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2013年环保工程师专业知识讲义7

来源:互联网 2017-03-01 04:27
2013年环保工程师专业知识讲义7 来源:233网校2013年4月16日【233网校:你最佳的考试选择】
大纲要求:熟悉吸附的技术和方法,了解主要吸附剂的性能和影响因素

吸附:溶液中的物质由一相向某种适宜的另一相界面上积累的过程。

在废水处理中,用吸附作用来去除废水中的污染物质时,一般都是通过固液界面的吸附来实现的,具吸附能力的多孔性固体物质称

为吸附剂。

1.7.1吸附原理

吸附是一种在两相界面上发生的表面现象,与物质表面张力和表面能的变化有关,符合热力学第二定律,可用吉布斯方程式表示:

式中,若某溶质能降低溶液的表面张力,即为负值, 为正值,产生正吸附,若某溶质能增加溶液的表面张力,则为正值, 为负值,产生负吸附,称为解吸。

1.7.2吸附的类型

⑴物理吸附:

特点是吸附热较小,低温就能进行,吸附是可逆的,吸附基本没有选择性。

⑵化学吸附:

特点是吸附热较大一般在较高温度下进行;当化学键力大时,吸附是不可逆的;吸附有选择性,一种吸附剂只对某种或几种吸附质发生化学吸附。

⑶离子交换吸附:

水处理中,吸附往往是由上述3种吸附综合作用的结果,但由于吸附质和吸附剂的不同以及其他因素的影响,可能某种吸附是主要的。

1.7.3吸附等温线

在温度一定的条件下,吸附容量随吸附质平衡浓度的增大而提高,吸附容量随平衡浓度而变化的曲线称为吸附等温线。

常见的吸附等温线有Ⅰ型和Ⅱ型两种类型。

Ⅰ型吸附等温线与朗格谬尔和弗兰德利希吸附等温式相对应,Ⅱ型吸附等温线与BET等温式相对应。应理解这几个公式,并掌握公式中各参数的计算过程。

1.7.4吸附速率

吸附速率是指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质质量。

吸附速率越快,吸附质与吸附剂接触时间就越短,所需的吸附设备容积也就越小。

吸附速率取决于吸附质的传质过程,对于多孔吸附剂,传质分为以下三步:

①吸附质从溶液主体扩散到吸附剂外表面,这是吸附质透过吸附剂表面液膜的传质简称外扩散;

②吸附质由吸附剂颗粒的外表面,经颗粒内的细孔扩散到颗粒的内表面,简称内扩散;

③吸附质在吸附剂的表面上被吸附。

1.7.5常用吸附剂及影响吸附的主要因素

⑴常用吸附剂

活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻土、腐殖质酸、焦炭、木炭、木屑、炉渣和粉煤灰等,应用较多的是活性炭。

⑵活性炭的特性

①活性炭的比表面积和孔隙结构

活性炭具有巨大的比表面积和丰富的孔隙结构。比表面积可达500~1700m2/g,其中小孔容积一般为0.15~0.9ml/g,表面积占比表面积的95%以上,过渡孔容积一般为0.02~0.1ml/g,表面积占比表面积的5%左右,而大孔容积一般为0.2~0.5ml/g,表面积很小,只有0.5~2m2/g。

②活性炭的表面化学性质

由于活性炭表面有—OH基等,所以具有一些极性。

⑶影响活性炭吸附的主要因素

①活性炭吸附剂的性质

其表面积越大,吸附能力就越强; 活性炭是非极性分子,易于吸附非极性或极性很低的吸附质;活性炭吸附剂颗粒的大小,细孔的

构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附也有很大的影响。

②吸附质的性质

取决于其溶解度、表面自由能、极性、吸附质分子的大小和不饱和度、附质的浓度等。

③废水PH值

活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率。

PH值会对吸附质在水中存在的状态及溶解度等产生影响,从而影响吸附效果。

④共存物质

共存多种吸附质时,活性炭对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差。

⑤温度

温度对活性炭的吸附影响较小

⑥接触时间

应保证活性炭与吸附质有一定的接触时间,使吸附接近平衡,充分利用吸附能力。

1.7.6吸附操作方式

⑴静态吸附

适用于处理水量小或吸附剂性质特殊的情况下。

⑵动态吸附

废水在流动时进行的吸附为动态吸附,其工艺可分为固定床、移动床、流化床三种。

固定床:在水处理工艺中常用。由于处理水量、原水水质和处理出水水质指标的不同,工程中可采用单床、多床串联和多床并联等三种操作方式。移动床和流化床在废水处理中应用较少。

1.7.7吸附床的设计

⑴吸附试验

①确定吸附容量试验

主要是确定吸附容量公式中各参数关系并求出相应的吸附等温线。

②确定吸附速率试验

测定不同时间水样中溶质浓度,直到浓度不再变化为止,根据数据求出吸附速率。

③装置试验

选用直径为100~150mm、高为1.5~2.5m的吸附柱装置,吸附剂层厚度约1.0~1.5m。可进行多床串联试验,并绘制穿透曲线,利用

此曲线确定使吸附容量得以充分利用的吸附操作方式。

⑵主要设计参数

包括吸附塔直径(1~3.5m)、充填层厚度(3~10m)、充填层与塔径之比(1:1~4:1)、活性炭粒径(0.5~2.0mm)、接触时间(10~50min)、容积线速度、过滤线速度(升流式:9~25m/h,降流式:7~12m/h)、反冲洗线速度、反冲洗时间(3~8min)、反冲洗周期(8~72h)、反冲洗膨胀率等。 小编推荐:

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来源:考试大-环保工程师考试

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