水质工程学第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 活性炭吸附的应用活性炭吸附的应用 6.4 6.4 活性炭的再生活性炭的再生 6.5 6.5 水处理中的其它吸附剂水处理中的其它吸附剂 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：在两相界面层中，某物质的浓度自动发生在两相界面层中，某物质的浓度自动发生富集的现象富集的现象。 在水处理中，主要介绍利用固体物质表面对水在水处理中，主要介绍利用固体物质表面对水中物质的吸附作用，即中物质的吸附作用，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、用多孔性的固体物质，使水中的是利用多孔性的固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。 吸附剂：吸附剂：具有吸附能力的多孔性固体物质。具有吸附能力的多孔性固体物质。 吸附质：吸附质：废水中被吸附的物质。废水中被吸附的物质。 6.1.2 6.1.2 吸附的分类吸附的分类 根据固体表面吸附力的不同，吸附可分为以根据固体表面吸附力的不同，吸附可分为以下两种类型：下两种类型：物理吸附、化学吸附。物理吸附、化学吸附。 1. 1. 物理吸附：物理吸附：吸附剂和吸附质之间通过分子间的吸附剂和吸附质之间通过分子间的力（范德华力）产生的吸附称为物理吸

3、附。力（范德华力）产生的吸附称为物理吸附。v物理吸附是一种常见的吸附现象，物理吸附是一种常见的吸附现象，一般在一般在较低较低温度温度下进行。下进行。由于吸附是分子间力引起的，所由于吸附是分子间力引起的，所以吸附热较小，一般在以吸附热较小，一般在41.9kJ41.9kJmolmol以内，一般以内，一般属于放热反应。物理吸附因不发生化学作用，属于放热反应。物理吸附因不发生化学作用，所以在低温下就能进行。所以在低温下就能进行。 物理吸附可形成物理吸附可形成单分子吸附层单分子吸附层或或多分子吸附多分子吸附层层。 由于分子间力是普遍存在的，所以一种吸附由于分子间力是普遍存在的，所以一种吸附剂可吸附多种吸

4、附质。形成多分子吸附层。剂可吸附多种吸附质。形成多分子吸附层。 但由于吸附剂和吸附质的极性强弱不同，某但由于吸附剂和吸附质的极性强弱不同，某一种吸附剂对各种吸附质的吸附量是不同的。一种吸附剂对各种吸附质的吸附量是不同的。 被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表面，这种现象称为解吸。吸附面，这种现象称为解吸。吸附解吸是解吸是可逆可逆过程。过程。 2.2.化学吸附化学吸附 化学吸附化学吸附是吸附剂和吸附质之间发生的化学作用，是吸附剂和吸附质之间发生的化学作用， 是由于化学键力引起的吸附。是由于化学键力引起的吸附。 n化学吸附一般在化学吸附一般在较高温度较高温度

5、下进行，吸附热较大，下进行，吸附热较大，相当于化学反应热，一般为相当于化学反应热，一般为83.7418.7kJ83.7418.7kJmolmol。 n一种吸附剂只能对某种或几种吸附质发生化学吸一种吸附剂只能对某种或几种吸附质发生化学吸附，因此化学吸附具有附，因此化学吸附具有选择性。选择性。 n由于化学吸附是靠吸附剂和吸附质之间的化学键由于化学吸附是靠吸附剂和吸附质之间的化学键力进行的，所以吸附只能形成力进行的，所以吸附只能形成单分子吸附层。单分子吸附层。 当化学键力大时，化学吸附是当化学键力大时，化学吸附是不可逆不可逆的。的。 物理吸附和化学吸附并不是孤立的，往往相伴发物理吸附和化学吸附并不是

