第6章_吸附

V(C −C ) 0 e qe = W
（6-1） ）
式中： 溶液容积； 式中：V—溶液容积； 溶液容积 W—活性炭投量，g； 活性炭投量， ； 活性炭投量 C0—溶液中吸附质浓度（g/L） 溶液中吸附质浓度（ ） 溶液中吸附质浓度 Ce—吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度 吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度 (g/L) （平衡浓度）。 平衡浓度） qe=f(Ce、T)， 当 T 不 变 时 ， 即 T 恒 定 ， 则 、 ， qe=f(Ce)， 叫吸附等温线 。 用数学公式描述则 ， 叫吸附等温线。 叫吸附等温式。 叫吸附等温式。
二、吸附类型 1. 物理吸附：靠分子间力产生的吸附，可吸附 物理吸附：靠分子间力产生的吸附，
多种吸附质，可形成多分子吸附层。 多种吸附质，可形成多分子吸附层。吸附热较 在低温下就能进行，吸附速度快， 小，在低温下就能进行，吸附速度快，存在着 吸附━ 吸附━解吸的可逆过程 。
2. 化学吸附：由化学键力引起的吸附，能形成 化学吸附：由化学键力引起的吸附，
三、化学氧化法 湿式氧化法：液相状态下， 湿式氧化法：液相状态下，利用氧在高温高压 下将吸附的有机物氧化。 下将吸附的有机物氧化。一般用于粉状活性炭 的再生。 的再生。 电解氧化法：将饱和炭置于电解质溶液中， 电解氧化法：将饱和炭置于电解质溶液中，碳 作阳极，进行水的电解， 作阳极，进行水的电解，活性炭表面产生的氧 气将吸附质氧化分解。 气将吸附质氧化分解。 O3氧化法：利用臭氧将有机物分解。 氧化法：利用臭氧将有机物分解。 四、生物再生法 利用微生物的作用， 利用微生物的作用，将被活性炭吸附的有机 物加以氧化分解。 物加以氧化分解。
6.2 活性炭吸附 活性炭吸附
一、活性炭的制备
高温炭化 活化,800~900℃ ℃ 活化
木材、 木材、煤、果壳 蒸汽高温活化
炭渣
活性炭
隔绝空气， 隔绝空气，600℃ ℃
活化剂： 活化剂：ZnCl2
粉末活性炭 粒状活性炭（园柱状、球状） 粒径2~4mm 粒状活性炭（园柱状、球状），粒径 棒状活性炭： 棒状活性炭：Φ50mm，L=255mm ，
第6章 章
吸 附
云霞 市政工程系
6.1 吸附概述
一、吸附现象 吸附：在相界面上， 吸附：在相界面上，物质的浓度自动发 生累积或富集的现象。 生累积或富集的现象。 液界面上的吸附： 固—液界面上的吸附： 液界面上的吸附 吸附剂： 吸附剂：具有吸附能力的多孔性固 体物质。 体物质。 吸附质：被吸附在吸附剂表面的物质。 吸附质：被吸附在吸附剂表面的物质。
图6-2 投加工艺流程图
二、粒状活性炭的应用 1.使用方式 使用方式 （1）在混凝沉淀之前设单独的炭滤池； ）在混凝沉淀之前设单独的炭滤池； （2）砂滤之后设单独的活性炭吸附池； ）砂滤之后设单独的活性炭吸附池； （3）颗粒活性炭替换部分砂滤料，成为炭砂双层 ）颗粒活性炭替换部分砂滤料， 滤料滤池，或替换全部砂层， 滤料滤池，或替换全部砂层，活性炭吸附兼 过滤； 过滤；
单分子吸附层，并具有选择性，吸附热较高， 单分子吸附层，并具有选择性，吸附热较高， 吸附速度根据化学键的类型不同有较大差异， 吸附速度根据化学键的类型不同有较大差异， 在高温下才能进行，化学键力大时， 在高温下才能进行，化学键力大时，化学吸附 是不可逆的， 是不可逆的，
三、等温吸附模型 等温吸附模型
吸附量q是选择吸附剂和吸附设备的重要参数 是选择吸附剂和吸附设备的重要参数， 决定 ※ 吸附量 是选择吸附剂和吸附设备的重要参数，q决定 附剂再生周期的长短， 越大 再生周期越长， 越大， 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。 通过吸附试验来确定 通过吸附试验来确定。 用量及其费用越小。q通过吸附试验来确定。
二、活性炭的性质 1. 比表面积大 比表面积大 每g活性炭所具有的表面积。活性炭的比表面积为：500~1700m2/g， 活性炭所具有的表面积。活性炭的比表面积为： ， 活性炭所具有的表面积 99.9%的表面积，在多孔结构颗粒的内部。 的表面积， 的表面积 在多孔结构颗粒的内部。 2. 孔隙结构发达 微孔：<2nm，占比表面积的95%以上，起吸附作用，吸附量以微 微孔： ，占比表面积的 以上，起吸附作用， 以上 孔吸附为主。 孔吸附为主。 中孔：2~100nm，0.02 0.10mL/g，占比表面积<5%，吸附量不 100nm 0.10mL/g， <5%， 中孔： 100nm，0.02~0.10mL/g 占比表面积<5% 大，起吸附作用和通道作用。 起吸附作用和通道作用。 大孔： 大孔：100~1000nm，0.2~0.5mL/g，占比表面积很小，吸附量小， ， ，占比表面积很小，吸附量小， 提供通道。 提供通道。 3.活性炭的表面氧化物 活性炭的表面氧化物
酸性氧化物： 酸性氧化物： 碱性氧化物： 碱性氧化物：
三、影响吸附性能的因素
