第7章 吸附課件

1、水污染水污染控制工程控制工程1第七章 吸附第七章 吸附2本章內(nèi)容 吸附法基本理論 吸附劑及其再生 吸附工藝與設(shè)計(jì) 吸附法的應(yīng)用第七章 吸附3概 述在相界面上，物質(zhì)的濃度自動(dòng)發(fā)生累積或濃集的現(xiàn)象稱為吸附。吸附作用可發(fā)生在氣/液、氣/固、固/液相之間。在水處理中主要利用比表面積大的固體物質(zhì)對物質(zhì)的吸附作用，通過物理或化學(xué)作用使污染物去除。具有吸附能力的固體物質(zhì)稱為具有吸附能力的固體物質(zhì)稱為吸附劑吸附劑廢水中被吸附的物質(zhì)則稱為廢水中被吸附的物質(zhì)則稱為吸附質(zhì)吸附質(zhì)。第七章 吸附4活性碳沸石離子交換樹脂水處理中常用的吸附劑是水處理中常用的吸附劑是活性炭活性炭。許多水廠已經(jīng)將。許多水廠已經(jīng)將濾池中的濾池中

2、的無煙煤換成顆粒狀活性炭無煙煤換成顆粒狀活性炭，以控制味與嗅的產(chǎn)生。，以控制味與嗅的產(chǎn)生。吸吸 附附 劑劑第七章 吸附5吸附質(zhì)去除對象l有機(jī)物 （酚類, 硝基苯類，POPs) l膠體粒子l重金屬離子(Cd2+, As2+)l放射性元素l其他（微生物、余氯、臭味、色度）功能： 去除水中溶解態(tài)微量污染物第七章 吸附6松花江污染事件松花江污染事件第七章 吸附7第一節(jié) 吸附的基本理論第七章 吸附87.1.1 吸附機(jī)理及分類 發(fā)生吸附的主要原因：發(fā)生吸附的主要原因： 溶質(zhì)的疏水特性溶質(zhì)的憎水性越大，向吸附界面移動(dòng)的可能性越大。溶質(zhì)的憎水性越大，向吸附界面移動(dòng)的可能性越大。 溶質(zhì)對固體顆粒的高度親合力。溶

3、質(zhì)與吸附劑之間的溶質(zhì)與吸附劑之間的吸附力吸附力可分為三種：可分為三種：靜電引力靜電引力、范范德華力德華力或或化學(xué)鍵力化學(xué)鍵力。水相水相固相固相水相水相極性基親水，非極性基親固第七章 吸附9吸附類型根據(jù)固體表面吸附力的不同物理吸附化學(xué)吸附離子交換吸附。第七章 吸附10（1）物理吸附分子間力(范德華力)引起沒有選擇性 但分子引力隨分子量增大而增加但分子引力隨分子量增大而增加吸附時(shí)表面能降低，放熱較小，約42kJmol或更少，低溫就能進(jìn)行。多分子層吸附吸附力弱，比較容易解吸。主要影響因素：吸附劑的比表面積和細(xì)孔分布。第七章 吸附11（2）化學(xué)吸附化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵放熱量較大，約84420kJ

4、mol，升溫可加快吸附速度有選擇性，吸附牢固，難解吸單分子層吸附影響因素：吸附劑的表面化學(xué)性質(zhì)吸附質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。利用化學(xué)吸附處理毒性很強(qiáng)的污染物更安全 。第七章 吸附12（3）離子交換吸附正負(fù)電荷間靜電引力引起吸附劑表面帶電點(diǎn)離子置換影響因素：離子電荷數(shù)離子所帶電荷越多，吸附越強(qiáng)離子所帶電荷越多，吸附越強(qiáng)水化半徑電荷相同的離子，水化半徑越小，越易被吸電荷相同的離子，水化半徑越小，越易被吸附附水處理中大多吸附現(xiàn)象往往是上述三種吸附作用的綜合結(jié)果水處理中大多吸附現(xiàn)象往往是上述三種吸附作用的綜合結(jié)果第七章 吸附137.1.2 吸附平衡與吸附等溫式(1) 吸附平衡 吸附過程是一個(gè)吸附和解吸的可逆過程，

5、當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，吸附質(zhì)在溶液中和吸附劑表面的濃度都不再改變。此時(shí)溶液中吸附質(zhì)的濃度即平衡濃度Ce；單位吸附劑所吸附的物質(zhì)數(shù)量稱為平衡吸附量，常用qe(mg/g)表示。 平衡吸附量表征了吸附劑吸附能力的大小，是選擇吸附劑和設(shè)計(jì)吸附設(shè)備的重要數(shù)據(jù)。第七章 吸附14平衡吸附量的確定對一定的吸附體系，平衡吸附量是吸附質(zhì)濃度和溫度的函數(shù)。在一定溫度下，可用下式計(jì)算：qe=V(C0-Ce)/W (7-1)式中：式中：V V溶液體積溶液體積L L W W吸附劑量，吸附劑量，g g C C0 0 溶質(zhì)的初始濃度，溶質(zhì)的初始濃度，mg/Lmg/L C Ce e溶質(zhì)的平衡濃度，溶質(zhì)的平衡濃度，mg/Lmg/L第