6、孤立的，往往相伴发生。生。 在水处理中，大部分的吸附往往是几种吸附综合在水处理中，大部分的吸附往往是几种吸附综合作用的结果。作用的结果。 由于吸附质、吸附剂及其它因素的影响，可能某由于吸附质、吸附剂及其它因素的影响，可能某种吸附是主要的。例如有的吸附在低温时主要是种吸附是主要的。例如有的吸附在低温时主要是物理吸附，在高温时主要是化学吸附。物理吸附，在高温时主要是化学吸附。 说明说明6.1.2 6.1.2 吸附等温模型吸附等温模型 定义：定义：在恒温且吸附达到平衡状况下，单位吸在恒温且吸附达到平衡状况下，单位吸附剂的吸附容量和平衡溶液浓度之间的关系曲附剂的吸附容量和平衡溶液浓度之间的关系曲线，称

7、为吸附等温线。线，称为吸附等温线。（1 1）吸附平衡）吸附平衡 当吸附质的吸附速率当吸附质的吸附速率=解吸速率（即解吸速率（即V吸附吸附=V解吸解吸），即在单位时间内吸附数量等于解吸的），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数量，则吸附质在溶液中的浓度Ce与在吸附剂与在吸附剂表面上的浓度都不再变时，即达到吸附平衡，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此时吸附质在溶液的浓度Ce叫平衡浓度。叫平衡浓度。 （2 2）吸附量）吸附量qe(g/g)qe(g/g) 衡量吸附剂吸附能力大小的参数。即达到吸附衡量吸附剂吸附能力大小的参数。即达到吸附平衡时，单位

8、重量的吸附剂（平衡时，单位重量的吸附剂（g g）所吸附的吸附质）所吸附的吸附质的重量（的重量（g g）。）。 式中：式中：VV废水容积；废水容积； W W活性炭投量，活性炭投量，g g C C0 0废水吸附质浓度（废水吸附质浓度（g/Lg/L） Ce 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) (g/L) 平衡浓度平衡浓度0()eeVCCqW （3 3）吸附等温式）吸附等温式 在一定在一定T T下，下，q q随吸附质的平衡浓度随吸附质的平衡浓度C C而变化的曲线（而变化的曲线（q=f(Ce)q=f(Ce)）叫吸附等温线。）叫吸附等温线。用数学公式描述则叫吸附等温

9、式。用数学公式描述则叫吸附等温式。（4 4）吸附等温式（三种，液相还没有统一）吸附等温式（三种，液相还没有统一的理论）的理论） v 朗谬尔（朗谬尔（LangmuirLangmuir）吸附等温式）吸附等温式 v 弗里德利希（弗里德利希（FreundlichFreundlich）吸附等温式）吸附等温式1neeqKCv费兰德利希（费兰德利希（Freundlich）公式）公式 单一组单一组v分溶液中溶质的吸附分溶液中溶质的吸附取对数可将等式线型化：取对数可将等式线型化： 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，则难吸附。，则难吸附。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等温式等温式max1eeebCqqbC该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下导出的，形式为：下导出的，形式为：qmax为饱和吸附量，常数为饱和吸附量，常数b与表面吸附能有与表面吸附能有关，当吸附力增大关，当吸附力增大b值也相应增加。值也相应增加。其中：其中：b=k1/k2。又因为：。又因为：maxeqq112211eeeVk ACVk AbCbC 设设为吸附剂表面被覆盖的百分比，为吸附剂表面被覆盖的百分比，1- 为裸为裸露表面百分比，吸附

11、速率与露表面百分比，吸附速率与1-成正比，脱附速成正比，脱附速率与率与成正比，则在吸附达到平衡时：成正比，则在吸附达到平衡时：两边取倒数，可处理成直线的形式：两边取倒数，可处理成直线的形式：maxmax111eeqqbCqmax1eeebCqqbC将上两式联立，可得：将上两式联立，可得：当当Ce很大，很大，qe越接近越接近qmax。当。当Ce很小，很小，qe与与Ce成直线关系。成直线关系。 2. 2. 吸附速度吸附速度 指单位重量的吸附剂在单位时间内吸附的物指单位重量的吸附剂在单位时间内吸附的物质的量。质的量。 吸附速度吸附速度V V决定了废水和吸附剂的接触时决定了废水和吸附剂的接触时间，间，

