工业废水处理技术(吸附详细)

2012/6/261主要内容一、工业废水处理概论二、工业废水的物理处理（PHYSICALTREATMENT）三、工业废水的化学处理（CHEMICALTREATMENT）四、工业废水的物理化学处理（PHYSIC-CHEMICALTREATMENT）五、工业废水的生物处理（BIOLOGICALTREATMENT）哈尔滨工业大学2将要介绍的工业废水部分处理方法一调节二离心分离三除油四过滤五中和六化学沉淀七药剂氧化还原八电解九（其他氧化法）十混凝十一气浮十二吸附十三工业废水的生物处理（厌氧）2012/6/26哈尔滨工业大学3十二.吸附吸附现象吸附等温线吸附速度影响吸附的因素吸附操作方式穿透曲线和吸附容量利用吸附剂—活性炭吸附塔的设计吸附法在废水处理中的应用2012/6/26哈尔滨工业大学45.吸附操作方式（1）静态吸附在废水不流动的条件下，进行的吸附操作称为静态吸附操作，静态吸附在废水处理中采用较少。类型：一种是搅拌池型，即是在整个池内进行快速搅拌，使吸附剂与原水充分混合；另一种是泥渣接触型，池型与操作和循环澄清池相同。多级平流吸附：原水经过n级搅拌反应池得到吸附处理，而且各池都补充新吸附剂。当废水量小时可在一个池中完成多级平流吸附。2012/6/26哈尔滨工业大学55.吸附操作方式（2）动态吸附动态吸附是在废水流动条件下进行的吸附操作。常用动态吸附设备：固定床、移动床、流化床。1）固定床吸附当废水连续通过填充吸附剂的吸附设备时，废水中的吸附质便被吸附剂吸附，从吸附设备流出的废水中吸附质的浓度可以降低，吸附剂使用一段时间后，出水中的吸附质的浓度逐渐增加，当增加到某一数值时，将吸附剂进行再生。吸附剂是固定的。A.固定床类型升流式固定床降流式固定床单床式；多床串联式；多床并联式2012/6/26哈尔滨工业大学6表洗水入口饱和炭出口降流式固定床吸附塔的构造垫层反洗水出口原水进口反洗水进口处理后出水检查孔整流板B.固定床运行参数线速度接触时间吸附剂高度见p545C.特点出水水质好，但水头损失较大；特别在处理含悬浮物较多的污水时，需定期进行反冲洗；有时还需在吸附剂层上部设表面冲洗设备。2012/6/26哈尔滨工业大学72）移动床吸附原水从下而上流过吸附层逆流接触,吸附剂由上而下间歇或连续移动。特点：较固定床能充分利用床层吸附容量，出水水质良好，且水头损失较小；不需要反冲洗设备，对原水预处理要求较低，但吸附剂不能混层；卸炭投炭的频率与水量、水质有关。p5452012/6/26哈尔滨工业大学3）流化床吸附原水由底部升流式通过床层，吸附剂由上部向下移动。由于吸附剂保持流化状态，与水的接触面积增大。特点：适于处理含悬浮物较多的废水，部需要进行反冲洗；流化床操作控制要求高，需防止吸附剂全塔混层；为充分利用吸附容量并保证处理效果，塔内吸附剂采用分层流化。所需层数根据吸附剂的特点、原水水质、水量等决定。82012/6/26哈尔滨工业大学92012/6/26哈尔滨工业大学106.穿透曲线和吸附容量利用（1）穿透曲线1）吸附带：指正在发生吸附作用的填充层，在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带上部的填充层已达到饱和状态不再起吸附作用。2）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线。3）穿透点：当出水吸附质浓度Ca为(0.05-0.10)Co时所对应的出水总体积或吸附时间的穿透曲线上的那一点。4）吸附终点：出水浓度Cb为(0.90-0.95)Co时所对应的出水总体积的穿透曲线上的那一点叫吸附终点。5）吸附带长度δ：从ta到tb的△t时间内，吸附带所移动的距离。2012/6/26哈尔滨工业大学11穿透曲线2012/6/26哈尔滨工业大学2012/6/2612哈尔滨工业大学（2）穿透曲线的绘制采用多柱串联试验的方法，出水浓度为进水浓度的90-95%时换柱。