水質(zhì)工程學(xué)第6章_吸附

1、第六章第六章 吸附吸附 6.1 6.1 吸附概述吸附概述 6.2 6.2 活性炭吸附活性炭吸附 6.3 6.3 活性炭吸附的應(yīng)用活性炭吸附的應(yīng)用 6.4 6.4 活性炭的再生活性炭的再生 6.5 6.5 水處理中的其它吸附劑水處理中的其它吸附劑 6.1 6.1 吸附概述吸附概述 6.1.1 6.1.1 概念概念 吸附：吸附：在兩相界面層中，某物質(zhì)的濃度自動發(fā)生在兩相界面層中，某物質(zhì)的濃度自動發(fā)生富集的現(xiàn)象富集的現(xiàn)象。 在水處理中，主要介紹利用固體物質(zhì)表面對水在水處理中，主要介紹利用固體物質(zhì)表面對水中物質(zhì)的吸附作用，即中物質(zhì)的吸附作用，即固固液界面上的吸附：液界面上的吸附： 吸附法：吸附法：是利

2、用多孔性的固體物質(zhì)，使水中的是利用多孔性的固體物質(zhì)，使水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。 吸附劑：吸附劑：具有吸附能力的多孔性固體物質(zhì)。具有吸附能力的多孔性固體物質(zhì)。 吸附質(zhì)：吸附質(zhì)：廢水中被吸附的物質(zhì)。廢水中被吸附的物質(zhì)。 6.1.2 6.1.2 吸附的分類吸附的分類 根據(jù)固體表面吸附力的不同，吸附可分為以根據(jù)固體表面吸附力的不同，吸附可分為以下兩種類型：下兩種類型：物理吸附、化學(xué)吸附。物理吸附、化學(xué)吸附。 1. 1. 物理吸附：物理吸附：吸附劑和吸附質(zhì)之間通過分子間的吸附劑和吸附質(zhì)之間通過分子間的力（范德華力）產(chǎn)生的吸附稱為物理吸

3、附。力（范德華力）產(chǎn)生的吸附稱為物理吸附。v物理吸附是一種常見的吸附現(xiàn)象，物理吸附是一種常見的吸附現(xiàn)象，一般在一般在較低較低溫度溫度下進(jìn)行。下進(jìn)行。由于吸附是分子間力引起的，所由于吸附是分子間力引起的，所以吸附熱較小，一般在以吸附熱較小，一般在41.9kJ41.9kJmolmol以內(nèi)，一般以內(nèi)，一般屬于放熱反應(yīng)。物理吸附因不發(fā)生化學(xué)作用，屬于放熱反應(yīng)。物理吸附因不發(fā)生化學(xué)作用，所以在低溫下就能進(jìn)行。所以在低溫下就能進(jìn)行。 物理吸附可形成物理吸附可形成單分子吸附層單分子吸附層或或多分子吸附多分子吸附層層。 由于分子間力是普遍存在的，所以一種吸附由于分子間力是普遍存在的，所以一種吸附劑可吸附多種吸

4、附質(zhì)。形成多分子吸附層。劑可吸附多種吸附質(zhì)。形成多分子吸附層。 但由于吸附劑和吸附質(zhì)的極性強弱不同，某但由于吸附劑和吸附質(zhì)的極性強弱不同，某一種吸附劑對各種吸附質(zhì)的吸附量是不同的。一種吸附劑對各種吸附質(zhì)的吸附量是不同的。 被吸附的分子由于熱運動還會離開吸附劑表被吸附的分子由于熱運動還會離開吸附劑表面，這種現(xiàn)象稱為解吸。吸附面，這種現(xiàn)象稱為解吸。吸附解吸是解吸是可逆可逆過程。過程。 2.2.化學(xué)吸附化學(xué)吸附 化學(xué)吸附化學(xué)吸附是吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)作用，是吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)作用， 是由于化學(xué)鍵力引起的吸附。是由于化學(xué)鍵力引起的吸附。 n化學(xué)吸附一般在化學(xué)吸附一般在較高溫度較高溫度

5、下進(jìn)行，吸附熱較大，下進(jìn)行，吸附熱較大，相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)熱，一般為相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)熱，一般為83.7418.7kJ83.7418.7kJmolmol。 n一種吸附劑只能對某種或幾種吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)吸一種吸附劑只能對某種或幾種吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)吸附，因此化學(xué)吸附具有附，因此化學(xué)吸附具有選擇性。選擇性。 n由于化學(xué)吸附是靠吸附劑和吸附質(zhì)之間的化學(xué)鍵由于化學(xué)吸附是靠吸附劑和吸附質(zhì)之間的化學(xué)鍵力進(jìn)行的，所以吸附只能形成力進(jìn)行的，所以吸附只能形成單分子吸附層。單分子吸附層。 當(dāng)化學(xué)鍵力大時，化學(xué)吸附是當(dāng)化學(xué)鍵力大時，化學(xué)吸附是不可逆不可逆的。的。 物理吸附和化學(xué)吸附并不是孤立的，往往相伴發(fā)物理吸附和化學(xué)吸附并不是

