1、第9章 吸附,从以下三方面介绍：一、吸附概述二、活性炭吸附三、活性炭吸附在水处理中的应用,9.1 吸附概述,9.1.1 吸附的类型及其机理 1.基本概念 吸附：在两相（如液-固）界面上，物质的浓度能够自动发生富集的现象。例如：在苯酚溶液中投加活性炭颗粒，苯酚就会向活性炭表面聚集，或者说活性炭吸附了苯酚。 吸附剂：具有吸附能力的物质。在水处理中，活性炭是一种应用广泛的吸附剂。本章重点介绍活性炭吸附。 吸附质：被吸附在吸附剂表面的物质。从水处理角度而言就是水中杂质。 吸附处理法：就是利用具有吸附能力的物质，使水中的一种或多种物质被吸附在吸附剂表面而去除的方法。,2.吸附的类型根据吸附的作用机理，吸
2、附分为两大类：物理吸附吸附剂和吸附质之间是通过分子间力即范德华力产生的吸附。特点：吸附热较小、吸附速度快且没有选择性。化学吸附吸附剂和吸附质之间是通过化学键力引起的吸附。特点：吸附热较大；吸附速度根据化学键的类型不同而有很大的差别，吸附具有选择性。,9.1.2 吸附平衡与吸附等温线,1.吸附平衡 吸附质在吸附剂表面的吸附与吸附质从吸附剂表面的脱附是同时发生的，当吸附速度=解吸速度时，吸附达到平衡状态。 吸附平衡时，吸附质在水中的剩余浓度称为平衡浓度。2.吸附容量 定义：单位重量的吸附剂在一定T和P下达到吸附平衡时所吸附的吸附质的重量。 吸附容量是衡量吸附剂吸附能力大小的重要指标。 吸附容量一般
3、通过试验测定：测定方法：取吸附质浓度为C0的水样体积V，向其中投加活性炭重量为W，当达到吸附平衡时，测定水中剩余的吸附质浓度C，则吸附容量为：,3.吸附等温线,在温度一定的条件下，吸附量随平衡浓度而变化的曲线称 为吸附等温线。常见的吸附等温线类型如下：4.吸附等温式吸附等温线用数学公式描述则叫吸附等温式。弗里德里希经验公式：朗格谬理论公式：,9.2 活性炭吸附,9.2.1 活性炭制备活性炭：是用含碳为主的物质（如木材、煤）作为原料、经高温炭化和活化而制成的疏水性吸附剂。活性炭外观呈黑色，有三种类型：粉末状活性炭颗粒状活性炭 粒径24mm棒状活性炭 50mm，L=255mm,隔绝空气,高温炭化，
4、600,氧化剂：蒸汽,活化，800900,炭渣,木材、煤、果壳,活性炭,9.2.2 活性炭的性质,1.物理性质 比表面积达1000m2/g以上； 具有发达的空隙结构，即微孔、中孔和大孔； 活性炭的密度：视密度（即堆密度），350500g/mL。计算滤池装填量时用之。湿密度：空隙充满水时的密度。反冲洗计算时用之。 灰分：活性炭中无机成分的含量。低者好，一般为58。2.化学性质活性炭的化学性质是指活性炭的表面性质。具有弱极性、中性及非极性表面的活性炭对非极性的分子吸附能力比较强，而对极性分子及离子的吸附能力比较弱。3.吸附性质表示吸附性质的参数有：碘值：一定条件下吸附碘的量。表示活性炭对小分子物质
5、的吸附性能。糖蜜值：表示活性炭对大分子物质的吸附性能。,9.2.3 影响活性炭吸附性能的因素,1.活性炭的性质：主要有比表面积、种类、极性、颗粒大小、细孔构造和分布情况、表面化学性质等。2.吸附质的性质：对活性炭吸附性能影响比较大的是分子极性、分子大小及构型。过大的分子不易被吸附；分子的疏水性越强越易被吸附；分子的极性越大越不易被吸附。3.其他因素：主要有水的PH值、温度、接触时间、无机离子组成及含量、无机沉淀等。9.2.4 竞争吸附 当水中存在两种或两种以上的吸附质并用活性炭来吸附时，将会产生非常复杂的竞争吸附现象。 在水处理中，水中杂质种类很多，很难被分别确认。故水中多组分竞争吸附可采用E
6、BC模型进行简化处理。,9.2.5 活性炭吸附过程,1.吸附过程吸附过程分三个阶段：第一阶段：颗粒外部扩散阶段。吸附质通过活性炭表面水膜达到活性炭外表面。第二阶段：颗粒内部扩散阶段。吸附质由活性炭外表面向细孔深处扩散。 第三阶段：吸附反应阶段。吸附质被吸附在细孔内表面上。在水处理过程中，吸附速度主要是由水膜中的扩散速度与颗粒内部扩散速度控制的。,2.穿透曲线与吸附带以出水中吸附质浓度C为纵座标，以接触时间T为横座标绘制成的曲线称穿透曲线。动态吸附试验的工作过程如下：,9.3 活性炭吸附在水处理中的应用,9.3.1 应用领域1.饮用水处理2.城市污水及工业废水处理 3.软水及纯水制备的预处理饮用
7、水处理方面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.人工合成有机物的去除。 城市污水的深度处理及工业废水处理1.城市污水的深度处理（回用）；2.含重金属的工业废水处理。,9.3.2 粉末炭的应用,粉末炭在使用时具有吸附速度快，吸附效果好等优点。常应用于季节性水质恶化及粉末炭投加量不高时。一般和混凝剂一起连续地投加于原水中，经混合、吸附水中有机和无机杂质后，粘附在絮体上的炭粒大部分在沉淀池中成为污泥后排除。其缺点是不能再生。 应用时，考虑的因素：1.投加量。范围为220mg/L，进行烧杯试验。2.接触时间。一般为15min。3.投加点。一点投加
8、或多点投加。4.投加方式及设备。湿投应用多，,9.3.3 粒状活性炭的应用,适用于原水受到比较严重污染的饮用水处理中。 装置：构造类似滤池，用颗粒状活性炭作滤料。 设置方式：,GAC滤池,混凝沉淀,快滤池,滤前吸附,GAC滤池,混凝沉淀,快滤池,滤后吸附,GAC吸附/过滤池,混凝沉淀,过滤吸附,9.3.4 臭氧-生物活性炭工艺,臭氧-生物活性炭工艺是从欧洲引进的处理工艺。 臭氧的作用：1.氧化了部分有机物，其生成物更易于被微生物降解；2.使水中部分大分子的有机物转化为小分子有机物，便于活性炭吸附；3.原水中所含高分子腐植酸和富里酸经臭氧氧化后，易被活性炭吸附。 活性炭作用：长期在富氧条件下，其
9、表面有生物膜形成，变成生物活性炭，具有吸附与生物降解双重作用。 臭氧浓度一般在0.51.0g臭氧/gDOC。,o3,9.4 活性炭的再生,再生：用某种方法将被吸附的物质从吸附剂中去除。再生后的吸附剂可重复使用。 再生方法加热再生法：低温：采用水蒸气，直接在吸附塔内再生。高温：按脱水-干燥-炭化-活化-冷却五步进行。设备：再生炉药剂再生法：无机药剂再生法：用无机酸（H2SO4、HCl）或碱（NaOH）等无机药剂使吸附在活性炭上的污染物脱附。 有机溶剂再生法：用苯、丙酮及甲醇等有机溶剂萃取吸附在活性炭上的有机物。 化学再生法：常用臭氧氧化法。生物再生法：利用微生物的作用，将活性炭吸附的有机物加以氧化分解。目前处于试验阶段。,
