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活性炭吸附1 1你现在浏览的是第一页，共70页2 电厂废水及治理你现在浏览的是第二页，共70页4.1 4.1 吸附的基本理论吸附的基本理论n n4.1.1 4.1.1 吸附现象及类型吸附现象及类型n n4.1.2 4.1.2 吸附剂吸附剂n n4.1.3 4.1.3 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式n n4.1.4 4.1.4 影响吸附平衡的因素影响吸附平衡的因素3 电厂废水及治理你现在浏览的是第三页，共70页4.1.1 4.1.1 吸附现象及类型吸附现象及类型n n1.1.吸附的定义吸附的定义 在相界面上在相界面上,物质的浓度自动发生物质的浓度自动发生积累或浓集的现象称为吸附积累或浓集的现象称为吸附n n吸附剂吸附剂 具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂剂n n吸附质吸附质 被吸附的物质称为吸附质被吸附的物质称为吸附质n n吸附的类型吸附的类型吸附的类型吸附的类型(吸附剂表面吸附能力的不同吸附剂表面吸附能力的不同)n n物理吸附物理吸附 范德华力范德华力范德华力范德华力 l l化学吸附化学吸附 化学键化学键4 电厂废水及治理你现在浏览的是第四页，共70页2.2.原理：原理：吸附剂表面上的分子受力不均衡吸附剂表面上的分子受力不均衡 存在剩余存在剩余力场（即具有表面能）。力场（即具有表面能）。根据热力学第二定律，这种能力有自动变小的趋势。根据热力学第二定律，这种能力有自动变小的趋势。当溶液中的吸附质当溶液中的吸附质 达到吸附剂表面时，致使界面上达到吸附剂表面时，致使界面上的分子受力变得均衡一些，从而降低了这种表面能。这的分子受力变得均衡一些，从而降低了这种表面能。这就是就是吸附过程自动发生的一种推动力吸附过程自动发生的一种推动力。因此因此吸附的本质吸附的本质是物质从液相（或气相）到固相是物质从液相（或气相）到固相表面的一种传质现象。表面的一种传质现象。5 电厂废水及治理你现在浏览的是第五页，共70页3.3.类型：类型：根据吸附剂表面吸附力的不同，吸附可分为以下三根据吸附剂表面吸附力的不同，吸附可分为以下三种类型：种类型：1 1）物理吸附：分子间的作用力所引起的。物理吸附：分子间的作用力所引起的。吸附热较小，可在低温下进行。吸附热较小，可在低温下进行。过程是可逆的，易解吸。过程是可逆的，易解吸。没有选择性。分子量越大，吸附量越大。没有选择性。分子量越大，吸附量越大。可形成单分子吸附层或多分子吸附层。可形成单分子吸附层或多分子吸附层。2 2）化学吸附：）化学吸附：由化学键力引起的由化学键力引起的产生化学反应。产生化学反应。6 电厂废水及治理你现在浏览的是第六页，共70页 如石灰吸附如石灰吸附COCO2 2 CaCO CaCO3 3 吸附热大，一般在较高温下进行。吸附热大，一般在较高温下进行。具有选择性，单分子层吸附。具有选择性，单分子层吸附。化学键力大时，吸附不可逆。化学键力大时，吸附不可逆。3 3）离子交换吸附：静电引力）离子交换吸附：静电引力 吸附质的离子吸附质的离子吸附剂表面的带电点上，同时吸附剂吸附剂表面的带电点上，同时吸附剂也放出一个等当量离子。也放出一个等当量离子。离子电荷越多，吸附越强。离子电荷越多，吸附越强。离子水化半径越小，越易被吸附。离子水化半径越小，越易被吸附。实际过程中物理和化学吸附是主要的，比较如下：实际过程中物理和化学吸附是主要的，比较如下：7 电厂废水及治理你现在浏览的是第七页，共70页吸附性能吸附性能吸附性能吸附性能物理吸附物理吸附物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附化学吸附化学吸附作用力作用力作用力作用力分子引力（范德华力）分子引力（范德华力）分子引力（范德华力）分子引力（范德华力）剩余化学键力剩余化学键力剩余化学键力剩余化学键力选择性选择性选择性选择性没有选择性没有选择性没有选择性没有选择性有选择性有选择性有选择性有选择性吸附层吸附层吸附层吸附层单分子或多分子吸附单分子或多分子吸附单分子或多分子吸附单分子或多分子吸附层层层层只能形成单分子吸附层只能形成单分子吸附层只能形成单分子吸附层只能形成单分子吸附层吸附热吸附热吸附热吸附热较小，较小，较小，较小，41.9kJ/mol41.9kJ/mol较大，相当于化学反应热，较大，相当于化学反应热，较大，相当于化学反应热，较大