6、孤立的，往往相伴發(fā)生。生。 在水處理中，大部分的吸附往往是幾種吸附綜合在水處理中，大部分的吸附往往是幾種吸附綜合作用的結(jié)果。作用的結(jié)果。 由于吸附質(zhì)、吸附劑及其它因素的影響，可能某由于吸附質(zhì)、吸附劑及其它因素的影響，可能某種吸附是主要的。例如有的吸附在低溫時主要是種吸附是主要的。例如有的吸附在低溫時主要是物理吸附，在高溫時主要是化學(xué)吸附。物理吸附，在高溫時主要是化學(xué)吸附。 說明說明6.1.2 6.1.2 吸附等溫模型吸附等溫模型 定義：定義：在恒溫且吸附達(dá)到平衡狀況下，單位吸在恒溫且吸附達(dá)到平衡狀況下，單位吸附劑的吸附容量和平衡溶液濃度之間的關(guān)系曲附劑的吸附容量和平衡溶液濃度之間的關(guān)系曲線，稱

7、為吸附等溫線。線，稱為吸附等溫線。（1 1）吸附平衡）吸附平衡 當(dāng)吸附質(zhì)的吸附速率當(dāng)吸附質(zhì)的吸附速率=解吸速率（即解吸速率（即V吸附吸附=V解吸解吸），即在單位時間內(nèi)吸附數(shù)量等于解吸的），即在單位時間內(nèi)吸附數(shù)量等于解吸的數(shù)量，則吸附質(zhì)在溶液中的濃度數(shù)量，則吸附質(zhì)在溶液中的濃度Ce與在吸附劑與在吸附劑表面上的濃度都不再變時，即達(dá)到吸附平衡，表面上的濃度都不再變時，即達(dá)到吸附平衡，此時吸附質(zhì)在溶液的濃度此時吸附質(zhì)在溶液的濃度Ce叫平衡濃度。叫平衡濃度。 （2 2）吸附量）吸附量qe(g/g)qe(g/g) 衡量吸附劑吸附能力大小的參數(shù)。即達(dá)到吸附衡量吸附劑吸附能力大小的參數(shù)。即達(dá)到吸附平衡時，單位

8、重量的吸附劑（平衡時，單位重量的吸附劑（g g）所吸附的吸附質(zhì)）所吸附的吸附質(zhì)的重量（的重量（g g）。）。 式中：式中：VV廢水容積；廢水容積； W W活性炭投量，活性炭投量，g g C C0 0廢水吸附質(zhì)濃度（廢水吸附質(zhì)濃度（g/Lg/L） Ce Ce吸附平衡時水中剩余的吸附質(zhì)濃度吸附平衡時水中剩余的吸附質(zhì)濃度(g/L) (g/L) 平衡濃度平衡濃度0()eeVCCqW （3 3）吸附等溫式）吸附等溫式 在一定在一定T T下，下，q q隨吸附質(zhì)的平衡濃度隨吸附質(zhì)的平衡濃度C C而變化的曲線（而變化的曲線（q=f(Ce)q=f(Ce)）叫吸附等溫線。）叫吸附等溫線。用數(shù)學(xué)公式描述則叫吸附等溫

9、式。用數(shù)學(xué)公式描述則叫吸附等溫式。（4 4）吸附等溫式（三種，液相還沒有統(tǒng)一）吸附等溫式（三種，液相還沒有統(tǒng)一的理論）的理論） v 朗謬爾（朗謬爾（LangmuirLangmuir）吸附等溫式）吸附等溫式 v 弗里德利希（弗里德利希（FreundlichFreundlich）吸附等溫式）吸附等溫式1neeqKCv費蘭德利希（費蘭德利希（Freundlich）公式）公式 單一組單一組v分溶液中溶質(zhì)的吸附分溶液中溶質(zhì)的吸附取對數(shù)可將等式線型化：取對數(shù)可將等式線型化： 1/n越小，吸附性能越好，越小，吸附性能越好，1/n=0.10.5，容易，容易吸附；吸附；1/n2，則難吸附。，則難吸附。K值越大吸

10、附容量越大，反之，吸附容量小。值越大吸附容量越大，反之，吸附容量小。 1lglglgeenqKC1. Langmuir等溫式等溫式max1eeebCqqbC該公式是在被吸附物質(zhì)僅為單分子層的假定該公式是在被吸附物質(zhì)僅為單分子層的假定下導(dǎo)出的，形式為：下導(dǎo)出的，形式為：qmax為飽和吸附量，常數(shù)為飽和吸附量，常數(shù)b與表面吸附能有與表面吸附能有關(guān)，當(dāng)吸附力增大關(guān)，當(dāng)吸附力增大b值也相應(yīng)增加。值也相應(yīng)增加。其中：其中：b=k1/k2。又因為：。又因為：maxeqq112211eeeVk ACVk AbCbC 設(shè)設(shè)為吸附劑表面被覆蓋的百分比，為吸附劑表面被覆蓋的百分比，1- 為裸為裸露表面百分比，吸附

