第9章 吸附法-水质处理-课件-教学-本科

· 过渡孔：2~100nm，0.02~0.10mL/g，占比 表面积<5%，吸附量不大，起吸附作用和 通道作用。 · 大孔：100~1000nm，0.2~0.5mL/g，占比 表面积很小，吸附量小，提供通道。
9.2 吸附等温线与吸附速度
9.2.1吸附平衡
1.定义 当吸附质的吸附速率=解吸速率（即V 吸附=V解吸），即在单位时间内吸附数量 等于解吸的数量，则吸附质在溶液中的 浓度C与在吸附剂表面上的浓度都不再变 时，即达到吸附平衡，此时吸附质在溶 液的浓度C叫平衡浓度。
1/ n
式中：K、n——常数；
C——吸附质平衡浓度（g/L） q——吸附量
取对数：
lg q lg K 1/ n lg C （4-5）
1/n越小，吸附性能越好，1/n=0.1~0.5，容
易吸附；
1/n>2，则难吸附。1/n较大则采用连续吸
附，反之采用间歇吸附。
对于活性炭吸附体系: 1/n的数值一般在0.1-
式中：t——工作时间，h；V——线速度，即空 塔速度，m/h； h——炭层高度，m；Co——进水吸附质浓度， kg/m3 Ce——出水吸附质允许浓度，kg/m3 K——速率系数，m3/（kg· h）；No——吸附容 量，即达到饱和时吸附剂的吸附量（kg/m3）。
expKN 0 h / V >>1，上式等号右边括号内的1可忽
2.吸附量q(g/g) 衡量吸附剂吸附能力的大小，达到吸 附平衡时，单位重量的吸附剂（g）所吸 附的吸附质的重量（g）。 （4-1） 式中：V—废水容积；W—活性炭投量，g C0—废水吸附质浓度（g/L） C—吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度 (g/L) —平衡浓度
V (C0 C ) q W
对于特定的吸附剂与吸附质,吸附量是吸
线速度（m/h）；以不同的V进行上述试验，将 不同V时的No、K、ho作图，可分别得出K—V、 No—V、ho—V三条曲线。
K h0 N0 0
N0 h0
K
V 图 10-6 K、N0h0对V的图解
3.吸附塔设计
已知废水设计流量Q（m3/h），原水吸附质浓 度Co，出水吸附质允许浓度Ce。 （1）吸附工作时间t——吸附柱出水达到穿透点 的时间，线速度
9.1.3吸附剂 主要有活性炭、磺化煤、沸石、硅藻土、焦炭、 木炭等。 1、活性炭的制造
高温炭化 活化,800~900℃
木材、煤、果壳 物理活化
炭渣
活性炭
隔绝空气，600℃
活化剂：ZnCl2
化学活化
活化的目的在于将活性炭内部孔打通\扩大, 增大比表面积. 活化前:200-400m2/g——活化后1000m2/g
1.吸附设备 （1）固定床：吸附剂在床中是固定的，废 水自上而下流过吸附剂。 单床式、多床串联式、多床并联式。 按水流方向又可分：升流式与降流式。 （2）移动床：接近饱和的吸附剂从塔底间 歇排出，每次卸出总填充量的（5~20） %，同时从塔顶投加等量再生炭或新炭。 （3）流化床：吸附剂在塔内处于膨胀状态。
（3）极性：
极性吸附剂易吸附极性的吸附质。
（物以类聚）
非极性吸附剂易吸附非极性的吸附质。 （4）吸附质分子的大小和不饱和度。 活性炭：易吸附分子直径较大的饱和化合物 合成沸石：易吸附分子直径小的不饱和化合物
3.废水的PH值
活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中吸 附效果较好,具体看吸附质的化学基团。 4.共存物质：对于物理吸附，共存多种物质时 的吸附比单一物质时的吸附要差。
活性碳
离子吸附树脂
四、吸附运转方式
1.吸附的工艺过程
吸附剂与废 水接触吸附
吸附剂与 废水分离
吸附剂的再 生或更新
2.运转方式
一般可分为间歇与连续两种。
3.吸附操作方式
（1）固定 床动态吸 附
采用两个固定床装置并联，使用一个时，则另 一个备用。
（2）移动 床吸附
在移动床中吸附剂不断移动，流进流出，不断 再生补充。
3、离子交换吸附
一种吸附质的离子，由 于静电引力，被吸附在吸 附剂表面的带电点上。 如果吸附质的浓度相 同，离子带的电荷越多， 吸附就越强。对电荷相同 的离子，水化半径越小， 越能紧密的接近吸附点， 越有利于吸附。
4、吸附作用的可逆过程
一方面是吸附质的粒子 被吸附剂的表面所吸附； 另一方面则是有部分被吸 附的粒子，由于热运动脱 离吸附剂的表面而解吸。
5.温度：对于物理吸附，T高则不利，吸附量减 少。
6.接触时间：应保证吸附达到平衡时的时间， 而该时间的大小取决于吸附速度V，V大则所 需时间短。
9.3 吸附操作方式
9.3.1 静态吸附
使废水与吸附剂搅拌混合，而废水没有 自上而下流过吸附剂的流动，这种吸附 操作叫静态吸附。 9.3.2 动态吸附
废水通过吸附剂自上向下流动而进行吸 附。
附平衡时的浓度与吸附温度的函数.