，相当于化学反应热，83.7-418.7kJ/mol83.7-418.7kJ/mol吸附速度吸附速度吸附速度吸附速度快，几乎不要活化能快，几乎不要活化能快，几乎不要活化能快，几乎不要活化能较慢，需要活化能较慢，需要活化能较慢，需要活化能较慢，需要活化能温度温度温度温度放热过程，低温有利放热过程，低温有利放热过程，低温有利放热过程，低温有利于吸附于吸附于吸附于吸附温度升高，吸附速度增加温度升高，吸附速度增加温度升高，吸附速度增加温度升高，吸附速度增加可逆性可逆性可逆性可逆性可逆，较易解析可逆，较易解析可逆，较易解析可逆，较易解析化学键大时，吸附不可逆化学键大时，吸附不可逆化学键大时，吸附不可逆化学键大时，吸附不可逆8 电厂废水及治理你现在浏览的是第八页，共70页4.1.2 4.1.2 吸附剂吸附剂 具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂。具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂。有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣。有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣。活性碳活性碳是水处理中应用最为广泛的吸附剂。是水处理中应用最为广泛的吸附剂。1.活性碳的制造活性碳的制造 原料：木材、煤，经高温炭化和活化而成。原料：木材、煤，经高温炭化和活化而成。炭化：温度炭化：温度500-600，将原料热解为碳渣。，将原料热解为碳渣。活化：把碳渣造成发达的多孔结构活化：把碳渣造成发达的多孔结构 主要有两种活化方法：主要有两种活化方法：气体法：通入水蒸气气体法：通入水蒸气 药剂法：用氯化锌、药剂法：用氯化锌、硫酸等作为活化剂。硫酸等作为活化剂。9 电厂废水及治理你现在浏览的是第九页，共70页原料原料碳化碳化破碎、造粒破碎、造粒活化活化洗涤洗涤干燥干燥筛分筛分成品成品水蒸气水蒸气颗粒状活性炭的制造工艺10 电厂废水及治理你现在浏览的是第十页，共70页2 2 活性炭的构造活性炭的构造 吸附作用主要发生在细孔表面。吸附作用主要发生在细孔表面。比表面积：每克吸附剂具有的总表面积。可达比表面积：每克吸附剂具有的总表面积。可达5005001700m1700m2 2/g/g。吸附量除与比表面积有关外，还与细孔的形状和吸附量除与比表面积有关外，还与细孔的形状和分布有关。分布有关。细孔的构造有；圆桶形，圆锥形，瓶形，平板形，细孔的构造有；圆桶形，圆锥形，瓶形，平板形，毛细管形等。直径为毛细管形等。直径为1 110000 nm10000 nm。11 电厂废水及治理你现在浏览的是第十一页，共70页 根据杜必宁的分类，细孔分为：根据杜必宁的分类，细孔分为：A.A.小孔（微孔）小孔（微孔）半径在半径在2nm2nm以下，其表面积占比表面积的以下，其表面积占比表面积的95%95%以上，对吸以上，对吸附量的影响最大。附量的影响最大。B.B.中孔（过渡孔）中孔（过渡孔）半径为半径为2 2100nm,100nm,表面积占比表面积的表面积占比表面积的5%5%以下。它为以下。它为吸附质提供扩散通道，影响大分子物质的吸附。吸附质提供扩散通道，影响大分子物质的吸附。C.C.大孔大孔半径为半径为10010010000nm10000nm，表面积只有，表面积只有0.50.52m2m2 2/g/g，占比表，占比表面积不足面积不足1%1%，主要为吸附质提供扩散通道。，主要为吸附质提供扩散通道。12 电厂废水及治理你现在浏览的是第十二页，共70页一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对于分子量（或分子直径）较大的吸附质，小孔于分子量（或分子直径）较大的吸附质，小孔几乎不起作用。几乎不起作用。所以，在实际应用中，应根据吸附质的直径大所以，在实际应用中，应根据吸附质的直径大小和活性炭的孔径分布来选择合适的活性炭。小和活性炭的孔径分布来选择合适的活性炭。13 电厂废水及治理你现在浏览的是第十三页，共70页3 3 活性炭的表面化学性质活性炭的表面化学性质 吸附不仅与构造和细孔分布有关，还与其表面吸附不仅与构造和细孔分布有关，还与其表面化学性质有关。化学性质有关。活性炭是非极性的，但在制造过程中，易活性炭是非极性的，但在制造过程中，易于与氢、氧结合而具有微弱的极性。于与氢、氧结合而具有微弱的极性。正因如此，它不仅可以去除水中的非极性物质，正因如此，它不仅可以去除水中的非极性物质，还可去除极性物质甚至微量的金属离子及化合物。