吸 附
1.7 吸 附
大纲要求：熟悉吸附的技术和方法，了解主要吸附剂的性能和影响因素
吸附：溶液中的物质由一相向某种适宜的另一相界面上积累的过程。
在废水处理中，用吸附作用来去除废水中的污染物质时，一般都是通过固液界面的吸附来实现的，具吸附能力的多孔性固体物质称
为吸附剂。
1.7.1吸附原理
吸附是一种在两相界面上发生的表面现象，与物质表面张力和表面能的变化有关，符合热力学第二定律，可用吉布斯方程式表示：
式中，若某溶质能降低溶液的表面张力，即为负值， 为正值，产生正吸附，若某溶质能增加溶液的表面张力，则为正值， 为负值，产生负吸附，称为解吸。
1.7.2吸附的类型
⑴物理吸附：
特点是吸附热较小，低温就能进行，吸附是可逆的，吸附基本没有选择性。
⑵化学吸附：
特点是吸附热较大一般在较高温度下进行；当化学键力大时，吸附是不可逆的；吸附有选择性，一种吸附剂只对某种或几种吸附质发生化学吸附。
⑶离子交换吸附：
水处理中，吸附往往是由上述3种吸附综合作用的结果，但由于吸附质和吸附剂的不同以及其他因素的影响，可能某种吸附是主要的。
1.7.3吸附等温线
在温度一定的条件下，吸附容量随吸附质平衡浓度的增大而提高，吸附容量随平衡浓度而变化的曲线称为吸附等温线。
常见的吸附等温线有Ⅰ型和Ⅱ型两种类型。
Ⅰ型吸附等温线与朗格谬尔和弗兰德利希吸附等温式相对应，Ⅱ型吸附等温线与BET等温式相对应。应理解这几个公式，并掌握公式中各参数的计算过程。
1.7.4吸附速率
吸附速率是指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质质量。
吸附速率越快，吸附质与吸附剂接触时间就越短，所需的吸附设备容积也就越小。
吸附速率取决于吸附质的传质过程，对于多孔吸附剂，传质分为以下三步：
①吸附质从溶液主体扩散到吸附剂外表面，这是吸附质透过吸附剂表面液膜的传质简称外扩散；
②吸附质由吸附剂颗粒的外表面，经颗粒内的细孔扩散到颗粒的内表面，简称内扩散；
③吸附质在吸附剂的表面上被吸附。
1.7.5常用吸附剂及影响吸附的主要因素
⑴常用吸附剂
活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻土、腐殖质酸、焦炭、木炭、木屑、炉渣和粉煤灰等，应用较多的是活性炭。
⑵活性炭的特性
①活性炭的比表面积和孔隙结构
活性炭具有巨大的比表面积和丰富的孔隙结构。比表面积可达500～1700m2/g，其中小孔容积一般为0.15～0.9ml/g，表面积占比表面积的95%以上，过渡孔容积一般为0.02～0.1ml/g，表面积占比表面积的5%左右，而大孔容积一般为0.2～0.5ml/g，表面积很小，只有0.5～2m2/g。
②活性炭的表面化学性质
由于活性炭表面有—OH基等，所以具有一些极性。
⑶影响活性炭吸附的主要因素
①活性炭吸附剂的性质
其表面积越大，吸附能力就越强； 活性炭是非极性分子，易于吸附非极性或极性很低的吸附质；活性炭吸附剂颗粒的大小，细孔的
构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附也有很大的影响。
②吸附质的性质
取决于其溶解度、表面自由能、极性、吸附质分子的大小和不饱和度、附质的浓度等。
③废水PH值
活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率。
PH值会对吸附质在水中存在的状态及溶解度等产生影响，从而影响吸附效果。
④共存物质
共存多种吸附质时，活性炭对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差。
⑤温度
温度对活性炭的吸附影响较小
⑥接触时间
应保证活性炭与吸附质有一定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。
1.7.6吸附操作方式
⑴静态吸附
适用于处理水量小或吸附剂性质特殊的情况下。
⑵动态吸附
废水在流动时进行的吸附为动态吸附，其工艺可分为固定床、移动床、流化床三种。
固定床：在水处理工艺中常用。由于处理水量、原水水质和处理出水水质指标的不同，工程中可采用单床、多床串联和多床并联等三种操作方式。移动床和流化床在废水处理中应用较少。
1.7.7吸附床的设计
⑴吸附试验
①确定吸附容量试验
主要是确定吸附容量公式中各参数关系并求出相应的吸附等温线。
②确定吸附速率试验
测定不同时间水样中溶质浓度，直到浓度不再变化为止，根据数据求出吸附速率。
③装置试验
选用直径为100～150mm、高为1.5～2.5m的吸附柱装置，吸附剂层厚度约1.0～1.5m。可进行多床串联试验，并绘制穿透曲线，利用
此曲线确定使吸附容量得以充分利用的吸附操作方式。
⑵主要设计参数
包括吸附塔直径（1～3.5m）、充填层厚度（3～10m）、充填层与塔径之比（1：1～4：1）、活性炭粒径（0.5～2.0mm）、接触时间（10～50min）、容积线速度、过滤线速度（升流式：9～25m/h，降流式：7～12m/h）、反冲洗线速度、反冲洗时间（3～8min）、反冲洗周期（8～72h）、反冲洗膨胀率等。 小编推荐：
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