活性炭吸附水的除氟課件

19.2活性炭吸附19.2.1吸附概述

19.2.2活性炭吸附

19.2.3活性炭吸附的應用19.2.4

活性炭吸附操作方式19.2.5活性炭的再生

1No.2

19.2.1吸附概述1吸附概念2吸附機理3吸附分類4等溫吸附的經(jīng)驗方程2No.3

1吸附概念吸附——在相界面上，物質(zhì)的濃度自動發(fā)生累積或濃集的現(xiàn)象。在水處理中是固體物質(zhì)表面對水中物質(zhì)的吸附作用。吸附法——利用多孔性的固體物質(zhì)，使水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。吸附劑——具有吸附能力的多孔性固體物質(zhì)。吸附質(zhì)——水中被吸附的物質(zhì)。脫附——吸附在吸附劑機劑表面的吸附質(zhì)從吸附劑表面脫落。3No.4

2吸附機理吸附過程是一個自發(fā)過程。原因：分子間和分子內(nèi)鍵與健之間存在作用力（吸附力）。吸附作用：化學作用和物理化學作用（包括氫鍵、偶極矩作用和范德華力)。4No.5

1、物理吸附——吸附劑和吸附質(zhì)之間通過分子間力產(chǎn)生的吸附。其吸附熱較小，在低溫下就能進行。可形成單分子吸附層或多分子吸附層。一種吸附劑可吸附多種吸附質(zhì)。2、化學吸附——吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生的化學作用，是由于化學鍵力引起的。在較高溫度下進行，吸附熱較大?；瘜W吸附具有選擇性。吸附只能形成單分子吸附層。化學吸附是不可逆的。3吸附分類5No.6

在水處理中，大部分的吸附往往是幾種吸附綜合作用的結(jié)果。由于吸附質(zhì)、吸附劑及其它因素的影響，可能某種吸附是主要的。例如有的吸附在低溫時主要是物理吸附，在高溫時主要是化學吸附。

3吸附分類6No.7

吸附容量——達到吸附平衡時，每克活性炭所吸附的溶質(zhì)量。即：吸附等溫線：單位吸附劑的吸附容量qe和平衡溶液濃度Ce之間的關系曲線。4等溫吸附的經(jīng)驗方程初始濃度Ci平衡濃度CeVVmg碳7No.8

Freundlich吸附等溫式是一個經(jīng)驗公式，表達形式為：對等式兩邊取對數(shù)可將等式線性化為:

4等溫吸附的經(jīng)驗方程qeCelgqelgCelgK1/n8No.9

19.2.2活性炭吸附1活性炭簡介2活性炭的吸附性質(zhì)3影響活性炭吸附的因素4活性炭的吸附特性9No.10

1活性炭簡介活性炭分類活性炭的制備活性炭細孔構(gòu)造和分布10No.11

1活性炭簡介活性炭分類：

粉末炭（PAC）：

優(yōu)點：吸附速度快、吸附效果好。在水質(zhì)惡化的季節(jié)，能夠迅速去除水中的臭、味等。所需要的基建費用比較低。缺點：沖擊負荷適應性差，吸附能力未被充分利用。污泥處理困難，作業(yè)環(huán)境惡劣再生困難，常常只使用一次，所以運行費用較高。適用條件建造顆粒炭床困難的情況及短期應急措施11No.12

1活性炭簡介活性炭分類：

粒狀炭（GAC）

優(yōu)點：

吸附量大，可定期再生，出水水質(zhì)效果好。缺點：

基建投資大。適用場所：

長期、有建設場地處，出水水質(zhì)要求較高時。12No.13

1活性炭簡介活性炭的制備活件炭是用含炭為主的物質(zhì)(如木材、煤)作原料，經(jīng)高溫炭化和活化而制成的疏水性吸附劑，外觀呈黑色。

炭化：隔絕空氣條件下對原材料加熱，熱解成炭渣，溫度在600℃以下?；罨貉趸瘎┑淖饔孟拢瑢μ炕蟮牟牧霞訜?，以形成多孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。溫度在800～900℃時，用蒸汽或二氧化碳為氧化劑溫度在600℃以下時，用空氣做氧化劑13No.14