即: q=f(C、T) 当T不变时，即T恒定，则q=f(C)，叫吸
附等温线。
3.吸附等温线 在一定T下，q随平衡浓度C变化的曲线
（q=f(C)）叫吸附等温线。用数学公式描述
则叫吸附等温式。
4.吸附等温式（三种）
朗谬尔公式 表示I型吸附等温线的有费兰德利希公式
9
吸 附
9.1 吸附的类型
9.2 吸附等温线与吸附速度 9.3 吸附操作方式
9.4 吸附塔的设计
一、吸附原理
1、物理吸附
吸附剂与被吸附物质之 间是通过分子间引力 (即范德华力)而产生吸 附，称为物理吸附。一 般在低温下进行的吸附 主要是物理吸附。
2、化学吸附
吸附剂与被吸附物质之 间产生化学作用，生成化 学键引起吸附，称为化学 吸附。 化学吸附是有选择性 的，且不易吸附与解吸， 达到平衡慢。化学吸附速 度随温度升高而增加，故 常在高温下进行。
积就越小，反之亦然。
吸附过程一般分为3个阶段： 1.液膜扩散（颗粒外部扩散）阶段 2.颗粒内部扩散阶段 3.吸附反应阶段：吸附质被吸附在细孔内 表面上。
吸附反应速度非常快，V主要取决于第I、
II阶段速度，而颗粒外部扩散速度（液 膜扩散）U=f(c、d、搅动) 溶液浓度C↑，则U↑
颗粒直径d↓，则U↑
粉末状活性炭 粒状活性炭（园柱状、球状），粒径 2~4mm 棒状活性炭：Φ 50mm，L=255mm
Hale Waihona Puke 2.活性炭的细孔构造和分布
1.比表面积 每g活性炭所具有的表面积。活性炭的 比表面积为：500~1700m2/g，99.9%的表面 积，在多孔结构颗粒的内部。 2.细孔构造 · 小孔：<2nm，0.15~0.90mL/g，占比表面 积的95%以上，起吸附作用，吸附量以小孔 吸附为主。
表示II型吸附等温线的有BET公式
1)朗谬尔公式：
abC q 1 aC
（4-2）
取倒数式：
1 / q 1 / ab 1 / C 1 / b （4-3）
特点: 1)平衡浓度达到一定数值进,吸附容量趋向 一稳定值. 2)适合用于单分子层吸附.
2)费兰德利希经验公式：
q KC
适于中等浓度吸附
二、影响吸附的因素
2、吸附质的物理化 学性质 1、吸附剂的物理化 学性质 3、废水的PH值
影响因素
6、接触时间
4、温度
5、共存物的影响
三、吸附剂的种类
在工业废水中用到的吸附 剂有活性炭、磺化煤、木炭、 焦炭、硅藻土、炉渣、木屑以 及粘土等。一般吸附剂均呈松 散多孔性结构，具有巨大的比 表面积。不同的吸附剂对处理 吸附质会有不同的效果，使用 时应注意选择。
加强搅动，则U↑
而颗粒内部扩散速度V=f（细孔大小与构 造，吸附质的d）
吸附剂颗粒直径d↓，V↑。 粉末状活性炭比粒状活性炭的吸附速度 要快，接触时间短，设备容积小。
9.2.3 吸附的影响因素
1.吸附剂的性质：吸附剂的种类、颗粒大 小、比表面积，颗粒的细孔构造与分布、 吸附剂是否是极性分子等。
2.吸附质的性质： （1）溶解度：越低越容易吸附，具有较大 的影响。 （2）使液体表面自由能W降低得越多的吸 附质则越容易被吸附。
2之间 .
※吸附量q是选择吸附剂和吸附设备的重要
参数，q决定吸附剂再生周期的长短，q
越大，再生周期越长，再生剂用量及其
费用越小。q通过吸附试验来确定。
9.2.2 吸附速度
V (C0 C ) V q/t Wt
, 单位:
g /( g min)
吸附速度V决定了废水和吸附剂的接触时
间，V越大，则接触时间越短，所需设备容
（1）采用多床串联操作（图10-2）
C0 Cb 1
C
2
3
4
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ca 0 Q1 Q2 Q3
Q
图 10-2 三 柱 串 联操 作
I—II—III串联运行； III—Ⅳ—I串联运行。
II—III—Ⅳ串联运行
（2）采用升流式移动床操作（图10-3） 从底部排出的吸附剂都是接近饱和的， 从而充分利用了吸附剂的吸附容量。
（3）流化 床吸附
吸附剂在塔内处于膨胀状态，悬浮于由下而上 的水流中，膨胀床的吸附率高，适于处理悬浮物含 量较高的废水。
吸附塔
9.1 吸附的类型
9.1.1 吸附
在相界面上，物质的浓度自动发生累 积或浓集的现象。 固—液界面上的吸附：
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。
（4）吸附终点：出水浓度Cb为 (0.90~0.95)Co时所对应的出水总体积的 穿透曲线上的那一点叫吸附终点（耗竭 点）。
3.吸附容量的利用。
当吸附柱出水浓度达到穿透时，但此时吸附柱 内的吸附剂并未完全饱和，仍能吸附相当数量 的吸附质，直至出水浓度等于Cb（吸附终点） 为止。这部分吸附容量应该充分利用。也即是 充分利用吸附带的吸附容量。