还可去除极性物质甚至微量的金属离子及化合物。14 电厂废水及治理你现在浏览的是第十四页，共70页 4 4 活性炭的特点活性炭的特点 A.A.具有良好的吸附性能和化学稳定性具有良好的吸附性能和化学稳定性 B.B.可耐酸碱可耐酸碱 C.C.能经受水浸、高温、高压作用能经受水浸、高温、高压作用 D.D.不易破碎，气流阻力小不易破碎，气流阻力小 E.E.粉状活性炭制造容易、成本低，但不易再生粉状活性炭制造容易、成本低，但不易再生 粒状活性炭成本较高，但操作管理和再生容易粒状活性炭成本较高，但操作管理和再生容易15 电厂废水及治理你现在浏览的是第十五页，共70页4.1.3 4.1.3 吸附等温式与吸附速度吸附等温式与吸附速度1.1.吸附平衡吸附平衡 (1)(1)定义定义 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 V吸附吸附=V=V解吸），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溶液中的浓度C C与在吸附剂表面上的浓度都不再变时，与在吸附剂表面上的浓度都不再变时，即达到吸附平衡，此时吸附质在即达到吸附平衡，此时吸附质在溶液溶液的浓度的浓度CeCe叫平衡叫平衡浓度。浓度。16 电厂废水及治理你现在浏览的是第十六页，共70页2.2.吸附量吸附量q(g/g)q(g/g)衡量吸附剂吸附能力的大小，达到吸附平衡时，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（单位重量的吸附剂（g g）所吸附的吸附质的重量）所吸附的吸附质的重量（g g）。）。式中：式中：VV废水容积；废水容积；WW活性炭投量，活性炭投量，g gC C0 0废水吸附质浓度（废水吸附质浓度（g/Lg/L）CeCe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 平衡浓度平衡浓度17 电厂废水及治理你现在浏览的是第十七页，共70页3.3.吸附等温线吸附等温线 在一定在一定T T下，下，q q随平衡浓度随平衡浓度CeCe变化的曲线变化的曲线（q=f(Ce)q=f(Ce)）叫吸附等温线。用数学公式描述则）叫吸附等温线。用数学公式描述则叫吸附等温式。叫吸附等温式。4.4.吸附等温式（三种）吸附等温式（三种）朗谬尔公式朗谬尔公式 表示表示I I型吸附等温线的有费兰德利希公式型吸附等温线的有费兰德利希公式 表示表示IIII型吸附等温线的有型吸附等温线的有BETBET公式公式 18 电厂废水及治理你现在浏览的是第十八页，共70页(1)Langmuir(1)Langmuir等温式等温式 假设吸附剂表面假设吸附剂表面均一，各处的吸附能均一，各处的吸附能相同；吸附是单分子相同；吸附是单分子层的，层的，当吸附剂表面当吸附剂表面为吸附质饱和时，其为吸附质饱和时，其吸附量达到最大值。吸附量达到最大值。q q0 0-吸附剂的吸附容量极限值，吸附剂的吸附容量极限值，mg/gmg/gb-b-常数项，常数项，L/mgL/mg19 电厂废水及治理你现在浏览的是第十九页，共70页（2）BET式C Cs s-吸附质平衡浓度的最大值，吸附质平衡浓度的最大值，mg/gmg/gB-B-常数项，常数项，L/mgL/mg20 电厂废水及治理你现在浏览的是第二十页，共70页(3)Freundlich(3)Freundlich等温式等温式(经验式）经验式）KFreundlichKFreundlich吸附常数吸附常数nn常数，通常常数，通常n1n1一般认为，一般认为，1/n 1/n 介于介于0.10.10.50.5，则易于吸附；，则易于吸附；1/n1/n2 2 时难以吸附。时难以吸附。K K值越大值越大,活性炭的吸附容量越大活性炭的吸附容量越大,1/n,1/n 表示随着浓度的增加吸附容量增加的速度表示随着浓度的增加吸附容量增加的速度.21 电厂废水及治理你现在浏览的是第二十一页，共70页利用利用K K值和值和 1/n 1/n 比较不同活性炭的吸附比较不同活性炭的吸附特性特性A炭的吸附容量较B炭大，当浓度较高时B炭的吸附效果有所改善；当低浓度吸附C时吸附容量比D炭高，但在高浓度时，吸附容量D炭C炭高。22 电厂废水及治理你现在浏览的是第二十二页，共70页q是选择吸附剂和吸附设备的重要参数，是选择吸附剂和吸附设备的重要参数，q决定吸附剂再生周期的长短，决定吸附剂再生周期的长短，q越大，再生周期越大，再生周期越长，再生剂用量及其费用越小。