(环境管理)工业废水的物理化学处理

第13章工业废水的物理化学处理

13.1 混凝

处理环节：预处理、中间处理、最终处理、三级处理、污泥处理、除油、脱色。

胶体：憎水性对混凝敏感，亲水性需特殊处理

高分子絮凝剂：分子量大的水溶性差，分子量小的水溶性好，故分子量要适当。

混凝的操作程序：里特迪克程序。

１）提高碱度：加重碳酸盐（增加碱度但pH值不提高）――快速搅拌1~3min ２）投加铝盐或铁盐――快速搅拌1~3min

３）投加活化硅酸和聚合电解质之类的助凝剂――搅拌20~30min

应用：1）造纸和纸板废水：加入少量的硫酸铝即可有效地混凝。如表13－1 2）滚珠轴承制造厂含乳化油废水：用CaCl2破除乳化，用硫酸铝去除油脂、悬浮物、Fe、PO4。

13.2气浮

13.2.1 气浮的基本原理

气浮＝固液分离＋液液分离――用于悬浮物、油类、脂肪、污泥浓缩

原理：微气泡――粘附微粒――气浮体（密度小于水）――去除浮渣。

探讨：

1、水中颗粒与气泡粘附条件

（１）界面张力、接触角和体系界面自由能

任何不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力

气浮的情况涉及：气、水、固三种介质，每两个之间都存在界面张力σ。

三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。通过润湿周边作水、粒界面张力作用线和水、气界面张力作用线，二作用线的交角称为润湿接触角θ。见图13－3和13－4。

θ>90，疏水性,易于气浮

θ<90, 亲水性

悬浮物与气泡的附着条件：

按照物理化学的热力学理论, 任何体系均存在力图使界面能减少为最小的趋势。

界面能W =σS S：界面面积；σ：界面张力

附着前W1 =σ水气+σ水粒（假设S 为1）

附着后W2=σ气粒

界面能的减少△Ｗ= W1－W2＝σ水气+σ水粒－σ气粒

图13－4，σ水粒=σ气粒+σ水气COS(180?-θ)

所以: △Ｗ=σ水气(1-COSθ)

