工业废水处理设计计算方法及规范分析

1.工业废水的物理处理

（1）调节池许多工业废水排放过程中水质和水量波动较大，需要设置调节池。调节池的主要作用是控制流量和水质的变化，以期达到恒定的流量和水质。调节池可以分为水量调节池和水质调节池两类。

1）设置调节池的优点：降低了处理系统的冲击负荷；提高了处理系统的稳定性；便于后续处理构筑物的运行、维护和管理。

2）调节池的设置位置：调节池的设置位置应考虑如何能使其与处理工艺流程结合在一起，一般来说，调节池设于初级处理与生物处理之间是比较恰当的，调节池设在初级处理之后带来的固体沉积和浮渣累积等问题较少。如果调节池设在初级处理之前，在设计中应考虑足够的搅拌以防止固体沉淀，并应考虑通风以防止臭味产生。

3）调节池容积的确定：调节池的容积应根据工业企业的排水规律经过计算确定。当工业企业的排水资料无法获得时，可根据经验停留时间值计算确定。

（2）离心分离

1）离心分离原理：离心分离主要去除废水中的悬浮颗粒杂质或油类物质。离心分离的主要原理是：在离心力作用下，废水中的杂质物质因与水的密度不同而从废水中分离去除。

2）离心分离设备：按产生离心力的方式不同，离心分离设备可分为离心机和水力旋流器两类。

离心机是依靠一个可随传动轴旋转的转鼓，在外界传动设备的驱动下高速旋转，转鼓带动需进行分离的废水一起旋转，利用废水中不同密度的悬浮颗粒所受离心力不同进行分离的一种分离设备。

水力旋流器有压力式和重力式两种。其主要原理是：废水沿切线进入反应器内产生涡流，废水中粒径及密度较大的悬浮颗粒被抛向器壁，并在下旋水推动和重力作用下沿器壁下滑，在锥底形成浓缩液连续排出。

（3）除油

1）含油废水来源与分类：含油废水主要来源于石油、石油化工、钢铁、焦化、煤气、机械加工等工业企业。

油类在水中的存在形式可分为浮油、分散油、乳化油和溶解油4类。

①浮油：油珠粒径较大，一般大于100μm，易浮于水面，形成油膜或油层。

②分散油：油珠粒径一般为10～100μm，以微小油珠悬浮于水中，不稳定，静置一定时间后往往形成浮油。

③乳化油：油珠粒径小于10μm，一般为0.1～2μm，往往因水中含有表面活性剂使油珠成为稳定的乳化液。

④溶解油：油珠粒径比乳化油还小，有的可小到几纳米，是溶于水的油微粒。

2）除油装置

①隔油池：隔油池为自然上浮的油水分离装置，其类型较多，常用的有平流式隔油池、平行板式隔油池、倾斜板式隔油池、小型隔油池等。

②除油罐：除油罐为油田废水处理的主要除油装置，可去除浮油和分散油。

（4）过滤过滤是利用过滤材料分离废水中杂质的一种技术，过滤可分为颗粒材料过滤和多孔材料过滤两大类。

滤料选择时应注意：

1）滤料粒径要大些，采用石英砂滤料，粒径可取0.5～2.0mm，相应的冲洗强度可达18～20L/（m²·s）。

2）滤料耐蚀性应强些，用含量为1%的Na₂SO₄水溶液，将恒重后滤料浸泡28d，质量减少值以不大于1%为宜。

由于废水中悬浮物浓度高，为了延长过滤周期，可采用上向流、粗滤料、双层和三层滤料滤池。上向流滤池具有截污能力强，水头损失小的特点，污水先通过粗粒的滤层，再通过细滤层，这样能充分发挥滤层的作用，延长滤池的运行周期。

目前，过滤单元经常作为污水的深度处理工艺，放于生物处理单元之后。

2.工业废水的化学处理

（1）中和对于酸性废水和碱性废水常常需要采用中和处理工艺。酸性废水的中和方法分为酸性废水与碱性废水互相中和、药剂中和及过滤中和3种；碱性废水的中和方法可分为碱性废水与酸性废水互相中和、药剂中和等。

