水质工程学(1)吸附课件

1、第6章 吸 附 Water Quality Engineering 水质工程学（）1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：4学时重点：吸附等温线、影响因素参考教材：给水处理理论许保玖主编26.1吸附概述一、吸附现象吸附：在相界面上，物质的浓度自动发生富 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。 举例：室内空气治理-乌碳雕 家庭饮水机里的活性炭滤层345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：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

2、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。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。 6二、吸附等温线吸附平衡 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）

3、。 7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（三种） 表示I型吸附等温线的有BET公式（ 理论公式，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）86.2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 9二、活性炭的性质1.物理

4、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%102.化学性质表面性质主要与表面官能团有关。3.

5、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：表示对大分子物质的吸附能力11三.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

6、，吸附量减少。 F 接触时间：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V，V大则所需时间短。 12四、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。13五、操作方式静态吸附 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。14吸附设备（1）固定床：吸附剂在床中是固定的，废水自上而下流过吸附剂。 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。（2）移动床：接近饱和的吸附

7、剂从塔底间歇排出，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。（3）流化床：吸附剂在塔内处于膨胀状态。 15穿透曲线（1）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，而在吸附带上部的填充层已达到饱和状态，不再起吸附作用。（2）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叫穿透曲线。（3）穿透点：当出水吸附质浓度CA为允许的污染物出水最高浓度那一点叫穿透点。（4）吸附终点：出水浓度CB为(0.900.95)C0时所对应的出水总体积的穿透曲线上的那一点叫吸附终点（耗竭点饱和点）。16空床接触时间（E

8、BCT) 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17吸附柱的设计1、博哈特亚当斯计算法2、通水倍数法 按穿透时每kg吸附剂所通过的废水的体积（m3）计算。186.3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

9、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19二、粉末活性炭（PAC)的应用粒度小、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20三、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