【正文】 （ 2）過(guò)氧化氫氧化l 過(guò)氧化氫與催化劑 Fe2+構(gòu)成的氧化體系通常稱(chēng)為 Fenton試劑。在 Fe2+催化下， H2O2 能產(chǎn)生兩種活潑的氫氧自由基，從而引發(fā)和傳播自由基鏈反應(yīng)，加快有機(jī)物和還原性物質(zhì)的氧化。l 還原法l 還原法就是向污水中投加還原劑，將污水中的有毒、有害物質(zhì)還原成無(wú)毒或毒性小的新物質(zhì)的方法。 l 常用的還原劑有： 硫酸亞鐵、氯化亞鐵、鐵屑、鋅粉、二氧化硫、硼氫化鈉等。 l 化學(xué)沉淀法l 化學(xué)沉淀法是向水中投加某些化學(xué)藥劑，使之與水中溶解性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶化合物，然后進(jìn)行固液分離，從而除去污水中污染物的方法。l 化學(xué)沉淀法的工藝流程和設(shè)備與混凝法相似，主要步驟： l ① 化學(xué)沉淀劑的配制與投加； ② 沉淀劑與原水混合、反應(yīng)；l ③ 固液分離； ④ 泥渣處理與利用。 l 根據(jù)采用的沉淀劑及反應(yīng)中所生成的生成物不同，可將化學(xué)沉淀法分為氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、鋇鹽沉淀法、碳酸鹽沉淀法和鐵氧體沉淀法等。 第第 4章　水污染控制的物理化學(xué)法章　水污染控制的物理化學(xué)法　吸附法　離子交換法　膜分離法　吹　脫l 吸附是一種物質(zhì)附著在另一種物質(zhì)表面上的過(guò)程，它可以發(fā)生在氣－液、氣－固、液－固兩相之間。在污水處理中，吸附是用多孔性固體吸附劑吸附污水中的一種或多種污染物，達(dá)到污水凈化的過(guò)程。 l 吸附基本原理l 吸附過(guò)程是一種界面現(xiàn)象，其作用過(guò)程是發(fā)生在兩個(gè)相的界面上。 l l 固體吸附劑與吸附質(zhì)之間的作用力有靜電引力、分子引力（范德華力）和化學(xué)鍵力，根據(jù)固體表面吸附力的不同，吸附分為如下三個(gè)基本類(lèi)型： 吸　附　法 l （ 1）物理吸附l 物理吸附是吸附質(zhì)與吸附劑之間的分子引力產(chǎn)生的吸附，其特征為吸附時(shí)放熱量小，約 42kJ/mol，吸附時(shí)表面能降低。 l 吸附?jīng)]有選擇性，對(duì)于各種物質(zhì)來(lái)說(shuō)，只不過(guò)是分子間力的大小有所不同，分子引力隨相對(duì)分子質(zhì)量增大而增加，在同類(lèi)化合物中，吸附能力隨相對(duì)分子質(zhì)量增大而增大。l （ 2）化學(xué)吸附l 化學(xué)吸附是吸附質(zhì)與吸附劑之間由于化學(xué)鍵力的作用，發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的吸附化學(xué)鍵。其特征為吸附時(shí)放熱量大，與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱相近，為 84～ 420kJ/mol。l 吸附有選擇性，一種吸附劑只對(duì)某種或特定幾種物質(zhì)有吸附作用，一般為單分子層吸附。 l 在低溫時(shí)，吸附速度較慢，通常需要一定的活化能。吸附質(zhì)分子不能在吸附劑表面上自由移動(dòng)。再生較困難，必須在高溫下才能脫附，脫附下來(lái)的物質(zhì)可能是原吸附質(zhì)，也可能是新的物質(zhì)。 ?l （ 3）離子交換吸附l 吸附質(zhì)的離子由于靜電引力聚集到吸附劑表面的帶電點(diǎn)上 ,并置換出原先固定在這些帶電點(diǎn)上的其他離子的過(guò)程稱(chēng)為離子交換吸附。離子所帶電荷越多，吸附能力越強(qiáng)。 l 在污水處理中大多數(shù)的吸附現(xiàn)象往往是上述三種吸附作用的綜合結(jié)果，即幾種造成吸附作用的力常常相互作用。l ?l （ 1）吸附平衡與吸附容量l 吸附過(guò)程為一可逆過(guò)程，當(dāng)污水、吸附劑兩相經(jīng)充分接觸后，最終將達(dá)到吸附與脫附的動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，吸附速度與脫附速度相等，吸附質(zhì)在吸附劑及溶液中的濃度都將不再改變，此時(shí)，吸附質(zhì)在液相中的濃度稱(chēng)為平衡濃度。 