越长，再生剂用量及其费用越小。q通过吸附试验来确定。通过吸附试验来确定。23 电厂废水及治理你现在浏览的是第二十三页，共70页4.吸附等温曲线的测定吸附等温曲线的测定n n用用6 6个以上的具塞磨口三角烧瓶，取同样体积及浓个以上的具塞磨口三角烧瓶，取同样体积及浓度的污水，在每个瓶中加入不同的炭量（其中包括度的污水，在每个瓶中加入不同的炭量（其中包括一个空白瓶），用振荡机混合均匀，使吸附达到平一个空白瓶），用振荡机混合均匀，使吸附达到平衡。测定各瓶中污水的残余浓度，计算其吸附容量衡。测定各瓶中污水的残余浓度，计算其吸附容量（q qe e）。计算）。计算lgqlgqe e e e和和和和 lgclgci i值，在坐标纸上，以值，在坐标纸上，以lgqlgqlgqlgqe e为为纵坐标，以纵坐标，以 lgclgci i i i为横坐标，求得吸附等温曲线的为横坐标，求得吸附等温曲线的K K值和值和值和值和1/n1/n。24 电厂废水及治理你现在浏览的是第二十四页，共70页吸附剂活性碳：吸附力强，比表面积可达活性碳：吸附力强，比表面积可达800-2000m2/g，价格低，制备容易，再生困难。，价格低，制备容易，再生困难。再生方法再生方法1)加热再生法：提高温度，使吸附分子脱附。注加热再生法：提高温度，使吸附分子脱附。注意加热再生炉应在缺氧状态下工作，炭量损失少。意加热再生炉应在缺氧状态下工作，炭量损失少。2)化学再生法：通过化学反应使吸附质转化为易溶化学再生法：通过化学反应使吸附质转化为易溶于水的物质解析下来。于水的物质解析下来。25 电厂废水及治理你现在浏览的是第二十五页，共70页吸附剂腐植酸类吸附剂：腐植酸类吸附剂：主要有天然富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐主要有天然富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤等。煤等。目前已经有很多成型产品（填料）投放市场，目前已经有很多成型产品（填料）投放市场，用于水处理吸附。用于水处理吸附。26 电厂废水及治理你现在浏览的是第二十六页，共70页应用举例应用举例27 电厂废水及治理你现在浏览的是第二十七页，共70页吸附等温式的应用 由图可见，由图可见，Langmuir吸附等温式大体吸附等温式大体上适用。上适用。28 电厂废水及治理你现在浏览的是第二十八页，共70页5.5.应用举例应用举例qe=K ce1/n由图可见，由图可见，Freundlich吸附等温式也吸附等温式也适用。适用。29 电厂废水及治理你现在浏览的是第二十九页，共70页6.两点说明n n1.1.以上两种形式的吸附等温线公式以上两种形式的吸附等温线公式,公式公式用于单组分吸附用于单组分吸附,即即C Ci i指污水中某一种物指污水中某一种物质的平衡浓度，如酚、质的平衡浓度，如酚、CODCOD、BODBOD、油、油、色度。色度。n n2.2.可粗略地进行成本估算可粗略地进行成本估算.30 电厂废水及治理你现在浏览的是第三十页，共70页 7.吸附速度吸附速度 吸附速度决定了废水和吸附剂的接触时间，该吸附速度决定了废水和吸附剂的接触时间，该值越大，则接触时间越短，所需设备容积就越小，值越大，则接触时间越短，所需设备容积就越小，反之亦然。反之亦然。31 电厂废水及治理你现在浏览的是第三十一页，共70页吸附过程一般分为吸附过程一般分为3 3个阶段：个阶段：液膜扩散（颗粒外部扩散）阶段液膜扩散（颗粒外部扩散）阶段 颗粒内部扩散阶段颗粒内部扩散阶段 吸附反应阶段：吸附质被吸附在细孔内表面上。吸附反应阶段：吸附质被吸附在细孔内表面上。吸附反应速度非常快，吸附反应速度非常快，V V主要取决于第主要取决于第 、阶段阶段速度，而颗粒外部扩散速度（液膜扩散）速度，而颗粒外部扩散速度（液膜扩散）32 电厂废水及治理你现在浏览的是第三十二页，共70页影响吸附的因素影响吸附的因素衡量衡量指标指标吸附能力吸附能力吸附速度吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量时间内所吸附的物质量吸附吸附阶段阶段颗粒外部颗粒外部扩散阶段扩散阶段孔隙扩散孔隙扩散阶段阶段吸附反应吸附反应阶段阶段吸附质从溶液中扩散到吸附吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面内的吸附点表面33 电厂废水及治理你现在浏览的是第三十三页，共70页 溶液浓度溶液浓度CC，则，则 颗粒直径颗粒直径dd，则，则 加强搅动，则加强搅动，则 而颗粒内部扩散速度而颗粒内部扩散速度 =f=f（细孔大小与构造，（细孔大小与构造，吸附质的吸附质的d d）吸附剂颗粒直径吸附剂颗粒直径dd，。