6、七章 吸附15 取一組數(shù)量不同的吸附劑（往往破碎為較小顆粒后），與一定體積已知溶質(zhì)初始濃度為C0的溶液相混合，在一定溫度下使之達(dá)到平衡。 分離出吸附劑，測定液相的最終溶質(zhì)濃度Ce。 分別按(7-1)式算出平衡吸附量qe=V(C0-Ce)/W ， 將qe與相應(yīng)的Ce作圖，得吸附等溫線。第七章 吸附16（2）吸附等溫線I I型型單分子層吸附單分子層吸附常見常見的化學(xué)吸附的化學(xué)吸附吸附量有一極限吸附量有一極限值值eg. N N2 2在活性碳上在活性碳上的吸附。的吸附。型型多分子層吸附多分子層吸附常見常見的物理吸的物理吸附，吸附質(zhì)的附，吸附質(zhì)的極限位對應(yīng)于極限位對應(yīng)于物質(zhì)的溶解度。物質(zhì)的溶解度。 eg

7、.硅膠吸附硅膠吸附N N2 2。型型相當(dāng)少見相當(dāng)少見吸附熱等于或吸附熱等于或小于純吸附質(zhì)小于純吸附質(zhì)的溶解熱。的溶解熱。eg.eg.硅膠吸附硅膠吸附BrBr2 2。型及型及 型型反映了毛細(xì)管冷凝現(xiàn)象和反映了毛細(xì)管冷凝現(xiàn)象和孔容的限制孔容的限制eg.氧化鐵凝膠吸附苯氧化鐵凝膠吸附苯（型）型）活性碳吸附水汽（活性碳吸附水汽（型）型）CeqeCeqeCeqeCeqeCeqe第七章 吸附17等溫吸附線的作用ABCCeqe 選擇吸附劑選擇吸附劑 估計(jì)吸附劑的性能、用估計(jì)吸附劑的性能、用量和處理后水質(zhì)的好壞量和處理后水質(zhì)的好壞 考察溫度對吸附效果的考察溫度對吸附效果的影響影響第七章 吸附18（3）吸附等溫

8、式 描述吸附等溫線的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為吸附等溫式。常用的有： Langmuir等溫式 B.E.T等溫式 Freundlich等溫式第七章 吸附19 Langmuir等溫式 假設(shè)前提： 吸附劑表面均一，各處的吸附能相同 單分子層吸附，當(dāng)吸附劑表面為吸附質(zhì)飽和時(shí)，吸附量達(dá)到最大值得： qe=abCe/(1+bCe) (7-2) 式中： a與最大吸附量有關(guān)的常數(shù) b吸附系數(shù)，與吸附能有關(guān)。qeCeCe 當(dāng)吸附量很少時(shí)，當(dāng)吸附量很少時(shí)，b bCeCe1 1，qeabCeqeabCe，即，即CeCe與與qeqe成正比，等溫線近似于成正比，等溫線近似于一直線。一直線。 當(dāng)吸附量很大時(shí)，當(dāng)吸附量很大時(shí)，b bC

9、eCe1 1，qe aqe a，即平衡吸附量接近于定值，等溫線，即平衡吸附量接近于定值，等溫線趨向水平。趨向水平。第七章 吸附20求L.式中的常數(shù)a、b變換式(7-2)可得兩種線性表達(dá)式： 1/a（1/ab）1/qe(Ce/qe)1/ab（1/a）1/Ce（Ce） 式式(7-3)(7-3)適用于適用于C Ce e值小于值小于1 1的情況的情況 而式而式(7-4)(7-4)則適用于則適用于q qe e值較大的情況值較大的情況 根據(jù)吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按上兩式以1/qe 對1/Ce(或Ce/qe對Ce) 作圖，得如圖7-2所示的直線，由斜率和截距的值可求出a、b值。4)-(7 113)-(7 1111a

10、bCaqCaCabqeeeee第七章 吸附21 B.E.T等溫式假設(shè)前提： 吸附劑表面均一，各處的吸附能相同； 多分子層吸附，每一單層可用Langmuir式描述； 總吸附量等于各層吸附量之和。由此導(dǎo)出的二常數(shù)B.E.T.等溫式為：)57(/) 1(1)(seeseeCCBCCBaCq式中: a ，B常數(shù)； B與吸附劑和吸附質(zhì)之間的相互作用有關(guān)。 Cs 吸附質(zhì)飽和濃度，mg/L; Ce 平衡濃度，mg/L。第七章 吸附22B.E.T 吸附等溫線 當(dāng)平衡濃度很低時(shí)，Cs Ce，并令B/ Cs b，BET模型可簡化為Langmuir等溫式。B.E.T模型適用于圖7-1中各種類型的吸附等溫線。特別是型

11、。Ceqe0CsAqe第七章 吸附23求B.E.T式中的常數(shù)a、B由吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按式(7-6)作圖可求得常數(shù)a和B。seeseeCCaBBaBCCqC)1(1)( 將式(7-5)改寫成如下線性形式：(7-6)Cs值估計(jì)偏低)(eseeCCqCaB1aBB)1(seCCCs值估計(jì)偏高第七章 吸附24 Freundlich等溫式（常用）Freundlich經(jīng)驗(yàn)公式：qeKCe1/n (7-7)式中：式中：KKFreundlichFreundlich吸附系數(shù)；吸附系數(shù)； nn常數(shù)，通常大于常數(shù)，通常大于l l。將式(7-7)兩邊取對數(shù)，得：lgqe=lgK+(1/n)lgCe (7-8)Freun