cQ2012/6/2613哈尔滨工业大学（3）吸附容量的利用多柱串联操作再生的吸附剂都是接近饱和的。升流操作式cQcbca12340Q1Q2Q3c0三柱串联操作2012/6/2614哈尔滨工业大学157.吸附剂—活性炭（1）工业吸附剂的要求①吸附能力强；②吸附选择性好；③吸附平衡浓度低；④容易再生和再利用；⑤机械强度好；⑥化学性质稳定；⑦来源广、价廉。废水处理中常用的吸附剂有活性炭，磺化煤、沸石、活性白土、硅藻土、焦炭等.工程使用较多的是活性炭——由煤或木等材料经一次炭化制成，高温下，用CO使其活化，使炭形成多孔结构。2012/6/26哈尔滨工业大学16（2）活性炭活性炭—用含炭为主的物质（如木材、煤、竹）作原料，经高温炭化和活化而制成的疏水性吸附剂。炭化--温度300-400℃，将原料热解为碳渣。活化--把碳渣造成发达的多孔结构主要有两种活化方法：气体法：通入水蒸气、二氧化碳。药剂法：用氯化锌、硫酸等作为活化剂。颗粒炭--通常把粒度大于0.175mm的活性炭。水蒸气活化法粉状炭--一般将90%以上通过80目标准筛或粒度小于0.175mm的活性炭通称粉状活性炭或粉状炭。氯化锌活化法。2012/6/26哈尔滨工业大学颗料活性炭又分为下列几种。不定型颗料活性炭一般由颗料状原料经炭化、活化，然后破碎筛分至需要粒度制成，也可以用粉状活性炭加入适当的粘结剂经适当加工而成。园柱形活性炭园柱形活性炭又称柱状炭，一般由粉状原料和粘结剂经混捏、挤压成型再经炭化、活化等工序制成。也可以用粉状活性炭加粘结剂挤压成型。柱状炭又有实心和中空之分，中空柱状炭是柱状炭内有人造的一个或若干个有规则的小孔。172012/6/26哈尔滨工业大学球形活性炭球形活性炭是园球形的活性炭，它的制取方法与柱状炭类似，但有成球过程。也可以用液态含碳原料经喷雾造粒、氧化、炭化、活化制成，还可以用粉状活性炭加粘结剂成球加工而成。球形活性炭也有实心和空心球形活性炭之分。其它形状的活性炭除了粉状活性炭和颗粒活性炭两大类外，还有其他形状的，如活性炭纤维、活性炭纤维毯、活性炭布、蜂窝状活性炭、活性炭板等等。182012/6/26哈尔滨工业大学192012/6/26哈尔滨工业大学202012/6/26哈尔滨工业大学217.吸附剂—活性炭(3)活性炭的性质与特点物理性质——活性炭比表面积500～1700m2／g，具有很高的吸附能力。活性炭的吸附能力与孔隙的构造和分布情况有关。吸附量除与比表面积有关外，还于细孔的形状和分布有关。细孔的构造有；圆桶形，圆锥形，瓶形，平板形，毛细管形等。直径为1-10000nm。孔隙分为三类：小孔—孔半径20Å以下（2nm），其表面积占比表面积的95%以上，对吸附量的影响最大。小孔容积：0.15—0.9mL/g。过渡孔容积：0.02—0.1mL/g过渡孔—孔半径20—1000Å（2-100nm），表面积占比表面积的5%以下。大孔—孔半径lO00Å以上（100-10000nm），表面积只有0.5-2m2/g，占比表面积不足1%，主要为吸附质提供扩散通道。大孔容积：0.2—0.5mL/g。吸附量主要受小孔支配，但对于分子量（或分子直径）较大的吸附质，小孔几乎不起作用。应根据吸附质的直径大小和活性炭的孔径分布选择合适的活性炭。2012/6/26哈尔滨工业大学227.吸附剂—活性炭化学性质——活性炭的表面性质。活性炭表面具有复杂的含氧官能团以及碳氢化合物，包括羟基、酚羟基、醚类、酯类以及环状化合物。这些官能团的存在以及相对数量的多少，将决定活性炭的极性强弱以及吸附性能。活性炭的表面官能团碱性官能团酸性官能团活性炭是非极性的，但在制造过程中，易于氢、氧结合而具有微弱的极性。所以它不仅可以去除水中的非极性物质，还可去除极性物质甚至微量的金属离子及化合物。2012/6/26哈尔滨工业大学2012/6/2623A、具有良好的吸附性能和化学稳定性；B、可耐酸碱；C、能经受水浸、高温、高压作用；D、不易破碎，气流阻力小E、粉状活性炭制造容易、成本低，但不易再生；粒状活性炭成本较高，但操作管理和再生容易。