吸附工艺的概述，主要从定义、类型、吸附剂种类和应用这四个方面进行介绍。

吸附的定义

先看一下吸附过程：

多孔固体物质因为表面分子或原子受力不平衡会产生表面张力，因而具有表面能。这种多空物质与原水接触时，就会选择性地使原水中的某些物质附着于固体表面，从水中分离出来。

由上可知，吸附的主要作用就是去除水中的溶解性物质（这一点与过滤不同，过滤的是不溶性物质），具有吸附能力的多孔物质称为吸附剂，被吸附到吸附剂表面的物质称为吸附质。

因此吸附就是吸附质附着到吸附剂表面的过程，而吸附质从吸附剂表面脱落到水中的过程则被称为解吸。

吸附剂的吸附能力是与固体表面的表面张力是有相关性的，可以用Gibbs公式（表征某组分在界面上的吸附量、界面张力及该组分在体相中之活度(或逸度)的关系）进行描述：

其中a的值与表面张力dγ/dC的变化有关。

如果某个溶质能降低溶液的表面张力，即dγ/dC＜0，那么a＞0，可以产生吸附作用；反之则会产生解吸作用。

吸附的类型

根据吸附剂表面吸附力的不同，吸附通常分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附这三种类型。

物理吸附

由于吸附剂与吸附质之间的分子引力而产生的吸附称为物理吸附，这个分子引力就是范德华力，所以也称为范德华吸附。

物理吸附发生时，表面能降低，吸附过程放热，吸附热较小；

相对而言，吸附没有选择性，可以吸附多种物质；

在吸附剂表面可形成单分子吸附层或多分子吸附层；

吸附过程可逆，比较容易发生解吸。

化学吸附

吸附剂与吸附质之间由于化学键力的化学作用而产生的吸附称为化学吸附，也称为活性吸附。

由于发生了化学反应，通常吸附热较大，一般在较高温度下进行；

吸附过程具有选择性，通常情况下只会形成单分子吸附层；

当化学键力比较大时，吸附过程就不可逆了，吸附剂也难以再生。例如使用石灰Ca(OH)2吸收空气中的二氧化碳CO2，生成碳酸钙CaCO3，这个化学吸附过程就不可逆，除非再高温煅烧。

离子交换吸附

吸附质的离子由于静电引力聚集到吸附剂表面的带电点位上，并置换出带电点位上原有离子的过程称为离子交换吸附。

其吸附能力与离子所带的电荷数量有关，电荷越多，吸附力越强；

对于同种电荷的离子，其水合离子的半径越小，就越容易吸附。

以上三种吸附过程基本不是单独存在的，在日常的水处理中，大部分吸附现象都是由上述三种吸附过程综合作用的结果。

吸附的种类

水处理中有多种类型的吸附剂，如下图所示：

这里我们就应用最为广泛的活性炭为例进行介绍，对其它类型感兴趣的朋友们可以自行学习，或者有机会我再开个新篇逐一介绍。

先看一下活性炭的制造工艺流程图：

活性炭的制造工艺流程

先将煤或木质的原料成型，然后在400℃的无氧条件下碳化，最后在800~900℃的温度下通入水蒸气或二氧化碳就行活化。

活性炭根据其外形特征分为颗粒活性炭（GAC）和粉末活性炭（PAC），这里注意一下，此PAC不是絮凝剂中的PAC，缩写一致，但全称和意义不同。

活性炭分类

活性炭的空隙比较发达，比表面积较大，可以达到700~1200㎡/g。其空隙的结构可以分为微孔、中孔和大孔三类，其巨大的比表面积主要由微孔提供。

活性炭内部结构

微孔孔径＜4nm，占到总的比表面积的95%以上；中孔孔径在4~100nm之间，占比5%以下，也称为过度孔；大孔孔径＞100nm，占比非常小，通常＜1%，位于活性炭外表面附近。

虽然活性炭是一种非极性吸附剂，但其表面会呈现微弱的极性，所以对于水中非极性和弱极性的有机物均有比较好的吸附能力。

吸附的应用

作为一种使用简单的处理工艺，吸附在水和废水处理中的应用自然是十分广泛的。

给水处理

吸附工艺在给水处理中的应用

通过在混凝阶段投加粉末活性炭，可以应对水源季节性的水质恶化，应急处理突发的水源污染事故来保证水质。

通过在传统过滤工艺之后增加颗粒活性炭，可以针对微污染水源进行深度处理，提高水质，保证给水安全。

废水处理

通常用于常规处理工艺后，通过吸附作用，使废水达到排放标准，或进一步的处理要求。

废水处理中，吸附工艺常常用于深度处理或再生利用，主要去除对象是常规工艺难以去除的色度、难降解有机物、氮磷等物质。

结 语

总的来说，吸附工艺的应用是十分广泛的，关于其具体的吸附能力和吸附效果，后面会有两片推文进行分别介绍。

来源：百家号 文：小白科普水处理