无烟煤滤料是目前普遍采用的过滤材料。采用优质无烟煤为原料,经精选,破碎和两次筛选而成,呈黑色有光泽颗粒状,有棱角,近似于球体,具有足够的机械强度,良好的比表面积和化学稳定性等优点,在一般酸性、碱性、中性水中均不溶解,可溶率为0.68%。无烟煤滤料广泛应用于国内外水处理的各类型滤池,截留,吸附水中悬浮絮凝等杂物,达到饮用水卫生标准。
水的吸附处理主要是利用吸附剂吸附水中某些物质,目前在工业用水处理中,无烟煤滤料主要是利用炭来吸附水中的有机物质和余氯,活性炭是最常用的吸附剂,除了活性炭之外,有时还会使用其他的吸附剂,比如无烟煤滤料、大孔吸附树脂、废弃的阴离子交换树脂等,但应用较少。
在某些工业用水中,比如锅炉用水、电子工业用水都要求要彻底去除水中有机物质,活性炭吸附处理已得到广泛的应用。在城市自来水处理系统中,由于在氯化消毒时,水中有机物被氧化后会产生对人体有害的卤代烃类化合物,吸附有机物的活性炭吸附处理也将受到越来越多的重视。
水中余氯是指水在氯化消毒时氯的过剩量,它是防止水中微生物再次滋生繁殖的必要条件,但是余氯又有很强的氧化性,会氧化工业水处理系统中的离子交换树脂和膜,使其发生氧化性破坏,所以在很多场合使用活性炭来消除水中的余氯。
吸附是一种界面现象。无烟煤滤料是具有很大比表面积的多孔的固相物质与气体或液体接触时,气体或液体中一种或几种组分会转移到固体表面上,形成多孔的固相物质对气体或液体中某必组分的吸附,多孔的具有吸附功能的固体物质称为吸附剂,气相或液相中被吸附物质称为吸附质。在水处理中,活性炭是吸附剂,水中有机物质或余氯就是吸附质,当活性炭用于防毒面具中时,空气中被吸附的有害气体就是吸附质。
吸附之所以产生,是因为固体表面上的分子受力不平衡,固体内部的分子四面均受到力的作用,而固体表面分子则二面受力,这种力的不平衡,就促使固体表面有吸附外界分子到其表面的能力,这就是表面能。按照热力学第二定律,当液相(或气相)中吸附质被吸附到固体(吸附剂)的表面上时,固体表面的表面能会降低,因而吸附是一个自动进行的过程。吸附剂表面吸附的吸附质量可用经典的吉布斯方程来表示:F=-C/RT ar/ac 式中:F-吸附量;C-吸附质在主体溶液中的浓度;R-气体常数;T-热力学温度;r-表面能。
该方程表示随吸附量的增加,吸附剂表面能下降。如果吸附量减少(F为负值〕,无烟煤滤料则吸附剂表面能会增加。吸附量减少就是解析。解析是吸附的逆过程,它是不能自动进行的,必须在某些特定条件下才能发生。比如活性炭,它从水中吸附有机物质的过程是自动进行的,但当吸附饱和后,要将失效的活性炭再生,恢复其吸附能力,必须提供必要的条件(如加热等)。
从理论上来讲,如果液相(或气相)中某些物质不能降低吸附剂的表面能,则它不能被吸附剂所吸附,所以活性炭对水中物质的吸附是具有选择性的,不同物质被吸附的情况是不同的。水中有机物质、卤素(Cl2、I2、Br2)、重金属(Ag+、Cd+、Pb2+、CrO24-)等能被活性炭所吸附,而水中Cl-、Na+、K+、Ca2+等离子则不能被活性炭所吸附。
吸附剂对吸附质的吸附,根据吸附力的不同,可以分为二种类型:物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。
物理吸附是指吸附剂和吸附质之间的吸附力是分子引力(范德华力)所产生的,所以物理吸附也称范德华吸附。它的特征是:吸附过程伴随表面能和表面张力的降低,是一个放热过程(吸附热一般<41.8KJ/mol),而解析则是一个吸热过程,所以吸附可以在低温下进行。物理吸附可以是单分子层吸附,也可以是多分子层吸附。
所谓化学吸附是指吸附剂和吸附质之间发生化学反应,吸附力是由化学键产生,无烟煤滤料吸附质化学性质发生变化。离子交换吸附是吸附质的离子依靠静电引力吸附到吸附剂的带电荷质点上,然后再放出一个带电荷的离子。碳分子吸附水中有机物主要是物理吸附,炭去除水中余氯还伴有化学吸附产生。