11、速率與露表面百分比，吸附速率與1-成正比，脫附速成正比，脫附速率與率與成正比，則在吸附達(dá)到平衡時：成正比，則在吸附達(dá)到平衡時：兩邊取倒數(shù)，可處理成直線的形式：兩邊取倒數(shù)，可處理成直線的形式：maxmax111eeqqbCqmax1eeebCqqbC將上兩式聯(lián)立，可得：將上兩式聯(lián)立，可得：當(dāng)當(dāng)Ce很大，很大，qe越接近越接近qmax。當(dāng)。當(dāng)Ce很小，很小，qe與與Ce成直線關(guān)系。成直線關(guān)系。 2. 2. 吸附速度吸附速度 指單位重量的吸附劑在單位時間內(nèi)吸附的物指單位重量的吸附劑在單位時間內(nèi)吸附的物質(zhì)的量。質(zhì)的量。 吸附速度吸附速度V V決定了廢水和吸附劑的接觸時決定了廢水和吸附劑的接觸時間，間，

12、V V越大，則接觸時間越短，所需設(shè)備容積越大，則接觸時間越短，所需設(shè)備容積就越小，反之亦然。就越小，反之亦然。 / (min)eVdqdt gg 吸附速度決定于吸附劑對吸附質(zhì)的吸附過程。吸吸附速度決定于吸附劑對吸附質(zhì)的吸附過程。吸附過程一般分為附過程一般分為3 3個階段：個階段： v 顆粒外部擴散階段顆粒外部擴散階段v 顆粒內(nèi)部擴散階段顆粒內(nèi)部擴散階段v 吸附反應(yīng)階段。吸附反應(yīng)階段。 活性炭的吸附速度大小受下列因素影響：活性炭的吸附速度大小受下列因素影響：v 溶液濃度溶液濃度CC，則，則VV；v 顆粒直徑顆粒直徑dd，則，則VV； d,Vd,V。所以，粉末。所以，粉末狀活性炭比粒狀活性炭的吸附

13、速度要快，接觸時狀活性炭比粒狀活性炭的吸附速度要快，接觸時間短，設(shè)備容積小。間短，設(shè)備容積小。 v 加強攪動，則加強攪動，則VV。 6.2 活性炭吸附n水處理中常用的吸附劑有活性炭、磺化煤、水處理中常用的吸附劑有活性炭、磺化煤、活化煤、沸石，活性白土、硅藻土、腐植活化煤、沸石，活性白土、硅藻土、腐植質(zhì)、焦炭、木炭、木屑等。質(zhì)、焦炭、木炭、木屑等。 n本節(jié)本節(jié)著重介紹著重介紹在水處理中應(yīng)用較廣的在水處理中應(yīng)用較廣的活性活性炭吸附劑。炭吸附劑。包括以下幾方面內(nèi)容：包括以下幾方面內(nèi)容：l 活性炭的制造活性炭的制造l 活性炭的細(xì)孔構(gòu)造和分布活性炭的細(xì)孔構(gòu)造和分布l 活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)活性炭的表面化學(xué)

14、性質(zhì) 6.2.1 6.2.1 活性炭的制備活性炭的制備 活性炭是用含炭為主的物質(zhì)活性炭是用含炭為主的物質(zhì)( (如木材、煤如木材、煤) )作作原料，經(jīng)高溫炭化和活化而制成的疏水性吸附劑，原料，經(jīng)高溫炭化和活化而制成的疏水性吸附劑，外觀呈黑色。外觀呈黑色?；钚蕴康闹圃爝^程如圖活性炭的制造過程如圖61： 圖圖61 活性炭的制造過程示意圖活性炭的制造過程示意圖 粉末狀活性炭粉末狀活性炭 粒狀活性炭（圓柱狀、球狀），粒徑粒狀活性炭（圓柱狀、球狀），粒徑2 24mm4mm 棒狀活性炭：棒狀活性炭：50mm50mm，L=255mmL=255mm 木材、煤木材、煤果殼果殼隔絕空氣隔絕空氣高溫炭化，高溫炭化，6

15、00 炭渣炭渣活性炭活性炭活化活化,800900活化劑：活化劑：ZnCl2n炭化炭化是把原料熱解成炭渣，生成類似石墨的多環(huán)是把原料熱解成炭渣，生成類似石墨的多環(huán)芳香系物質(zhì)；芳香系物質(zhì)； n活化活化是把熱解的炭渣成為多孔結(jié)構(gòu)。活化方法有是把熱解的炭渣成為多孔結(jié)構(gòu)?；罨椒ㄓ兴巹┓ê蜌怏w法藥劑法和氣體法兩種。兩種。 藥劑活化法藥劑活化法常用的活化劑有氯化鋅、硫酸、常用的活化劑有氯化鋅、硫酸、磷酸等。粉狀活性炭多用氯化鋅為活化劑。活化磷酸等。粉狀活性炭多用氯化鋅為活化劑?；罨癄t用轉(zhuǎn)爐。爐用轉(zhuǎn)爐。 氣體活化法氣體活化法一般用水蒸氣、二氧化碳、空氣一般用水蒸氣、二氧化碳、空氣作活化劑。粒狀炭多采用水蒸氣