12、V V越大，则接触时间越短，所需设备容积越大，则接触时间越短，所需设备容积就越小，反之亦然。就越小，反之亦然。 / (min)eVdqdt gg 吸附速度决定于吸附剂对吸附质的吸附过程。吸吸附速度决定于吸附剂对吸附质的吸附过程。吸附过程一般分为附过程一般分为3 3个阶段：个阶段： v 颗粒外部扩散阶段颗粒外部扩散阶段v 颗粒内部扩散阶段颗粒内部扩散阶段v 吸附反应阶段。吸附反应阶段。 活性炭的吸附速度大小受下列因素影响：活性炭的吸附速度大小受下列因素影响：v 溶液浓度溶液浓度CC，则，则VV；v 颗粒直径颗粒直径dd，则，则VV； d,Vd,V。所以，粉末。所以，粉末状活性炭比粒状活性炭的吸附

13、速度要快，接触时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。间短，设备容积小。 v 加强搅动，则加强搅动，则VV。 6.2 活性炭吸附n水处理中常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、水处理中常用的吸附剂有活性炭、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、腐植质、焦炭、木炭、木屑等。质、焦炭、木炭、木屑等。 n本节本节着重介绍着重介绍在水处理中应用较广的在水处理中应用较广的活性活性炭吸附剂。炭吸附剂。包括以下几方面内容：包括以下几方面内容：l 活性炭的制造活性炭的制造l 活性炭的细孔构造和分布活性炭的细孔构造和分布l 活性炭的表面化学性质活性炭的表面化学

14、性质 6.2.1 6.2.1 活性炭的制备活性炭的制备 活性炭是用含炭为主的物质活性炭是用含炭为主的物质( (如木材、煤如木材、煤) )作作原料，经高温炭化和活化而制成的疏水性吸附剂，原料，经高温炭化和活化而制成的疏水性吸附剂，外观呈黑色。外观呈黑色。活性炭的制造过程如图活性炭的制造过程如图61： 图图61 活性炭的制造过程示意图活性炭的制造过程示意图 粉末状活性炭粉末状活性炭 粒状活性炭（圆柱状、球状），粒径粒状活性炭（圆柱状、球状），粒径2 24mm4mm 棒状活性炭：棒状活性炭：50mm50mm，L=255mmL=255mm 木材、煤木材、煤果壳果壳隔绝空气隔绝空气高温炭化，高温炭化，6

15、00 炭渣炭渣活性炭活性炭活化活化,800900活化剂：活化剂：ZnCl2n炭化炭化是把原料热解成炭渣，生成类似石墨的多环是把原料热解成炭渣，生成类似石墨的多环芳香系物质；芳香系物质； n活化活化是把热解的炭渣成为多孔结构。活化方法有是把热解的炭渣成为多孔结构。活化方法有药剂法和气体法药剂法和气体法两种。两种。 药剂活化法药剂活化法常用的活化剂有氯化锌、硫酸、常用的活化剂有氯化锌、硫酸、磷酸等。粉状活性炭多用氯化锌为活化剂。活化磷酸等。粉状活性炭多用氯化锌为活化剂。活化炉用转炉。炉用转炉。 气体活化法气体活化法一般用水蒸气、二氧化碳、空气一般用水蒸气、二氧化碳、空气作活化剂。粒状炭多采用水蒸气

16、活化法，以立式作活化剂。粒状炭多采用水蒸气活化法，以立式炉或管式炉为活化炉。炉或管式炉为活化炉。6.2.2 6.2.2 活性炭的性质活性炭的性质1.1.物理性质物理性质 n巨大的比表面积（巨大的比表面积（1000m1000m2 2/g/g）吸附性能好；吸附性能好；n发达的孔隙结构发达的孔隙结构微孔、中孔、大孔；微孔、中孔、大孔； 图图6 62 2 活性炭孔隙分布示意图活性炭孔隙分布示意图a a 微孔微孔 尺寸尺寸125nm25nm。 大孔容积一般为大孔容积一般为0.20.20.5mL0.5mLg g，表面积只有表面积只有0.50.52m2m2 2g g。 大孔的作用：大孔的作用：占比表面积很小