活性炭的細孔構(gòu)造和分布以碳作骨架結(jié)構(gòu)的黑色固體物質(zhì)。活性炭的發(fā)達孔隙，表面積極大，活性炭的表面積達500—1700m2/g碳。具有良好的吸附特性。細孔:表面積占整個表面積的95％以上。過渡孔：其表面積占5％以下。大孔：表面積只有0.5~2m2/g14No.15

大孔的作用擴散通道，吸附質(zhì)通過此通道擴散到過渡孔和小孔中去。過渡孔的作用提供通道，促使吸附質(zhì)通過它擴散到小孔中起作用，活性炭對大分子吸附質(zhì)的吸附主要靠過渡孔來完成的。小孔的作用吸附量主要受小孔支配。

活性炭的細孔構(gòu)造和分布15

吸附過程一般分為3個階段：

1.液膜擴散（顆粒外部擴散）階段2.顆粒內(nèi)部擴散階段3.吸附反應階段：吸附質(zhì)被吸附在細孔內(nèi)表面上。吸附反應速度非?？欤琕主要取決于第I、II階段速度，而顆粒外部擴散速度（液膜擴散）U=f(c、d、攪動)16

溶液濃度C↑，則U↑顆粒直徑d↓，則U↑加強攪動，則U↑而顆粒內(nèi)部擴散速度V=f（細孔大小與構(gòu)造，吸附質(zhì)的d）吸附劑顆粒直徑d↓，V↑。d的大小對內(nèi)、外部擴散都有很大影響，d↓,V↑。所以，粉末狀活性炭比粒狀活性炭的吸附速度要快，接觸時間短，設備容積小。

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吸附的影響因素1.吸附劑的性質(zhì)吸附劑的種類、顆粒大小、比表面積，顆粒的細孔構(gòu)造與分布、吸附劑是否是極性分子等。2.吸附質(zhì)的性質(zhì)（1）溶解度：越低越容易吸附，具有較大的影響。（2）使液體表面自由能W降低得越多的吸附質(zhì)則越容易被吸附。18

（3）極性極性吸附劑易吸附極性的吸附質(zhì)。

（物以類聚）非極性吸附劑易吸附非極性的吸附質(zhì)。（4）吸附質(zhì)分子的大小和不飽和度?；钚蕴浚阂孜椒肿又睆捷^大的飽和化合物合成沸石：易吸附分子直徑小的不飽和化合物（5）吸附質(zhì)的濃度較低時，提高C可增加吸附量。以后C↑，q增加很小，直至為一定值。

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3.廢水的PH值活性炭一般在酸性溶液中比在堿性溶液中吸附效果較好。4.共存物質(zhì)：對于物理吸附，共存多種物質(zhì)時的吸附比單一物質(zhì)時的吸附要差。5.溫度：對于物理吸附，T高則不利，吸附量減少。6.接觸時間：應保證吸附達到平衡時的時間，而該時間的大小取決于吸附速度V，V大則所需時間短。20No.21

2活性炭的吸附性質(zhì)活性炭吸附性質(zhì)的參數(shù)：碘值、糖蜜值

碘值：在一定條件下活性炭吸附碘的量，表示活性炭對小分子物質(zhì)的吸附性能；糖蜜值則表示活性炭對大分子物質(zhì)的吸附性能。評價活性炭的吸附性能：如四氯化碳吸附值、亞甲基藍指數(shù)、苯酚吸附值21No.22

3影響活性炭吸附的因素1)吸附質(zhì)的性質(zhì)吸附質(zhì)的性質(zhì)及活性炭的性質(zhì)共同決定了活性炭對這種吸附質(zhì)的吸附性能。分子的疏水性越強越容易被吸附。分子量增大到一定程度后，平衡吸附量難以進入孔隙中而降低。對非極性分子以及中性分子的吸附能力大于對極性分子的吸附能力。22容易吸附和不易吸附的有機物容易吸附的有機物不易吸附的有機物芳香族溶劑，如苯、甲苯、硝基苯低分子有機物、如酮、酸氯代芳香化合物，如氯酚糖類、淀粉多球芳香化合物大分子有機物或者膠體殺蟲劑及除草劑，如莠去津氯化物，如四氯化碳，三氯乙烯、溴仿高分子烴類，如燃料，汽油、腐殖酸等低分子脂肪化合物23No.24