12、dlich式在一般的濃度范圍內(nèi)與式在一般的濃度范圍內(nèi)與Langmiur式比較接近式比較接近.兩者的區(qū)別兩者的區(qū)別是：在高濃度時(shí)前者不像后者那樣趨于一定值；在是：在高濃度時(shí)前者不像后者那樣趨于一定值；在低濃度時(shí)，也不會(huì)還原為直線關(guān)系。低濃度時(shí)，也不會(huì)還原為直線關(guān)系。第七章 吸附25Freundlich等溫式中n、K的確定 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按式(7-8)以lgqe對lgCe作圖，得一直線 利用K和1/n兩個(gè)常數(shù)，可以比較不同吸附劑的特性。 般認(rèn)為，1/n值介于0.10.5，易于吸附；1/n 2時(shí)難以吸附。lgqe1/nlgKlgCeeeCnKqlg1lglg其斜率=1/n 截距=1gK。第七章 吸附26

13、吸附等溫式的選擇上述三種等溫式的適用范圍及選擇： 僅適用于單組分吸附體系；僅適用于單組分吸附體系； 對于一組吸附試驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)通過作圖，選用線對于一組吸附試驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)通過作圖，選用線性關(guān)系最好的或形式最為簡單的公式。性關(guān)系最好的或形式最為簡單的公式。 F. F.式因簡單方便而在水處理中常用式因簡單方便而在水處理中常用。第七章 吸附27例7.1 用活性炭吸附水中色素的試驗(yàn)方程式為：qe3.9Ce0.5。今有100L溶液，色素濃度為0.05g/L，欲將色素除去90，需加多少活性炭?解：由題意知平衡時(shí)的色素濃度為： Ce0.05(190)0.005 g/L 由q3.9C0.5，得平衡吸附量： qe3.

14、90.0050.50.276 g/g 由式(7-1)得 W =V(C0-Ce)/qe ，則需活性炭吸附劑的量為： W=100(0.05-0.005)/0.276=16.3 g第七章 吸附28例7.2利用活性炭吸附水溶液中農(nóng)藥實(shí)驗(yàn)利用活性炭吸附水溶液中農(nóng)藥實(shí)驗(yàn): :取取1010個(gè)個(gè)500mL500mL錐形燒錐形燒瓶，裝入含有農(nóng)藥約瓶，裝入含有農(nóng)藥約500mg/L500mg/L的溶液各的溶液各250mL250mL。向其中。向其中8 8個(gè)燒瓶中投入不同數(shù)量的粉末活性炭，其余個(gè)燒瓶中投入不同數(shù)量的粉末活性炭，其余2 2個(gè)燒瓶用作個(gè)燒瓶用作空白試驗(yàn)。燒瓶塞好后，在空白試驗(yàn)。燒瓶塞好后，在25250 0C

15、 C下?lián)u動(dòng)下?lián)u動(dòng)8h(8h(須實(shí)驗(yàn)確定足須實(shí)驗(yàn)確定足以到達(dá)平衡以到達(dá)平衡) )。然后，將活性炭濾出，測定濾液中農(nóng)藥濃。然后，將活性炭濾出，測定濾液中農(nóng)藥濃度，結(jié)果如下表所示?？瞻灼康钠骄鶟舛葹槎?，結(jié)果如下表所示?？瞻灼康钠骄鶟舛葹?15mg/L515mg/L。試確定吸附等溫線的函數(shù)關(guān)系式。試確定吸附等溫線的函數(shù)關(guān)系式。瓶 號 1 2 3 4 5 6 7 8 農(nóng)藥濃度,g/l活性炭投量,mg/l 58.2 87.3 116.4 300 407 786 902 2940 1005 835 641 491 391 298 290 253 第七章 吸附29例7.2 解解： 利用式(71)算出每個(gè)燒瓶的

16、qe值。以瓶號1為例。 qe= V(C0-Ce)/W =0.25(515-0.0582)/1005 =0.128mg/mg 將計(jì)算出的qe、1/Ce及1/qe列表并作圖（圖75）。瓶 號 1 2 3 4 5 6 7 8Ce（ g/l） 58.2 87.3 116.4 300 407 786 902 2940qe（mg/mg）1/qe1/Ce， l/mg 0.128 0.154 0.201 0.262 0.329 0.431 0.443 0.506 7.81 6.49 4.98 3.82 3.04 2.32 2.26 1.976 17.2 11.5 8.59 3.33 2.46 1.272 1.

17、109 0.340第七章 吸附30圖7-3 吸附等溫線的線性關(guān)系在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上作圖1/Ce (L/mg)1/qe(mg/mg)斜率斜率=0.37截距截距=2.00181614246810120123456780.11.00.10.20.40.61.0Ce (mg/L)qe(mg/mg)斜率斜率=2.33截距1/a2.0；斜率1/ab0.375故 a0.5，b2.0/0.3755.33qe=2.67Ce/(1+5.33Ce)BA斜率=1/n=1/2.33=0.43K=0.47（Ce=1.0時(shí)的qe值）qe=0.47 Ce0.43B（F式）A(L.式)第七章 吸附317.1.3 影響吸附的因素影