17、，吸附量小，占比表面积很小，吸附量小，提供通道。提供通道。 它主要为吸附质的扩散提供通道，使它主要为吸附质的扩散提供通道，使吸附质通过此通道扩散到中孔和小孔中去。吸附质通过此通道扩散到中孔和小孔中去。 c c 中孔中孔 尺寸尺寸112 2或或25nm25nm， 过渡孔容积一般为过渡孔容积一般为0.020.020.10mL0.10mLg g，其表面积占比表面积的，其表面积占比表面积的5 5以以下。下。 中孔的作用中孔的作用: :占比表面积占比表面积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。即可为吸附质可为吸附质的扩散提供通道，促使吸附质通过它扩散到小孔的扩

18、散提供通道，促使吸附质通过它扩散到小孔中去，当吸附质的分子直径较大时，小孔几乎不中去，当吸附质的分子直径较大时，小孔几乎不起作用，活性炭对吸附质的吸附主要靠过渡孔来起作用，活性炭对吸附质的吸附主要靠过渡孔来完成的。完成的。 v粒状炭和粉末炭粒状炭和粉末炭v 粒状炭：直径大于粒状炭：直径大于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：直径小于粉末炭：直径小于0.074mm，不利于，不利于再生，回收和再利用困难；再生，回收和再利用困难；v密度（视密度、真密度、湿密度、床密密度（视密度、真密度、湿密度、床密度）、强度、灰份。度）、强度、灰份。2.2.活性炭的化学性

19、质活性炭的化学性质 活性炭是由形状扁平的石墨型微晶体构成的。活性炭是由形状扁平的石墨型微晶体构成的。处于微晶体边缘的炭原子，由于共价键不饱和而处于微晶体边缘的炭原子，由于共价键不饱和而易与其它元素如氧、氢等结合形成各种含氧官能易与其它元素如氧、氢等结合形成各种含氧官能团：酸性官能团和碱性官能团。酸性官能团官具团：酸性官能团和碱性官能团。酸性官能团官具有极性，主要吸附极性较强的化合物。有极性，主要吸附极性较强的化合物。 目前对活性炭含有官能团目前对活性炭含有官能团( (又称表面氧化物又称表面氧化物) )的研究尤其对碱性官能团的研究还不够充分，但的研究尤其对碱性官能团的研究还不够充分，但已证实的有

20、已证实的有OHOH基、基、COOHCOOH基等。基等。 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：在一定条件下活性炭吸附碘的量，表在一定条件下活性炭吸附碘的量，表 示活性炭吸附小分子物质的吸附性能；示活性炭吸附小分子物质的吸附性能；糖蜜值：糖蜜值：表示活性炭吸附大分子物质的吸附表示活性炭吸附大分子物质的吸附 性能性能3.3.活性炭的吸附性质活性炭的吸附性质 1.1.吸附剂的性质：吸附剂的性质：吸附剂的种类、颗粒大吸附剂的种类、颗粒大小、比表面积，颗粒的细孔构造与分布、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。吸附剂是否是极性分子等。2.2.吸附质的性

21、质：吸附质的性质：（1 1）疏水性：疏水性越强越容易吸附。同）疏水性：疏水性越强越容易吸附。同系物的疏水性随分子量的增大而增大。系物的疏水性随分子量的增大而增大。但是当分子量增大到一定的程度后，分但是当分子量增大到一定的程度后，分子过大难易进入到活性炭空隙中，会降子过大难易进入到活性炭空隙中，会降低吸附量。低吸附量。6.2.3 6.2.3 影响活性炭吸附性能的因素影响活性炭吸附性能的因素 （2 2）极性：根据相似相溶原理，分子的极性）极性：根据相似相溶原理，分子的极性越大越不容易吸附。越大越不容易吸附。（3 3）吸附质分子的大小和不饱和度。）吸附质分子的大小和不饱和度。活性炭：易吸附分子直径较