3影響活性炭吸附的因素2)其他因素

pH值：如苯酚，當pH＜6時，苯酚很容易被吸附，當pH＞10時，苯酚大部分電離為離子狀態(tài)容易脫附下來無機沉淀：如鐵、鎂、鈣等，在活性炭表面可能形成沉淀，這些沉淀往往會阻礙吸附的進一步發(fā)生。24No.25

4活性炭的吸附特性1)去除微量有機物腐殖酸——可與其他有機物一起在氯消毒中形成氯仿、四氯化碳等，活性炭具有去除其的良好性能。異臭——活性炭對植物性臭、魚腥臭、芳香臭、土臭等處理有效。色度——對水生植物和藻類產(chǎn)生的色度有較好的去除效果。農(nóng)藥、烴類化合物（石油）氯化致突變前驅(qū)物（THM）——高分子有機物。25No.26

4活性炭的吸附特性2)去除水中部分無機物重金屬——六價鉻、銀、汞、鉛、鎳。余氯——活性炭對氯和氯胺作用是化學反應。氰化物、放射性物質(zhì)氨氮——活性炭對氨氮無去除效果，臭氧聯(lián)用，有一定效果。26No.27

19.2.3活性炭吸附的應用1活性炭在水處理中的應用臭和味的去除總有機碳（TOC）的去除消毒副產(chǎn)物(DBPs）前驅(qū)物的去除揮發(fā)性有機物(VOCs）的去除人工合成有機物（SOCs）的去除城市污水深度處理高濃度有機廢水深度處理重金屬離子去除27No.28

19.2.3活性炭吸附的應用2粉末炭的應用原水突發(fā)性或季節(jié)性出現(xiàn)污染物增高、異味、異臭和THM前驅(qū)物濃度很高時，作為應急措施投加粉末活性炭。投加于絮凝沉淀或澄清前，接觸吸附水中微污染物后，經(jīng)沉淀、過濾去除。投加點的選擇：水廠的吸水口快速混合器前沉淀池出水處濾池的進水處28No.29

19.2.3活性炭吸附的應用3粒狀活性炭的應用顆粒活性炭吸附——在濾池后除去有機污染物、THM前驅(qū)物、異味、臭味。臭氧—活性炭工藝：活性炭濾池。臭氧作用：改變大分子有機物的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，利于微孔吸附；給濾池中的微生物提供溶解氧。29No.30

19.2.4活性炭吸附操作方式1）靜態(tài)吸附在廢水不流動的條件下，進行的吸附操作。2）動態(tài)吸附動態(tài)吸附是在廢水流動條件下進行的吸附操作。⑴固定床⑵移動床⑶流化床30活性炭吸附泄漏曲線31No.32

32No.33

(a)(b)(c)固定床吸附操作示意圖單床式多床串聯(lián)式多床并聯(lián)式33串并聯(lián)比較并聯(lián)系統(tǒng)一般使用3～4個活性炭柱，所用水泵揚程低，動力費用??；串聯(lián)系統(tǒng)適用于泄漏曲線坡度較小、處理單位水量的用炭量較大、要求出水水質(zhì)較好的情況。No.2934No.35

(2)移動床

移動床的操作方式是水從吸附塔底部進入，由塔頂流出。塔底部接近飽和的某一段高度的吸附劑間歇地排出，再生后從塔頂加入。

這種型式的優(yōu)點是占地面積小，連接管路少，基本上不需要反沖洗。缺點是難于均勻排出炭層，操作要求較高，不能使塔內(nèi)吸附劑上下層互混。

目前較大規(guī)模的廢水處理多采用。35No.36

(3)流動床(流化床)

這種操作方式與固定床和移功床不同的地方在于吸附劑在塔內(nèi)處于膨脹狀態(tài)或流化狀態(tài)。被處理的廢水與活性炭基本上也是逆流接觸。用少量的炭就可處理較多的廢水，基建費用低、這種操作適于處理含懸浮物較多的廢水，不需要進行反沖。流化床一般連續(xù)卸炭連續(xù)投炭，空塔速度要求上下不混層。保持炭層成層狀向下移功，所以遠行操作要求嚴倍。為克服這個缺點開發(fā)出多層流化床，這種床每層的活性炭可以相混，新炭從塔頂投入。依次下移，移到底部時達到飽和狀態(tài)和卸出。36No.37

