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2014年環(huán)保工程師考試專業(yè)知識講義7

發(fā)表時(shí)間:2014/5/13 15:02:01 來源:互聯(lián)網(wǎng) 點(diǎn)擊關(guān)注微信:關(guān)注中大網(wǎng)校微信
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2014年注冊環(huán)保工程師考試時(shí)間為9月6、7日,為了幫助廣大考生復(fù)習(xí),小編整理了環(huán)保工程師專業(yè)知識講義供廣大考生參考,希望對備考有所幫助!

吸 附

1.7 吸 附

大綱要求:熟悉吸附的技術(shù)和方法,了解主要吸附劑的性能和影響因素

吸附:溶液中的物質(zhì)由一相向某種適宜的另一相界面上積累的過程。

在廢水處理中,用吸附作用來去除廢水中的污染物質(zhì)時(shí),一般都是通過固液界面的吸附來實(shí)現(xiàn)的,具吸附能力的多孔性固體物質(zhì)稱

為吸附劑。

1.7.1吸附原理

吸附是一種在兩相界面上發(fā)生的表面現(xiàn)象,與物質(zhì)表面張力和表面能的變化有關(guān),符合熱力學(xué)第二定律,可用吉布斯方程式表示:

式中,若某溶質(zhì)能降低溶液的表面張力,即為負(fù)值, 為正值,產(chǎn)生正吸附,若某溶質(zhì)能增加溶液的表面張力,則為正值, 為負(fù)值,產(chǎn)生負(fù)吸附,稱為解吸。

1.7.2吸附的類型

⑴物理吸附:

特點(diǎn)是吸附熱較小,低溫就能進(jìn)行,吸附是可逆的,吸附基本沒有選擇性。

⑵化學(xué)吸附:

特點(diǎn)是吸附熱較大一般在較高溫度下進(jìn)行;當(dāng)化學(xué)鍵力大時(shí),吸附是不可逆的;吸附有選擇性,一種吸附劑只對某種或幾種吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)吸附。

⑶離子交換吸附:

水處理中,吸附往往是由上述3種吸附綜合作用的結(jié)果,但由于吸附質(zhì)和吸附劑的不同以及其他因素的影響,可能某種吸附是主要的。

1.7.3吸附等溫線

在溫度一定的條件下,吸附容量隨吸附質(zhì)平衡濃度的增大而提高,吸附容量隨平衡濃度而變化的曲線稱為吸附等溫線。

常見的吸附等溫線有Ⅰ型和Ⅱ型兩種類型。

Ⅰ型吸附等溫線與朗格謬爾和弗蘭德利希吸附等溫式相對應(yīng),Ⅱ型吸附等溫線與BET等溫式相對應(yīng)。應(yīng)理解這幾個(gè)公式,并掌握公式中各參數(shù)的計(jì)算過程。

1.7.4吸附速率

吸附速率是指單位重量的吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的吸附質(zhì)質(zhì)量。

吸附速率越快,吸附質(zhì)與吸附劑接觸時(shí)間就越短,所需的吸附設(shè)備容積也就越小。

吸附速率取決于吸附質(zhì)的傳質(zhì)過程,對于多孔吸附劑,傳質(zhì)分為以下三步:

①吸附質(zhì)從溶液主體擴(kuò)散到吸附劑外表面,這是吸附質(zhì)透過吸附劑表面液膜的傳質(zhì)簡稱外擴(kuò)散;

②吸附質(zhì)由吸附劑顆粒的外表面,經(jīng)顆粒內(nèi)的細(xì)孔擴(kuò)散到顆粒的內(nèi)表面,簡稱內(nèi)擴(kuò)散;

③吸附質(zhì)在吸附劑的表面上被吸附。

1.7.5常用吸附劑及影響吸附的主要因素

⑴常用吸附劑

活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻土、腐殖質(zhì)酸、焦炭、木炭、木屑、爐渣和粉煤灰等,應(yīng)用較多的是活性炭。

⑵活性炭的特性

①活性炭的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)

活性炭具有巨大的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)。比表面積可達(dá)500~1700m2/g,其中小孔容積一般為0.15~0.9ml/g,表面積占比表面積的95%以上,過渡孔容積一般為0.02~0.1ml/g,表面積占比表面積的5%左右,而大孔容積一般為0.2~0.5ml/g,表面積很小,只有0.5~2m2/g。

②活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)

由于活性炭表面有—OH基等,所以具有一些極性。

⑶影響活性炭吸附的主要因素

①活性炭吸附劑的性質(zhì)

其表面積越大,吸附能力就越強(qiáng); 活性炭是非極性分子,易于吸附非極性或極性很低的吸附質(zhì);活性炭吸附劑顆粒的大小,細(xì)孔的

構(gòu)造和分布情況以及表面化學(xué)性質(zhì)等對吸附也有很大的影響。

②吸附質(zhì)的性質(zhì)

取決于其溶解度、表面自由能、極性、吸附質(zhì)分子的大小和不飽和度、附質(zhì)的濃度等。

③廢水PH值

活性炭一般在酸性溶液中比在堿性溶液中有較高的吸附率。

PH值會(huì)對吸附質(zhì)在水中存在的狀態(tài)及溶解度等產(chǎn)生影響,從而影響吸附效果。

④共存物質(zhì)

共存多種吸附質(zhì)時(shí),活性炭對某種吸附質(zhì)的吸附能力比只含該種吸附質(zhì)時(shí)的吸附能力差。

⑤溫度

溫度對活性炭的吸附影響較小

⑥接觸時(shí)間

應(yīng)保證活性炭與吸附質(zhì)有一定的接觸時(shí)間,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靜態(tài)吸附

適用于處理水量小或吸附劑性質(zhì)特殊的情況下。

⑵動(dòng)態(tài)吸附

廢水在流動(dòng)時(shí)進(jìn)行的吸附為動(dòng)態(tài)吸附,其工藝可分為固定床、移動(dòng)床、流化床三種。

固定床:在水處理工藝中常用。由于處理水量、原水水質(zhì)和處理出水水質(zhì)指標(biāo)的不同,工程中可采用單床、多床串聯(lián)和多床并聯(lián)等三種操作方式。移動(dòng)床和流化床在廢水處理中應(yīng)用較少。

1.7.7吸附床的設(shè)計(jì)

⑴吸附試驗(yàn)

①確定吸附容量試驗(yàn)

主要是確定吸附容量公式中各參數(shù)關(guān)系并求出相應(yīng)的吸附等溫線。

②確定吸附速率試驗(yàn)

測定不同時(shí)間水樣中溶質(zhì)濃度,直到濃度不再變化為止,根據(jù)數(shù)據(jù)求出吸附速率。

③裝置試驗(yàn)

選用直徑為100~150mm、高為1.5~2.5m的吸附柱裝置,吸附劑層厚度約1.0~1.5m??蛇M(jìn)行多床串聯(lián)試驗(yàn),并繪制穿透曲線,利用

此曲線確定使吸附容量得以充分利用的吸附操作方式。

⑵主要設(shè)計(jì)參數(shù)

包括吸附塔直徑(1~3.5m)、充填層厚度(3~10m)、充填層與塔徑之比(1:1~4:1)、活性炭粒徑(0.5~2.0mm)、接觸時(shí)間(10~50min)、容積線速度、過濾線速度(升流式:9~25m/h,降流式:7~12m/h)、反沖洗線速度、反沖洗時(shí)間(3~8min)、反沖洗周期(8~72h)、反沖洗膨脹率等。

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