l 吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸收效果，一般用吸附容量和吸附速度來(lái)衡量。 l 吸附容量是指單位質(zhì)量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的質(zhì)量，吸附容量可由式（ 41）計(jì)算。 l 式中 — 吸附容量 , g/g；l V— 污水體積 , L；l — 原水中吸附質(zhì)濃度， g/L；l — 吸附平衡時(shí)水中剩余的吸附質(zhì)濃度， g/L；l W— 吸附劑投加量， g；l （ 2）吸附等溫式l 描述吸附等溫線的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱(chēng)為吸附等溫式。 l ① 朗格繆爾吸附等溫式 l 根據(jù)動(dòng)力學(xué)方法可以推導(dǎo)出朗格繆爾吸附等溫式：l 式中 Nm— 單分子層覆蓋的飽和值，與溫度無(wú)關(guān)， g/g；l q— 平衡吸附量， g/g；l k— 吸附系數(shù)， k值的大小代表了固體表面吸附能力的強(qiáng)弱，又稱(chēng)吸附平衡常數(shù)；l c— 吸附質(zhì)的濃度， g/L。l 為計(jì)算方便起見(jiàn)，l ② 弗里德里希吸附等溫式l 弗里德里希吸附等溫式經(jīng)驗(yàn)公式：l q= kc 1/n l 式中， K為弗里德里希吸附系數(shù)； n為常數(shù)，通常大于 1。其他符號(hào)意義同前。（ 4—4 ）l 式（ 44）雖為經(jīng)驗(yàn)式，但與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相當(dāng)吻合，通常將l 該式繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上以便確定 k與 n值，將式（ 44）取l 對(duì)數(shù)，得：l lgq = lgk + lgc l 弗里德里希吸附等溫式在一般濃度范圍內(nèi)與朗格繆爾吸附等溫式比較接近，但在高濃度時(shí)不像朗格繆爾吸附等溫式那樣趨向于一個(gè)定值；在低溫時(shí)也不會(huì)還原成一條直線。當(dāng)污水中混合著吸附難易不同的物質(zhì)時(shí)，則吸附等溫線不成直線。l 　　 l 了解這些因素的目的，是便于選用合適的吸附劑，控制合適的操作條件。 ?l （ 1）吸附劑的性質(zhì) ?l ① 孔的大小 　吸附劑內(nèi)孔的大小和分布對(duì)吸附性能影響很大，孔徑太大，表面積小，吸附能力差；孔徑太小，不利于吸附質(zhì)擴(kuò)散，并對(duì)直徑較大的吸附質(zhì)起阻礙作用。l ② 比表面積 　吸附劑的比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)，吸附容量越大。 l ③ 表面氧化物 　活性炭本身是非極性的，在制造過(guò)程中，易與其他元素如氧、氫等結(jié)合形成各種表面氧化物，氧化物含量、性質(zhì)及電荷隨原料組成、活化條件不同而異。 l 低溫活化 （＜ 500℃ ）的炭可以生成表面酸性氧化物，水解后可以放出 H＋ ，因此能降低蒸餾水的 pH；l 高溫活化 （ 800～ 1000℃ ）的炭可以生成表面堿性氧化物，水解后可放出 OH－ ，因此能提高蒸餾水的 pH。 l ④ 吸附劑種類(lèi)、顆粒大小 　吸附劑種類(lèi)、顆粒大小對(duì)吸附效果影響很大。一般認(rèn)為極性分子型吸附劑易吸附極性分子型吸附質(zhì)，非極性分子型吸附劑易吸附非極性分子型吸附質(zhì)；吸附劑顆粒小，吸附速度快。 l （ 2）吸附質(zhì)的性質(zhì)l 吸附質(zhì)在水中溶解度越小，越容易被吸附，而不易脫附。 能使液體表面張力降低越多的吸附質(zhì)，越易被吸附。吸附質(zhì)濃度對(duì)吸附量的影響可由吸附等溫線看出。l （ 3）吸附過(guò)程的操作條件l ① pH的影響　 溶液的 pH影響到溶質(zhì)處于分子或離子或絡(luò)合狀態(tài)的程度，也影響到活性炭表面電荷特性（電荷正、負(fù)性及電荷密度等）。 