酸性废水中和处理采用的中和剂有石灰、石灰石、白云石、苏打、苛性钠等。碱性废水中和处理则通常采用盐酸和硫酸。苏打和苛性钠具有组成均匀，易于贮存和投加，反应迅速，易溶于水而且溶解度较高的优点，但是由于价格昂贵，通常很少采用。石灰来源广泛，价格便宜，因而采用较广。但是它也具有一些缺点：石灰粉末易飘扬，劳动卫生条件差；装卸与搬运劳动量大；成分不纯，含杂质较多；沉渣量大，不易脱水；制配石灰溶液和投加需要较多的机械设备。

利用酸性废水和碱性废水相互中和时，应进行中和能力的计算，两种废水的酸和碱物质的量应相当，即按当量定律来计算。

中和设备可根据酸碱废水排放规律及水质变化来确定。当水质、水量变化较小或后续处理对pH值要求较宽时，可在集水井内进行连续混合反应；当水质、水量变化不大或后续处理对pH值要求较高时，可设连续流中和池，中和时间一般为1～2h；当水质、水量变化较大，且水量较小时，连续流无法保证出水pH值要求，或出水中含有其他杂质或重金属离子时，多采用间歇式中和池，池有效容积可按污水排放周期中的废水量计算。

采用药剂法进行中和处理时，采用如图2-5-1所示的工艺流程。

图2-5-1 采用药剂法进行中和处理的工艺流程

采用石灰作中和剂时，药剂投配方法分干投和湿投两种，一般采用湿法投配。石灰用量在1t/d以内时，可用人工方法在消解槽内进行搅拌和消解；当石灰用量超过1t/d时，应采用机械方法进行消解。消解后的石灰乳进入溶液槽，溶液槽至少2个，轮换使用。为防止石灰沉积，应设搅拌装置，机械搅拌时，搅拌机的转速一般为20～40r/min；用压缩空气搅拌，其强度采用8～10L/（m²·s）。用石灰中和酸性废水时，混合反应时间一般采用2～5min，采用其他中和剂时，混合反应时间为5～20min。沉淀池可采用竖流式和平流式，沉淀时间一般为1～2h。

过滤中和法仅用于酸性废水的中和处理，碱性滤料主要有石灰石、大理石、白云石等。中和滤池分为3类：普通中和滤池、升流式膨胀中和滤池和滚筒中和滤池。普通中和滤池过滤速度一般为1～1.5m/h，接触时间不少于10min，滤床厚度一般为1～1.5m。升流式膨胀中和滤池的高度一般为3～3.5m，流速一般采用60～80m/h，膨胀率保持在50%左右，上部清水区高度为0.5m。滚筒中和滤池线速度采用0.3～0.5m/s，转速为10～20r/min。

（2）化学沉淀向工业废水中加入某种化学药剂，使其和废水中某些溶解物质发生反应，生成难溶盐沉淀的方法称为化学沉淀法。根据使用的沉淀剂的不同，化学沉淀法可分为石灰法、氢氧化物法、硫化物法、钡盐法等。

工业废水中的许多金属离子可以生成氢氧化物沉淀而得以去除，沉淀去除效率与操作过程的pH值关系密切。表2-5-2给出了一些金属氢氧化物的溶解度与pH值的关系。

表2-5-2 金属氢氧化物的溶解度与pH值的关系

许多金属能形成硫化物沉淀，其沉淀物的溶解度一般比其氢氧化物的要小很多，因此采用硫化物可使金属得到更完全的去除。硫化物沉淀法常用的沉淀剂有硫化氢、硫化钠等。但是，硫化物沉淀法处理费用较高，且硫化物的沉淀困难，常需要投加混凝剂以加强去除效果，因此，它的应用并不广泛。

钡盐沉淀法主要用于处理含六价铬的废水，采用的沉淀剂有碳酸钡、氯化钡、硝酸钡、氢氧化钡等。

（3）药剂氧化还原向废水中分别投加氧化剂或还原剂，氧化或还原废水中的有毒有害物质，使其转变为无毒无害的或毒性小的新物质的方法称为氧化法或还原法。废水处理中常用的氧化剂有空气中的氧气、纯氧、臭氧、氯气、漂白粉、次氯酸钠、三氯化铁等；常用的还原剂有硫酸亚铁、亚硫酸盐、氯化亚铁、铁屑、锌粉、二氧化硫、硼氢化钠等。