按照热力学理论, 悬浮物与气泡附着的条件：△Ｗ>0

△Ｗ越大，推动力越大，越易气浮。

（2）气－粒气浮体的亲水吸附和疏水吸附

由于水中颗粒表面性质的不同，所构成的气一粒结合体的粘附情况也不同。

亲水吸附：亲水性颗粒润湿接触角（θ）小，气粒两相接触面积小，气浮体结合不牢，易脱落。

疏水吸附：疏水性颗粒的接触角（θ）大，气浮体结合牢固。

根据△Ｗ=σ水气(1-COSθ)，得：

1) θ→0, COSθ→1, △Ｗ= 0 气浮

θ<90, COSθ<1, △Ｗ<σ水气颗粒附着不牢

θ>90, △Ｗ>σ水气气浮――疏水吸附

θ→180 △Ｗ=2σ水气最易被气浮

2) 同时, COS θ＝（σ气粒－σ水粒）/σ水气（由图13-4）

σ水气增加，θ增大, 有利于气浮

如石油废水, 表面活性物质含量少, σ水气大,乳化油粒疏水性强，直接气浮效果好。

而煤气洗涤水中的乳化焦油，由于水中表面活性物质含量多，σ水气小，直接气浮效果差。

对于亲水性颗粒的气浮，表面需改性为疏水性→投加浮选剂

浮选剂：松香油、煤油、脂肪酸，起连接颗粒和气泡之间作用。

2、泡沫的稳定性

气浮中要求气泡具有一定的分散度和稳定性。气泡粒径在100μ左右为好。

洁净水中：

?气泡常达不到气浮要求的细小分散度

→洁净水表面张力大，气泡有自动降低自由能的倾向，即气泡合并。

?稳定性不好。

→缺乏表面活性物质的保护，气泡易破灭，不稳定。

即使悬浮物已附着在气泡上也易重新脱落会水中

↓

加入起泡剂（一种表面活性物质），保护气泡的稳定性。见图13－5

对于有机污染物含量不多的废水在进行气浮时，气泡的稳定性可能成为重要的影响因素。适当的表面活性剂是必要的。

但表面活性物质过多太多→σ水气降低，同时→此时，尽管气泡稳定，

污染粒子严重乳化但颗粒－气泡附着不好

如何控制最佳的投加量？

影响三个因素：稳定性、表面张力、乳化效果

3、界面电现象和混凝剂胶稳

疏水性颗粒易气浮，但多数情况下并不好，主要是由于乳化现象。以油粒为例：

▲表面活性物质存在：非极性端吸附在油粒，极性端则伸向水中→乳化油（图13－6）→电离后带电→双电层现象→稳定体系

▲废水中含有亲水性固体粉末（固体乳化剂），如粉砂、粘土等（θ<90）：一小部分与油接触，大部分为水润湿，见图13－7。

→乳化油稳定体系

带电的稳定体系是不利于气浮的，应

→脱稳、破乳→投加混凝剂→压缩双

电层

混凝剂包括：硫酸铝、聚合氯化铝、三

氯化铁等

13.2.2 电解气浮法

1、电解气浮装置

直流电的电解作用下，正极产生氢气，

负极产生氧气，微气泡。气泡小于溶气法和

散气法。具有多种作用：除BOD、氧化、

脱色等，去除污染物范围广，污泥量少，占地少。但电耗大。

有竖流式和平流式装置。

2、平流式电解气浮装置的工艺计算

1、电解气浮法在工业废水处理中的应用

特点：范围广、泥渣量少、工艺简单、设备小，但电耗大。

应用：去除细分散悬浮固体和乳化油。

13.2.3 散气气浮法

分类：扩散板曝气气浮法＋叶轮气浮法

１．扩散板曝气气浮法

见图13－11

压缩空气通过扩散装置以微小气泡形式

进入水中。简单易行，但容易堵塞，气泡

较大，气浮效果不高。

２．叶轮气浮

（1）叶轮气浮设备构造

见图13－12。

叶轮在电机的驱动下高速旋转，在盖板下

形成负压吸入空气，废水由盖板上的小孔

进入，在叶轮的搅动下，空气被粉碎成细

小的气泡，并与水充分混合成水气混合体

经整流板稳流后，在池体内平稳地垂直上升，进行气浮。形成的泡沫不断地被缓慢转动的刮板刮出槽外。

特点：处理水量小，而污染物质浓度高的废水。除油效果一般可达80％左右。

（2）叶轮气浮池的计算

13.2.4

溶气气

浮法

根据气

泡析出

时所处

的压力

不同，

分为：

溶气真

空气浮

和加压溶气气浮

1．溶气真空气浮

如图13－14

在负压（真空）状态下运行的，至于空气的溶解，可在常压下进行，也可在加压下进行。特点：在负压下进行。压力低，动力设备和电能消耗少，但因在负压条件下，使构造复杂，维护运行困难，故使用少。

2．加压溶气气浮

特点：水中空气的溶解度大，能提供足够的微气泡

气泡粒径小（20～100um）、均匀，

设备流程简单

（1）加压溶气法工艺流程

1）全溶气流程

将全部废水用水泵加压，在泵前或泵后注入空气。在溶气罐内，空气溶解于废水中，然后通过减压阀将废水送人气浮池。废水中形成许多小气泡粘附废水中的乳化油或悬浮物而逸出水面，在水面上形成浮渣。用刮板将浮渣连排入浮渣槽,经浮渣管排出池外,处理后的废水通过溢流堰和出水管排出。

优点：①溶气量大――增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的接触机会；

②气浮池小，从而减少了基建投资。

缺点：但由于全部废水经过压力泵，而且所需的压力泵和溶气罐均较其他两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。