1.活性炭的性质 活性炭的性质 2.吸附质的性质 吸附质的性质 溶解度：越低越容易吸附，具有较大的影响； 溶解度：越低越容易吸附，具有较大的影响； 分子极性：对非极性、 分子极性：对非极性、中性分子的吸附能力大于极性分子 分子大小：易吸附分子直径较大的饱和化合物； 分子大小：易吸附分子直径较大的饱和化合物； 3.其他因素 其他因素 pH值: 值 共存物质： 共存物质： 温度： 温度： 接触时间： 接触时间：
图6-3 臭氧生物活性炭深度处理流程图
6.4 活性炭的再生 活性炭的再生
一、加热再生法 低温再生： 低温再生：吸附浓度较高的简单低分子量的碳氢化 合物和芳香族有机物的活性炭的再生。 合物和芳香族有机物的活性炭的再生。 高温再生：适于水处理粒状炭的再生， 高温再生：适于水处理粒状炭的再生，分以下几步 进行： 进行： 干燥：温度在200℃左右，蒸发水分，去除易挥发有机 干燥：温度在 ℃左右，蒸发水分， 物； 炭化： 大部分挥发性有机物去除， 炭化 ： 300~700 ℃ ， 大部分挥发性有机物去除 ， 部分 高沸点有机物转化为低沸点有机物挥发，部分被炭化， 高沸点有机物转化为低沸点有机物挥发 ， 部分被炭化， 留在活性炭孔中； 留在活性炭孔中； 活化：用活化气体将炭化留在孔中的残留炭进行活化， 活化 ： 用活化气体将炭化留在孔中的残留炭进行活化， 重新造孔，温度在700~1000 ℃； 重新造孔，温度在 冷却：用水急剧冷却，防止氧化。 冷却：用水急剧冷却，防止氧化。
本章参考文献
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去 除 率 （ % ） 6-1 投加量对 机 粉末炭投加量（ 粉末炭投加量（mg/L） ） 的
（2）接触时间； ）接触时间； （4）投加方式及设备 ）
（3）投加点 ）
例：广州市自来水公司石门水厂投加工艺，设计参数： 广州市自来水公司石门水厂投加工艺，设计参数： 产水量75万 不断投加粉末炭。 产水量 万m3/d，24h不断投加粉末炭。炭桨浓度 ， 不断投加粉末炭 炭桨浓度≤5%， ， 投加量5~12mg/L。 投加量 。
6.3 活性炭吸附的应用 活性炭吸附的应用
一、粉末炭的应用 1.粉末炭应用的特点 粉末炭应用的特点
设备投资省，价格便宜； 设备投资省，价格便宜； 吸附速度快；对短期及突发性水质污染适应能力强。 吸附速度快；对短期及突发性水质污染适应能力强。
2.应用中注意的问题 应用中注意的问题
（1）投加量： ）投加量：
二、药剂再生法 无机药剂再生：无机酸或 无机药剂再生：无机酸或NaOH等作为再生 等作为再生 剂使吸附在活性炭上的污染物脱附。 剂使吸附在活性炭上的污染物脱附。 有机溶剂再生：用有机溶剂（苯、丙酮、甲 丙酮、 有机溶剂再生：用有机溶剂（ 醇等）萃取吸附在活性炭上的有机物。 醇等）萃取吸附在活性炭上的有机物。
2.吸附装置 吸附装置 （1）固定床：活性炭在床中是固定的，水流过 ）固定床：活性炭在床中是固定的， 炭层。 炭层。 单床式、多床串联式、多床并联式。 单床式、多床串联式、多床并联式。 按水流方向又可分升流式（上向流） 按水流方向又可分升流式（上向流）与降流 下向流）。 式（下向流）。 （2）移动床：水由下而上流过炭层，接近饱和的 ）移动床：水由下而上流过炭层， 性炭从底部间歇排出， 活 性炭从底部间歇排出，每次卸出总填充 量的（ 量的（5~20）%，同时从顶部投加等量再生 ） ， 炭或新炭（见图6-3）。 炭或新炭（见图 ）。 （3）流化床：活性炭处于膨胀状态或流化状态。 ）流化床：活性炭处于膨胀状态或流化状态。 操作方式同移动床。 操作方式同移动床。
溢 管 流 进 斗 料 通 阀 气 直 式 流 衬 阀 胶 出 水
滤 α6 ° 头 = 0
活 炭 性
溢 水 流
进 水 α6 ° = 0 截 阀 止 直 式 流 衬 阀 胶 压 水 力 水 器 射
冲 水 洗
图6 3 -
移 床 附 构 示 图 动 吸 塔 造 意
三、活性炭的其他应用 （1）活性炭纤维（Actived Carbon Fiber， ）活性炭纤维（ ， 简称ACF） 简称 ） （2）臭氧—生物活性炭（O3-BAC） ）臭氧 生物活性炭（ ） 生物活性炭
当吸附质的吸附速率=解吸速率 解吸速率（ 吸附平衡 ：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， ），即在单位时间内吸附数量等于解吸的数量 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 则吸附质在溶液中的浓度 与在吸附剂表面上的浓度 都不再变化，即达到吸附平衡， 都不再变化，即达到吸附平衡，此时吸附质在溶液的 浓度Ce叫平衡浓度 叫平衡浓度。 浓度 叫平衡浓度。 衡量吸附剂吸附能力的大小。 吸附量qe(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（ ） 附平衡时，单位重量的吸附剂（g）所吸附的吸附质的 重量（ ）。 重量（g）。