活性炭的工作原理

活性炭過濾器是將水中懸浮狀態的污染物進行截留的過程，被截留的懸浮物充塞于活性炭間的空隙。濾層孔隙尺度以及孔隙率的大小，隨活性炭料粒度的加大而增大。即活性炭粒度越粗，可容納懸浮物的空間越大。其表現為過濾能力增強，納污能力增加，截污量增大。同時，活性炭濾層孔隙越大，水中懸浮物越能被更深地輸送至下一層活性 炭濾層，在有足夠保護厚度的條件下，懸浮物可以地被截留，使中下層濾層地發揮截留作用，機組截污量增加。

從嚴格的理論上講，活性炭所具有的對懸浮物的截留能力來自活性炭所提供的表面積。流速低時，機組的過濾能力主要地來自活性炭的篩除作用，而流速快時，過濾能力來自活性炭顆粒表面的吸附作用，在過濾過程中活性炭所提供 的顆粒表面積越大，對水中懸浮物的附著力越強。 根據吸附過程中，活性炭分子和污染物分子之間作用力的不同，可將吸附分為兩大類：物理吸附和化學吸附(又稱活性吸附)。在吸附過程中，當活性炭分子和污染物分子之間的作用力是范德華力(或靜電引力)時稱為物理吸附； 當活性炭分子和污染物分 子之間的作用力是化學鍵時稱為化學吸附。物理吸附的吸附強度主要與活性炭的物理性質有關，與活性炭的化學性質基本無關。由于范德華力較弱，對污染物分子的結構影響不大，這種力與分子間內聚力一樣，故可把物理吸附類比為凝聚現象。物理吸附時污染物的化學性質仍然保持不變。由于化學鍵強，對污染物分子的結構影響較大，故可把化學吸附看做化學反應，是污染物與活性炭間化學作用的結果。化學吸附一般包含電子對共享或電子轉移，而不是簡單的微擾或弱極化作用，是不可逆的化學反應過程。物 理吸附和化學吸附的根本區別在于產生吸附鍵的作用力。吸附過程是污染物分子被吸附到固體表面的過程，分子的自由能會降低，因此，吸附過程是放熱過程，所放出的熱稱為該污染物在此固體表面上的吸附熱。由于物理吸附和化學吸附的作用力不同，它們在吸附熱、吸附速率、吸附活化能、吸附溫度、選擇性、吸附層數和吸附光譜等方面表現出的差異。活性炭吸附技術在國內用于醫藥、化工和食品等工業的精制和脫色已有歷史。70年代開始用于工業廢水處理。

生產實踐表明，活性炭對水中微量污染物具有很好的吸附性，它對紡織印染、染料化工、食品加工和化工等工業廢水都有良好的吸附效果。一般情況下，對廢水中以BOD、COD等綜合指標表示的物，如合成 染料、表面性劑、酚類、苯類、氯、農藥和石油化工產品等，都有的去除能力。所以，活性炭吸附法已逐步成為工業廢水二級或處理的主要方法之一。吸附是一種物質附著在另一種物質表面上的緩慢作用過程。吸附是一種界面現象，其與表面張力、表面能的變化有關。引 起吸附的推動能力有兩種，一種是溶劑水對疏水物質的排斥力，另一種是固體對溶質的親和吸引力。廢水處理中的吸附，多數是這兩種力綜合作用的結果。活性炭的比表面積和孔隙結構直接影響其吸附能力，在選擇活性炭時，應根據廢水的水質通過試驗確定。對印染廢水宜選擇過渡孔發達的炭種。此外，灰分也有影響，灰分愈小，吸附性能愈 好；吸附質分子的大小與炭孔隙直徑愈接近，愈容易被吸附；吸附質濃度對活性炭吸附量也有影響。在濃度范圍內，吸附量是隨吸附質濃度的增大而增加的。另外，水溫和pH值也有影響。吸附量隨水溫的升高而減少。