2）部分溶气流程

取部分废水加压和溶气，其余废水直接进入气浮池并在气浮池中与溶气废水混合。

特点为：①较全流程溶气气浮法所需的压力泵小，故动力消耗低；

②压力泵所造成的乳化油量较全流程溶气气浮法低：

③气浮池的大小与全流程溶气气浮法相同，但较部分回流溶气气浮法小。

3）回流加压溶气流程

取一部分除油后出水回流进行加压和溶气，减压后直接进入气浮池，与来自絮凝池的含油废水混合和气浮。回流比＝25％～50％。

特点：①加压的水量少，省电，溶气罐小；

②气浮过程中不促进乳化；

③矾花形成好，后絮凝也少；

④气浮池的容积较前两种流程大。

但若溶解空气多，需加大溶气罐压力

适用：SS高的原水，但气浮池容积大。

（2）加压溶气气浮法的特点

1）空气在水中溶解度大，微气泡多，确保效果

2）减压释放后的气泡小、均匀、上升速度慢，对池扰动小，特别适用于絮凝体松散、细小的固体分离。

3）简单、方便

（3）加压溶气气浮系统的设计

1）溶气方式的选择

A．水泵吸水管吸气溶气方式

如图13－18。

I．利用水泵吸水管内的负压作用，在吸水管上开一小孔，空气陛气量调节和计量设备被吸入，并在水泵叶轮高速搅动形成气水混合体后送入溶气罐。

II．在水泵压水管上接一支管，支管上安装一射流器，无马行空中的压力水通过射流器时把空气吸入并送入吸气管，再经水泵送入溶气罐。

特点：设备简单，不需空压机，运行尚稳定可靠。

注：吸气量不能过大。

B．水泵压水管射流溶气方式

如图13－19。

在压水管上安装射流器抽吸空气。

缺点：射流器本身能量损失大，约30%。

如图13－20。

内循环射流加压溶气：＝空气内循环＋水流内循环

工作原理：

自学。

例题13－1

C．水泵－空压机溶气方式

如图13－22。

水、气单独进水，或者将压缩空气管接在水泵压水管上一起进溶气罐。

水：自上而下

气：自下而上，或自上而下――同流进入溶气罐。

特点：能耗少，噪声、油污染、操作复杂，水气压力难平衡。

2）空气饱和设备的选择

作用：产生溶气水

组成：加压水泵、溶气罐、空气供给设备、液位自动控制设备

A、加压泵

加压泵的选择应满足溶气水的压力，同时还要考虑管路损失。

压力与空气量有关，设计空气量可取处理水量的1%~5%(体积比)，或气泡浮出固物量的

0.5%~1%(重量比)。同时应按25%的过量考虑。

压力过高：单位体积溶解的空气量增加，经减压后析出的空气量多，会促进微气泡的并聚，对气浮分离不利。

压力过低：增加溶气水量，增加气浮池的容积。

空气在水中的溶解度遵循亨利定律：

V＝KT P （L-气/m3-水, 或g-气/ m3-水）

P：空气所受的绝对压力, 以mmHg计。

KT：溶解常数，与温度有关

B、溶气罐

如图13－24。

作用：加速空气溶解，使水和空气充分接触

填充式溶气罐效率高，应用广泛，分为：阶梯环、拉西环、波纹片卷。

表面负荷：300~2500 m3/(m2.d)

3）溶气水的减压释放设备

作用：将压力溶气水减压后迅速将溶于水中的空气以极为细小的气泡形式释放出来。

分类：减压阀＋释放器

A．减压阀

缺点：最佳开启度难予调节控制，多个阀门相互间的开启度不一致，流量各异。且释放出的气泡大小不一。管道较长，气泡合并现象严重。阀芯与阀杆螺栓易松动，造成流量改变，运行不稳定。

B．专用释放器

国内：TS型＋TJ型＋TV型

特点：（1）在0.15Mpa以上时，即能释放溶气量的99%左右，释气完成。

（２）能在0.2Mpa以上的低压下工作。

（３）释放出的气泡微细，平均直径为20~40um，气泡密集，附着性能好。

工作原理：

如图13－26。

TS型溶气释放器――当压力溶气水通过孔盒时，溶气水反复经过收缩、扩散、撞击、返流、挤压、辐射、旋涡等流态，在0.1秒内，使压力损失95%左右，溶解的空气迅速释放出来。TJ型溶气释放器――为了扩大单个释放器出流量及作用范围，以及克服TS型易被水中杂质堵塞而设计的。可以通过从上接口抽真空，提起器内舌簧，以清除杂质。

TV型溶气释放器――克服布水不均匀及需要用水射器才能使舌簧提出等缺点设计的。

4）气浮池

如图13－27，28

分类：平流＋竖流

废水从池下部进入气浮接触区，保证气泡与废水有一定的接触时间，废水经隔板进入气浮分离区进行分离后，从池底集水管排出。浮在水面上的浮渣用刮渣设备刮入集渣槽后排出。优点：池浅、价低、简单方便

缺点：分离区容积利用率不高。 其它组合形式，如图13－30,31 5）平流式矩形气浮池的设计 A ．水深＝2.0~2.5m ，长宽比＝1:1~1:1.5，表面负荷率＝5~10m 3/(m 2.h)，停留时间＝10~20min 。 B ．接触区上升流速：下端＝20mm/s ，上端＝5~10mm/s ，停留时间>2min 隔板作用：使已粘附气泡的颗粒向池表面产生上升运动 C ．分离区