化学氧化法主要用于氰化物、硫化物、酚、醇、油类的氧化去除及脱色、脱臭、杀菌、防腐等。化学还原法主要用于废水中高价金属离子的去除。

（4）臭氧氧化臭氧是一种强氧化剂，氧化能力仅次于氟，比氧、氯及高锰酸盐等的氧化能力都高，臭氧在水中的分解速度随pH值的提高而加快。

臭氧氧化法的优点是：

1）氧化能力强，对除臭、脱色、杀菌、去除有机物和无机物都有显著的效果。

2）处理后废水中的臭氧易分解，不产生二次污染。

3）制备臭氧用的空气和电不必贮存和运输，操作管理也比较方便。该方法主要的缺点就是造价、处理成本高。

在设计臭氧氧化工艺时，应根据臭氧分子在水中的扩散速度和污染物的反应速度来选择臭氧接触反应设备的形式。根据臭氧氧化空气与水的接触方式可分为气泡式、水膜式和水滴式3类。

气泡式反应器是目前水处理中应用较多的一种，根据产生气泡装置的不同，可将其分为多孔扩散式、机械表面曝气式和塔板式3种。

填料塔是一种常见的水膜式反应器，废水经配水装置分布到填料上，形成水膜沿填料表面向下流动，上升气流从填料间通过和废水逆向接触。该接触反应装置的缺点是废水悬浮物浓度高时易堵塞。

喷雾塔是水滴式反应器的一种，废水由喷雾头分散成细小水珠，水珠在下落过程中，同上升的臭氧氧化空气接触，在塔底聚集流出，尾气从塔顶排出。这种设备简单，造价低，但对臭氧的吸收能力也低，且喷头易堵塞，预处理要求高。

臭氧需要量可按下式计算

QO₃=1.06QC （2-5-1）

式中，QO₃为臭氧需要量（g/h）；Q为处理废水量（m³/h）；C为臭氧投量（mgO₃/L）；1.06为安全系数。

影响臭氧氧化的主要因素是废水中杂质的性质、浓度、pH值、温度、臭氧的浓度、臭氧的反应器类型和水力停留时间等，臭氧的投量应通过试验确定。

臭氧接触反应器的容积根据臭氧与废水的接触反应时间决定，需要经过试验确定，一般情况下，采用5～10min。

（5）电解电解质溶液在电流的作用下，发生电化学反应的过程称为电解。废水进行电解反应时，废水中的有毒物质在阳极和阴极分别进行氧化还原反应，在电极表面沉淀下来或生成气体从水中逸出，从而降低了废水中有毒物质的浓度，这种利用电解的原理来处理废水中有毒物质的方法称为电解法。

利用电解法可以去除铬、银等金属离子，还可以用于含氰废水和含酚废水的处理。

3.工业废水的物理化学处理

（1）混凝混凝是采用混凝剂以去除水中细小的悬浮物和胶体污染物的一种常见的物理化学处理方法，具有降低污水中SS、COD、脱色、除油等作用。采用混凝时，应了解污水中胶体的带电性，然后再选择混凝剂种类、用量和混凝操作方法，才能达到较好的混凝效果。混凝过程实质上是胶体脱稳、反应絮凝、沉淀的统一过程，也是异向凝聚和同向凝聚的过程。

凝聚是两种基本机制的结果：一是异向凝聚，即通过投加相反电荷的离子或胶体使ζ电位降至小于范德华引力的程度；二是同向凝聚，即胶态分子集结为团而聚合成胶体颗粒。投加高价态阳离子可以减少颗粒电荷和双电层的有效距离，因此可以降低ζ电位。混凝剂溶解后，其中的阳离子与胶体颗粒带有的负电荷中和。这一过程发生在絮凝体可见之前。这时应快速搅拌，对去除胶体外的包裹物很有效。接着形成无数微小絮凝体。若在酸性介质中，这些微小絮凝体吸附H+，从而带有正电荷，它也能中和并包裹胶体粒子。同向絮凝往往又简称絮凝。絮凝是使絮状胶粒集结起来的过程。在这个阶段，表面吸附也在起作用，起初未被吸附的胶体物质，此时被裹挟入絮团中。