d d的大小对内、外部扩散都有很大影响，的大小对内、外部扩散都有很大影响，d,d,。所以，粉末状活性炭比粒状活性炭的吸附速度要快，。所以，粉末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。接触时间短，设备容积小。34 电厂废水及治理你现在浏览的是第三十四页，共70页35 电厂废水及治理你现在浏览的是第三十五页，共70页8.8.吸附的影响因素吸附的影响因素(1)(1)吸附剂的性质：吸附剂的种类、颗粒大小、比表面积，吸附剂的性质：吸附剂的种类、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。颗粒的细孔构造与分布、吸附剂是否是极性分子等。(2)(2)吸附质的性质：吸附质的性质：溶解度：越低越容易吸附，具有较大的影响。溶解度：越低越容易吸附，具有较大的影响。使液体表面自由能使液体表面自由能W W降低得越多的吸附质则越容易被吸降低得越多的吸附质则越容易被吸附。附。36 电厂废水及治理你现在浏览的是第三十六页，共70页极性吸附剂易吸附极性的吸附质。极性吸附剂易吸附极性的吸附质。非极性吸附剂易吸附非极性的吸附质。非极性吸附剂易吸附非极性的吸附质。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 吸附质的浓度较低时，提高吸附质的浓度较低时，提高C C可增加吸附量。可增加吸附量。以后以后CC，q q增加很小，直至为一定值。增加很小，直至为一定值。（物以类聚）（物以类聚）37 电厂废水及治理你现在浏览的是第三十七页，共70页(3)(3)废水的废水的pHpH值：活性炭一般在酸性溶液中比在碱性值：活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中吸附效果较好。溶液中吸附效果较好。(4)(4)共存物质：对于物理吸附，共存多种物质时的吸附共存物质：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。比单一物质时的吸附要差。(5)(5)温度：对于物理吸附，温度：对于物理吸附，T T高则不利，吸附量减少。高则不利，吸附量减少。(6)(6)接触时间：应保证吸附达到平衡时的时间，而该时接触时间：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。38 电厂废水及治理你现在浏览的是第三十八页，共70页易吸附的有机物;不易吸附的有机物：芳烃溶剂类 低相对分子量的酮类苯 糖及淀粉甲苯 极高的相对分子量或胶体有机物 低相对分子量的脂肪类硝基甲苯氯化芳烃类五氯酚类氯酚类多环芳香烃类艾氏剂DDT39 电厂废水及治理你现在浏览的是第三十九页，共70页4.2 4.2 吸附操作及装置吸附操作及装置4.2.14.2.1活性炭吸附操作方式活性炭吸附操作方式吸附的操作方式吸附的操作方式间歇式间歇式连续式连续式固定床固定床移动床移动床流化床流化床40 电厂废水及治理你现在浏览的是第四十页，共70页n n（1 1）固定床）固定床）固定床）固定床图图1-1 固定床吸附塔构造示固定床吸附塔构造示意图意图4.2.2 4.2.2 活性炭吸附装置的类型活性炭吸附装置的类型41 电厂废水及治理你现在浏览的是第四十一页，共70页 一般的固定床吸附柱中，吸附柱的总厚度为一般的固定床吸附柱中，吸附柱的总厚度为一般的固定床吸附柱中，吸附柱的总厚度为一般的固定床吸附柱中，吸附柱的总厚度为35m，分成几个柱串联工作，每个柱厚度，分成几个柱串联工作，每个柱厚度，分成几个柱串联工作，每个柱厚度，分成几个柱串联工作，每个柱厚度12m。过滤速。过滤速度在度在415m/h之间，接触时间一般不大于之间，接触时间一般不大于3060min。为防止吸附剂层的堵塞，含悬浮物。为防止吸附剂层的堵塞，含悬浮物的废水一般先应经过砂滤，再进行吸附处理。的废水一般先应经过砂滤，再进行吸附处理。