16、活化法，以立式作活化劑。粒狀炭多采用水蒸氣活化法，以立式爐或管式爐為活化爐。爐或管式爐為活化爐。6.2.2 6.2.2 活性炭的性質(zhì)活性炭的性質(zhì)1.1.物理性質(zhì)物理性質(zhì) n巨大的比表面積（巨大的比表面積（1000m1000m2 2/g/g）吸附性能好；吸附性能好；n發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)微孔、中孔、大孔；微孔、中孔、大孔； 圖圖6 62 2 活性炭孔隙分布示意圖活性炭孔隙分布示意圖a a 微孔微孔 尺寸尺寸125nm25nm。 大孔容積一般為大孔容積一般為0.20.20.5mL0.5mLg g，表面積只有表面積只有0.50.52m2m2 2g g。 大孔的作用：大孔的作用：占比表面積很小

17、，吸附量小，占比表面積很小，吸附量小，提供通道。提供通道。 它主要為吸附質(zhì)的擴散提供通道，使它主要為吸附質(zhì)的擴散提供通道，使吸附質(zhì)通過此通道擴散到中孔和小孔中去。吸附質(zhì)通過此通道擴散到中孔和小孔中去。 c c 中孔中孔 尺寸尺寸112 2或或25nm25nm， 過渡孔容積一般為過渡孔容積一般為0.020.020.10mL0.10mLg g，其表面積占比表面積的，其表面積占比表面積的5 5以以下。下。 中孔的作用中孔的作用: :占比表面積占比表面積5%5%，吸附量不，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。即大，起吸附作用和通道作用。即可為吸附質(zhì)可為吸附質(zhì)的擴散提供通道，促使吸附質(zhì)通過它擴散到小孔的擴

18、散提供通道，促使吸附質(zhì)通過它擴散到小孔中去，當(dāng)吸附質(zhì)的分子直徑較大時，小孔幾乎不中去，當(dāng)吸附質(zhì)的分子直徑較大時，小孔幾乎不起作用，活性炭對吸附質(zhì)的吸附主要靠過渡孔來起作用，活性炭對吸附質(zhì)的吸附主要靠過渡孔來完成的。完成的。 v粒狀炭和粉末炭粒狀炭和粉末炭v 粒狀炭：直徑大于粒狀炭：直徑大于0.1mm，利于再生，利于再生，回收和再利用方便；回收和再利用方便；v 粉末炭：直徑小于粉末炭：直徑小于0.074mm，不利于，不利于再生，回收和再利用困難；再生，回收和再利用困難；v密度（視密度、真密度、濕密度、床密密度（視密度、真密度、濕密度、床密度）、強度、灰份。度）、強度、灰份。2.2.活性炭的化學(xué)性

19、質(zhì)活性炭的化學(xué)性質(zhì) 活性炭是由形狀扁平的石墨型微晶體構(gòu)成的?；钚蕴渴怯尚螤畋馄降氖臀⒕w構(gòu)成的。處于微晶體邊緣的炭原子，由于共價鍵不飽和而處于微晶體邊緣的炭原子，由于共價鍵不飽和而易與其它元素如氧、氫等結(jié)合形成各種含氧官能易與其它元素如氧、氫等結(jié)合形成各種含氧官能團(tuán)：酸性官能團(tuán)和堿性官能團(tuán)。酸性官能團(tuán)官具團(tuán)：酸性官能團(tuán)和堿性官能團(tuán)。酸性官能團(tuán)官具有極性，主要吸附極性較強的化合物。有極性，主要吸附極性較強的化合物。 目前對活性炭含有官能團(tuán)目前對活性炭含有官能團(tuán)( (又稱表面氧化物又稱表面氧化物) )的研究尤其對堿性官能團(tuán)的研究還不夠充分，但的研究尤其對堿性官能團(tuán)的研究還不夠充分，但已證實的有

20、已證實的有OHOH基、基、COOHCOOH基等?；取?吸附性能用碘值、糖蜜值表示：吸附性能用碘值、糖蜜值表示：碘值：碘值：在一定條件下活性炭吸附碘的量，表在一定條件下活性炭吸附碘的量，表 示活性炭吸附小分子物質(zhì)的吸附性能；示活性炭吸附小分子物質(zhì)的吸附性能；糖蜜值：糖蜜值：表示活性炭吸附大分子物質(zhì)的吸附表示活性炭吸附大分子物質(zhì)的吸附 性能性能3.3.活性炭的吸附性質(zhì)活性炭的吸附性質(zhì) 1.1.吸附劑的性質(zhì)：吸附劑的性質(zhì)：吸附劑的種類、顆粒大吸附劑的種類、顆粒大小、比表面積，顆粒的細(xì)孔構(gòu)造與分布、小、比表面積，顆粒的細(xì)孔構(gòu)造與分布、吸附劑是否是極性分子等。吸附劑是否是極性分子等。2.2.吸附質(zhì)的性

