三、吸附剂
1.吸附剂的选择
虽然一切固体物质都有吸附能力，但只有比表面积很大的多孔物质或颗粒极细的物质才能作为吸附剂。吸附剂还必须满足下列要求。
（1）吸附能力强。
（2）吸附选择性好。
（3）吸附平衡浓度低。
（4）容易再生和再利用。
（5）机械强度好。
（6）化学性质稳定。
（7）来源广。
（8）价廉。
一般工业吸附剂很难同时满足这八个方面的要求，因此，应根据水体处理不同合理选用吸附剂。
目前在废水处理中应用的吸附剂有活性炭、活化煤、活化白土、沸石、硅藻土、活性氧化铝、焦炭、树脂吸附剂、炉渣、木屑、腐殖酸等。
2.活性炭吸附剂
活性炭是一种非极性疏水性吸附剂，外观为暗黑色。活性炭晶格间孔隙形成各种形状和大小不同的细孔，使其具有高达500～1700m2/g的比表面积及特别发达的微孔，因而具有很强的吸附能力。其吸附能力的高低除与比表面积有关外，还与细孔的结构及孔的分布有关。由于微孔表面积占总表面积的95%以上，基本决定了活性炭的吸附量，但在液相吸附时，如果吸附质分子直径较大，这时微孔几乎不起作用，吸附容量主要取决于过渡孔。活性炭通常有粒状和粉状两种，目前工业上主要使用粒状活性炭。活性炭主要成分除碳以外，还含有少量的氧、氢、硫等元素以及水分、灰分。它具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。
活性炭是用以含碳为主的材料如木材、煤、石油、废合成树脂及其他有机残物等为原料，经粉碎及加黏合剂成型后再经加热脱水、炭化、活化而制得。为了得到性能优良的活性炭，活化是关键，方法有药剂活化法和气体活化法。药剂活化法是把原料与适当的药剂（如ZnCl2）等混合，再升温炭化和活化。由于ZnCl2等的脱水作用，原料里的氢和氧主要以水蒸气的形式放出，形成了多孔性结构发达的炭。该活性炭中含有很多的ZnCl2，因此要加HCl回收，同时除去其他可溶性盐类。该法固碳率高，成本较低，几乎被用在所有粉状活性炭的制造上。气体活化法是把成型后的碳化物在高温下与CO2、水蒸气、Cl2及类似气体接触，利用这些活化气体进行碳的氧化反应，并除去挥发性有机物，使微孔更加发达。活化温度一般不超过1150°C。
活性炭的吸附以物理吸附为主，但由于表面氧化物存在，也进行一些化学选择性吸附。如果在活性炭中渗入一些具有催化作用的金属离子，如银，可以改善废水处理效果。活性炭是目前废水处理中普遍采用的吸附剂，其中粒状炭因工艺简单，操作方便，用量最大。国外使用的粒状活性炭多为煤质或果壳质无定形炭，国内多用柱状煤质活性炭。废水处理适用的粒状活性炭参考性能见表5-1。
表5-1 废水处理适用的粒状活性炭参考性能
纤维活性炭是一种新型高效吸附材料，它是有机碳纤维经活化处理后形成的，具有发达的微孔结构、巨大的比表面积以及众多的官能团。因此，其吸附性能大大超过普通的活性炭。(https://www.daowen.com)
活性炭吸附法的优点：
（1）处理程度高，据有关资料介绍，城市污水用活性炭进行深度处理后，BOD可降低99%，TOC可降到1～3mg/L。
（2）应用范围广，对废水中绝大多数有机物都有效，包括微生物难于降解的有机物。
（3）适应性强，对水量及有机物负荷的变动具有较强的适应能力，可得到稳定的处理效果。
（4）粒状炭可进行再生重复使用，被吸附的有机物在再生过程中被烧掉，不产生污泥。
（5）可回收有用物质，例如，用活性炭处理含酚废水，用碱再生吸附饱和的活性炭，可以回收酚钠盐。
（6）设备紧凑，管理方便。
3.吸附过程
吸附过程通常可分为三个阶段。第一阶段吸附质（溶质）扩散通过水膜到达吸附剂表面（膜扩散），吸附速度与吸附剂比表面积成正比；第二阶段吸附质在孔隙内扩散（孔扩散），其扩散速度与吸附质的分子大小、温度、吸附质与吸附剂的结合能及孔内浓度梯度有关；第三阶段吸附质在吸附剂内表面上发生吸附。吸附过程速度由第一、第二阶段速度所控制。一般情况下，吸附过程开始时往往由膜扩散控制，而在吸附接近终了时，内扩散起决定作用。
4.其他形式的吸附剂
（1）天然矿物质吸附剂。
①膨润土，一种以蒙托石为主要成分的黏性土矿物，它的主要成分为铝酸盐，化学式为Al2O3·4SiO2·3H2O。通过吸附对印染废水进行处理，具有操作简单、周期适中、易再生、投资少等特点，对含有酸性染料、阳离子染料的印染废水具有良好的处理能力。
②硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要成分为SiO2，还含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有机质等。该物质具有多孔结构、密度低、比表面积大、吸附能力强、悬浮性好、物理性能稳定等特点。
③海泡石，一种富镁纤维状的硅酸盐黏性土矿物，由于具有特殊沟渠结构，因而具有极大的比表面积，耐高温、绝缘性好，并且具有良好的吸附性、脱色性和分散性。
④沸石。是一种含水的铝酸盐架状基型硅酸盐类矿物，按晶体结构和形态特点不同，又可分为三向等长沸石、二向延长沸石、一向延长沸石，为含水碱或碱土金属的铝硅酸盐。具有良好的离子交换性能和较强的吸附能力。
（2）粉煤灰。即煤燃烧后从烟气中收集下来的细灰，是燃煤电厂的主要固体废物，呈灰色或灰白色，具有潜在活性的火山质粉末材料，其性质与燃煤品种、煤粉细度、燃烧方式及收集排灰方式有关，且呈多孔蜂窝状结构，具有较大的比表面积、一定的吸附能力，是一种廉价的吸附剂。一般印染厂利用粉煤灰具有微孔多、比表面积大的特点进行废水的脱色处理，达到降低成本，以废除废的目的。
（3）树脂吸附剂。一种新型的有机吸附剂。随着有机合成工业技术的迅猛发展，性能优良的新型树脂不断出现，目前国内外已有数百个品种。这些树脂具有立体网状结构，呈多孔海绵状，加热不熔化，不溶于一般溶剂及酸、碱，比表面积可达800m2/g。根据其极性不同，树脂吸附剂可分为非极性、中极性、极性和强极性四种类型。由于树脂吸附剂的结构容易人为控制，因而它具有适应性强、应用范围广、吸附选择性特殊、稳定性高等优点，并且再生简单，多数为溶剂再生，因此应用也日益广泛。
（4）腐殖酸类物质。可用于处理工业废水，尤其是重金属废水以及放射性废水，除去其中的离子。其吸附性能是由其本身的性质和结构决定的。腐殖酸是一组芳香结构、性质相似的酸性物质的复合混合物，所以对阳离子具有较好的吸附性能，既有化学吸附，又有物理吸附。当金属离子浓度低时，以螯合作用为主；当金属离子浓度高时，离子交换占主导地位。用作吸附剂的腐殖酸类物质有两类，一类是天然的富含腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等；另一类是富含腐殖酸的物质用适当的黏结剂作成腐殖酸系树脂，并造粒成型，以便用于管式或塔式吸附装置。