水流向下流速＝1~3mm/s

作用：使粘附于气泡的悬浮颗粒与水分离并浮至水面 D ．集水管――分离区底部的树枝状或环状集水管 E ．浮渣――用刮渣机刮除，刮渣方向与水流相反， F ．气固比

分离乳化油：a 用体积比计算

分离固态悬浮物：a 用质量比计算

计算：根据A 和S ，可求得回流比R 值。一般a=0.005~0.006 采用质量比时，

A ＝Cs (f P-1) R /1000 S=QSa

Cs ：一定温度下，一个大气压时的空气溶解度，mg/L 。 P ：溶气绝对压力，绝对压力

f ：溶气效率，与溶气罐结构、压力和时间有关，0.5～0.8 R ：加压溶气水量，m3/d

Sa ：废水中的悬浮颗粒浓度，kg/m3 Q ：进行气浮处理的废水量，m3/d

a 的选择影响气浮效果（出水水质, 浮渣浓度）, 应作试验确定。 G ．S=S1+S2+S3

13.2.5 气浮法在废水处理中的应用 1.炼油厂含油废水处理

含油废水（石油化工、机械加工、食品工业废水等）：悬浮油（>10μ,隔油池）

乳化油（<10μ,一般0.1-2μ气浮） 溶解性 加聚氯化铝，进行气浮。 2．造纸厂白水处理

处理废水中纤维物质，去除效果显著。

典型工艺流程：空气压缩机＋射流器＋泵前插管 关键技术：微气泡＋投加絮凝剂

造纸厂白水回收纤维：时间短，SS 去除率90％以上，COD 去除率80％，浮渣浓度5％。 3．染色废水处理

处理合成洗涤剂和比重较小的絮凝体。 毛纺工业洗毛废水――羊毛脂及洗涤剂 4、浓缩污泥（效果比沉淀法高） 给水：

高含藻水源的净化：武汉东湖水厂，气浮替代沉淀，藻类去除率达80％以上。 低温、低浊水的净化：沈阳市自来水厂。

对受污染水体的净化：对水体产生曝气，减轻嗅味与色度。

优点：处理能力比沉淀池高，气浮污泥浓度高，可以同时去除多种污染物（表面活性剂、嗅味物质等）

量

原水带入的悬浮固体总总量经减压释放的溶解空气==

S A a

缺点：耗电、维修

13.3 吸附

13.3.1 吸附的类型

吸附：在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象

废水处理：利用固体物质表面对废水中物质的吸附作用

吸附法：利用多孔性的固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。

吸附剂：具有吸附能力的多孔性固体物质

吸附质：废水中被吸附的物质

分类：物理吸附+化学吸附

１．物理吸附

概念：吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附

特点：1)分子力引起

2)不发生化学作用，低温进行

3)存在逆过程—解吸，由热运动造成

4)可形成单分子吸附层或多分子吸附层，一种吸附剂可吸附多种吸附质，无选择性

２．化学吸附

概念：吸附剂和吸附质之间发生的化学作用

特点：1)化学键力引起

2)吸附热大，高温进行

3)具有选择性，只对某种或几种吸附质发生化学吸附，只能形成单分子吸附层

4)只化学键力大时，是不可逆

13.3.2 吸附剂

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、木屑等

１．活性炭的制造

木材、煤----高温炭化(把原料热解成炭渣，生成多环芳香系物质)----活化(成为多孔物质)

活化方法：药剂法(氯化锌、硫酸、磷酸)+气体法(水蒸气、空气、CO2)

２．活性炭的细孔构造和分布

细孔：晶格间生成的空隙，形状大小各异。

活性炭的细孔构造：有效半径=1~10000nm，小孔<2nm以下，过渡孔=2~100nm，大孔

=100~10000nm。

小孔容积=0.15~0.90mL/g，表面积占比表面积的95%以上。

过渡孔容积=0.02~0.10mL/g，表面积占比表面积的5%以下。

大孔容积=0.2~0.5mL/g，比表面积=0.5~2m2/g。

作用：大孔--为吸附质的扩散提供通道，使吸附质通过此通道扩散到过渡孔和小孔中去，影响着扩散速度

过渡孔—提供扩散通道，当吸附质直径较大时，吸附起主要作用

小孔—影响吸附量，起主要作用

３．活性炭的表面化学性质

活性炭是由形状扁平的石墨型微晶体构成的。处于微晶体边缘的炭原子，由于共价键不饱和而易与其他元素如氧、氢等结合形成各种含氧官能团，使活性炭具有一些极性。造成活性炭的吸附特性受表面化学性质的影响。