18、響吸附的因素是多方面的，包括：吸附劑性質(zhì)吸附質(zhì)性質(zhì)1)吸附過程的操作條件第七章 吸附32(1) 吸附劑的性質(zhì) 主要有比表面積、種類、極性、顆粒大小、孔結(jié)構(gòu)及表面化學(xué)性質(zhì)等。比表面積 單位重量吸附劑的表面積。對于一定的吸附質(zhì)，增大比表面的效果是有限的。對大對于一定的吸附質(zhì)，增大比表面的效果是有限的。對大分子吸附質(zhì)，比表面積過大的效果反而不好，因?yàn)槲⒖追肿游劫|(zhì)，比表面積過大的效果反而不好，因?yàn)槲⒖滋峁┑谋砻娣e不起作用。提供的表面積不起作用?？捉Y(jié)構(gòu)及大小。如圖7-6所示。內(nèi)孔的大小和分布對吸附性能影響很大。內(nèi)孔的大小和分布對吸附性能影響很大。 孔徑太大，比表面積小，吸附能力差； 孔徑太小不利于吸附

19、質(zhì)擴(kuò)散，并對直徑較大的分子起屏蔽作用。第七章 吸附33(1)吸附劑的性質(zhì) 表面化學(xué)性質(zhì)表面含氧官能團(tuán)的性質(zhì) COOH、OH等有助于對極性分子的吸附 吸附劑在制造過程中會(huì)形成一定量的不均勻表面氧化物，隨原料和活化工藝不同而異?？煞殖伤嵝院蛪A性兩大類。 表面氧化物是選擇性吸附的中心，使吸附劑具有類似化學(xué)吸附的能力，一般有助于對極性分子的吸附，削弱對非極性分子的吸附。 極性分子(或離子)型的吸附劑易吸附極性分子(或離子)型的吸附質(zhì)，反之亦然。相似而易相吸附第七章 吸附34 (2)吸附質(zhì)的性質(zhì) 主要有溶解度、分子極性、分子大小和飽和度、濃度、表面自由能等。 溶解度越低越易被吸附； 極性易被極性吸附，反

20、之亦然相似而易相吸附 吸附質(zhì)分子大小和飽和度因吸附劑的不同吸附效果也不同； 吸附質(zhì)濃度：吸附量隨吸附質(zhì)濃度提高會(huì)增加，但濃度提高到一定程度后，吸附速度減慢直至吸附量不再增加。 實(shí)際廢水體系的吸附質(zhì)往往不是單一的，它們之間可以互相促進(jìn)、干擾或互不相干。第七章 吸附35 (3)操作條件主要包括水的pH值、溫度、共存物質(zhì)、接觸時(shí)間等。 pH值溶液的pH值影響到溶質(zhì)的存在狀態(tài)(分子、離子、絡(luò)合物)，也影響到吸附劑表面的電荷特性和化學(xué)特性，進(jìn)而影響吸附效果。 溫度 吸附是放熱過程，低溫有利于物理吸附，升溫有利于解吸。但高溫有利于化學(xué)吸附。第七章 吸附36（3）操作條件的影響第七章 吸附37(3)操作條件

21、混合溶液物理吸附選擇性差，因此有共存物質(zhì)時(shí)吸附劑對某種吸附質(zhì)的吸附能力減弱。接觸時(shí)間取決于吸附速度，吸附速度越大，接觸時(shí)間就越短。 如降低流量以延長接觸時(shí)間，提高處理效果有限，而且要增加設(shè)備費(fèi)用，這需要考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的統(tǒng)一。一般為0.51.0h。第七章 吸附387.1.4 吸附動(dòng)力學(xué) 吸附速度：單位重量的吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。吸附過程基本上可分為三個(gè)連續(xù)的階段。第一階段為吸附質(zhì)擴(kuò)散通過水膜而到達(dá)吸附劑表面(膜擴(kuò)散)；第 二階段為吸附質(zhì)在孔隙內(nèi)擴(kuò)散；第三階段為吸附質(zhì)在吸附劑內(nèi)表面上發(fā)生吸附。通常吸附階段反應(yīng)速度非常快，總的過程速度由第一、二階段速度所控制。第七章 吸附39（1）膜擴(kuò)

22、散 吸附質(zhì)首先通過吸附劑顆粒周圍存在的液膜，到達(dá)吸附劑的外表面。 由Fick定律，水膜內(nèi)的傳質(zhì)速度NA為:NA = D(c-ci)/ = kf (c-ci) 固定床填充層單位容積的吸附速度為：b(dq/dt) = kf aV (c-ci) 傳質(zhì)系數(shù)kf 如書上（7-14）Carberry公式：5.032)(15.1)(/udDukpf 膜擴(kuò)散吸附速度與溶液濃度、吸附劑比表面積、孔隙率成正比，與溶液攪動(dòng)程度有關(guān)。第七章 吸附40（2）內(nèi)擴(kuò)散 吸附質(zhì)由吸附劑外表面向細(xì)孔深處擴(kuò)散。 顆粒內(nèi)部擴(kuò)散速度分為細(xì)孔擴(kuò)散和細(xì)孔壁表面擴(kuò)散兩方面，均以擴(kuò)散物質(zhì)的濃度梯度作為推動(dòng)力。 其中通過細(xì)孔內(nèi)液相向顆粒內(nèi)部擴(kuò)