混凝的影响因素如下：

1）废水性质的影响：废水的胶体杂质浓度、pH值、水温及共存杂质等都会不同程度地影响混凝效果。

2）混凝剂的影响：无机金属盐混凝剂水解产物的分子形态、荷电性态和荷电量等对混凝效果有影响。高分子絮凝其分子结构形式和相对分子质量均直接影响混凝效果。

工业废水的凝聚、絮凝与沉淀可选用的设备有两种类型：一种类型是前面有一个快速搅拌池，后接慢速搅拌的絮凝池，后面进入沉淀池；另一种类型为澄清池，搅拌、絮凝和沉淀在一个池子中进行。

混凝法可用于处理造纸厂废水、炼油厂废水、印染废水等。

（2）气浮

1）气浮法的原理与分类：气浮法是污水中固液分离或液液分离的技术。气浮法用于从废水中去除密度小于1的悬浮物、油类和脂肪等，并用于污泥的浓缩。气浮操作是通过产生大量微气泡，使水中细小微粒黏附在气泡上，形成密度小于水的气浮体，上浮到水面形成浮渣与水分离的方法。

气浮方法有溶气气浮、散气气浮、电气浮、真空气浮等。其中，溶气气浮方法中加压溶气气浮是常用的一种方法。加压溶气气浮工艺由加压泵、压力溶气罐、空压机、减压装置、气浮池、撇渣设备、管道系统等构成。气浮法可用于炼油厂含油废水、造纸厂白水、印染废水等处理，也可用于生物污泥的浓缩。

2）气浮过程的必要条件：要在被处理的废水中分布大量微细气泡；使被处理的污染物质呈悬浮状态；悬浮颗粒表面呈疏水性质，易于黏附于气泡而上浮。

3）投加化学药剂对气浮效果的促进作用：

①投加表面活性剂维持泡沫的稳定性：当泡沫作为载体黏附污染物质后上浮至水面形成泡沫，然后用刮渣机将泡沫刮除，达到去除污染物的目的。这一过程要求泡沫层要相对稳定，否则不等刮渣，泡沫即行破灭，使浮上分离的污染物质又重回废水之中，影响了去除效果。为维持泡沫的稳定性，可适当投加表面活性剂。

②利用混凝剂脱稳：以油的颗粒为例，表面活性物质的非极性端吸附于油粒上，极性端则伸向水中，极性端在水中电离，使油粒被包围一层负电荷，产生了双电层，增大了ζ电位，不仅阻碍了油粒的兼并，也影响了油粒与气泡的黏附。为此，在气浮之前宜将乳化稳定体系脱稳、破乳。破乳的方法可采用投加混凝剂，使废水中增加相反电荷的胶体，压缩双电层，降低ζ电位，使其电性中和，促进废水中污染物质破乳凝聚，以利于与气泡黏附而上浮。

③投加浮选剂改变颗粒表面性质：浮选剂大多数是由极性—非极性分子组成。其分子一端为极性基，易溶于水，另一端为非极性基，有疏水性。浮选剂的极性基团能选择性地被亲水性物质颗粒所吸附，非极性集团则朝向水，所以亲水性物质颗粒的表面积就转化为疏水性物质而黏附在气泡上，随气泡上浮至水面。

4）气浮法的适用范围：分离含油废水中的悬浮油和乳化油；分离以分子或离子状态存在的物质，如重金属离子、表面活性物质等；代替二次沉淀池，利用气浮法可浓缩剩余活性污泥；分离回收工业废水中的有用物质，如造纸废水中的纸浆等。

5）气浮法的优缺点：

①气浮法的优点：气浮池表面负荷比沉淀池高，可达12m³/（m²·h），水力停留时间短，池深浅、体积小；浮渣含水率低，一般低于96%，是沉淀池泥渣的1/10～1/2，排渣方便；如投加絮凝剂处理废水，相对于沉淀法，气浮法投药剂较少；气浮过程以气泡充入水中，水中溶解氧较多，浮渣含氧，有利于后续处理，泥渣不易腐化。

②气浮法的缺点：处理1m³废水比沉淀法耗电多0.02～0.04kW·h，运营费用偏高；如废水悬浮物质浓度高，溶气气浮法的溶气水减压释放器容易堵塞，管理复杂。

6）气浮法的主要类型：

①电解气浮法：电解气浮法是用不溶性阳极和阴极，通以直流电，直接将废水电解。阳极和阴极产生氢和氧的微细气泡，将废水中污染物质颗粒或先经混凝处理所形成的絮体黏附而上浮至水面，生成泡沫层，然后将泡沫刮除，实现分离以去除污染物质。电解过程所产生的气泡远小于散气气浮法和溶气气浮法所产生的气泡，且不产生紊流。电解法不但起一般气浮分离作用以去除部分有机物，降低BOD、COD，它兼有氧化作用，能脱色和杀菌。处理流程对废水负荷变化适应性强，生成的泥渣量相对较少，占地面积小。