21、質(zhì)：吸附質(zhì)的性質(zhì)：（1 1）疏水性：疏水性越強越容易吸附。同）疏水性：疏水性越強越容易吸附。同系物的疏水性隨分子量的增大而增大。系物的疏水性隨分子量的增大而增大。但是當(dāng)分子量增大到一定的程度后，分但是當(dāng)分子量增大到一定的程度后，分子過大難易進(jìn)入到活性炭空隙中，會降子過大難易進(jìn)入到活性炭空隙中，會降低吸附量。低吸附量。6.2.3 6.2.3 影響活性炭吸附性能的因素影響活性炭吸附性能的因素 （2 2）極性：根據(jù)相似相溶原理，分子的極性）極性：根據(jù)相似相溶原理，分子的極性越大越不容易吸附。越大越不容易吸附。（3 3）吸附質(zhì)分子的大小和不飽和度。）吸附質(zhì)分子的大小和不飽和度。活性炭：易吸附分子直徑較

22、大的飽和化合物活性炭：易吸附分子直徑較大的飽和化合物合成沸石：易吸附分子直徑小的不飽和化合物合成沸石：易吸附分子直徑小的不飽和化合物（5 5）吸附質(zhì)的濃度較低時，提高）吸附質(zhì)的濃度較低時，提高C C可增加吸附可增加吸附量。達(dá)到飽和以后量。達(dá)到飽和以后CC，q q增加很小，直至為增加很小，直至為一定值。一定值。 3.3.廢水的廢水的pHpH值值 活性炭一般在酸性溶液中比在堿性溶液活性炭一般在酸性溶液中比在堿性溶液中吸附效果較好。中吸附效果較好。4.4.共存物質(zhì)；共存物質(zhì)；5.5.溫度：溫度：對于物理吸附，對于物理吸附，T T高則不利，吸附高則不利，吸附量減少。量減少。6.6.接觸時間：接觸時間：

23、應(yīng)保證吸附達(dá)到平衡時的時應(yīng)保證吸附達(dá)到平衡時的時間，而該時間的大小取決于吸附速度間，而該時間的大小取決于吸附速度V V，V V大則所需時間短。大則所需時間短。7.活性炭與水處理化學(xué)藥劑的反應(yīng)活性炭與水處理化學(xué)藥劑的反應(yīng) 活性炭是一種具有還原性的物質(zhì)，因此在水處理活性炭是一種具有還原性的物質(zhì)，因此在水處理過程中，活性炭常常和氧化性的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，例過程中，活性炭常常和氧化性的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，例如活性炭和水中游離氯的反應(yīng)可能是：如活性炭和水中游離氯的反應(yīng)可能是： HClO+C*C*O+H+Cl- 這些反應(yīng)可用于去除水中的游離氯。這些反應(yīng)可用于去除水中的游離氯。6.2.4 6.2.4 競爭吸附競爭吸附

24、1.兩組分競爭吸附模：兩組分競爭吸附模： 111 1221.0112110ncqn qn qCqCqqn K111 1221.0112110ncqn qn qCqCqqn K11.01.22.02./ececqCCCqCCC1.01110nimiiiiiicmiinqqCqCn Kq對于對于m種吸附質(zhì)：種吸附質(zhì)： 6.2.5 6.2.5 活性炭吸附過程活性炭吸附過程1.穿透曲線穿透曲線 對于粒狀活性炭，當(dāng)水連續(xù)地通過吸附裝置對于粒狀活性炭，當(dāng)水連續(xù)地通過吸附裝置時，隨著時間的推移，出水中污染物的濃度逐漸時，隨著時間的推移，出水中污染物的濃度逐漸上升，這稱為污染物的穿透現(xiàn)象。當(dāng)整個吸附裝置上升，

25、這稱為污染物的穿透現(xiàn)象。當(dāng)整個吸附裝置達(dá)到飽和后，出水中的污染物濃度幾乎與進(jìn)水相達(dá)到飽和后，出水中的污染物濃度幾乎與進(jìn)水相同，吸附裝置失效。以時間為橫坐標(biāo)，以出水中污同，吸附裝置失效。以時間為橫坐標(biāo)，以出水中污染物的濃度為縱坐標(biāo)，將出水中污染物的濃度隨時染物的濃度為縱坐標(biāo)，將出水中污染物的濃度隨時間變化作圖，得到的曲線稱為穿透曲線。間變化作圖，得到的曲線稱為穿透曲線。 CttCBCAB 飽和點tAtB穿透點 穿透曲線示意圖2.吸附帶吸附帶 吸附過程中在活性炭層中有一段特殊的位置，吸附過程中在活性炭層中有一段特殊的位置，活性炭對于污染物的吸附集中發(fā)生在該段中，該活性炭對于污染物的吸附集中發(fā)生在該

26、段中，該段前端的活性炭可以看做未發(fā)生吸附，后端的活段前端的活性炭可以看做未發(fā)生吸附，后端的活性炭已達(dá)到飽和。則該段活性炭稱為吸附帶性炭已達(dá)到飽和。則該段活性炭稱為吸附帶（MTZ）。）。 在吸附帶中，活性炭的飽和程度從在吸附帶中，活性炭的飽和程度從0 0到到100%100%。當(dāng)吸附裝置開始過濾時，吸附帶處于活性炭上部；當(dāng)吸附裝置開始過濾時，吸附帶處于活性炭上部；當(dāng)表層飽和后，吸附帶逐漸下移，當(dāng)吸附帶移至當(dāng)表層飽和后，吸附帶逐漸下移，當(dāng)吸附帶移至活性炭下沿時，炭層穿透。由于吸附帶中的炭不活性炭下沿時，炭層穿透。由于吸附帶中的炭不能完全被利用，所以吸附帶的長度將影響整個碳能完全被利用，所以吸附帶的長

