1、土木与环境工程学院给排水教研室土木与环境学院给排水教研室1第6章 吸 附 Water Quality Engineering 水质工程学（水质工程学（）水资源与环境工程学院给排水教研室2 讲授内容：讲授内容：吸附类型、吸附等温线、活性炭吸附及影响因素、活性炭的应用 计划学时：计划学时：4学时学时 重点：重点：吸附等温线、影响因素 参考教材：参考教材：给水处理理论许保玖主编水资源与环境工程学院给排水教研室36.1吸附概述一、吸附现象吸附：在相界面上，物质的浓度吸附：在相界面上，物质的浓度自动发生自动发生富富 集的现象。集的现象。吸附剂：具有吸附能力的多孔性物质。吸附质：废水（空气）中被吸附的物质
2、。举例：室内空气治理-乌碳雕 家庭饮水机里的活性炭滤层水资源与环境工程学院给排水教研室4水资源与环境工程学院给排水教研室5水资源与环境工程学院给排水教研室6原因：吸附剂由于具有较大的表面自由能，有吸附别的物质降低表面自由能的趋势。作用力：1.物理吸附：靠分子间范德华引力产生的吸附，可吸附多种吸附质，可形成多分子吸附层。吸附速度快，无选择性，吸附热低，吸附解吸是可逆过程，在低温下就能吸附。2.化学吸附：由化学键力引起的吸附，吸能形成单分子吸附层，并具有选择性，同时是不可逆的，在高温下才能吸附。上面二种吸附往往是相伴发生，而不能严格分开，是几种吸附综合作用的结果，可能存在以某种吸附为主。水资源与环
3、境工程学院给排水教研室7二、吸附等温线二、吸附等温线吸附平衡吸附平衡 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，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。吸附量吸附量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）。水资源与环境工程学院给排水教研室8吸附等温线吸附等温线 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。吸附等温式吸附等温式（三种）表示I型吸附等温线的有BET公式（理
4、论公式，多层吸附）表示II型吸附等温线的有弗里德里希公式（经验公式）表示I I I型吸附等温线的有朗格繆公式（理论公式，单层吸附）水资源与环境工程学院给排水教研室96.2活性炭吸附一、活性炭(AC)的制备 高温炭化 活化,800900木材、煤、果壳 炭渣 活性炭 隔绝空气，600 活化剂：ZnCl2 炭化的作用？（p181）活化作用？粉末状活性炭 粒状活性炭（园柱状、球状），粒径24mm 棒状活性炭：50mm，L=255mm 水资源与环境工程学院给排水教研室10二、活性炭的性质1.物理性质a、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：5001700m2/g，99.9%的表面积，在
5、多孔结构颗粒的内部。B、孔隙构造 微孔：2nm，0.150.90mL/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。过渡孔：2100nm，0.020.10mL/g，占比表面积5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。大孔：1001000nm，0.20.5mL/g，占比表面积很小，吸附量小，提供通道。C、粒度 粒度小，吸附速度快，效果好，但是再生回收困难D、密度 视密度、湿密度E、强度F、灰分 表明其无机成分含量。5-8%水资源与环境工程学院给排水教研室112.化学性质表面性质主要与表面官能团有关。3.吸附性质碘值：一定条件下活性炭吸附碘量，表示吸附小分子能力蜜糖值：表示对大分子物
6、质的吸附能力水资源与环境工程学院给排水教研室12三.影响活性炭吸附的因素a活性炭的性质：活性炭的种类、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。b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。（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。c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。d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。e温度：对于物理吸附，T高则不利，吸附量减少。F 接触时间：应保证吸附达到平衡时的时间，