②散气气浮法。

a.扩散板散气气浮法：该法是由通过微孔陶瓷、微孔塑料等板管将压缩空气分散于水中实现气浮。此法简单易行，但所得气泡直径可达1～10mm，气浮效果不佳。

b.叶轮气浮法：此法是将空气引至高速旋转叶轮，利用旋转叶轮造成负压吸入空气，废水则通过叶轮上面固定盖板上的小孔进入叶轮，在叶轮搅动和导向叶片的共同作用下，空气被粉碎成细小空气泡。叶轮通过轴由位于水面以上的电动机传动。叶轮气浮宜用于悬浮物浓度高的废水，设备不易堵塞。除油效率可达80%。

③溶气气浮法。

a.溶气真空气浮法：废水在常压下被曝气，使其充分溶气，然后在真空条件下，使废水中溶气析出，形成细微气泡，黏附颗粒杂质上浮于水面形成泡沫浮渣而被除去。此法的优点是：气泡形成、气泡黏附于颗粒以及絮凝体的上浮都处于稳定环境，絮体很少被破坏。气浮过程能耗小。其缺点是：溶气量小，不适于处理含悬浮物浓度高的废水；气浮在负压下运行，刮渣机等设备都要求在密封气浮池内，所以气浮法的结构复杂，维持运行困难，故此法应用较少。

b.加压溶气气浮法：在加压条件下，使空气溶于水中，形成空气过饱和状态。然后减至常压，使空气析出，以微小气泡释放于水中，实现气浮。此法形成气泡小，为20～100_μm，处理效果好，应用广泛。加压溶气气浮又分为3种流程：全溶气流程、部分溶气流程、回流加压溶气流程。

全溶气流程是将被处理的废水全部进行加压溶气，然后再经释放器进入气浮池，进行固液分离。部分溶气流程是将被处理的废水的一部分进行加压溶气，其余废水直接进入浮选池。由于是部分水加压溶气，所以相对于全溶气流程，气泡量较少。如欲增大溶气量，则应提高溶气罐的压力。回流加压溶气流程是将一部分处理后回流，进行加压溶气，废水直接入气浮池。此法适于废水含悬浮物浓度高的情况。

7）气浮设备：

①加压泵：水泵选择依据的压力与流量应按照所需的空气量决定。如采用回流加压溶水流程，回流水量一般是进水量25%～50%。

②溶气罐：溶气罐的容积按加压水停留2～3min计算。目前采用喷淋填料罐，其溶气效率比空罐高约30%。溶气罐的直径根据过水断面负荷率100～150m³/（m²·h）确定，罐高2.5～3m。

③溶气释放器：溶气释放器应能把溶于水中的空气迅速以微细气泡形式均匀释放于水中。其产生气泡的大小和数量直接影响气浮效果。目前，国内常用的释放器特点是：可在较低压力下运行，如大于0.15MPa，即可释放溶气量99%，释放的气泡平均粒径只有20～40μm，且黏附性较好。

④气浮池：气浮池基本形式有平流式和竖流式两种。按废水处理流程的不同，气浮池与其他处理单元组合成各种形式。诸如反应—气浮、反应—气浮—沉淀、反应—气浮—过滤。但目前常用者仍为平流式气浮池。平流式气浮池的优点为池深较浅，造价低，管理方便。

（3）吸附许多工业废水含有难降解的有机物，这些有机物很难或根本不能用常规的生物法去除，例如ABS和某些杂环化合物。这些物质可用吸附法加以去除。

1）吸附法的原理：在相界面上物质的富集现象称为吸附，废水处理主要是利用固体对废水中溶质的吸附作用。工程中用于吸附分离操作的固体材料称为吸附剂，而被吸附剂吸附的物质称为吸附质。固体表面都有吸附作用，但用于吸附剂的固体是要求有较大表面积的颗粒状材料，这样单位质量的吸附剂才能吸附更多的吸附质。