23、散的速度為：Np = -Dp(C/r) 細(xì)孔壁上的表面擴(kuò)散速度為：Ns = - aDs(dq/dr) 顆粒內(nèi)總擴(kuò)散速度為： N = Np + Ns （7-17）假定在細(xì)孔內(nèi)某處表面吸附量與溶液濃度之間呈平衡狀態(tài)，則有： (dq/dr) = (dq/dc)(dc/dr) （7-18）將式（7-18）代入式(7-17)得:N = -Dp + aDs(dq/dc)(dc/dr) = -Di(dc/dr)第七章 吸附41（3）內(nèi)孔擴(kuò)散速度 在溶質(zhì)濃度很高，吸附前后濃度變化不大的條件下，Boyd導(dǎo)出以下近似式估計(jì)顆粒內(nèi)有效擴(kuò)散系數(shù)和吸附速度：tDrqqiet60由上式可知，內(nèi)擴(kuò)散吸附速度與顆粒粒徑的平方

24、成反比。在一般情況下，吸附過程開始時(shí)往往由膜擴(kuò)散控制，而在吸附接近終了時(shí)，內(nèi)擴(kuò)散起決定作用。間歇式吸附因攪拌強(qiáng)度高，液膜擴(kuò)散影響小，主要因素是孔隙擴(kuò)散；宜采用粉狀吸附劑。連續(xù)式吸附（固定床、移動(dòng)床、流化床）流速小，液膜阻力大，故要盡可能采用粒狀活性炭。第七章 吸附42吸附速度吸附速度: 單位質(zhì)量的吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的吸附質(zhì)的數(shù)量。吸附速度決定了廢水和吸附劑的接觸時(shí)間。吸附速度越快，接觸時(shí)間越短，所需的吸附設(shè)備的容積也就越小。吸附速度取決于吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)。實(shí)際廢水處理中，由于廢水中的成分復(fù)雜，吸附速度由試驗(yàn)來確定。第七章 吸附43（3）吸附速度的測定 吸附速度的測定裝置如右圖所示。將

25、200目以下的一定量的吸附劑加入反應(yīng)瓶A中，一邊攪拌一邊從B處注入被吸附溶液，經(jīng)過一段時(shí)間接觸后，每隔一定時(shí)間取一次懸浮液送入C內(nèi)，使吸附劑與溶液立即分離，測定液相溶質(zhì)濃度，求出吸附量和去除率，確定吸附速度。 取樣時(shí)要攪拌取樣時(shí)要攪拌A A，使溶液均勻，吸附，使溶液均勻，吸附劑保持懸浮狀態(tài)。劑保持懸浮狀態(tài)。第七章 吸附447.2 吸附劑及其再生第七章 吸附457.2.1 吸附劑具有很大的表面積的多孔物質(zhì)或磨得極細(xì)的物質(zhì)吸附劑。(1) 工業(yè)吸附劑的要求：吸附能力強(qiáng)； 吸附選擇性好；吸附平衡濃度低； 容易再生和再利用；機(jī)械強(qiáng)度好； 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；來源廣； 價(jià)廉。 工業(yè)上應(yīng)用的吸附劑有：活性炭、活化

26、煤、硅藻土、焦炭、樹脂、腐殖酸等。第七章 吸附46(2) 活性炭活性炭的制造：可用動(dòng)植物、煤、石油、紙漿廢液、廢合成樹脂及其他有機(jī)殘物等作原料制作。原料經(jīng)粉碎及加粘合劑成型后，經(jīng)加熱脫水(120130) 炭化(170600) 活化(700900)而制得。第七章 吸附47活性炭的制造活化方法藥劑活化(化學(xué)活化)：原料與適當(dāng)?shù)乃巹┗旌显吓c適當(dāng)?shù)乃巹┗旌仙郎靥炕突罨?。升溫炭化和活化。由于由于ZnClZnCl2 2 等的脫水作用，原料里的氫和氧主要以等的脫水作用，原料里的氫和氧主要以水蒸氣的形式放出水蒸氣的形式放出, ,形成多孔性結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的炭。形成多孔性結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的炭。固碳率高，成本較低固碳率高，成

27、本較低所有所有粉狀活性炭的制造粉狀活性炭的制造。氣體活化(物理活化) ：把成型后的炭化物在高溫下與把成型后的炭化物在高溫下與COCO2 2、水蒸氣、空氣、水蒸氣、空氣、C1C12 2及類似氣體接觸，利用這些活化氣體進(jìn)行碳的氧及類似氣體接觸，利用這些活化氣體進(jìn)行碳的氧化反應(yīng)化反應(yīng)( (水煤氣反應(yīng)水煤氣反應(yīng)) )，并除去揮發(fā)性有機(jī)物，使微，并除去揮發(fā)性有機(jī)物，使微孔更加發(fā)達(dá)?？赘影l(fā)達(dá)。第七章 吸附48活性炭的制造活化溫度的影響：對活性炭吸附容量和吸附性能影響很大。低溫活化低溫活化( (500) 500) 表面酸性氧化物，水表面酸性氧化物，水解解H H+ +，使，使pHpH高溫活化高溫活化(800

28、1000) (8001000) 表面堿性氧化物，表面堿性氧化物，水解水解 OHOH- -，使，使pHpH11501150以下，升溫以下，升溫吸附容量吸附容量溫度超過溫度超過11501150，升溫反而不利。，升溫反而不利。第七章 吸附49 活性炭的特點(diǎn) 具有巨大的比表面和特別發(fā)達(dá)的微孔： 比表面達(dá)5001700m2/g吸附能力強(qiáng)/吸附容量大的主因 具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，可以耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎。 非極性吸附劑，以物理吸附為主，但由于表面氧化物存在，也進(jìn)行一些化學(xué)選擇性吸附 具有催化氧化還原作用 二價(jià)鐵三價(jià)鐵，二價(jià)汞金屬汞而被吸附去除。 在活性炭中摻入一