42 电厂废水及治理你现在浏览的是第四十二页，共70页图图1-2 1-2 移动床吸附塔构造移动床吸附塔构造示意图示意图ll通气阀；通气阀；22进料斗；进料斗；33溢流管；溢流管；4 4、55直流式衬胶阀；直流式衬胶阀；6水射器；水射器；7截止阀截止阀（2 2）移动床）移动床43 电厂废水及治理你现在浏览的是第四十三页，共70页 多层流化床吸附塔结构示意图多层流化床吸附塔结构示意图（3）流化床）流化床44 电厂废水及治理你现在浏览的是第四十四页，共70页4.2.3 4.2.3 吸附水中有机物的粒状活性炭床的设计吸附水中有机物的粒状活性炭床的设计设计参数：滤速、活性炭吸附容量、运行周期设计参数：滤速、活性炭吸附容量、运行周期用经验数据设计：用经验数据设计：滤速：滤速：5 510m/h10m/h（空塔流速，（空塔流速，superficial velocity)superficial velocity)或空床接或空床接触时间（触时间（empty bed contact time,EBCT,10empty bed contact time,EBCT,1030min30min)吸附容量（经验值）吸附容量（经验值）200gCOD200gCODMnMn/Kg/Kg45 电厂废水及治理你现在浏览的是第四十五页，共70页4.2.4 4.2.4 穿透曲线穿透曲线 46 电厂废水及治理你现在浏览的是第四十六页，共70页粒状活性炭吸附柱实验系统示意图粒状活性炭吸附柱实验系统示意图47 电厂废水及治理你现在浏览的是第四十七页，共70页多级串联曲线48 电厂废水及治理你现在浏览的是第四十八页，共70页4.3 4.3 吸附剂再生吸附剂再生n n(1)(1)活性炭再生方法的选择活性炭再生方法的选择n n是否能改变污染物的化学性质是否能改变污染物的化学性质n n是否能用对污染物亲和力强的溶剂萃取是否能用对污染物亲和力强的溶剂萃取n n是否能用对活性炭亲和力比对污染物强的物质置是否能用对活性炭亲和力比对污染物强的物质置换换n n是否能用外部加热的方法使温度升高是否能用外部加热的方法使温度升高,改变其吸改变其吸附平衡关系附平衡关系n n是否能用某种方法分解氧化有机污染物是否能用某种方法分解氧化有机污染物49 电厂废水及治理你现在浏览的是第四十九页，共70页1 1）加热再生法（粒状炭常用）加热再生法（粒状炭常用）步骤：步骤：脱水脱水：使活性炭和输送液分离：使活性炭和输送液分离 干燥干燥：加温到：加温到100100150150，把细孔中的水分蒸发出来，把细孔中的水分蒸发出来，同时使一部分低沸点的有机物也挥发出来同时使一部分低沸点的有机物也挥发出来 碳化碳化：加热到：加热到300300700700，使高沸点有机物热分解，使高沸点有机物热分解，一部分低沸点物质挥发，另一部分被碳化留在活性炭细一部分低沸点物质挥发，另一部分被碳化留在活性炭细孔中孔中（2）活性炭再生方法50 电厂废水及治理你现在浏览的是第五十页，共70页 活化：加热到活化：加热到700700l000l000，使留在细孔中的，使留在细孔中的残留碳与活化气体残留碳与活化气体(如水蒸气、如水蒸气、COCO2 2和和O O2 2)反应，反应反应，反应产物以气态形式逸出，达到重新造孔的目的产物以气态形式逸出，达到重新造孔的目的 冷却：把活化后的活性炭用水急剧冷却，防止氧冷却：把活化后的活性炭用水急剧冷却，防止氧化。化。从再生炉排出的从再生炉排出的废废气中含有甲气中含有甲烷烷、乙、乙烷烷、乙、乙烯烯、焦、焦油蒸气、油蒸气、SO2、CO2、CO、H2、过剩、过剩O2等。等。为为防止防止废废气气污污染大气，可将排出的染大气，可将排出的废废气先送入燃气先送入燃烧烧器燃器燃烧烧后，再送入水洗塔除去粉后，再送入水洗塔除去粉尘尘和有臭味物和有臭味物质质 51 电厂废水及治理你现在浏览的是第五十一页，共70页1 1）加热再生法）加热再生法 设备：设备：图图4-17 4-17 立式多段再生炉立式多段再生炉再再生生炉炉为为圆圆筒筒形形，外外壳壳用用钢钢板板焊焊制制，内内衬衬耐耐火火材材料料，炉炉膛膛被被水水平平耐耐火火砖砖拱拱分分成成4 49 9段段炉炉床床。中中心心轴轴转转动动时时带带动动耙耙臂臂，利利用用耙耙齿齿使使活活性性炭炭自自上上段段向向下下段段移移动动。该该再再生生炉炉为为六六段段，第第一一、二二段段用用于于干干燥燥，第第三三、四四段段用用于于碳碳化化，第第五五、六六段段为活化。为活化。52 电厂废水及治理你现在浏览的是第五十二页，共70页2）溶剂再生法）溶剂再生法用溶剂将被活性炭吸附的物质解吸下来。用溶剂将被活性炭吸附的物质解吸下来。常用的有机溶剂有：等。常用的有机溶剂有：等。苯、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、苯、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、卤代烷卤代烷 常用的无机溶剂有常用的无机溶剂有HClHCl、SOSO、aOHaOH等。