活性炭在水处理中的应用.ppt

第4章 活性炭在水处理中的应用
概述
活性炭在净水处理工艺中的应用
用于生活饮用水的除污染处理，去除自来水中的嗅、酚、卤代甲烷和余***等。
用于制备高纯水的预处理，使自来水进行离子交换前，预先去除水中的有机物、微生物、胶体和余***等，以防离子交换树脂被有机物等污染。
用于电镀、印染、炼油等废水的三级处理，使废水二级处理后还不能被生物降解去除的某些剩余有机物，用活性炭吸附去除。
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活性炭的分类
根据活性炭的制造原料、外形、制造方法和使用用途等不同，活性炭分类如下：
1、按外形
粉末活性炭PAC（所需设备较简单，但炭的吸附能力不易充分利用）；
粒状活性炭GAC（炭床一般为固定床，自上而下过滤）。
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2、按形状：圆柱体、球体、空心圆柱体、空心球体、大比表面积的纤维状活性炭；
3、按应用：气相吸附炭、液相吸附炭；
4、按用途：脱色炭、水处理炭、气体吸附炭、吸碘炭、脱硫炭、防毒面具炭、溶剂回收炭。
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活性炭的生产
1、 原材料
原材料范围极广，几乎所有植物源含炭材料，如木削、无烟煤、褐煤、焦炭、果核等，动物的骨、血和肉、塑料、橡胶和纸浆等也可制成活性炭。总之，任何含炭量高、灰分低、价格便宜的物质，都可以用来制造活性炭。工业批量生产的活性炭，一般均以煤、木屑、果核和果壳为原料。
不同原料制成的活性炭，吸附性能是不同的。 如用椰壳制成的活性炭具有最小的孔隙半径，活性炭比表面积大，是气相吸附中用于吸附小分子物质的理想的优质活性炭。
木质活性炭通常具有最大的孔隙半径，适宜用于吸附较大分子的物质，几乎专门用于液相吸附。
煤质活性炭中，褐煤活性炭比烟煤活性炭具有较大的中孔，平均孔径较大，能比较有效地吸附水中大分子有机物。
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水处理用活性炭材质
粉状活性炭：一般用木屑、煤为原料，经炭化、活化、磨粉等工艺制成，主要应用于静态吸附操作(间歇式操作)处理给水除臭、除味以及规模较小的工业或城市污水处理。
颗粒活性炭：按不同的材质可分为椰壳活性炭、果壳活性炭和煤质活性炭。
椰壳活性炭是公认的最好的一种活性炭，不论是吸附速度、吸附能力、强度等各项指标。按照水处理工艺不同可选择不同材质的活性炭产品。
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2、生产过程
炭化过程：也称热解，是在隔绝空气的条件下对原材料加热。原材料放入炭化装置（如管式转炉、多段炉和沸腾炉等）中，温度低于700度条件下吹入惰性气体（常用水蒸气或烟道气）。一般是600度以下。
炭化有两个作用，一是使原材料分解放出水气、一氧化碳、二氧化碳及氢等气体，去除大部分挥发性成分；二是使原材料分解成碎片，并重新集合成稳定的结构。
活化过程：是在有氧化剂的作用下，将炭化成品高温烧除炭化时吸附的碳氢化物和原有孔隙附近的碳原子，使之成为孔隙发达的活性炭。
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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
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活性炭的吸附机理
吸附、吸收
1、吸附：是指物质在二相之间界面上的积聚或浓缩，是一种建立在分子扩散基础上的物质表面现象。
1）吸附剂：活性炭作为固体吸附物，称吸附剂。
2）吸附质或溶质：被吸附的物质称吸附质或溶质。
3）溶剂：水是液相介质，称溶剂。
4）静态吸附：吸附质与吸附剂处于静止状态时发生的吸附；
动态吸附：吸附质与吸附剂相互移动的条件下发生的吸附。
5）解吸：被吸附分子离开固体表面进入液相。
2、吸收：吸收质分子不停留在吸附剂的表面上，而是近乎均匀地渗进固体的结构内部，有时甚至进入固体晶格的原子之间。
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物理吸附和化学吸附
1、物理吸附：吸附质通过一种相当弱的力结合到吸附剂表面上。该方式没有较大选择性，水处理工艺过程一般以此种吸附方式为主。物理吸附可以是单分子层，也可以是多分子层的，解吸也容易。
2、化学吸附：电子在吸附质和吸附剂表面之间交换或共有而出现化学反应，吸附质和吸附剂之间形成化学键，比物理吸附强得多。化学吸附具有较高的选择性，某些工业废水处理以此方式为主。化学吸附总是单分子层或单原子层的，且不易解吸。
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物理吸附
化学吸附
－范德华力；
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，瞬间达到平衡；
；
；
，易解吸；
；
－化学键力；
；
；
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