水质工程学1-吸附课件

第6章吸附

WaterQualityEngineering

水质工程学（Ⅰ）1第6章吸附WaterQualityEngi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2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6.1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36.1吸附概述一、吸附现象34455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）。7二、吸附等温线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III型吸附等温线的有朗格繆公式（理论公式，单层吸附）8吸附等温线86.2活性炭吸附一、活性炭(AC)的制备

高温炭化活化,800~900℃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2~4mm棒状活性炭：Φ50mm，L=255mm96.2活性炭吸附一、活性炭(AC)的制备9二、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：500~1700m2/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，0.15~0.90mL/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：2~100nm，0.02~0.10mL/g，占比表面积<5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。大孔：100~1000nm，0.2~0.5mL/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%10二、活性炭的性质1.物理性质102.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：表示对大分子物质的吸附能力112.化学性质3.吸附性质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，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。12三.影响活性炭吸附的因素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。13四、吸附过程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。14五、操作方式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：接近饱和的吸附剂从塔底间歇排出，每次卸出总填充量的（5~20）%，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吸附设备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(0.90~0.95)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穿透曲线16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：EBCTV处理效果好，但所需填料增多，且吸附装置体积较大17空床接触时间（EBCT)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。18吸附柱的设计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196.3活性炭吸附应用一、活性炭的功能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=15~30min3）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20二、粉末活性炭（PAC)的应用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21三、粒状活性炭的应用21习题1、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场合如何？2、何谓吸附带与穿透曲线？吸附带的吸附容量如何利用？3、什么叫生物活性炭法，有什么特点？22习题22第6章吸附

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水质工程学（Ⅰ）23第6章吸附WaterQualityEngi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24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6.1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256.1吸附概述一、吸附现象3264275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。28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）。29二、吸附等温线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III型吸附等温线的有朗格繆公式（理论公式，单层吸附）30吸附等温线86.2活性炭吸附一、活性炭(AC)的制备

高温炭化活化,800~900℃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2~4mm棒状活性炭：Φ50mm，L=255mm316.2活性炭吸附一、活性炭(AC)的制备9二、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：500~1700m2/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，0.15~0.90mL/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：2~100nm，0.02~0.10mL/g，占比表面积<5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。大孔：100~1000nm，0.2~0.5mL/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%32二、活性炭的性质1.物理性质102.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：表示对大分子物质的吸附能力332.化学性质3.吸附性质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，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。34三.影响活性炭吸附的因素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。35四、吸附过程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。36五、操作方式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：接近饱和的吸附剂从塔底间歇排出，每次卸出总填充量的（5~20）%，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。

37吸附设备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(0.90~0.95)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）。38穿透曲线16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：EBCTV处理效果好，但所需填料增多，且吸附装置体积较大39空床接触时间（EBCT)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。40吸附柱的设计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