27、度將影響整個碳層的使用率。層的使用率。 吸附速度越快，吸附帶的長度越短，吸附柱的利吸附速度越快，吸附帶的長度越短，吸附柱的利用率越高。吸附帶長度用率越高。吸附帶長度 的計算方法：的計算方法：0.5EBMTZEEBEBVVLZVVVZmVV式中：吸附柱高度， ；吸附柱完全耗盡時的產(chǎn)水體積，L；吸附柱穿透時的產(chǎn)水體積，L。3.空床接觸時間空床接觸時間 空床接觸時間（空床接觸時間（EBCT）是吸附接觸裝置的重）是吸附接觸裝置的重要參數(shù)，表示在吸附裝置中不加任何填料的情況要參數(shù)，表示在吸附裝置中不加任何填料的情況下過水的水力停留時間。其計算公式為：下過水的水力停留時間。其計算公式為： 由于由于Q已固定

28、，已固定，EBCT的大小決定于的大小決定于V的大小。的大小。從經(jīng)濟性上看，其值越小越好，從吸附效果上看，從經(jīng)濟性上看，其值越小越好，從吸附效果上看，其值越大越好。其值越大越好。VEBCTQ4.臨界穿透濃度及吸附柱臨界深度臨界穿透濃度及吸附柱臨界深度 臨界穿透濃度是指可以接受的污染物最大臨界穿透濃度是指可以接受的污染物最大出水濃度。出水濃度。 運行一開始就導(dǎo)致出水濃度等于臨界穿透運行一開始就導(dǎo)致出水濃度等于臨界穿透濃度的吸附柱深度。其值與濃度的吸附柱深度。其值與EBCT存在如下關(guān)存在如下關(guān)系：系： /criLEBCTQ AA式中：吸附柱的截面積。5.活性炭利用率（活性炭利用率（CUR）。）。 其

29、定義是：處理單位水量所需要的活性炭其定義是：處理單位水量所需要的活性炭質(zhì)量，即：質(zhì)量，即：00=GACtGACteGACeteGACetemCURQmQQmqQ CCCURmCCCURQq式中：活性炭質(zhì)量；處理的總水量。由于總吸附量：所以，又可表示為：6.3.1 6.3.1 活性炭吸附的功能活性炭吸附的功能v 去除臭和味去除臭和味v 去除總有機碳去除總有機碳v 去除消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物去除消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物v 去除揮發(fā)性有機物去除揮發(fā)性有機物v 人工合成有機物的去除人工合成有機物的去除6.3 6.3 活性炭吸附的應(yīng)用活性炭吸附的應(yīng)用6.3.2 6.3.2 粉末活性炭的應(yīng)用粉末活性炭的應(yīng)用 粉末活性炭

30、粒度小、接觸面積大，吸附速度粉末活性炭粒度小、接觸面積大，吸附速度快、效果好。但是再生困難，因而運行費用較高?？?、效果好。但是再生困難，因而運行費用較高。1.1.投加量：根據(jù)活性炭的吸附能力和水質(zhì)確定，一投加量：根據(jù)活性炭的吸附能力和水質(zhì)確定，一般為般為2 220mg/L20mg/L。往往需做模擬實驗確定。往往需做模擬實驗確定。2.2.接觸時間：不同類型的化合物，吸附所需的接觸接觸時間：不同類型的化合物，吸附所需的接觸時間不同。時間不同。3.投加點的選擇：投加點的選擇：吸水口投加：有充分的的接觸時間，混合較充分。吸水口投加：有充分的的接觸時間，混合較充分。但是活性炭的用量大；但是活性炭的用量大

31、；快速混合器前：混合效果好。但是由于混凝劑的快速混合器前：混合效果好。但是由于混凝劑的包裹作用會降低吸附效率；包裹作用會降低吸附效率；沉淀池出水處：可有效利用粉末炭的容量，但由沉淀池出水處：可有效利用粉末炭的容量，但由于粉末炭粒徑過小可能會穿透濾池進(jìn)入濾池的配于粉末炭粒徑過小可能會穿透濾池進(jìn)入濾池的配水系統(tǒng)；水系統(tǒng)；在快速混合器之前單獨建接觸吸附池，進(jìn)行吸附；在快速混合器之前單獨建接觸吸附池，進(jìn)行吸附；多點分段投加；多點分段投加；3.3.投加方式投加方式干投加：直接投加炭粉；干投加：直接投加炭粉；濕投加：將炭粉與水混合制成炭漿，由射流泵打濕投加：將炭粉與水混合制成炭漿，由射流泵打入投加點。入投