22、大的饱和化合物活性炭：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合成沸石：易吸附分子直径小的不饱和化合物（5 5）吸附质的浓度较低时，提高）吸附质的浓度较低时，提高C C可增加吸附可增加吸附量。达到饱和以后量。达到饱和以后CC，q q增加很小，直至为增加很小，直至为一定值。一定值。 3.3.废水的废水的pHpH值值 活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中吸附效果较好。中吸附效果较好。4.4.共存物质；共存物质；5.5.温度：温度：对于物理吸附，对于物理吸附，T T高则不利，吸附高则不利，吸附量减少。量减少。6.6.接触时间：接触时间：

23、应保证吸附达到平衡时的时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间，而该时间的大小取决于吸附速度V V，V V大则所需时间短。大则所需时间短。7.活性炭与水处理化学药剂的反应活性炭与水处理化学药剂的反应 活性炭是一种具有还原性的物质，因此在水处理活性炭是一种具有还原性的物质，因此在水处理过程中，活性炭常常和氧化性的物质发生反应，例过程中，活性炭常常和氧化性的物质发生反应，例如活性炭和水中游离氯的反应可能是：如活性炭和水中游离氯的反应可能是： HClO+C*C*O+H+Cl- 这些反应可用于去除水中的游离氯。这些反应可用于去除水中的游离氯。6.2.4 6.2.4 竞争吸附竞争吸附

24、1.两组分竞争吸附模：两组分竞争吸附模： 111 1221.0112110ncqn qn qCqCqqn K111 1221.0112110ncqn qn qCqCqqn K11.01.22.02./ececqCCCqCCC1.01110nimiiiiiicmiinqqCqCn Kq对于对于m种吸附质：种吸附质： 6.2.5 6.2.5 活性炭吸附过程活性炭吸附过程1.穿透曲线穿透曲线 对于粒状活性炭，当水连续地通过吸附装置对于粒状活性炭，当水连续地通过吸附装置时，随着时间的推移，出水中污染物的浓度逐渐时，随着时间的推移，出水中污染物的浓度逐渐上升，这称为污染物的穿透现象。当整个吸附装置上升，

25、这称为污染物的穿透现象。当整个吸附装置达到饱和后，出水中的污染物浓度几乎与进水相达到饱和后，出水中的污染物浓度几乎与进水相同，吸附装置失效。以时间为横坐标，以出水中污同，吸附装置失效。以时间为横坐标，以出水中污染物的浓度为纵坐标，将出水中污染物的浓度随时染物的浓度为纵坐标，将出水中污染物的浓度随时间变化作图，得到的曲线称为穿透曲线。间变化作图，得到的曲线称为穿透曲线。 CttCBCAB 饱和点tAtB穿透点 穿透曲线示意图2.吸附带吸附带 吸附过程中在活性炭层中有一段特殊的位置，吸附过程中在活性炭层中有一段特殊的位置，活性炭对于污染物的吸附集中发生在该段中，该活性炭对于污染物的吸附集中发生在该

26、段中，该段前端的活性炭可以看做未发生吸附，后端的活段前端的活性炭可以看做未发生吸附，后端的活性炭已达到饱和。则该段活性炭称为吸附带性炭已达到饱和。则该段活性炭称为吸附带（MTZ）。）。 在吸附带中，活性炭的饱和程度从在吸附带中，活性炭的饱和程度从0 0到到100%100%。当吸附装置开始过滤时，吸附带处于活性炭上部；当吸附装置开始过滤时，吸附带处于活性炭上部；当表层饱和后，吸附带逐渐下移，当吸附带移至当表层饱和后，吸附带逐渐下移，当吸附带移至活性炭下沿时，炭层穿透。由于吸附带中的炭不活性炭下沿时，炭层穿透。由于吸附带中的炭不能完全被利用，所以吸附带的长度将影响整个碳能完全被利用，所以吸附带的长

