吸附工藝的概述，主要從定義、類型、吸附劑種類和應(yīng)用這四個方面進行介紹。

吸附的定義

先看一下吸附過程：

多孔固體物質(zhì)因為表面分子或原子受力不平衡會產(chǎn)生表面張力，因而具有表面能。這種多空物質(zhì)與原水接觸時，就會選擇性地使原水中的某些物質(zhì)附著于固體表面，從水中分離出來。

由上可知，吸附的主要作用就是去除水中的溶解性物質(zhì)（這一點與過濾不同，過濾的是不溶性物質(zhì)），具有吸附能力的多孔物質(zhì)稱為吸附劑，被吸附到吸附劑表面的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。

因此吸附就是吸附質(zhì)附著到吸附劑表面的過程，而吸附質(zhì)從吸附劑表面脫落到水中的過程則被稱為解吸。

吸附劑的吸附能力是與固體表面的表面張力是有相關(guān)性的，可以用Gibbs公式（表征某組分在界面上的吸附量、界面張力及該組分在體相中之活度(或逸度)的關(guān)系）進行描述：

其中a的值與表面張力dγ/dC的變化有關(guān)。

如果某個溶質(zhì)能降低溶液的表面張力，即dγ/dC＜0，那么a＞0，可以產(chǎn)生吸附作用；反之則會產(chǎn)生解吸作用。

吸附的類型

根據(jù)吸附劑表面吸附力的不同，吸附通常分為物理吸附、化學(xué)吸附和離子交換吸附這三種類型。

物理吸附

由于吸附劑與吸附質(zhì)之間的分子引力而產(chǎn)生的吸附稱為物理吸附，這個分子引力就是范德華力，所以也稱為范德華吸附。

物理吸附發(fā)生時，表面能降低，吸附過程放熱，吸附熱較??；

相對而言，吸附?jīng)]有選擇性，可以吸附多種物質(zhì)；

在吸附劑表面可形成單分子吸附層或多分子吸附層；

吸附過程可逆，比較容易發(fā)生解吸。

化學(xué)吸附

吸附劑與吸附質(zhì)之間由于化學(xué)鍵力的化學(xué)作用而產(chǎn)生的吸附稱為化學(xué)吸附，也稱為活性吸附。

由于發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，通常吸附熱較大，一般在較高溫度下進行；

吸附過程具有選擇性，通常情況下只會形成單分子吸附層；

當(dāng)化學(xué)鍵力比較大時，吸附過程就不可逆了，吸附劑也難以再生。例如使用石灰Ca(OH)2吸收空氣中的二氧化碳CO2，生成碳酸鈣CaCO3，這個化學(xué)吸附過程就不可逆，除非再高溫煅燒。

離子交換吸附

吸附質(zhì)的離子由于靜電引力聚集到吸附劑表面的帶電點位上，并置換出帶電點位上原有離子的過程稱為離子交換吸附。

其吸附能力與離子所帶的電荷數(shù)量有關(guān)，電荷越多，吸附力越強；

對于同種電荷的離子，其水合離子的半徑越小，就越容易吸附。

以上三種吸附過程基本不是單獨存在的，在日常的水處理中，大部分吸附現(xiàn)象都是由上述三種吸附過程綜合作用的結(jié)果。

吸附的種類

水處理中有多種類型的吸附劑，如下圖所示：

這里我們就應(yīng)用最為廣泛的活性炭為例進行介紹，對其它類型感興趣的朋友們可以自行學(xué)習(xí)，或者有機會我再開個新篇逐一介紹。

先看一下活性炭的制造工藝流程圖：

活性炭的制造工藝流程

先將煤或木質(zhì)的原料成型，然后在400℃的無氧條件下碳化，最后在800~900℃的溫度下通入水蒸氣或二氧化碳就行活化。

活性炭根據(jù)其外形特征分為顆粒活性炭（GAC）和粉末活性炭（PAC），這里注意一下，此PAC不是絮凝劑中的PAC，縮寫一致，但全稱和意義不同。

活性炭分類

活性炭的空隙比較發(fā)達，比表面積較大，可以達到700~1200㎡/g。其空隙的結(jié)構(gòu)可以分為微孔、中孔和大孔三類，其巨大的比表面積主要由微孔提供。

活性炭內(nèi)部結(jié)構(gòu)

微孔孔徑＜4nm，占到總的比表面積的95%以上；中孔孔徑在4~100nm之間，占比5%以下，也稱為過度孔；大孔孔徑＞100nm，占比非常小，通常＜1%，位于活性炭外表面附近。

雖然活性炭是一種非極性吸附劑，但其表面會呈現(xiàn)微弱的極性，所以對于水中非極性和弱極性的有機物均有比較好的吸附能力。

吸附的應(yīng)用

作為一種使用簡單的處理工藝，吸附在水和廢水處理中的應(yīng)用自然是十分廣泛的。

給水處理

吸附工藝在給水處理中的應(yīng)用

通過在混凝階段投加粉末活性炭，可以應(yīng)對水源季節(jié)性的水質(zhì)惡化，應(yīng)急處理突發(fā)的水源污染事故來保證水質(zhì)。

通過在傳統(tǒng)過濾工藝之后增加顆?；钚蕴浚梢葬槍ξ⑽廴舅催M行深度處理，提高水質(zhì)，保證給水安全。

廢水處理

通常用于常規(guī)處理工藝后，通過吸附作用，使廢水達到排放標準，或進一步的處理要求。

廢水處理中，吸附工藝常常用于深度處理或再生利用，主要去除對象是常規(guī)工藝難以去除的色度、難降解有機物、氮磷等物質(zhì)。

結(jié) 語

總的來說，吸附工藝的應(yīng)用是十分廣泛的，關(guān)于其具體的吸附能力和吸附效果，后面會有兩片推文進行分別介紹。

來源：百家號 文：小白科普水處理