根据固体表面吸附力的不同，吸附分为物理吸附与化学吸附。物理吸附是指吸附剂与吸附质之间是通过分子间引力（即范德华力）而产生的吸附，也称为吸附。吸附剂与吸附质之间产生化学作用，如原子或分子之间发生电子转移或共有，依靠化学键的吸附作用称为化学吸附。物理吸附和化学吸附往往同时发生，废水的吸附处理往往是几种吸附作用的结果。由于外界条件的影响，有时以某种吸附为主，如低温时，主要是物理吸附，而在高温时，主要是化学吸附。

影响吸附的主要因素包括：

①吸附剂的性质：吸附剂的比表面积：吸附剂的比表面积越大，吸附能力就越强。吸附剂的物理化学性质：一般极性分子（或离子）型的吸附剂易于吸附极性分子（或离子）型的吸附质，非极性分子型的吸附剂易于吸附非极性的吸附质。

②吸附质的性质：

吸附质溶解度：吸附质溶解度越小，越易被吸附。

吸附质相对分子质量：一般相对分子质量增大会增大吸附能力，但相对分子质量过大，又会影响扩散速度。

吸附质的物理化学性质：极性吸附质易被极性吸附剂吸附，非极性吸附质易被非极性吸附剂吸附。

吸附质浓度：吸附质的浓度增高会使吸附量增大。

③废水的pH值：吸附质在废水中存在的分子形态（分子、离子或络合物）与pH值相关，因而会影响到吸附效果，如活性炭的吸附率一般在酸性溶液比碱性溶液中大。

④接触时间：要使吸附剂与溶液有充分接触的时间。所需接触时间，取决于吸附速度。

⑤水温的影响：当以物理吸附为主导时，水温升高吸附量下降，反之吸附量增加。

吸附平衡、吸附容量与吸附等温线：

①吸附平衡：如果吸附与解析速度相等，也即单位时间内被吸附的吸附质数量与解析数量相等时，废水中吸附质的浓度和吸附剂表面上的浓度都不再改变而达到平衡。此时，废水中吸附质的浓度称为平衡浓度，吸附过程也达到吸附平衡。

②吸附容量：是指单位质量的吸附剂所能吸附的吸附质的质量。如果向含吸附质浓度为C₀、容积为V的废水中投加质量为W的活性炭，在吸附平衡时，废水中吸附质剩余浓度为C时，吸附容量可按下式计算

式中，q为吸附容量（g/g）；V为废水容积（L）；C₀为原废水中吸附质浓度（g/L）；C为吸附平衡时，废水中剩余的吸附质浓度（g/L）；W为活性炭投加量（g）。

③吸附等温线：在温度一定时，吸附容量随吸附质平衡浓度的提高而增加，吸附容量随平衡浓度而变化的曲线称为吸附等温线，如图2-5-2所示。

表示吸附等温线的方程称为吸附等温式。常用的吸附等温式有Freundlich等温式、Langmuir等温式。

Freundlich等温式

q=KC^1/n （2-5-3）

图2-5-2 吸附等温线形式

式中，q为活性炭的吸附容量（g/g）；C为废水中吸附质平衡浓度（g/L）；K、1/n分别为表现吸附特性的参数。

式（2-5-3）可写成对数式

lgq=lgK+1/nlgC （2-5-4）

将C和与之对应的q点画在双对数坐标纸上便可得到一条近似直线，直线的截距为K，斜率为1/n。1/n越小，吸附性能越好。一般认为，1/n=0.1～0.5时容易吸附，1/n>2时则难吸附。当1/n较大时，即吸附质平衡浓度越高，则吸附容量越大，吸附能力越能发挥充分，这种情况最好采用连续式吸附操作。当1/n较小时，多采用间歇式操作。

Langmuir等温式：该等温式是建立在一些假定条件上的。这些假定是：吸附剂的表面均一，其各点的吸附性能相同；吸附是单分子层的，当吸附剂表面为吸附质饱和时，达到最大吸附量；在吸附剂表面上的各吸附点之间不存在吸附质的转移；当达到吸附平衡时，吸附速度和脱附速度相等。

由动力学方法推导出平衡吸附量q_c与液相平衡浓度C_e的关系如下

式中，a为与最大吸附量有关的常数；b为与吸附能力有关的常数。

吸附速度是指单位质量的吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质质量。吸附过程影响着吸附速度，影响吸附速度的过程是（以活性炭为例）：