27、度将影响整个碳层的使用率。层的使用率。 吸附速度越快，吸附带的长度越短，吸附柱的利吸附速度越快，吸附带的长度越短，吸附柱的利用率越高。吸附带长度用率越高。吸附带长度 的计算方法：的计算方法：0.5EBMTZEEBEBVVLZVVVZmVV式中：吸附柱高度， ；吸附柱完全耗尽时的产水体积，L；吸附柱穿透时的产水体积，L。3.空床接触时间空床接触时间 空床接触时间（空床接触时间（EBCT）是吸附接触装置的重）是吸附接触装置的重要参数，表示在吸附装置中不加任何填料的情况要参数，表示在吸附装置中不加任何填料的情况下过水的水力停留时间。其计算公式为：下过水的水力停留时间。其计算公式为： 由于由于Q已固定

28、，已固定，EBCT的大小决定于的大小决定于V的大小。的大小。从经济性上看，其值越小越好，从吸附效果上看，从经济性上看，其值越小越好，从吸附效果上看，其值越大越好。其值越大越好。VEBCTQ4.临界穿透浓度及吸附柱临界深度临界穿透浓度及吸附柱临界深度 临界穿透浓度是指可以接受的污染物最大临界穿透浓度是指可以接受的污染物最大出水浓度。出水浓度。 运行一开始就导致出水浓度等于临界穿透运行一开始就导致出水浓度等于临界穿透浓度的吸附柱深度。其值与浓度的吸附柱深度。其值与EBCT存在如下关存在如下关系：系： /criLEBCTQ AA式中：吸附柱的截面积。5.活性炭利用率（活性炭利用率（CUR）。）。 其

29、定义是：处理单位水量所需要的活性炭其定义是：处理单位水量所需要的活性炭质量，即：质量，即：00=GACtGACteGACeteGACetemCURQmQQmqQ CCCURmCCCURQq式中：活性炭质量；处理的总水量。由于总吸附量：所以，又可表示为：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 去除总有机碳去除总有机碳v 去除消毒副产物前驱物去除消毒副产物前驱物v 去除挥发性有机物去除挥发性有机物v 人工合成有机物的去除人工合成有机物的去除6.3 6.3 活性炭吸附的应用活性炭吸附的应用6.3.2 6.3.2 粉末活性炭的应用粉末活性炭的应用 粉末活性炭

30、粒度小、接触面积大，吸附速度粉末活性炭粒度小、接触面积大，吸附速度快、效果好。但是再生困难，因而运行费用较高。快、效果好。但是再生困难，因而运行费用较高。1.1.投加量：根据活性炭的吸附能力和水质确定，一投加量：根据活性炭的吸附能力和水质确定，一般为般为2 220mg/L20mg/L。往往需做模拟实验确定。往往需做模拟实验确定。2.2.接触时间：不同类型的化合物，吸附所需的接触接触时间：不同类型的化合物，吸附所需的接触时间不同。时间不同。3.投加点的选择：投加点的选择：吸水口投加：有充分的的接触时间，混合较充分。吸水口投加：有充分的的接触时间，混合较充分。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。但是由于混凝剂的快速混合器前：混合效果好。但是由于混凝剂的包裹作用会降低吸附效率；包裹作用会降低吸附效率；沉淀池出水处：可有效利用粉末炭的容量，但由沉淀池出水处：可有效利用粉末炭的容量，但由于粉末炭粒径过小可能会穿透滤池进入滤池的配于粉末炭粒径过小可能会穿透滤池进入滤池的配水系统；水系统；在快速混合器之前单独建接触吸附池，进行吸附；在快速混合器之前单独建接触吸附池，进行吸附；多点分段投加；多点分段投加；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；湿投加：将炭粉与水混合制成炭浆，由射流泵打湿投加：将炭粉与水混合制成炭浆，由射流泵打入投加点。入投

32、加点。 湿投加往往需要一套完整的设备，由炭浆存储湿投加往往需要一套完整的设备，由炭浆存储池体、混合搅拌装置、粉末炭装卸装置、灰尘控池体、混合搅拌装置、粉末炭装卸装置、灰尘控制与收集装置、射流装置、以及采样点和压力表制与收集装置、射流装置、以及采样点和压力表组成。组成。5.粉末炭应用的其他方式：粉末炭应用的其他方式：哈贝雷工艺；哈贝雷工艺；粉末炭粉末炭活性污泥工艺；活性污泥工艺；6.3.3 6.3.3 粒状活性炭的应用粒状活性炭的应用 适用于饮用水原水受到比较严重污染需要长适用于饮用水原水受到比较严重污染需要长期使用活性炭，或者为了活性炭能够再生时用粒期使用活性炭，或者为了活性炭能够再生时用粒状

