吸附工藝的概述，主要從定義、類型、吸附劑種類和應用這四個方面進行介紹。

吸附的定義

先看一下吸附過程：

多孔固體物質因為表面分子或原子受力不平衡會產生表面張力，因而具有表面能。這種多空物質與原水接觸時，就會選擇性地使原水中的某些物質附著于固體表面，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（這一點與過濾不同，過濾的是不溶性物質），具有吸附能力的多孔物質稱為吸附劑，被吸附到吸附劑表面的物質稱為吸附質。

因此吸附就是吸附質附著到吸附劑表面的過程，而吸附質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)的關系）進行描述：

其中a的值與表面張力dγ/dC的變化有關。

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

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之間的分子引力而產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；

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。

化學吸附

吸附劑與吸附質之間由于化學鍵力的化學作用而產生的吸附稱為化學吸附，也稱為活性吸附。

由于發(fā)生了化學反應，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；

當化學鍵力比較大時，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，這個化學吸附過程就不可逆，除非再高溫煅燒。

離子交換吸附

吸附質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，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習，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。其空隙的結構可以分為微孔、中孔和大孔三類，其巨大的比表面積主要由微孔提供。

活性炭內部結構

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用

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

通過在傳統(tǒng)過濾工藝之后增加顆?；钚蕴?，可以針對微污染水源進行深度處理，提高水質，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。

結 語

總的來說，吸附工藝的應用是十分廣泛的，關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