吸附质向活性炭颗粒表面的扩散过程：扩散速度与吸附质浓度成正比，与活性炭颗粒直径成反比，即与表面积成正比。扩散速度还与废水和活性炭之间的相对速度有关，相对速度快，则扩散速度快。

吸附质在活性炭颗粒内部孔隙间的扩散阶段：颗粒内部扩散比较复杂，其扩散速度与活性炭细孔大小、构造，吸附质颗粒大小、构造有关。孔隙内部的扩散速度是影响吸附速度的主要因素。

吸附在活性炭颗粒内部孔隙表面上的吸附反应阶段。

天然吸附剂有黏土、硅藻土、无烟煤、天然沸石等。人工吸附剂有活性炭、分子筛、活化氧化铝、磺化煤、活化氧化镁、树脂吸附剂等，其中活性炭的应用最为普遍。

活性炭是一种多孔性、疏水性吸附剂，对水中有机物有较强的吸附作用。在工业废水处理中，可用于去除表面活性物质、酚类、染料、农药、重金属等污染物。

活性炭可制成粉末状和颗粒状，废水处理常用粉状炭，其应用工艺简单，操作方便。粉状活性炭外观黑色，化学稳定性好，耐酸、碱、高温及高压。可浸水，密度小于1g/cm³。

活性炭的细孔构造及比表面积：由于活性炭是多孔材料，它的比表面积（即每克吸附剂所具有的表面积）可达500～2000m²/g。活性炭的吸附量，不仅与比表面积有关，还与细孔的构造和分布有关。不同的细孔，在吸附过程中所起的作用不同。大孔主要为吸附质提供扩散的通道，使吸附质得以到达过渡孔与小孔中去。通过过渡孔吸附质可扩散到小孔中去，此外，当吸附质分子较大时，小孔几乎不起吸附作用，此时主要由过渡孔进行吸附。而小孔的表面积较大，所以活性炭的吸附量主要由小孔决定。

活性炭表面的化学性质：活性炭表面的化学性质也是影响其吸附特性的因素。活性炭分子中，炭占70%～95%，此外还有两种混合物，一种是处于微晶体边缘的碳原子，由于共价键不饱和而易于与氧、氢等结合形成含氧官能团，使活性炭有一些极性。

已达到吸附饱和的活性炭可以再生重复利用，再生过程就是将吸附质从活性炭的细孔中去除，且活性炭结构基本不发生变化。活性炭再生方法有加热再生法、化学再生法、溶剂再生法、生物再生法等，常用的是加热再生法、化学再生法。

2）吸附工艺：吸附工艺分为静态吸附与动态吸附。按照吸附剂的填充方式不同，动态吸附又分为固定床、移动床和流化床3种。

①固定床：固定床是吸附处理最常用的工艺，它又分为降流式和升流式两种。降流式是废水自上而下流过吸附层，由吸附塔底部出水。这种方式处理效果稳定。但经过吸附层的水头损失较大，如果废水含悬浮物浓度较高时尤为严重。需要定期对吸附床进行反冲洗。

升流式固定床的操作是将废水自下而上流经吸附层。运行时，水头损失增加较慢，所以运行周期长。如水头损失增大，可提高升流流速，使吸附层膨胀，以达到自清的目的。如果进水水流不均匀，又不能及时调整操作，有可能导致吸附剂随出水流失。

②移动床：移动床的运行特点是，废水自吸附塔底部流入吸附塔，流水向上与吸附剂逆流接触，处理水由塔顶排出。活性炭由塔顶加入，接近吸附饱和的活性炭从塔底定期排出塔外。

与固定床相比，移动床能充分利用吸附剂的吸附容量，水头损失也较小。被截流在吸附层的悬浮固体可随饱和活性炭一起排出。因此，可不用反冲洗设备。这种操作方式在运行时要求保持塔内吸附剂上、下层不相混，操作管理要求严格。

移动床的容积速度可达5m³/（h·m³），线速度为10～30m/h。

③流化床：水由下部上升流通过炭层，炭由上向下移动。活性炭在塔内处于膨胀状态或流化状态。水与炭是逆流接触。炭与水的接触面积大，能使炭充分发挥吸附作用。废水含悬浮物浓度高也能适应，无需进行反冲洗。要求连续排炭和投炭。宜保持炭层呈层状向下移动。移动床和流化床操作要求严格，在废水处理中较少使用。