活性炭的特点哈尔滨工业大学24五种活性炭的扫描电镜照片（×3000）BCEDA2012/6/26哈尔滨工业大学25四种炭原子力显微镜扫描照片BCDE2012/6/26哈尔滨工业大学（4）活性炭的性能指标单位ABCDE摩擦系数wt%83.589.385.590.288.9强度wt%95.499.597.999.798.4表观密度g/l510520500520540飘浮率wt%0.01.40.00.00.0pH值--8.69.28.99.18.9总灰分wt%9.17.211.88.710.5水溶物wt%0.050.090.080.030.06碘值mg/g1001997938958860亚甲兰值mg/g262259227256207丁烷值wt%24.224.223.423.720.3四氯化碳wt%62.1962.1960.1460.9152.17糖蜜值158153152148145单宁酸值-34.330.033.246.561.3有效粒径mm0.601.441.481.441.49均匀系数-1.881.121.151.151.15平均粒径mm1.0681.5851.6521.6181.6682012/6/2626哈尔滨工业大学271）碘值碘值是指活性炭在规定浓度的碘溶液中，在规定的条件下吸附碘的量（mg／g）。碘值是可鉴定活性炭对半径小于2nm吸附质分子的吸附能力，体现了活性炭孔结构的微孔数量。2）亚甲蓝值亚甲蓝值是指1.0克炭与1.0mg／L浓度的亚甲蓝溶液达到平衡状态时吸收的亚甲蓝的毫克数（mg／g）。主要体现活性炭的中孔数量。3）糖蜜值糖蜜值是测量活性炭在沸腾糖蜜溶液的相对脱色能力的方法。糖蜜值被解读为孔直径大于28A的表面积（mg／g）。主要体现活性炭的大孔数量。糖蜜是多组分的混合物，必须严格按照说明测试本参数。糖蜜值是用活性炭标样和要测试的活性炭的样品处理糖蜜液，通过计算过滤物的光学密度的比率而得。2012/6/26哈尔滨工业大学28(5)活性炭的功能1)臭和味的去除2)总有机碳的去除3)消毒副产物前驱物的去除4)挥发性有机物的去除5)人工合成有机物(6)活性炭的应用1)粉末炭2)粒状活性炭3)活性炭纤维4)臭氧—生物活性炭2012/6/26哈尔滨工业大学29（7）活性炭的再生再生-指在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下，用某种方法将被吸附的物质，从吸附剂的细孔中除去，以达到能够重复使用的目的。1)热再生法p5482)化学药剂再生无机药剂再生法有机药剂再生法3)化学氧化再生法4)生物再生法2012/6/26哈尔滨工业大学8.吸附塔的设计（1）博哈特—亚当斯计算法1）方程博哈特—亚当斯方程式见p5502）模型试验图解法3）吸附塔的设计根据模型试验得到的设计参数进行设计。（2）通水倍数法通水倍数（n）—指当达到吸附平衡时，单位质量吸附剂所处理水的总体积。即n=∑Q/M（m3/kg）30见p5522012/6/26哈尔滨工业大学种类处理温度主要条件加热再生加热脱附高温加热再生（炭化再生）100～200750～950℃（400～500℃）水蒸气、惰性气体水蒸气、燃烧气体、CO2药剂再生无机药剂有机药剂（萃取）常温～80℃常温～80℃HCl、H2SO4、NaOH、氧化剂有机溶剂（笨、丙酮、甲醇等）生物再生温式氧化分解电解氧化常温180～220℃、加压常温好气菌、厌气菌O2、空气、氧化剂O2活性炭再生方法2012/6/2631哈尔滨工业大学2012/6/2632（1）活性炭对有机物的吸附用于去除用生物或物理、化学法不能去除的微量呈溶解状态的有机物。废水中的有机物能否易被活性炭吸附，其主要影响因素有：分子结构；界面张力（界面活性）；溶解度；离子性和极性；分子大小；pH值；浓度；温度；共存物质等。（2）活性炭对无机物的吸附用于去除某些金属及其化合物有很强的吸附能力。如对锑、铋、锡、汞、钴、铅、镍等都有良好的吸附能力。9.吸附法