等。例如，吸附了苯酚的活性炭，可用氢氧化钠溶液浸泡，使形成酚例如，吸附了苯酚的活性炭，可用氢氧化钠溶液浸泡，使形成酚钠盐而解析。钠盐而解析。该再生过程可在吸附塔内进行，操作简单，活性炭损失该再生过程可在吸附塔内进行，操作简单，活性炭损失较少。较少。53 电厂废水及治理你现在浏览的是第五十三页，共70页3）化学氧化法n n湿式氧化法是湿式氧化法是湿式氧化法是湿式氧化法是粉状炭粉状炭粉状炭粉状炭再再再再生常用的方法生常用的方法生常用的方法生常用的方法.它用空它用空它用空它用空气中的氧，在气中的氧，在气中的氧，在气中的氧，在高温高温高温高温(200(200(200(200250250250250)高压高压高压高压(30(30(30(30 70kg/cm70kg/cm70kg/cm70kg/cm2 2 2 2)下氧化吸附下氧化吸附下氧化吸附下氧化吸附于活性炭表面上的吸于活性炭表面上的吸于活性炭表面上的吸于活性炭表面上的吸附质，氧化过程中活附质，氧化过程中活附质，氧化过程中活附质，氧化过程中活性炭置于液相中其工性炭置于液相中其工性炭置于液相中其工性炭置于液相中其工艺流程如图所示。艺流程如图所示。艺流程如图所示。艺流程如图所示。湿式氧化再生流程湿式氧化再生流程54 电厂废水及治理你现在浏览的是第五十四页，共70页4）生物法n n利用经过驯化培养的菌种处理饱和炭，在利用经过驯化培养的菌种处理饱和炭，在利用经过驯化培养的菌种处理饱和炭，在利用经过驯化培养的菌种处理饱和炭，在微生物微生物微生物微生物的作用，吸的作用，吸的作用，吸的作用，吸附在活性炭上的附在活性炭上的附在活性炭上的附在活性炭上的有机物解析并进一步氧化分解成有机物解析并进一步氧化分解成有机物解析并进一步氧化分解成有机物解析并进一步氧化分解成COCOCOCO2 2 2 2和和和和H H H H2 2 2 2O O O O，使，使，使，使饱和炭得到再生饱和炭得到再生饱和炭得到再生饱和炭得到再生。n n处理水量不大时，可以将炭床内的活性炭一次性卸出，然后放处理水量不大时，可以将炭床内的活性炭一次性卸出，然后放处理水量不大时，可以将炭床内的活性炭一次性卸出，然后放处理水量不大时，可以将炭床内的活性炭一次性卸出，然后放置在固定的容器内进行生物再生，待一段时间后活性炭内吸附置在固定的容器内进行生物再生，待一段时间后活性炭内吸附置在固定的容器内进行生物再生，待一段时间后活性炭内吸附置在固定的容器内进行生物再生，待一段时间后活性炭内吸附的有机物基本上被氧化分解，炭的吸附性能基本恢复时即可重的有机物基本上被氧化分解，炭的吸附性能基本恢复时即可重的有机物基本上被氧化分解，炭的吸附性能基本恢复时即可重的有机物基本上被氧化分解，炭的吸附性能基本恢复时即可重新使用。新使用。新使用。新使用。n n在活性炭吸附处理过程中，同时向炭床内鼓入空气，以供炭粒在活性炭吸附处理过程中，同时向炭床内鼓入空气，以供炭粒在活性炭吸附处理过程中，同时向炭床内鼓入空气，以供炭粒在活性炭吸附处理过程中，同时向炭床内鼓入空气，以供炭粒上生长的微生物生长繁殖和分解有机物的需要。这样整个炭床上生长的微生物生长繁殖和分解有机物的需要。这样整个炭床上生长的微生物生长繁殖和分解有机物的需要。这样整个炭床上生长的微生物生长繁殖和分解有机物的需要。这样整个炭床就处在不断地由水中吸附有机物，同时又在不断氧化分解这些就处在不断地由水中吸附有机物，同时又在不断氧化分解这些就处在不断地由水中吸附有机物，同时又在不断氧化分解这些就处在不断地由水中吸附有机物，同时又在不断氧化分解这些有机物的动平衡过程中。有机物的动平衡过程中。有机物的动平衡过程中。有机物的动平衡过程中。55 电厂废水及治理你现在浏览的是第五十五页，共70页（3）再生活性炭的评价）再生活性炭的评价n n1 1）静态试验法）静态试验法）静态试验法）静态试验法n n 充填密度充填密度充填密度充填密度(公升重公升重公升重公升重)每公升容积内所填充活性炭的重量每公升容积内所填充活性炭的重量每公升容积内所填充活性炭的重量每公升容积内所填充活性炭的重量(kg/L)(kg/L)(kg/L)(kg/L)n n表观密度表观密度表观密度表观密度(视比重视比重视比重视比重)每公升容积内活性炭的重量每公升容积内活性炭的重量每公升容积内活性炭的重量每公升容积内活性炭的重量(不包括活不包括活不包括活不包括活性炭粒子间的空间性炭粒子间的空间性炭粒子间的空间性炭粒子间的空间,只包括活性炭自身构造上的细孔容积只包括活性炭自身构造上的细孔容积只包括活性炭自身构造上的细孔容积只包括活性炭自身构造上的细孔容积)(kg/L)(kg/L)(kg/L)(kg/L)n