13.3.3 吸附等温线

1．吸附平衡

吸附过程：吸附质被吸附剂吸附

解吸过程：由于热运动，被吸附的吸附质脱离吸附剂的表面，回到液相

吸附平衡：吸附速度=解吸速度，吸附质在溶液和吸附剂表面上的浓度不再改变。

平衡浓度：

吸附量：单位重量的吸附剂所吸附的吸附质的重量,g/g

W

C C V q )

(0-=

式中：q —吸附量，g/g V —废水容积，L W —活性炭投量，g C0—原水吸附质浓度,g/L C —吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度,g/L

吸附等温线：吸附量随平衡浓度而变化的曲线，平衡浓度越高，吸附量越大。 2．吸附等温式 (1)朗廖尔公式

从动力学观点出发，为单分子吸附公式：

q=abC/(1+aC)-----1/q=1/ab.1/C+1/b---直线关系，可求a 、b 式中：a 、b —常数 (2)BET 公式

表示吸附剂上有多层溶质分子被吸附的吸附模式。各层的吸附符合朗廖尔单分子公式 公式13-28

s

s C C

Bq B Bq q C C C ?-+=-0011)(

式中：q 0—单分子吸附层的饱和吸附量，g/g C s —吸附质的饱和浓度，g/L B —常数

通过直线关系，求q 0、B 值。 (3)费尔德利希经验公式 lgq=lgK+1/nlgC 式中：q —吸附量 C —吸附质平衡常数,g/L K 、n —常数

通过直线关系，求K 、n

指标：吸附量---决定再生周期和再生费用，如对碘、亚甲蓝、糖蜜液、苯、酚等的吸附量。 试验：测定吸附等温线时，吸附剂的颗粒越大，达到的吸附平衡所需的时间越长。为了在短时间内得到试验结果，往往将吸附剂破碎为较小的颗粒后再进行试验。颗粒变小并不是增加面积，而是打开吸附剂原来封闭的细孔，使吸附量有所增加。因此，由吸附等温线得到的吸附量与实际的吸附量并不完全一致，但对设计有一定的参考价值。 13.3.4 吸附速度

吸附速度：单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质量---决定了接触时间 吸附量：吸附的总量 吸附过程：分三个阶段 第一阶段：颗粒外部扩散阶段---在吸附剂颗粒周围存在着一层固定的溶剂薄膜。当溶液与吸附剂作相对运动时，这层溶剂薄膜不随溶液一同移动，吸附质首先通过这个薄膜才能到达吸附剂的外表面，所以吸附速度与液膜扩散速度有关。

第二阶段：颗粒内部扩散阶段—经液膜扩散到吸附剂表面的吸附质向细孔深处的扩散。 第三阶段：吸附反应阶段—吸附质被吸在细孔内的表面上 第三阶段速度很快，故吸附速度由扩散速度限制。 影响外部扩散速度的因素：

1) 与溶液浓度成正比

2) 与吸附剂的外表面积的大小成正比 3) 与搅动程度有关

4) 与细孔的大小、构造、吸附质颗粒的大小等因素有关

13.3.5 影响吸附的因素 1．吸附剂的性质

吸附现象发生在吸附剂的表面，故比表面积越大，吸附能力越强。

吸附剂的种类不同，吸附效果也不同。

极性分子的吸附剂—易吸附---极性分子的吸附质。

2．吸附质的性质

(1) 溶解度

吸附质溶解度越低，越容易吸附。

(2) 表面自由能

能够使液体表面自由能降低的越多的吸附质，越容易被吸附。如活性炭吸附脂肪酸。(3) 极性

极性分子的吸附剂—易吸附---极性分子的吸附质。

非极性分子的吸附剂—易吸附---非极性分子的吸附质。

活性炭是非极性、疏水吸附剂—吸附非极性或极性很低的物质

硅胶和活性氧化铝是极性、亲水吸附剂---吸附极性分子(水分子)