29、些具有催化作用的金屬 (如銀)可改善處理效果。第七章 吸附50活性炭內(nèi)部氣孔分布u大孔 100 nm：容積0.20.5mL/g，提供吸附質(zhì)和溶劑的擴(kuò)散通道，其表面對吸附貢獻(xiàn)不大u2nm過渡孔100nm：容積0.020.10mL/g，吸附較大分子溶質(zhì)，并幫助小分子溶質(zhì)通向微孔5%u微孔2nm：容積0.150.90mL/g，大部分（ 95%）吸附表面積由微孔提供吸附量活性炭的吸附能力與孔隙的構(gòu)造和分布情況有關(guān)。其孔隙分為三類：圖7-6第七章 吸附51活性炭類型粉末狀活性炭的吸附能力強(qiáng)、制備容易、成本低，但再生困難、不易重復(fù)使用。顆粒狀活性炭的吸附能力比粉末狀的低些，生產(chǎn)成本較高，但再生后可重復(fù)使用

30、，使用時(shí)勞動(dòng)條件良好，工藝簡單，操作管理方便廢水處理多用，其參考性能如表7-1所示。纖維活性炭第七章 吸附52（3） 樹脂吸附劑(吸附樹脂) 是一種新型有機(jī)吸附劑。具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔海綿狀物，可在150下使用，不溶于酸、堿及一般溶劑，比表面積可達(dá)800m2/g。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特性，樹脂吸附劑可分為非極性、弱極性、極性、強(qiáng)極性四類。樹脂吸附能力接近活性炭，具有選擇性好、空隙均勻、再生簡單、穩(wěn)定性高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格昂貴、不耐溫。第七章 吸附53（3）樹脂吸附劑的應(yīng)用 適宜處理微溶于水、極易溶于甲醇、丙酮等有機(jī)溶劑、分子量略大和帶極性的有機(jī)物（如酚、油、染料等）。是廢水處理中有發(fā)展前途的一

31、種新型吸附劑。例如，國產(chǎn)的TXF型吸附樹脂(炭質(zhì)吸附樹脂)，比表面積為35350m2/g，是含氯有機(jī)化合物的特效吸附劑。XAD-2樹脂吸附劑對 TNT 的去除效果很好，當(dāng)原水中含TNT 34mgL 時(shí)，每個(gè)循環(huán)可處理體積為樹脂體積500倍的廢水。吸附后可用丙酮進(jìn)行再生，TNT的回收率達(dá)80%。第七章 吸附54（4）腐殖酸類吸附劑 腐植酸是一組芳香結(jié)構(gòu)的、性質(zhì)與酸性物質(zhì)相似的復(fù)雜混合物。用作吸附劑的腐殖酸類物質(zhì)有兩大類：一類是天然的富含腐殖酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐煤等，它們可直接或者經(jīng)簡單處理后作吸附劑用；另一類是把富含腐殖酸的物質(zhì)用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┲苽涑筛乘嵯禈渲?，造粒成型后使用。性質(zhì)：據(jù)測定，腐殖

32、酸含的活性基團(tuán)有酚羥基、羧基、醇羥基、甲氧基、碳基、胺基、磺酸基等陽離子吸附性能。 第七章 吸附55（4）腐殖酸類吸附劑應(yīng)用：處理工業(yè)廢水，尤其是重金屬廢水及放射性廢水，除去其中的離子。對汞、鋅、鉛、銅、鉻等的吸附率可達(dá)9099。 再生：吸附重金屬離子后，容易解吸再生，重復(fù)使用。常用的解吸劑有H2SO4、HCl、NaCl、CaCl2等。第七章 吸附567.2.2 吸附劑的再生再生：在吸附劑本身不發(fā)生或極少發(fā)生變化的情況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑的微孔中除去，恢復(fù)它的吸附能力，以達(dá)到重復(fù)使用的目的。在選擇再生方法時(shí)，主要考慮以下三方面的因素：吸附質(zhì)的理化性質(zhì)；吸附機(jī)理；吸附質(zhì)的回收價(jià)值。第七

33、章 吸附57活性炭的再生方法活性炭的再生主要有以下幾種方法（見表7-2） ：加熱再生法、藥劑再生、化學(xué)氧化再生法、濕式氧化再生法、生物再生法 等表7-2 吸附劑再生方法分類通過外部加熱，改變吸附平衡，達(dá)到脫附和分解的目的。缺點(diǎn)：能耗大，設(shè)備造價(jià)高。第七章 吸附58（1）加熱再生法 高溫加熱再生是目前廢水處理中粒狀活性炭再生最常用的方法，吸附能力恢復(fù)率可達(dá)95%以上。再生過程分五步進(jìn)行： 脫水 干燥 碳化 活化 冷卻上述步在再生爐中進(jìn)行，目前用于加熱再生的爐型有目前用于加熱再生的爐型有立式多段爐立式多段爐、轉(zhuǎn)爐、轉(zhuǎn)爐、流化床爐和電加熱再生爐等。流化床爐和電加熱再生爐等。圖7-8為目前采用最廣泛的