吸附法主要用于处理重金属离子、难降解的有机物以及色度和异味。吸附法可与其他物理处理方法和化学处理方法联合使用。废水中的有机物是否易于被活性炭吸附，取决于很多因素，如有机物的分子结构、界面张力、分子大小、离子和极性、pH值、溶解度、共存物等。

（4）离子交换法离子交换法是水质软化和除盐的主要方法之一。在废水处理中，主要用于去除废水中的金属离子。离子交换的实质是不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的交换过程，通常是可逆性化学吸附。

离子交换是可逆反应，其反应式可表达为

RH+M⁺⇔RM+M⁺

在平衡状态下，反应物浓度符合下列关系式：

K是平衡常数。K>1，表示反应能顺利进行。K值越大，越有利于交换反应，而越不利于逆反应。K值的大小能定量地反映离子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。

离子交换树脂是人工合成的高分子化合物，由树脂本体（又称母体）和活化基团两个部分组成。离子交换装置按进行方式的不同，可分为固定床和连续床两大类。固定床又分为单层床、双层床、混合床。连续床又分为移动床、流动床。在水处理中，单层离子交换装置是最常用、最基本的形式之一。离子交换系统一般包括：预处理设备、离子交换设备和再生附属设备。

离子交换的运行操作包括4个步骤：交换、反洗、再生、清洗。交换过程主要与树脂层高度、水流速度、原水浓度、树脂性能以及再生程度有关。反洗的目的在于松动树脂层，以便下一步再生时注入的再生液能分布均匀，同时也能及时地清除树脂层中的杂质、碎粒和气泡。再生过程是交换反应的逆反应。借助具有较高浓度的再生液流过树脂层，将先前吸附的离子置换出来，使其交换能力得到恢复，再生是固定床运行操作中的重要一环。清洗是将树脂层内残留的再生清液洗掉，直至出水水质符合要求为止。

离子交换法广泛运用于含重金属离子废水的处理与金属回收方面，如去除废水中的铜、锌、镉、汞、金、银、铂等金属和有机物质，以及净化放射性废水等。

（5）电渗析电渗析是在直流电场作用下利用荷电离子膜的反离子迁移原理（与膜电荷相反的离子透过膜，同名离子则被膜截留）从水溶液和其他不带电组分中分离带电离子的过程。

电渗析工艺在工业废水处理中应用，具有以下特点：

1）在给水处理中，电渗析用于水的淡化，要求获得淡水，排掉浓水。在废水处理中，根据废水组成和处理目的的不同，需要的是淡水或浓水，或者浓、淡水都需要。例如用电渗析处理含镍废水，浓水回用于镀槽，淡水回用于清洗镀件；处理放射性废水，浓水进行掩埋处理，淡水排放等。

2）在给水处理中，膜室采用3室布置，即浓缩-淡化-浓缩，进入浓、淡室的是同一原水。在工业废水处理中，电渗析除3室外，还可以按2室和4室布置，进入各室的水流可以是同一原水，也可以不是。

3）电渗析的关键部件是离子交换膜，它的性能对电渗析效果影响很大。工业废水成分相当复杂，所含有的酸、碱、氧化物等物质对膜都有侵害作用，所以膜应当具有能够抵抗这种作用的性能。例如处理含铬废水的膜应当能够抵抗六价铬离子的氧化；回收酸、碱的膜则应能耐强酸、强碱的腐蚀等。

4）工业废水中通常含有大量的悬浮物、有机物、胶体等杂质。这些杂质能够影响电渗析器的工作和膜的功能，必须将其除去。在废水处理中，电渗析多用于深度处理，经过生化处理的废水进入电渗析设备前需要通过过滤和活性炭吸附处理，以除去其中残留的悬浮物和有机物。

5）在给水处理中，电渗析主要注重在膜室中进行反应，电极反应不是主要的，通常不予考虑。但是在废水处理中，在某些情况下常常是利用电极反应来达到废水处理和回收有用物质的目的。

目前，电渗析法处理废水的实例还较少，主要用于去除废水中的盐分，对非水溶性电解质的胶体物质和有机物等不能去除。对铁、锰或高分子有机酸等物质，即使为离子状态，但由于易沉积在膜上，会造成膜性能的劣化，因此也需要进行预处理，将其去除。