32、加點。 濕投加往往需要一套完整的設(shè)備，由炭漿存儲濕投加往往需要一套完整的設(shè)備，由炭漿存儲池體、混合攪拌裝置、粉末炭裝卸裝置、灰塵控池體、混合攪拌裝置、粉末炭裝卸裝置、灰塵控制與收集裝置、射流裝置、以及采樣點和壓力表制與收集裝置、射流裝置、以及采樣點和壓力表組成。組成。5.粉末炭應(yīng)用的其他方式：粉末炭應(yīng)用的其他方式：哈貝雷工藝；哈貝雷工藝；粉末炭粉末炭活性污泥工藝；活性污泥工藝；6.3.3 6.3.3 粒狀活性炭的應(yīng)用粒狀活性炭的應(yīng)用 適用于飲用水原水受到比較嚴(yán)重污染需要長適用于飲用水原水受到比較嚴(yán)重污染需要長期使用活性炭，或者為了活性炭能夠再生時用粒期使用活性炭，或者為了活性炭能夠再生時用粒狀

33、活性炭濾池。狀活性炭濾池。 濾前吸附、濾后吸附、過濾吸附濾前吸附、濾后吸附、過濾吸附 吸附裝置形式：吸附裝置形式：重力式、壓力式。重力式、壓力式。 壓力式過濾吸附裝置的流量可在一個較大的壓力式過濾吸附裝置的流量可在一個較大的范圍調(diào)節(jié)，但處理量較小；一般大型水廠采用重范圍調(diào)節(jié)，但處理量較小；一般大型水廠采用重力式。力式。n從流程形式上，活性炭吸附器可分為單個反應(yīng)器和從流程形式上，活性炭吸附器可分為單個反應(yīng)器和多個反應(yīng)器，單個反應(yīng)器的活性炭利用率較低。多個反應(yīng)器，單個反應(yīng)器的活性炭利用率較低。 n為了使炭床從上到下都發(fā)揮最大的吸附作用，即達(dá)為了使炭床從上到下都發(fā)揮最大的吸附作用，即達(dá)到吸附平衡，生

34、產(chǎn)上多采用多塔串聯(lián)操作（一般到吸附平衡，生產(chǎn)上多采用多塔串聯(lián)操作（一般2 2 4 4塔塔) ) 或并聯(lián)。或并聯(lián)。n一般固定床炭層高與塔直徑的比為一般固定床炭層高與塔直徑的比為(2(24)4)：1 1，塔，塔內(nèi)流速內(nèi)流速( (空塔速度空塔速度) )采用采用5 510m10mh h。n從流程形式上，活性炭吸附器可分為單個反應(yīng)器和從流程形式上，活性炭吸附器可分為單個反應(yīng)器和多個反應(yīng)器，單個反應(yīng)器的活性炭利用率較低。多個反應(yīng)器，單個反應(yīng)器的活性炭利用率較低。 n為了使炭床從上到下都發(fā)揮最大的吸附作用，即達(dá)為了使炭床從上到下都發(fā)揮最大的吸附作用，即達(dá)到吸附平衡，生產(chǎn)上多采用多塔串聯(lián)操作（一般到吸附平衡，

35、生產(chǎn)上多采用多塔串聯(lián)操作（一般2 2 4 4塔塔) ) 或并聯(lián)?；虿⒙?lián)。n一般固定床炭層高與塔直徑的比為一般固定床炭層高與塔直徑的比為(2(24)4)：1 1，塔，塔內(nèi)流速內(nèi)流速( (空塔速度空塔速度) )采用采用5 510m10mh h。n 從水的流向上，可分為上向流和下向流兩種。從水的流向上，可分為上向流和下向流兩種。一般膨脹床采用上向流，重力式活性炭濾池和大部一般膨脹床采用上向流，重力式活性炭濾池和大部分壓力過濾裝置采用下向流。分壓力過濾裝置采用下向流。n 另有一種移動式活性炭吸附裝置，采用上向流，另有一種移動式活性炭吸附裝置，采用上向流，水從底部流入，新鮮的活性炭從上方加入，吸附飽水從

36、底部流入，新鮮的活性炭從上方加入，吸附飽和的活性炭從底部去除，從而不斷更新活性炭。該和的活性炭從底部去除，從而不斷更新活性炭。該裝置占地比較小，操作管理方便，比較適合大型水裝置占地比較小，操作管理方便，比較適合大型水廠。廠。圖圖6-3 6-3 降流式固定床型吸附塔構(gòu)造示意圖降流式固定床型吸附塔構(gòu)造示意圖 (a) (b)(c)單床式單床式多床串聯(lián)式多床串聯(lián)式多床并聯(lián)式多床并聯(lián)式 圖圖6-4 6-4 固定床吸附操作示意圖固定床吸附操作示意圖 n2 2、設(shè)計參數(shù)、設(shè)計參數(shù) 類似于快濾池的設(shè)計。比較重要的參數(shù)是空床類似于快濾池的設(shè)計。比較重要的參數(shù)是空床接觸時間和活性炭利用率。接觸時間和活性炭利用率。