7、而该时间的大小取决于吸附速度V，V大则所需时间短。水资源与环境工程学院给排水教研室13四、吸附过程吸附过程一般分为3个阶段：1.液膜扩散（颗粒外部扩散）阶段（反应控制步骤）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。水资源与环境工程学院给排水教研室14五、操作方式静态吸附静态吸附 使废水与吸附剂搅拌混合，而废水没有自上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，这种吸附操作叫静而下流过吸附剂的流动，这种吸附操作叫静态吸附。态吸附。动态吸附动态吸附 废水通过吸附剂自上向下流动而进行吸附。废水通过吸附剂自上向下流动而进行吸附。水资源与环境工程学院给排水教研室
8、15吸附设备吸附设备（1）固定床：吸附剂在床中是固定的，废水）固定床：吸附剂在床中是固定的，废水自上而下流过吸附剂。自上而下流过吸附剂。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：升流式与降流式。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）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（排出，每次卸出总填充量的（520）%，同时从塔顶投加等量再生炭或新炭。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。）流化床：吸附剂在塔内处于膨胀状态。水资源与环境工程学院给排水教研室16穿透曲线穿透曲线
9、（1）吸附带：指正在发生吸附作用的那段填充层，在）吸附带：指正在发生吸附作用的那段填充层，在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带上部的填充层已达到饱和状态，不再起吸附吸附带上部的填充层已达到饱和状态，不再起吸附作用。作用。（2）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线叫穿透曲线。叫穿透曲线。（3）穿透点：当出水吸附质浓度）穿透点：当出水吸附质浓度CA为允许的污染物为允许的污染物出水最高浓度那一点叫穿透点。
10、出水最高浓度那一点叫穿透点。（4）吸附终点：出水浓度）吸附终点：出水浓度CB为为(0.900.95)C0时时所对应的出水总体积的穿透曲线上的那一点叫吸附所对应的出水总体积的穿透曲线上的那一点叫吸附终点（耗竭点终点（耗竭点饱和点）。饱和点）。水资源与环境工程学院给排水教研室17空床接触时间（空床接触时间（EBCT)吸附装置在不加任何填料的情况下的水力停留时间。EBCT=V/Q当处理水量Q一定得条件下：EBCT V 处理效果好，但所需填料增多，且吸附装置体积较大水资源与环境工程学院给排水教研室18吸附柱的设计1、博哈特、博哈特亚当斯计算法亚当斯计算法2、通水倍数法 按穿透时每按穿透时每kg吸附剂所
11、通过的废水的体积吸附剂所通过的废水的体积（m3）计算。）计算。水资源与环境工程学院给排水教研室196.3活性炭吸附应用一、活性炭的功能A、饮用水处理1）臭和味的去除 去除水体中的鱼腥味2）总有机碳的去除 20-30%3）氨氮的去除4）消毒副产物（DBPs）的前驱物的去除5）挥发性有机物（VOCs）的去除三氯乙烯、四氯乙烯6）人工合成有机物（SOCs）除草剂、杀虫剂 内分泌干扰物质、致癌物质、疑似致癌物质7）作为高纯水制备的预处理（膜处理前的预处理）B、废水处理1）脱除重金属离子2）吸附高浓度有机物进行回收3）污废水深度处理水资源与环境工程学院给排水教研室20二、粉末活性炭（PAC)的应用粒度小
12、、接触面积大、吸附速度快、效果好回收困难、运行费用高哈尔滨水污染事件的应急处理1）投加量 取决于其吸附能力和水质情况，除臭时2-20mg/L2）接触时间 T=1530min3）投加点的的选择 A吸水口 接触时间长，混合效果好，但投加量大 B、快速混合器前 混合效果好，但由于混凝剂的包裹作用，降低吸附效率 C、沉淀池出口或滤池进水口 可有效利用活性炭吸附容量，但由于粒度小，有可能穿过滤池 D、比较理想的投加点：絮凝过程中，絮体尺寸发展到与活性炭粒径接近的阶段作为投加点，即可避免竞争吸附，又可絮体对活性炭的包裹作用4）投加方式及设备 A、干式投加 B、湿式投加 应用较多水资源与环境工程学院给排水教
13、研室21三、粒状活性炭的应用A、活性炭滤池（重力式、水厂中）水量大，且水量变化不大B、活性炭过滤器压力式、流速可调、设备占地小C、臭氧生物活性碳系统臭氧作用：1、氧化大分子有机物，使其转化为小分子有机物 2、直接氧化降解部分有机物活性炭作用：1、吸附小分子有机物 2、作为微生物载体不足：1、臭氧作用受限（臭氧浓度低；有机物的降解特性）2、温度影响生物活性3、耗电量大4、代谢产物及微生物需进一步控制水资源与环境工程学院给排水教研室22习题习题1、何谓吸附等温线？常见的吸附等温线有哪、何谓吸附等温线？常见的吸附等温线有哪几种类型？吸附等温式有哪几种形式及应用几种类型？吸附等温式有哪几种形式及应用场合如何？场合如何？2、何谓吸附带与穿透曲线？吸附带的吸附容、何谓吸附带与穿透曲线？吸附带的吸附容量如何利用？量如何利用？3、什么叫生物活性炭法，有什么特点？、什么叫生物活性炭法，有什么特点？
