活性炭过滤器用于水处理中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有关。
1.活性炭的性质
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。因为吸附过程可以看成三个阶段, 内扩散对吸附速度的影响较大,所以活性炭的微孔分布是影响吸附的另一重要因素;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。
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。活性炭的吸附容量除其他外界条件外,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。
2.吸附质溶质或污染物.的性质
同一种活性炭对于不同污染物的吸附能力有很大差别。
① 溶解度:同一族有机污染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相对分子质量的增大而增加。溶解度越小,越容易吸附, 如活性炭从水中吸附有机酸的次序是按甲酸—乙酸—丙酸一丁酸而增加。
② 分子构造: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,分子大的比分子小的容易吸附。具有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,
③ 极性: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。
④ 吸附质的浓度:吸附质的浓度在一定范围内时,随着浓度增高,吸附容量 增大。因此吸附质的浓度发生变化,活性炭对该吸附质的吸附容量也随之改变。
3.溶液 pH 值的影响
溶液 pH 值对吸附的影响,要与活性炭和吸附质的影响综合考虑,溶液的 pH 值控制了酸性和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;溶液的 pH 值还会影响吸 附质的溶解度,以及影响胶体物质吸附质的带电情况;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。
活性炭从水中吸附有机污染物的效 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 低吸附效果越好。在实际应用中,需要通过实验确定最佳 pH 值范围。
4.溶液温度的影响
由于液相吸附时吸附热较小,所以溶液温度的影响较小。吸附是放热反应, 吸附热即系统吸附单位质量的吸附质(溶质)所放出的总热量,以 kJ/mol 为单 位。吸附热越大,温度对吸附的影响越大。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。
5.多组分吸附质共存的影响
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, 多组分吸附时各自的吸附容量比单组分吸附时低。
6.吸附操作条件的影响
活性炭对液相吸附时,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。
综上所述,影响吸附的因素很多,使用时应综合分析,根据具体情况选择最佳吸附条件,达到最好的吸附效果。活性炭过滤器在水处理中发挥着重要作用,通过其强大的吸附能力去除水中的有机物质、余氯、铁氧化物等污染物,提高水的品质和使用效果,并保护后续处理设备免受损害。其不仅适用于家用自来水处理、饮水机、咖啡机、冰箱等设备中,还广泛应用于游泳池水质净化、工业废水处理等领域。