34、一種多段再生爐。第七章 吸附59圖7-8 立式多段再生爐分隔成49段爐床，爐內(nèi)保持微氧化氣氛：既供應(yīng)氧化所需要的氧氣；又不致使炭燃燒損失。六段爐的第一、二段用于干燥，第三、四段用于碳化，第五、六段為活化用。排氣中含有甲烷、乙烷、二氧化硫、一氧化碳等氣體，應(yīng)加以凈化，防止污染大氣。 第七章 吸附60電加熱再生電加熱再生法是近年開發(fā)的新方法，包括：直接電流加熱再生微波再生高頻脈沖放電再生第七章 吸附61蒸餾法通入水蒸氣進(jìn)行吹脫。第七章 吸附62（2）藥劑再生法 通過向飽和吸附劑中加適當(dāng)溶劑，改變吸附體系的親水憎水平衡，改變吸附劑與吸附質(zhì)之間的分子引力和介質(zhì)的介電常數(shù)，從而使吸附質(zhì)離開吸附劑進(jìn)入溶劑

35、中，達(dá)到再生和回收的目的。 常用的藥劑：有機(jī)和無機(jī)溶劑有苯、丙酮、甲醇、乙醇、異丙醇、鹵代烷、酸、堿等。 藥劑再生的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 吸附劑損失較小，可在吸附塔內(nèi)進(jìn)行，無需另設(shè)再生裝置，有利于回收有用物質(zhì)。缺點(diǎn)：再生效率低，再生不易完全。第七章 吸附63（3）化學(xué)氧化再生法 如曝氣池內(nèi)吸附飽和后的粉狀炭可采用濕式氧化法進(jìn)行再生。其工藝流程如圖所示。濕式空氣氧化再生法濕式空氣氧化再生法臭氧氧化再生法臭氧氧化再生法第七章 吸附64（4）生物再生法利用微生物的作用，將被活性炭吸附的有機(jī)物加以氧化分解?？赏瑫r(shí)向炭床鼓入空氣，以供微生物生長繁殖和分解有機(jī)物的需要。炭的飽和周期將成倍地延長，甚至在有的工程實(shí)例

36、中一批炭可以連續(xù)使用五年以上。微生物再生法是近年來使用越來越多的生物活性炭處理新工藝。如在生物曝氣池中投加活性炭粉，吸附和氧化作用同時(shí)進(jìn)行。第七章 吸附65再生對吸附性能的影響活性炭再生后，炭本身及炭的吸附量都不可避免地會(huì)有損失。如加熱再生法，再生一次損耗炭約510，微孔減少，過渡孔增加，比表面積和碘值均有所降低。再生次數(shù)對微孔吸附影響較大因而做吸附試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用再生后的活性炭，才能得到可靠的試驗(yàn)結(jié)果。對于主要利用過渡孔的吸附操作，則再生次數(shù)對吸附性能的影響不大。第七章 吸附667.3 吸附工藝與設(shè)計(jì)7.3.1吸附的操作方式(1) 靜態(tài)間歇式：將廢水與吸附劑放在吸附池內(nèi)進(jìn)行攪拌（30min），靜

37、置沉淀后傾去上清夜。是廢水在不流動(dòng)的條件下，進(jìn)行的吸附操作。(2) 動(dòng)態(tài)連續(xù)式：是廢水不斷地流進(jìn)吸附床，與吸附劑接觸，當(dāng)污染物濃度降至處理要求時(shí)，排出吸附柱。按照吸附床的充填方式，分為：固定床固定床移動(dòng)床移動(dòng)床流化床流化床第七章 吸附677.3.2 間歇吸附 間歇吸附反應(yīng)池有兩種類型：攪拌池型：在整個(gè)池內(nèi)進(jìn)行快速攪拌，使吸附劑與原水充分混合；泥渣接觸型：池型與操作和循環(huán)澄清池相同。運(yùn)行時(shí)池內(nèi)可保持較高濃度的吸附劑，對原水濃度和流量變化的緩沖作用大，不需要頻繁地調(diào)整吸附劑的投量，并能得到穩(wěn)定的處理效果，吸附量比攪拌池型增加30。為防止粉狀吸附劑隨水流失，固液分離時(shí)常加高分子絮凝劑平流型和逆流型第

38、七章 吸附68（1）多級平流間歇吸附 如圖示，原水經(jīng)n級吸附處理，各池都補(bǔ)充新吸附劑。第i級的物料衡算式： Wi(qi- q0) = Q(Ci-1-Ci) （7-21）若q00，則得： WiqiQ(Ci-1-Ci) （7-22） 若已知吸附平衡關(guān)系 qif(Ci)，則可與式(7-22)聯(lián)立，逐級計(jì)算出最小投炭量Wi。按圖7-9，由式(7-22)可推出： Cn=Cn-1-(Wn/Q) qn 當(dāng)各級投炭量相同時(shí)，即WlW2W，可得：)277(10niinqQWCC第七章 吸附69（1）多級平流吸附若令qm為各級吸附量的平均值，則有： Cn=C0-(W/Q) nqm （7-28） 將C0降至Cn所需