如硅胶和活性炭分别吸附苯和水，又被水和苯置换。

(4)吸附质分子的大小和不饱和度

活性炭--直径较大、饱和化合物

合成沸石--直径较小、不饱和化合物

(5)吸附质的浓度

浓度低时，吸附剂表面是空的，提高浓度会提高吸附量

浓度达到一定程度，浓度影响不明显。

3．废水的pH值

活性炭在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率。

４．共存物质

共存多种物质时，吸附能力比单纯的差。

５．温度

吸附是放热过程，故温度升高，吸附量减少。

６．接触时间

应保证一定的接触时间，取决于吸附速度。

13.3.6 吸附操作方式

分为：静态+动态

１．静态吸附

把吸附剂投入静态废水中，搅拌，达到吸附平衡后，再用沉淀或过滤分开废水与吸附剂。可多次进行，以保证达标。

操作麻烦，采用少。

２．动态吸附

(1)吸附设备

分类：固定床+移动床+流化床

1)固定床

常用。如图13-36。

按水流方向：升流式+降流式

按串联：单床式+多床串联+多床并联,如图13-37

降流式：出水水质好，水头损失大，易堵塞，需表面反冲洗。

升流式：自清，水头损失小，吸附剂易流失。

设计数据：

塔径：1~3.5m

吸附塔:3~10m

填充层与塔径比：1:1~4:1

吸附剂粒径：0.5~2mm(活性炭)

接触时间：10~50min

容积速度：2m3/h.m3以下(固定床)；5m3/h.m3以下(移动床)

线速度：2~10m/h(固定床);10~30m/h(移动床)

2)移动床

如图13-38

升流式，吸附剂与吸附质逆流接触，处理后从塔顶流出

再生后的吸附剂从塔顶加入，一次加入量=卸量

饱和的吸附剂从塔底间歇排出，一次卸5%~20%。

不需要冲洗设备。

但要求不能混合，故操作要求高。

采用较多。

3)流化床

吸附剂处于膨胀状态或流化状态。

适用于SS高的废水，不需要冲洗，连续卸炭和加炭。

要求上下不混层。

(2)穿透曲线和吸附容量的利用

当缺乏设计资料时，应先做吸附剂选择实验。可得到静态吸附量，粗略估计吸附剂的数量。然后再通过动态试验确定设计参数。

1)穿透曲线

吸附带：正在发生吸附作用的那段填充层。在它的下部几乎不发生吸附作用，而上部达到饱和。吸附带移动过程：出现明显的吸附带—缓缓下移—速度比线速度小的多--移到最下端，出水出现吸附质—出水浓度等于原水浓度，穿透。

穿透曲线的绘制：横坐标—通水时间t(出水量Q)，纵坐标—出水吸附质浓度C。

a点--穿透点，b点—吸附终点，吸附带长度=a到b这段时间内吸附带移动的距离。

一般Ca=(0.9~0.95)C0，Cb=(0.05~0.1)C0

多柱串联试验绘制曲线：

2)吸附容量的利用

从穿透曲线可知，吸附柱出水浓度达到Ca时，吸附带并未完全饱和。如继续通水，尽管出水浓度不断增加，但扔能吸附相当数量的吸附质，直到出水浓度等于原水浓度C0为止。这部分吸附容量的利用问题，是设计必须考虑的问题。

利用的途径：

A．采用多床串联操作

B．采用升流式移动床操作

13.3.7吸附剂的再生

就是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．加热再生法

分类：低温+高温

低温：适于吸附浓度较高的简单低分子量的碳氢化合物和芳香族有机物的活性炭的再生。加热温度200℃，用水蒸气再生。

高温：适于水处理粒状炭的再生。

高温再生过程：脱水—干燥—炭化—活化—冷却

如图13-42所示，组成=再生炉+活性炭贮罐+活性炭输送+脱水装置。

优点：1)适用面广，几乎所有的有机物都可采用此法

2)再生性能恢复率高，95%以上

3)再生时间短，粒状炭30~60min

4)不产生有机再生废液

缺点：1)再生损失率高，一次损失3%~10%

2)需严格控制温度和气体条件

3)再生设备造价高

4)再生炉内衬材料的耗量大

再生炉形式：立式多段炉+转炉+盘式炉+立式移动床炉+流化床炉+电加热炉

２．药剂再生法

分类：无机药剂+有机药剂

(1)无机药剂再生法

无机酸(H2SO4、HCl)或碱(NaOH)