19.2.5活性炭的再生

用某種方法將被吸附的物質(zhì)，從吸附劑的細孔中除去，以達到能重復使用的目的。1.加熱再生法：由脫水、干燥、炭化，活化、冷卻等5步組成。2.藥劑再生法：無機酸或NaOH，有機溶劑（苯、丙酮等）。3.化學氧化法：電解氧化法，O3氧化法，濕式氧化法。4.生物法：利用微生物的作用，將被活性炭吸附的有機物加以氧化分解。37No.38

活性炭高溫加熱再生系統(tǒng)由再生爐、活性炭貯罐、活性炭輸送及脫水裝置等組成。活性炭漿池泥漿泵失效炭脫水罐螺旋傳送器廢氣處理裝置再生爐水蒸汽冷卻罐再生炭儲罐炭末排水再生炭干式加熱再生系統(tǒng)3819.2.6吸附塔的設計

10.4.1博哈特——亞當斯計算法1.博哈特——亞當斯方程式式中：t——工作時間，h；V——線速度，即空塔速度，m/h；h——炭層高度，m；Co——進水吸附質(zhì)濃度，kg/m3Ce——出水吸附質(zhì)允許濃度，kg/m3K——速率系數(shù)，m3/（kg·h）；No——吸附容量，即達到飽和時吸附劑的吸附量（kg/m3）。

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>>1，上式等號右邊括號內(nèi)的1可忽略不計，則工作時間t：

臨界高度ho：當t=0時，保證出水吸附質(zhì)濃度C不超過Ca（穿透濃度）時的吸附劑層的理論高度

ho即吸附帶高度，ho↓吸附反應越快。40

2.模型試驗——求臨界高度ho

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截距：；；；線速度（m/h）；以不同的V進行上述試驗，將不同V時的No、K、ho作圖，可分別得出K—V、No—V、ho—V三條曲線。

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3.吸附塔設計已知廢水設計流量Q（m3/h），原水吸附質(zhì)濃度Co，出水吸附質(zhì)允許濃度Ce。（1）吸附工作時間t——吸附柱出水達到穿透點的時間，線速度

（m/h）查圖得出K、No、ho（小時）

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（2）活性炭每年更換次數(shù)n（吸附劑再生次數(shù)）（次/a）（3）活性炭年消耗量W（m3/a）（4）吸附質(zhì)年去除量G（kg/a）：，Co、Ce均以mg/L為單位(kg/a)

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(5)吸附效率E式中：No——達到飽和時吸附劑的吸附量，（kg/m3）h——炭層高度；ho——臨界高度則：

46474849碳濾池50碳濾池51除氟方法《衛(wèi)生標準》規(guī)定，氟化物含量不超過1.0mg/L。含氟原水pH值常大于7.5。除氟方法：吸附過濾法——吸附劑：活性氧化鋁、骨炭、活性炭和磷酸三鈣；膜法——電滲析和反滲透，也去除水中的其他離子，尤其適合于含氟苦咸水的淡化。絮凝沉淀法——投加混凝劑，生成絮體而吸附氟化物?；炷齽轰X鹽。離子交換法——利用螯合有鋁離子的胺基磷酸樹脂對氟離子有極好的吸附效果。19.3水的除氟52除氟方法19.3水的除氟目前常用：活性氧化鋁、電滲析、絮凝沉淀。水量大—活性氧化鋁法含氟量偏低—可采用絮凝沉淀法方法處理水量原水含鹽量出水含鹽量pH值水利用率活性氧化鋁電滲析絮凝沉淀大小小無要求500~10000含量低不變＞200mg/L增高6~7無要求6.5~7.5高低高除氟方法的特點和比較53活性氧化鋁法活化除氟再生19.3水的除氟54活性氧化鋁法活性氧化鋁是吸附劑，具有很大的表面積?；钚匝趸X對陰離子的吸附交換順序：3.影響活性氧化鋁吸附