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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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3 n9 B7 {; Y- Y 一、活性炭的性质. C' E+ }' x" E* ^
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$ c W; O( r5 p! ~% y 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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% q8 y& p" a: e4 M3 W0 Y. R 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。1 s. v4 h; {& G S4 p, H/ @
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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。+ n G& U! a" A' M: Z) i- G1 Z
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e5 Y* h& ?/ S9 r& H7 u 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。
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二、吸附质(溶质或污染物)的性质
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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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(一)溶解度 {7 z' X4 z7 Q% f0 Z6 ]
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. p9 [2 _. ~0 ?; I3 X 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。5 V9 |2 ?7 ]0 ~! s
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; P+ D A$ |8 g# H0 P: M D0 U6 g+ e 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。
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. M' @8 j* l- c( P9 D (二)分子构造
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9 i+ d# s) H" \- u9 P9 u( @7 z- w 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。
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9 \4 T6 g4 A( O! e/ U (三)极性
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: h$ ^' h0 f* D2 P4 V" l 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。# W* y& F( w1 T! h9 \, m) l3 f9 d
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6 o7 s: O0 |& A2 L$ F6 A5 e- u! o (四)吸附制裁(溶质)
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; i+ o6 f# k% D3 r! z4 m 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。4 f, {& c, o( E* P1 b; t( {2 a9 I
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$ \8 U. h2 _; \% x9 h1 s# I6 Z& y* M 三、溶液pH的影响
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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 ~' J7 H& T2 R) H- } x
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。
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) H2 u. p" {) ~( l$ s 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。
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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。4 y5 [& ?$ [: M& A- U( y6 [
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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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5 v8 u4 V' N+ Y3 ?1 ^9 a$ | 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。+ J0 B+ u% f$ y
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6 Q1 a4 M) ~, M/ z n3 |$ l 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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用活性炭处理水时,温度对吸附的影响不显著。
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五、多组分吸附质共存的影响( U6 k& f! g" `% ~" q
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9 |8 \2 c* @) \& B' h 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。
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8 g) a% y4 b2 {$ j 六、吸附操作条件$ e$ c! _, h7 P' n
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, J I5 B* L: I 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。( @3 d/ d) f' w! Z* K, m" K
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: h4 Q* v$ j0 C& a 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。
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