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

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1、第十七章污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理§17-1吸附法一、吸附原理与类型1、概念吸附是一种物质附着在另一种物质表面上的过程，它可以发生在气-液、气-固、液-固两相之间。在污水处理中，吸附则是利用多孔性固体吸附剂的表面吸附污水中一种或多种污染物，达到污水净化的过程。具有吸附能力的多孔性固相物质称为吸附剂，而污水中被吸附的物质称为吸附质。这种方法主要用于低浓度工业废水的处理。2、吸附原理吸附的主要原因在于溶质对水的疏水特性或者在于溶质对固体颗粒的高度亲合力；吸附作用的第二种原因是主要由溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华引力或化学键力所引起。与此相对应，可把吸附分为3种基本类型。3

2、、吸附类型(1)物理吸附物理吸附是吸附质与吸附剂之间的分子引力(范德华力)所产生的吸附。这是最常见的一种吸附现象。特征：①被吸附物分子稍能在界面上作自由移动；②吸附时表面能降低，所以是放热反应；③由于物理吸附是分子间力，而分子引力普遍存在，所以吸附基本上是无选择性的；④低温就能进行吸附；⑤可以形成单分子层或多分子层吸附；⑥吸附速率快，易于达到平衡；⑦由于吸附力弱，物理吸附也容易解吸(或脱附)，反应高度可逆。(2)化学吸附化学吸附是吸附质与吸附剂之间发生化学反应，形成牢固的化学键和表面配合物。特征：①吸附质分子不能在表面自由移动；②吸附时放热量大，与化学反应的反应热相近；③是选择性吸附；④一

3、般需在较高的温度下进行吸附；⑤只能是单分子层吸附或不满一层；⑥吸附较稳定，不易解吸(不可逆)；(3)离子交换吸附离子交换吸附即溶质的离子由于静电引力作用聚集在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。离子的电荷是交换吸附的决定因素：离子所带电荷越多，吸附越强；电荷相同的离子，其水化半径越小，越易被吸附。92在水处理中，吸附过程往往是上述几种吸附作用的综合结果。由于吸附质、吸附剂及其它因素的影响，可能某种吸附是主要的。二、吸附平衡和吸附容量1、吸附平衡和平衡浓度吸附过程是一个可逆过程，当污水、吸附剂两相经充分接触后，最终将达到吸附与脱附的动态平衡，即吸附平衡。当达到动态平衡时，吸

4、附速度与脱附速度相等，吸附质在吸附剂及溶液中的浓度都将不再改变。此时，吸附质在液相中的浓度称为平衡浓度。2、吸附容量指单位质量吸附剂所吸附的吸附质的质量。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

5、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

6、[1/q]对[1/c]作图，得到一条直线见图17-1。921/q1/C图4-1Langmuir吸附等温式常数图解法(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。1/nlgqelgcelgK图

7、17-2Freundlich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/℃Kn吸附质温度/℃Kn