l 研究表明，在等電點(diǎn)處可發(fā)生最大的吸附，說(shuō)明中性物質(zhì)的吸附為最大。 l ② 溫度的影響 　升溫利于脫附，降溫利于吸附。 溫度對(duì)氣相吸附的影響比對(duì)液相吸附的影響大。l ③ 接觸時(shí)間的影響 　吸附平衡所需的時(shí)間取決于吸附速度 .l ④ 流通截面的影響 　有條件時(shí)宜通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳接觸時(shí)間，一般不超過(guò)１ h。l （ 4）微生物作用l 表面上會(huì)繁殖微生物，參與對(duì)有機(jī)物的去除，使活性炭的去除負(fù)荷及使用周期成倍地增長(zhǎng)。l 吸附劑及再生l l （ 1）常用吸附劑及特征l 在水處理中用到的吸附劑種類(lèi)很多，l 工業(yè)應(yīng)用的吸附劑必須滿(mǎn)足下列要求： 吸附能力強(qiáng)，吸附選擇性好，吸附平衡濃度低，容易再生與再利用，化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高，來(lái)源廣及價(jià)格低廉等。 l l 吸附劑再生的目的，就是在吸附劑本身結(jié)構(gòu)不發(fā)生或極少發(fā)生變化的情況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑的細(xì)孔中除去，以便能夠重復(fù)使用。 l 活性炭的再生方法主要有以下幾種 : ?l （ 1）加熱再生法l 加熱再生分低溫加熱再生和高溫加熱再生兩種方法。 l 高溫加熱再生過(guò)程主要分五步進(jìn)行 :l ① 脫水 ② 干燥　 ③ 碳化 ④ 活化 ⑤ 冷卻 l （ 2）溶劑再生法l 在飽和吸附劑中加入適當(dāng)?shù)娜軇梢愿淖凅w系的親水－憎水平衡，改變吸附劑與吸附質(zhì)之間的分子引力，改變介電常數(shù)，從而使原來(lái)的吸附崩解，吸附質(zhì)離開(kāi)吸附劑進(jìn)入溶劑中，達(dá)到再生和回收的目的。 l （ 3）酸堿洗滌法l 用酸或堿進(jìn)行洗滌，使被吸附的物質(zhì)變成很難吸附的鹽類(lèi)，從而從吸附劑上脫附下來(lái)。l 吸附操作過(guò)程、設(shè)備及應(yīng)用l l （ 1）靜態(tài)吸附l 靜態(tài)吸附操作指污水在不流動(dòng)的條件下進(jìn)行的吸附操作，顯然靜態(tài)吸附操作是間歇操作。 l （ 2）動(dòng)態(tài)吸附l 動(dòng)態(tài)吸附就是污水在流動(dòng)條件下進(jìn)行的吸附，它是把欲處理的污水連續(xù)地通過(guò)吸附劑填料層，使污水中的雜質(zhì)得到吸附 . 吸附劑經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的吸附后，吸附能力逐漸降低，吸附后出水中未被吸附的污染物逐漸增多，當(dāng)超過(guò)規(guī)定的濃度后，再流出水的水質(zhì)就不符合要求，這種現(xiàn)象稱(chēng)為穿透。 l 從吸附開(kāi)始到穿透點(diǎn)為止，這一段工作時(shí)間稱(chēng)為吸附床的有效工作時(shí)間。一般在達(dá)到有效工作時(shí)間之前就應(yīng)對(duì)吸附劑進(jìn)行再生或更新。從穿透點(diǎn)到接近活性炭的飽和吸附點(diǎn)之間的吸附劑濾層稱(chēng)為吸附帶。l 吸附帶與吸附劑的性質(zhì)、被吸附物質(zhì)的成分、生產(chǎn)運(yùn)行條件等因素均有密切關(guān)系。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，出水中污染物的濃度為縱坐標(biāo)，所作曲線即為穿透線，如圖 44所示。l 　圖 44中對(duì)應(yīng)的 C點(diǎn)為穿透點(diǎn)，當(dāng)出水污染物濃度達(dá)到進(jìn)水濃度的 90%～ 95％，即可認(rèn)為吸附柱的吸附能力已經(jīng)耗盡，該點(diǎn)即為吸附終點(diǎn) D。 