37、 空床接觸時間：空床接觸時間：5 525min25min。接觸時間越大，濾。接觸時間越大，濾層越不容易穿透，活性炭利用率越高；層越不容易穿透，活性炭利用率越高； 活性炭利用率：決定活性炭更換和再生的頻率，活性炭利用率：決定活性炭更換和再生的頻率，該值一般需通過生產(chǎn)試驗才能確定。該值一般需通過生產(chǎn)試驗才能確定。 水力負(fù)荷：水力負(fù)荷：5 524m/h24m/h，一般采用，一般采用5 515m/h.15m/h. 反沖洗參數(shù)：有活性炭性質(zhì)決定，一般由廠商反沖洗參數(shù)：有活性炭性質(zhì)決定，一般由廠商提供。提供。 炭床深度等于濾速與炭床深度等于濾速與EBCTEBCT的乘積。的乘積。6.3.4 6.3.4 活性

38、炭纖維的應(yīng)用活性炭纖維的應(yīng)用 用于空氣的凈化、水中脫氮、飲用水處理等 活性炭纖維含碳量高，孔隙窄、微孔發(fā)達(dá)，吸附效果好，再生容易，但價格高。6.3.5 6.3.5 臭氧臭氧生物活性炭的應(yīng)用生物活性炭的應(yīng)用 臭氧生物活性炭中臭氧能夠氧化部分臭氧生物活性炭中臭氧能夠氧化部分有機物并能使大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物有機物并能使大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，從而改善了活性炭的吸附性能。具有質(zhì)，從而改善了活性炭的吸附性能。具有吸附和降解有機物的雙重功能。吸附和降解有機物的雙重功能。 但生物活性炭受溫度影響大，冬季不但生物活性炭受溫度影響大，冬季不宜運行，而且耗電量大等缺點。宜運行，而且耗電量大等缺點。6.4

39、6.4 活性炭的再生活性炭的再生 1. 1. 再生的目的再生的目的 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，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。以便能夠重復(fù)使用。2. 2. 再生方法再生方法（1 1）加熱再生法：由脫水、干燥、炭化，活化、冷卻等）加熱再生法：由脫水、干燥、炭化，活化、冷卻等5 5步組成步組成（2 2）藥劑再生法：無機酸或）藥劑再生法：無機酸或NaOHNaOH，有機溶劑（苯、丙酮等），有機溶劑（苯、丙酮等）（3 3）化學(xué)氧化法：電解氧化法，）化學(xué)氧化法：電解氧

40、化法，O3O3氧化法，濕式氧化法。氧化法，濕式氧化法。（4 4）生物法：利用微生物的作用，將被活性炭吸附的有機）生物法：利用微生物的作用，將被活性炭吸附的有機物加以氧化分解。物加以氧化分解。(1(1）加熱再生法）加熱再生法加熱再生法分加熱再生法分低溫低溫和和高溫高溫兩種方法。兩種方法。 低溫低溫適于吸附濃度較高的簡單低分子量適于吸附濃度較高的簡單低分子量的碳?xì)浠衔锖头枷阕逵袡C物的活性炭的碳?xì)浠衔锖头枷阕逵袡C物的活性炭的再生。多采用水蒸氣再生。的再生。多采用水蒸氣再生。 高溫高溫適于水處理粒狀炭的再生適于水處理粒狀炭的再生1 1）高溫加熱再生）高溫加熱再生分分5 5步進(jìn)行：步進(jìn)行： n脫水：

41、脫水：使活性炭和輸送液體進(jìn)行分離。使活性炭和輸送液體進(jìn)行分離。 n干燥：干燥： 加溫到加溫到100 100 150150，將吸附在活性炭細(xì)孔中的，將吸附在活性炭細(xì)孔中的水分蒸發(fā)出來，同時部分低沸點的有機物也能夠揮發(fā)出來。水分蒸發(fā)出來，同時部分低沸點的有機物也能夠揮發(fā)出來。 n碳化：碳化： 加熱到加熱到300 300 700 700 ，高沸點的有機物由于熱，高沸點的有機物由于熱分解，一部分成為抵沸點的有機物進(jìn)行揮發(fā)：另一部分被分解，一部分成為抵沸點的有機物進(jìn)行揮發(fā)：另一部分被炭化，留在活性炭的細(xì)孔中。炭化，留在活性炭的細(xì)孔中。 n活化：活化：將炭化留在活性炭細(xì)孔中的殘留炭用活化氣體將炭化留在活性炭細(xì)孔中的殘留炭用活化氣體( (如水蒸氣、二氧化碳及氧如水蒸氣、二氧化碳及氧) ) 進(jìn)行氣化，達(dá)到重新造孔的進(jìn)行氣化，達(dá)到重新造孔的目的?；罨瘻囟纫话銥槟康??；罨瘻囟纫话銥?00 700 10001000。 冷卻：冷卻：活化后的活性炭用水急劇冷卻，防止氧化活化后的活性炭用水急劇冷卻，防止氧化 活性炭高溫加熱再生系統(tǒng)由再生爐、活性炭貯罐、活活性炭高溫加熱再生系統(tǒng)由再生爐、活性炭貯罐、活性炭輸送及脫水裝置等組成。如圖所示