2022年東華大學(xué)水污染控制第七次作業(yè)答案以及總結(jié)說課材料

1、1、 什么是活性炭的吸附容量? 什么是吸附等溫線、吸附等溫式？吸附容量 ：在一定溫度與壓力下，達到吸附平衡后，單位質(zhì)量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的質(zhì)量， g/g ，q=y = mV（0- e），式中 V溶液體積， L，m ，0e分別為溶質(zhì)的初始和平衡濃度，mg/l ，m吸附劑量， g 吸附等溫線 ：是指在一定溫度下溶質(zhì)分子在兩相界面上進行的吸附過程 達到平衡時它們在兩相中濃度之間的關(guān)系曲線。吸附等溫式 ：是指在一定溫度下，表達吸附量同溶液濃度之間的關(guān)系數(shù) 學(xué)式。較常用的吸附等溫式如下：亨利吸附等溫式 ：對于低濃度吸附質(zhì)的水溶液，吸附分子如不締合或解離，保持分子狀態(tài)的單分子層吸附于均一表面的吸附劑時，

2、單位吸附劑的吸附量和液體中吸附質(zhì)質(zhì)量濃度呈線性關(guān)系：q=y =Hc，式中 q單位吸附劑的吸 m附量，mg/mg，y吸附劑吸附的物質(zhì)總量， mg，m投加的吸附劑量， mg，H亨利系數(shù)， L/mg，c吸附質(zhì)在液體中的質(zhì)量濃度，mg/l 朗繆爾吸附等溫式 ：假設(shè)在吸附劑表面具有均勻的吸附能力，所有的吸附機 理相同，被吸附的吸附質(zhì)分子之間沒有相互作用力，也不影響分子的吸附，在吸附劑表面只形成單分子層吸附，因此吸附速率和解吸速率與吸附劑表面被吸附分子的覆蓋率 與裸露率（1- ）有關(guān)，吸附速率 =ka（1- ）c，解吸速率 =kd ，式中， ka吸附速率常數(shù)， kd解吸速率常數(shù)， c溶液 中溶質(zhì)的質(zhì)量濃度

3、， mg/l 弗羅因德利希吸附等溫式：該式是一個經(jīng)驗式，該式與不均勻表面吸附理論所得的吸附量與吸附熱的關(guān)系相符。q= y =kc 1/n 式中，k弗羅因德利希常m數(shù)， n常數(shù)，通常 n 大于 1，隨溫度的升高，吸附指數(shù) 1/n 趨于 1，一般認為： 1/n 介于 0.1-0.5 ，則容易吸附； 1/n 大于 2 的物質(zhì)難以吸附。BET 方程 ：多層吸附理論，多層吸附的吸附量等于各層吸附量的總和。q=cs-kqmck-1）cc s）（c）（1（2、 什么是活性炭的動態(tài)吸附容量？如何估算？吸附容量是單位重量活性炭達到吸附飽和時能吸附的溶質(zhì)量。活性炭的吸附是一個動態(tài)的過程，即吸附質(zhì)分子被吸附劑吸附的

4、量與吸附劑表面釋放吸附質(zhì)的數(shù)量是一個可逆的過程，因此，活性炭的動態(tài)吸附容量，即為某時刻吸附劑吸附吸附質(zhì)的量，而達到平衡時，為活性炭的最大吸附容量，即活性炭達到飽和。3、 廢水中含有的有機物濃度為20mg/L, 用粉末活性炭進行吸附試驗，獲得平衡濃度，數(shù)據(jù) 用 Langmuir 吸附等溫式處理后得出可 k1=130L/g 以及qmax=0.345g/g 每克活性炭 . 按照 CSTR處理考慮，池子的容積為 6m 3, 流量為100L/s ，出水中有機物濃度不超過 算每秒鐘補充的活性炭量？1mg/L。當(dāng)活性炭飽和時需補充新碳，計解：由朗繆爾吸附等溫式可知，當(dāng)溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量濃度為 1mg/l 時，