圖 44 吸附帶的移動(dòng)和穿透線l 在實(shí)際進(jìn)行吸附操作時(shí)，吸附帶的長(zhǎng)度與吸附速度有密切關(guān)系。當(dāng)污水流速很低時(shí)，即與吸附劑的接觸時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)，吸附帶長(zhǎng)度就短，反之就長(zhǎng)。所以在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)該使污水與活性炭具有較充分的接觸時(shí)間，獲得較好的凈化效果。 l l （ 1）固定床l 固定床是污水處理中常用的吸附裝置，如圖 45所示。 l 當(dāng)污水連續(xù)地通過(guò)填充吸附劑的設(shè)備時(shí)，污水中的吸附質(zhì)便被吸附劑吸附。若吸附劑數(shù)量足夠，從吸附設(shè)備流出的污水中吸附質(zhì)的濃度可以降低到零。吸附劑使用一段時(shí)間后，出水中的吸附質(zhì)的濃度逐漸增加，當(dāng)增加到一定數(shù)值時(shí)，應(yīng)停止通水，將吸附劑進(jìn)行再生。吸附和再生可在同一設(shè)備內(nèi)交替進(jìn)行 ,也可將失效的吸附劑排出，送到再生設(shè)備進(jìn)行再生。l 因這種動(dòng)態(tài)吸附設(shè)備中，吸l 附劑在操作過(guò)程中是固定的，所l 以叫固定床。l （ 2）移動(dòng)床l 移動(dòng)床的運(yùn)行操作方式如圖l 47所示。 l 原水從吸附塔底部流入和吸l 附劑進(jìn)行逆流接觸，處理后的水l 從塔頂流出。再生后的吸附劑從l 塔頂加入，接近吸附飽和的吸附l 劑從塔底間歇地排出。 圖 45　固定床 圖 47　移動(dòng)床的運(yùn)行操作方式l 　 （ 3）流化床l 吸附劑在塔中處于膨脹狀態(tài)，塔中吸附劑與污水逆向連續(xù)流動(dòng)。流化床是一種較為先進(jìn)的床型。 l l 在污水處理過(guò)程中，吸附法處理的主要對(duì)象是污水中用生化法難于降解的有機(jī)物或一般氧化法難于氧化的溶解性的有機(jī)物。這些難分解的有機(jī)物包括木質(zhì)素、氯或硝基取代的芳烴化合物、雜環(huán)化合物、洗滌劑、合成染料、殺蟲(chóng)劑、 DDT等。l 當(dāng)采用粒狀活性炭對(duì)這些污水進(jìn)行處理時(shí)，不但能夠吸附這些難分解的有機(jī)物，降低 COD，還能使污水脫色、脫臭，把污水處理到可以回用的程度。l 所以吸附法在污水的深度處理中得到了廣泛應(yīng)用。 l 　　離子交換法是一種借助于離子交換劑上的離子和污水中的有害離子進(jìn)行交換反應(yīng)而除去污水中有害離子的方法。 l 離子交換過(guò)程的主要特點(diǎn)在于： 它主要吸附水中的離子，并與水中的離子進(jìn)行等量交換。l 離子交換劑l l 具有離子交換作用的物質(zhì)，稱(chēng)為離子交換劑。l 目前水處理中廣泛采用離子交換樹(shù)脂 ， 它具有交換容量高 、化學(xué)穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 離子交換法離子交換法l 離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)如圖 410所示，它是由骨架和活性基團(tuán)兩部分組成。 l 骨架又稱(chēng)為母體， 是形成離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)主體。它是以一種線形結(jié)構(gòu)的高分子有機(jī)化合物為主，加上一定數(shù)量的交換劑，通過(guò)架橋作用構(gòu)成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 l 活性基團(tuán)由固定離子和活動(dòng)離子組成。 固定離子固定在樹(shù)脂骨架上，活動(dòng)離子則依靠靜電引力與固定離子結(jié)合在一起，兩者電性相反、電荷相等，處于電性中和狀態(tài)。 l 活動(dòng)離子遇水離解并能在一定范圍內(nèi)自由移動(dòng)，可與其周?chē)械钠渌噪x子進(jìn)行交換反應(yīng)，又稱(chēng)為 可交換離子 。 l 能與溶液