n真密度真密度真密度真密度(真比重真比重真比重真比重)每公升容积内活性炭的重量每公升容积内活性炭的重量每公升容积内活性炭的重量每公升容积内活性炭的重量(仅活性炭自身仅活性炭自身仅活性炭自身仅活性炭自身重量重量重量重量,不包括粒子间容积和自身细孔积不包括粒子间容积和自身细孔积不包括粒子间容积和自身细孔积不包括粒子间容积和自身细孔积)(kg/L)(kg/L)(kg/L)(kg/L)n n碘值碘值碘值碘值 是活性炭相吸附在工业上使用的标准脱色试验是活性炭相吸附在工业上使用的标准脱色试验是活性炭相吸附在工业上使用的标准脱色试验是活性炭相吸附在工业上使用的标准脱色试验.在规在规在规在规定的定的定的定的0.02N0.02N0.02N0.02N的碘溶液中的碘溶液中的碘溶液中的碘溶液中1g1g1g1g活性炭吸附碘的毫克数活性炭吸附碘的毫克数活性炭吸附碘的毫克数活性炭吸附碘的毫克数.在一定程度在一定程度在一定程度在一定程度上能反应活性炭对废水中小分子有机物的吸附能力上能反应活性炭对废水中小分子有机物的吸附能力上能反应活性炭对废水中小分子有机物的吸附能力上能反应活性炭对废水中小分子有机物的吸附能力.56 电厂废水及治理你现在浏览的是第五十六页，共70页n n糖蜜值或焦糖值糖蜜值或焦糖值糖蜜值或焦糖值糖蜜值或焦糖值 焦糖值是测定所要分析的活性炭对标焦糖值是测定所要分析的活性炭对标焦糖值是测定所要分析的活性炭对标焦糖值是测定所要分析的活性炭对标准糖色或焦糖溶液中有色物的吸附能力准糖色或焦糖溶液中有色物的吸附能力准糖色或焦糖溶液中有色物的吸附能力准糖色或焦糖溶液中有色物的吸附能力,与标准炭相比与标准炭相比与标准炭相比与标准炭相比,以以以以百分数计百分数计百分数计百分数计.在一定程度上可表示活性炭对较大分子有机物的在一定程度上可表示活性炭对较大分子有机物的在一定程度上可表示活性炭对较大分子有机物的在一定程度上可表示活性炭对较大分子有机物的吸附能力吸附能力吸附能力吸附能力.n n水容量水容量水容量水容量 指活性炭全部孔隙内充满水时的最大吸水量指活性炭全部孔隙内充满水时的最大吸水量指活性炭全部孔隙内充满水时的最大吸水量指活性炭全部孔隙内充满水时的最大吸水量.在活性炭制造和再生现场在活性炭制造和再生现场在活性炭制造和再生现场在活性炭制造和再生现场,可以用来估价活性炭的总孔可以用来估价活性炭的总孔可以用来估价活性炭的总孔可以用来估价活性炭的总孔容积容积容积容积.n n2)2)2)2)动态吸附性试验动态吸附性试验动态吸附性试验动态吸附性试验57 电厂废水及治理你现在浏览的是第五十七页，共70页4.4 4.4 吸附法的应用吸附法的应用n n在给水处理中在给水处理中 去除微量有害物质、色度及臭味。去除微量有害物质、色度及臭味。n n在废水的深度处理中在废水的深度处理中 去除难于生化降解或化学氧化去除难于生化降解或化学氧化法难于氧化的少量有害物质，包括木质素、氯和硝基法难于氧化的少量有害物质，包括木质素、氯和硝基取代的芳烃化合物、杂环化合物、洗涤剂、合成染料、取代的芳烃化合物、杂环化合物、洗涤剂、合成染料、DDT等。等。n n活性炭处理废水，能把废水处理到可重复利用的活性炭处理废水，能把废水处理到可重复利用的程度。程度。58 电厂废水及治理你现在浏览的是第五十八页，共70页吸水井混凝沉淀快滤消毒（英国阿林顿水厂）原水粉末活性炭澄清池滤池清水池消毒（美国俄亥俄水厂）原水粉末活性炭混凝沉淀快滤消毒（美国某水厂）原水粉末活性炭在处理有机物方面的应用：在处理有机物方面的应用：59 电厂废水及治理你现在浏览的是第五十九页，共70页例例1 1：用：用活性炭吸附水中色素的试验方程为：活性炭吸附水中色素的试验方程为：今有今有100L100L溶液，色素浓度为溶液，色素浓度为0.05g/L0.05g/L，欲将色素去除，欲将色素去除99%99%，需加多少活性炭？需加多少活性炭？解：平衡时的解：平衡时的60 电厂废水及治理你现在浏览的是第六十页，共70页例例2 2：某河水的：某河水的CODCODMn Mn 6mg/L6mg/L，欲采用投加粉末状活性，欲采用投加粉末状活性炭的方法将炭的方法将CODCODMn Mn 降为降为2mg/L2mg/L，处理水量为，处理水量为100m100m3 3/h,/h,求粉求粉末活性炭的投加量？末活性炭的投加量？解：截距解：截距220mg220mg（C Ce e=1mg/L=1mg/L），斜），斜率率0.50.5，故，故n=2n=2。当。当C Ce e=2mg/L=2mg/L时，活时，活性炭的吸附