39、的吸附級數(shù)n及吸附劑總量G： n=Q(C0一一Cn)/(W. qm) （7-29） G=nW= Q(C0一一Cn)/qm （7-30）由（7-28）和（7-30）式知，吸附級數(shù)越多，出水Cn愈小，但吸附劑總量增加，而且操作復(fù)雜，一般以23級為宜。第七章 吸附70（2）多級逆流間歇吸附 經(jīng)n級逆流吸附的總物料衡算式為： W (q1-qn+1) = Q (C0-Cn) （7-34）對二級逆流吸附，設(shè)各級吸附等溫式可用F式表示，即qiKci(1/n)；且q30，則可推得：(C0/Cn) - 1= (C1/C2)1/n (C1/C2-1) （7-35）為使出水中的雜質(zhì)最少，應(yīng)使新鮮吸附劑與之接觸；為充

40、分利用吸附劑的吸附能力，應(yīng)使接近飽和的吸附劑與高濃度進(jìn)水接觸。 多級逆流吸附，如圖7-10所示。第七章 吸附71（2）多級逆流吸附 若給定原水濃度C0 、出水濃度C2及吸附等溫線的常數(shù)1/n，則由式（7-35）可求出C1，再代入吸附等溫式可求得各級吸附量。 然后由式(7-34)可求出最小投炭量W。計(jì)算結(jié)果表明，達(dá)到同樣的處理效果，逆流吸附比平流吸附少用吸附劑。對n級逆流吸附，如果qiKci，可按式（7-36）和式（7-37）對Cn和n進(jìn)行近似計(jì)算.對二級逆流吸附，設(shè)各級吸附等溫式可用F式表示，即qiKci(1/n)；且q30，則可推得：(C0/Cn)-1=(C1/C2)1/n (C1/C2-1

41、) （7-35）第七章 吸附727.3.3 連續(xù)吸附（1）固定床吸附吸附劑在動(dòng)態(tài)吸附設(shè)備操作中是固定的。如圖7-11所示。根據(jù)水流方向可分為：降流式：出水水質(zhì)好，但水頭損失較大，易堵塞。升流式：不易堵塞，水頭損失小，運(yùn)行時(shí)間較長，但吸附劑易流失。粒狀活性炭吸附層固定床的操作是間斷的，因?yàn)楣潭ù驳牟僮魇情g斷的，因?yàn)槲斤柡秃笮枰鼡Q新炭吸附飽和后需要更換新炭第七章 吸附73（1）固定床吸附固定床根據(jù)處理水量、原水的水質(zhì)和處理要求可分單床、多床串聯(lián)和多床并聯(lián)等方式。如圖7-12所示。圖7-12 固定床多床操作示意圖第七章 吸附74固定床吸附設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù) 廢水處理用固定床吸附設(shè)備的大小和操作條件建議

42、如下：塔徑：1.03.5m；填充層高 3.010.0m；接觸時(shí)間： l050 min；容積速度： 對固定床為2m3/m3.h 以下； 對移動(dòng)床為 5 m3/m3.h以下；線速度：對固定床為2.010.0m/h；對移動(dòng)床為 10.030.0 m/h。第七章 吸附75(2) 移動(dòng)床 移動(dòng)床的操作方式如圖7-13。 移動(dòng)床的運(yùn)行操作方式是原水從吸附塔底部流入和吸附劑進(jìn)行逆流接觸，處理后的水從塔頂流出，再生后的吸附劑從塔頂加入，接近吸咐飽和的吸附劑從塔底排出，即吸附劑由上而下移動(dòng)，所以稱為移動(dòng)床。 按吸附劑排出方式分為間歇移動(dòng)床和連續(xù)移動(dòng)床。圖7-13 移動(dòng)床吸附操作示意圖第七章 吸附76第七章 吸附

43、77粒狀活性粒狀活性炭吸附層炭吸附層新的或再生后的活性炭去再生系統(tǒng)去再生系統(tǒng)移動(dòng)床的進(jìn)出水移動(dòng)床的進(jìn)出水是連續(xù)的，活性是連續(xù)的，活性炭的進(jìn)出可以是炭的進(jìn)出可以是連續(xù)的也可以是連續(xù)的也可以是間斷的間斷的移移動(dòng)動(dòng)床床吸吸附附塔塔構(gòu)構(gòu)造造示示意意圖圖第七章 吸附78(2) 移動(dòng)床 優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、管理方便、出水水質(zhì)良好；被截留的懸浮物隨飽和的吸附劑間歇從塔底排出，所以不必反沖洗。充分地利用吸附劑的吸附容量，水頭損失小。間歇式連續(xù)投炭、排炭，減少再生設(shè)備容量；建筑面積較小。 缺點(diǎn)：操作管理要求高；不利于生物協(xié)同作用；難于均勻排出炭層；基建及設(shè)備投資較高；井筒式篩網(wǎng)破裂時(shí)將產(chǎn)生跑炭。第七章 吸附79 由下往上的水與吸附劑顆粒相互之間有相對運(yùn)動(dòng)，使吸附床呈膨脹或流化狀態(tài)。 優(yōu)點(diǎn)：適于處理SS含量較大的水不需反沖洗；最大限度利用炭的吸附容量 間歇式投排炭，減少再生設(shè)備容量；占地小 。 缺點(diǎn)：要求炭粒均勻，否則易引起粒度分級。對操作控制要求高。圖7-14 多層流化床吸附塔構(gòu)造（3）流化床第七章 吸附80吸附裝置第七章 吸附81吸附裝置第七章 吸附82吸附池第七章 吸附83