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由于活性炭水处理所涉及的吸附过程和作用原理较为复杂,因此影响因素也较多。主要与活性炭的性质、水中污染物的性质、活性炭处理的过程原理以及选择的运转参数与操作条件等有关。
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一、活性炭的性质5 G5 _; D" ]8 y L! S
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由于吸附现象发生在吸附剂表面上,所以吸附剂的比表面积是影响吸附的重要因素之一,比表面积越大,吸附性能越好。
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因为吸附过程可看成三个阶段,内扩散对吸附速度影响较大,所以活性炭的微孔分布是影响吸附的另一重要因素。
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此外活性炭的表面化学性质、极性及所带电荷,也影响吸附的效果。
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. i/ ]/ R6 w9 B x- w$ X 用于水处理的活性炭应有三项要求:吸附容量大、吸附速度快、机械强度好。活性炭的吸附容量附其他外界条件外,主要与活性炭比表面积有关,比表面积大,微孔数量多,可吸附在细孔壁上的吸附质就多。吸附速度主要与粒度及细孔分布有关,水处理用的活性炭,要求过渡孔(半径20~1000A)较为发达,有利于吸附质向微细孔中扩散。活性炭的粒度越小吸附速度越快,但水头损失要增大,一般在8~30目范围较宜,活性炭的机械耐磨强度,直接影响活性炭的使用寿命。( d$ v, L; N: \ ?
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# }( M$ t; w# `+ q8 ` 二、吸附质(溶质或污染物)的性质; h, Y( N' i" B5 D
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; P, J' }7 B" k7 x# H 同一种活性炭对于不同污染物的吸附能力有很大差别。
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, O, _; [$ q- _ V (一)溶解度5 W3 F; T% J8 P9 e1 H; m: F+ z$ l
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对同一族物质的溶解度随链的加长而降低,而吸附容量随同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小,越易吸附。
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* C+ G) M/ k* \- m4 _* @ 如活性炭从水中吸附有机酸的次序是按甲酸--乙酸--丙酸--丁酸而增加。5 H Q' o) V$ [; i
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(二)分子构造2 r1 F$ O1 r/ Z* j) Q' l$ B) \
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# v, e5 h$ U. Q8 f2 e 吸附质分子的大小和化学结构对吸附也有较大的影响。因为吸附速度受内扩散速度的影响,吸附质(溶质)分子的大小与活性炭孔径大小成一定比例,最利于吸附。在同系物中,分子大的较分子小的易吸附。不饱和键的有机物较饱和的易吸附。芳香族的有机物较脂肪族的有机物易于吸附。/ S+ [2 M# F0 n6 p# ^
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(三)极性! s; b" [1 y1 O" J
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活性炭基本可以看成是一种非极性的吸附剂,对水中非极性物质的吸附能力大于极性物质。! ?1 A. Q9 o+ Q
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(四)吸附制裁(溶质)
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, |/ e+ ]( Y: {' [$ t4 `4 l 吸附质的浓度在一定范围时,随着浓度增高,吸附容量增大。因此吸附质(溶质)的浓度变化,活性炭对该种吸附质(溶质)的吸附容量也变化。& O& P2 T, f2 J6 `
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& J! I, [- |" D, | C 三、溶液pH的影响+ z7 j8 X" E& u2 }8 o/ P) z3 F0 t: q
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溶液pH值对吸附的影响,要与活性炭和吸附质(溶质)的影响综合考虑。
9 [2 f+ p8 B, T# \8 m溶液pH值控制了酸性或碱性化合物的离解度,当pH值达到某个范围时,这些化合物就要离解,影响对这些化合物的吸附。# h& [8 o+ {6 f, M' U. C3 T5 d
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溶液的pH值还会影响吸附质(溶质)的溶解度,以及影响胶体物质吸附质(溶质)的带电情况。6 d4 d: ~+ X6 |* G3 E
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. C$ R- a! L2 [. Q- A9 y' ~1 M 由于活性炭能吸附水中氢、氧离子,因此影响对其他离子的吸附。2 x; ^+ Y5 ]; _; m0 ~6 N
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活性炭从水中吸附有机污染物质的效果,一般随溶液pH值的增加而降低,pH值高于9.0时,不易吸附,pH值越低时效果越好。在实际应用中,通过试验确定最佳pH值范围。
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四、溶液温度的影响
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因为液相吸附时吸附热较小,所以溶液温度的影响较小。
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) T! \& [1 L' p" U0 o 吸附是放热反应。吸附热,即活性炭吸附单位重量的吸附质(溶质)放出的总热量,以KJ/mol为单位。吸附热越大,温度对吸附的影响越大。
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另一方面,温度对物质的溶解度有影响,因此对吸附也有影响。
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& z; c* U5 K2 _$ W# K. M 用活性炭处理水时,温度对吸附的影响不显著。, H4 ?1 f; l8 {" I$ M5 s3 S5 @- L
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1 Y0 P6 l! v" W- Z; U4 t8 A2 ]. \ 五、多组分吸附质共存的影响
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+ n- a, _5 k9 f5 l. Z 应用吸附法处理水时,通常水中不是单一的污染物质,而是多组分污染物的混合物。在吸附时,它们之间可以共吸附,互相促进或互相干扰。一般情况下,多组分吸附时分别的吸附容量比单组分吸附时低。" Z; W- b. x* c8 ?9 x
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六、吸附操作条件
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8 k: k5 q; G1 M1 c3 ^ G$ V$ A 因为活性炭液相吸附时,外扩散(液膜扩散)速度对吸附有影响,所以吸附装置的型式、接触时间(通水速度)等对吸附效果都有影响。
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# u3 c: M' P9 k( O. K 综上所述,影响吸附的因素很多,应综合分析,根据具体情况,选择最佳吸附条件,达到最好的吸附效果。! o+ A0 |* \# H/ E
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