33、活性炭滤池。状活性炭滤池。 滤前吸附、滤后吸附、过滤吸附滤前吸附、滤后吸附、过滤吸附 吸附装置形式：吸附装置形式：重力式、压力式。重力式、压力式。 压力式过滤吸附装置的流量可在一个较大的压力式过滤吸附装置的流量可在一个较大的范围调节，但处理量较小；一般大型水厂采用重范围调节，但处理量较小；一般大型水厂采用重力式。力式。n从流程形式上，活性炭吸附器可分为单个反应器和从流程形式上，活性炭吸附器可分为单个反应器和多个反应器，单个反应器的活性炭利用率较低。多个反应器，单个反应器的活性炭利用率较低。 n为了使炭床从上到下都发挥最大的吸附作用，即达为了使炭床从上到下都发挥最大的吸附作用，即达到吸附平衡，生

34、产上多采用多塔串联操作（一般到吸附平衡，生产上多采用多塔串联操作（一般2 2 4 4塔塔) ) 或并联。或并联。n一般固定床炭层高与塔直径的比为一般固定床炭层高与塔直径的比为(2(24)4)：1 1，塔，塔内流速内流速( (空塔速度空塔速度) )采用采用5 510m10mh h。n从流程形式上，活性炭吸附器可分为单个反应器和从流程形式上，活性炭吸附器可分为单个反应器和多个反应器，单个反应器的活性炭利用率较低。多个反应器，单个反应器的活性炭利用率较低。 n为了使炭床从上到下都发挥最大的吸附作用，即达为了使炭床从上到下都发挥最大的吸附作用，即达到吸附平衡，生产上多采用多塔串联操作（一般到吸附平衡，

35、生产上多采用多塔串联操作（一般2 2 4 4塔塔) ) 或并联。或并联。n一般固定床炭层高与塔直径的比为一般固定床炭层高与塔直径的比为(2(24)4)：1 1，塔，塔内流速内流速( (空塔速度空塔速度) )采用采用5 510m10mh h。n 从水的流向上，可分为上向流和下向流两种。从水的流向上，可分为上向流和下向流两种。一般膨胀床采用上向流，重力式活性炭滤池和大部一般膨胀床采用上向流，重力式活性炭滤池和大部分压力过滤装置采用下向流。分压力过滤装置采用下向流。n 另有一种移动式活性炭吸附装置，采用上向流，另有一种移动式活性炭吸附装置，采用上向流，水从底部流入，新鲜的活性炭从上方加入，吸附饱水从

36、底部流入，新鲜的活性炭从上方加入，吸附饱和的活性炭从底部去除，从而不断更新活性炭。该和的活性炭从底部去除，从而不断更新活性炭。该装置占地比较小，操作管理方便，比较适合大型水装置占地比较小，操作管理方便，比较适合大型水厂。厂。图图6-3 6-3 降流式固定床型吸附塔构造示意图降流式固定床型吸附塔构造示意图 (a) (b)(c)单床式单床式多床串联式多床串联式多床并联式多床并联式 图图6-4 6-4 固定床吸附操作示意图固定床吸附操作示意图 n2 2、设计参数、设计参数 类似于快滤池的设计。比较重要的参数是空床类似于快滤池的设计。比较重要的参数是空床接触时间和活性炭利用率。接触时间和活性炭利用率。