(2)有机溶剂再生法

苯、丙酮、甲醇等有机溶剂萃取吸附在活性炭上的有机物。

３．化学氧化法

(1)湿式氧化法

如图13-46，适用于曝气池中粉状炭的再生。把饱和炭经加热与空气中的氧反应，进行氧化分解，得到再生。

(2)电解氧人法

将碳作阳极，产生氧气把吸附质氧化分解。

(3)臭氧氧化法

利用臭氧分解吸附在活性炭上的有机物。

４．生物法

用微生物将吸附的有机物分解。

13.3.8吸附塔的设计

１．博哈特-亚当斯计算法

(1) 博哈特和亚当斯方程式

临界高度：工作时间为零时，保证出水吸附质浓度不超过允许浓度Ce的炭层理论高度

(2)模型试验

如图13-47，利用公式13-32，求得一定线速度V下的N0和K值，再求得h0。改变线速度V，示得不同的N0、K和h0。

(3)吸附塔的设计

2．通水倍数法

13.3.9 吸附法在废水处理中的应用

1．概述

(1)活性炭对有机物的吸附

处理对象：微量呈溶解状态的有机物。通过吸附试验判断某种有机废水能否可用活性炭吸附法。也可按以下几种因素分析：

1)分子结构

芳香族化合物一般比脂肪族化合物容易被吸附。

2)界面张力

界面活性物质：溶于水时，使溶液表面张力显著减少的物质

根据吉布斯(Gibbs)的吸附理论，越使溶液界面张力减少的物质越易被吸附。

当饱和脂肪酸或乙醇溶于水时，水溶液的界面张力将随添加物碳量的增加，呈几何级数增加。因此，如醇类的吸附量按甲醇<乙醇<丙醇<丁醇的顺序增加，脂肪酸类的吸附量则按甲酸<乙酸<丙酸<丁酸的顺序增加。

3)溶解度

吸附物质的疏水性越强越易被吸附---活性炭是疏水性物质

脂肪酸的烷基越长。越具疏水性，越难溶于水，吸附性也随之增强。

4)离子性和极性

在处于非离解的分子状态时要比离子化状态时的吸附量大

在有机酸和胺类中，有的溶于水后呈弱酸性或弱碱性。另外，对于葡萄糖、蔗糖等分子内具有羟基而使极性增大的物质，吸附量要少。

5)分子大小

分子量越大，吸附性越强。

分子量过大时，在细孔内的扩散速度将会减慢。

5)pH值

pH值低时，废水中的有机酸形成离子的比例较小，故吸附量大。

6)浓度

一般废水中有机物浓度增加，吸附量即呈指数函数而增加

8)温度

可以忽略

9)共存物质

有机物的吸附不会受天然水中所含无机离子共存的影响。但有些金属离子如汞、铬酸、铁等在活性炭表面将发生氧化还原反应，生成物沉淀在颗粒内，结果会妨碍有机向颗粒内的扩散。

活性炭吸附法的优点：

1)处理程度高

据有关资料介绍，城市污水用活性炭进行深度处理后，BOD可降低99％．TOC可降到1～3mg／L。

2)应用范围广

对绝大多数有机物都有效，包括微生物难于降解的有机物。

3)适应性强

4)粒状炭可进行再生重复使用

5)可回收有用物质

含酚废水，用碱再生，回收酚钠盐。

6)设备紧凑、管理方便。

(2)活性炭对无机物的吸附

活性炭对无机物的吸附虽然研究的还比较少，但实践已证实，它对某些金属及其化合物有很强的吸附能力。据报导，活性炭对锑、铋、锡、汞、钴、铅、镍、六价铬等都有良好的吸附能力。２．废水吸附法处理实例

(1)染料化工废水处理

包括再生流程

(2)铁路货车洗刷废水处理

用活性炭处理有机磷

(3)火药TNT化工废水处理

处理TNT，采用低温烘干--高温热分解—活化工序再生。

13.4离子交换

主要处理含铬、镍、铜、金废水

处理含铬废水：

处理对象：<200mg/L的六铬废水，不适宜用于处理镀黑铬和镀含氟铬的清洗废水。

工艺流程：采用三阴柱串联、全饱和及除盐水循环的基本工艺流程，如图13-53

13.5电渗析

应用很少

13.6扩散渗析

利用膜两侧溶液的浓度差，结构类似电渗析，但没有电极。

应用不多

13.7反渗透

用于电镀废水、食品废水和城市污水深度处理。

13.8超滤

用于还原性染料废水处理、电泳涂漆废水处理、含乳化油废水处理、生活污水处理。