:
加热、化学氧化、药剂、生物再生法等。
考点四、吸附的操作及设备(★★)
1吸附操作的分类
●按吸附操作过程中废水的流动状态,可把吸附操作分为静态吸附和动态吸附。
●静态吸附操作:
废水不流动。
●动态吸附操作:
废水流动。
●从处理设备的类型上分,又可以分成固定床(fixedbed)方式、移动床(movingbed)方式和流化床(expandedbed)方式。
2吸附操作的设备
固定床:
•废水连续通过填充吸附剂的设备,吸附剂在操作过程中是固定的。
•根据水流方向分:
升流式(up-flow)和降流式(down-flow)两种。
•降流式出水水质较好,水头损失较大,易堵塞。
•升流式水头损失小,运行时间较长。
不易堵塞,但吸附剂易流失。
移动床
•移动床:
原水从塔底部流入和吸附剂逆流接触,出水从塔顶流出,再生后的吸附剂从塔顶加入,接近吸咐饱和的吸附剂从塔底排出,即吸附剂由上而下移动。
•按吸附剂排出方式分为:
间歇移动床和连续移动床。
•充分利用吸附剂的吸附容量,水头损失小。
流动床:
✓也叫做流化床。
吸附剂在塔中处于膨胀状态或流化状态,塔中吸附剂与废水逆向连续流动。
✓可使用小颗粒的吸附剂,吸附剂一次投量较少,不需反洗,设备小,生产能力大,预处理要求低。
✓连续卸炭和投炭,要求上下不混层,保持炭层成层状向下移动,所以运行操作要求严格运转中操作要求高,不易控制,吸附剂的机械强度要求高。
✓为克服这个缺点开发出多层流化床;每层的活性炭可以相混,新炭从塔顶投入、依次下移,移到底层时已达到饱和状态。
3.吸附法处理废水的特点和应用
特点:
●适应范围广;
●处理效果好;
●可回收有用物料;
●吸附剂可再生;
●对进水预处理要求较高,运转费用较高,系统庞大,操作较麻烦。
应用范围:
Ø脱色,除臭,脱重金属、溶解性有机物和放射性元素等。
Ø作为离子交换、膜分离等方法的预处理,去除有机物、胶体物及余氯。
Ø作为二级处理后的深度处理手段,以保证回用水的质量。
考点五、离子交换法介绍(★★)
●借助离子交换剂(ionexchangeresin)上的离子与废水中的离子进行交换而除去废水中有害离子。
●特点:
主要吸附以离子态存在的物质,进行等当量离子交换。
在废水处理中,主要用于回收和去除废水中金属离子,对于净化放射性废水及有机废水也有应用。
1、离子交换剂的分类及组成
离子交换剂分为无机和有机两大类。
Ø无机:
天然沸石和人工合成沸石。
Ø有机:
磺化煤和离子交换树脂。
@磺化煤:
以煤为原料,浓硫酸磺化制成,交换容量低,机械强度差,化学稳定性较差。
@离子交换树脂:
有机高分子聚合电解质,是疏松而多孔结构的固体球形颗粒,不溶于水、电解质溶液。
2、离子交换的工艺过程
•分为固定床与移动床。
•废水处理中常用单层固定床。
•离子交换系统包括:
预处理设备、离子交换器和再生附属设备。
•运行操作包括四个步骤:
交换、反洗、再生、清洗。
考点六、柱式交换法(★★)
1工艺过程
◆固定床式离子交换柱树脂在柱内不移动,废水通过一定高度的树脂层进行交换。
当树脂失去交换能力时,需进行反洗和再生。
◆柱式交换法是周期性进行的。
其效果受树脂对离子的选择性、树脂的再生程度、树脂层的高度、废水的流速及离子浓度等因素影响。
2 装置类型
在实际应用中通过一个交换器很难达到目的,需要不同的交换器组合起来使用。
(a)单床:
一种树脂,单床结构;
(b)多床:
一种树脂,两个以上交换器;
(c)复床:
两种树脂,两个交换器串联系统;
(d)混合床:
同一交换器内填装阴、阳两种树脂;
(e)联合床:
将复床与混合床联合使用。
考点七、连续式交换法(★★)
Ð交换、再生、清洗等操作在装置的不同部位同时进行,饱和的树脂连续进入再生柱,新生树脂连续进入交换柱。
Ð该法进行交换所需树脂量比柱式少,树脂利用率高,连续运行,效率高。
Ð设备较复杂,树脂磨损大。
Ð三塔式移动床系统由交换塔、再生塔和清洗塔组成。
顺流再生与逆流再生
●再生液的流向和交换时水流方向相同称为顺流再生。
反之为逆流再生。
●顺流再生设备简单,操作方便,工作可靠。
再生液用量多,获得的交换容量低,出水水质差。
●逆流再生时,再生液耗量少,交换剂获得的工作容量大,而且能保证出水质量,但逆流再生的设备较复杂,操作控制较严格。
离子交换法的应用及存在问题:
离子交换优点:
●离子去除效率高,设备较简单,操作容易控制。
存在问题:
●应用范围受离子交换剂品种、产量、成本的限制,对废水的预处理要求较高,离子交换剂的再生及再生液的处理困难。
【思考题】
8.用吸附法处理废水,可以达到使出水极为洁净。
那么,是否对处理要求高,出水要求高的废水,原则上都可以考虑采用吸附法?
为什么?
9.电镀车间的含铬废水,可以用氧化还原法.化学沉淀法和离子交换法等加以处理。
那么,在什么条件下,用离子交换法进行处理是比较合宜的?
本课时需要掌握的知识点共7个考点,其中5个重要考点,2个一般考点。
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