37、 空床接触时间：空床接触时间：5 525min25min。接触时间越大，滤。接触时间越大，滤层越不容易穿透，活性炭利用率越高；层越不容易穿透，活性炭利用率越高； 活性炭利用率：决定活性炭更换和再生的频率，活性炭利用率：决定活性炭更换和再生的频率，该值一般需通过生产试验才能确定。该值一般需通过生产试验才能确定。 水力负荷：水力负荷：5 524m/h24m/h，一般采用，一般采用5 515m/h.15m/h. 反冲洗参数：有活性炭性质决定，一般由厂商反冲洗参数：有活性炭性质决定，一般由厂商提供。提供。 炭床深度等于滤速与炭床深度等于滤速与EBCTEBCT的乘积。的乘积。6.3.4 6.3.4 活性

38、炭纤维的应用活性炭纤维的应用 用于空气的净化、水中脱氮、饮用水处理等 活性炭纤维含碳量高，孔隙窄、微孔发达，吸附效果好，再生容易，但价格高。6.3.5 6.3.5 臭氧臭氧生物活性炭的应用生物活性炭的应用 臭氧生物活性炭中臭氧能够氧化部分臭氧生物活性炭中臭氧能够氧化部分有机物并能使大分子物质转化为小分子物有机物并能使大分子物质转化为小分子物质，从而改善了活性炭的吸附性能。具有质，从而改善了活性炭的吸附性能。具有吸附和降解有机物的双重功能。吸附和降解有机物的双重功能。 但生物活性炭受温度影响大，冬季不但生物活性炭受温度影响大，冬季不宜运行，而且耗电量大等缺点。宜运行，而且耗电量大等缺点。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 就是在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情就是在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂的细孔中除去，况下，用某种方法将吸附质从吸附剂的细孔中除去，以便能够重复使用。以便能够重复使用。2. 2. 再生方法再生方法（1 1）加热再生法：由脱水、干燥、炭化，活化、冷却等）加热再生法：由脱水、干燥、炭化，活化、冷却等5 5步组成步组成（2 2）药剂再生法：无机酸或）药剂再生法：无机酸或NaOHNaOH，有机溶剂（苯、丙酮等），有机溶剂（苯、丙酮等）（3 3）化学氧化法：电解氧化法，）化学氧化法：电解氧

40、化法，O3O3氧化法，湿式氧化法。氧化法，湿式氧化法。（4 4）生物法：利用微生物的作用，将被活性炭吸附的有机）生物法：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。(1(1）加热再生法）加热再生法加热再生法分加热再生法分低温低温和和高温高温两种方法。两种方法。 低温低温适于吸附浓度较高的简单低分子量适于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碳氢化合物和芳香族有机物的活性炭的再生。多采用水蒸气再生。的再生。多采用水蒸气再生。 高温高温适于水处理粒状炭的再生适于水处理粒状炭的再生1 1）高温加热再生）高温加热再生分分5 5步进行：步进行： n脱水：

41、脱水：使活性炭和输送液体进行分离。使活性炭和输送液体进行分离。 n干燥：干燥： 加温到加温到100 100 150150，将吸附在活性炭细孔中的，将吸附在活性炭细孔中的水分蒸发出来，同时部分低沸点的有机物也能够挥发出来。水分蒸发出来，同时部分低沸点的有机物也能够挥发出来。 n碳化：碳化： 加热到加热到300 300 700 700 ，高沸点的有机物由于热，高沸点的有机物由于热分解，一部分成为抵沸点的有机物进行挥发：另一部分被分解，一部分成为抵沸点的有机物进行挥发：另一部分被炭化，留在活性炭的细孔中。炭化，留在活性炭的细孔中。 n活化：活化：将炭化留在活性炭细孔中的残留炭用活化气体将炭化留在活性炭细孔中的残留炭用活化气体( (如水蒸气、二氧化碳及氧如水蒸气、二氧化碳及氧) ) 进行气化，达到重新造孔的进行气化，达到重新造孔的目的。活化温度一般为目的。活化温度一般为700 700 10001000。 冷却：冷却：活化后的活性炭用水急剧冷却，防止氧化活化后的活性炭用水急剧冷却，防止氧化 活性炭高温加热再生系统由再生炉、活性炭贮罐、活活性炭高温加热再生系统由再生炉、活性炭贮罐、活性炭输送及脱水装置等组成。如图所示