5、此時平衡狀態(tài)吸附量為，q=y = mqmk1c=0 .345*130*10-3*1=0.0397mg/mg -3=47.86g/s 1k1c1130*10-3*1設(shè)每秒鐘補充活性炭的量為w（g/s ），則有q=Q t（0-e），則 w= Q（0-e）=100*（20-1）*10wtq0.03974、某廢水要求處理回用，采用活性炭吸附，空塔流速v =5m/h, 廢水處理水量qv=150m 3/h, COD C0=90mg/L, Ce=30mg/L, 吸附時間 t=30min ，吸附劑密度 0.43t/m 3, 實驗得活性炭的通水倍數(shù)為5m 3/kg C ，請設(shè)計相應(yīng)的活性炭吸附塔，并參考補充資料

6、中的吸附工藝與設(shè)備（或上網(wǎng)查資料）畫出流程圖？解：（1）吸附塔的面積： A= Q =v150 =30m 5（2）吸附塔直徑： d=4A = 4*30=6.18m （3）吸附塔填料高度： h=vt=5*1/2=2.5m 2 （4）吸附塔填料體積： V=A h=30*2.5=75m（5）活性炭的填充質(zhì)量： G= V=0.43*75=32.25t （ 6 ） 活 性 炭 的 吸 附 容 量 ： q=Qt（c0-ce）=150*1/2*（90-30）*10-3=1.4 V 75*0.43*10910-4mg/mg 3 （7）處理水量： Q水=150*24=3600m（8）吸附塔吸附的 COD量： M=

7、Q水（c0-ce）=3600*（90-30）*10-3=216kg/d （9）再生周期： T=Gq = Q 水32.25*10-35*=45d 3600(8) 圖：思考題？1、 舉例說明活性炭吸附在給水工程中的應(yīng)用？活性炭吸附凈水技術(shù)是目前歐美應(yīng)用較廣泛的深度處理技術(shù)之一，它是利用活性炭的高效吸附性能來去除水中的嗅味、有機物、酚、烷基苯磺酸鹽(ABS)、消毒副產(chǎn)物、重金屬離子，以及其它微量有害物質(zhì)。因此，活性炭吸 附凈水技術(shù)與常規(guī)給水處理工藝相合，可大大提高飲用水的安全性。（1）活性炭粉末（ PAC）在給水處理中的應(yīng)用 粉末活性炭一般投加于取水口、混凝劑投加點、絮凝池或澄清池中 , 使 PAC

8、與水充分混合接觸， 以吸附水中的嗅味、 有機物和微量污染物。 PAC特別 適用于當(dāng)源水富營養(yǎng)化，水中藻類大量族殖，產(chǎn)生較大的腥臭味時采用。當(dāng)水源受短期和突發(fā)性污染時，也采用投加PAC 作為應(yīng)急處理措施。為了提高PAC的吸附效率，就要使得 PAC盡量懸浮在水中，以增加吸附時間。生產(chǎn)性試驗表明，影響 PAC吸附效果的主要因素是 PAC吸附與絮凝的競爭和吸附時間的保證，協(xié)調(diào)這兩方面因素是充分發(fā)揮PAC吸附能力的關(guān)鍵。絮凝前投加 PAC不可避免地發(fā)生吸附與絮凝之間的竟爭，且投加點越往前移，吸附的可絮凝去除的有機物就越多，則 PAC投量就越大。 與絮凝劑同時投加，則形成的絮凝體包裹住 PAC穎粒，使其難

9、以發(fā)揮吸附性能。 如在濾前投加 PAC，則 PAC與水的接觸時間不足，而且易穿透濾料層。試驗者認為，對于絮凝反應(yīng)處理工藝，最佳投加點在絮凝池的中部。在絮凝池的中部絮凝體已基本形成，投加入的 PAC就附著在絮凝體的外部，避免了吸附與絮凝之間的竟爭，又保證了吸附時間，而且PAC附著于絮凝體表面，分離效果也較好。從報導(dǎo)的處理效果看 ,PAC在投加量 10-15mg/l 時，對 TOC的去除率在 20%左右，對 三鹵甲烷的去除率達 50%以上，烷基苯磺酸鹽和酚的去除率達 80%，但對 CCI4 的去除率較低， 對 NH4 +-N 的去除率也不顯著。 從 Ames試驗結(jié)果看， 投加 PAC 后可以降低水

10、的致突變活性， 但不能使 Ames試驗由陽性轉(zhuǎn)為陰性。 此外，PAC 的投加對絮凝存在負影響。PAC用于給水處理的優(yōu)點是可以不需要設(shè)置專門的接觸反應(yīng)器，適合老 水廠的改造，利于對季節(jié)性和偶發(fā)的水源污染事故進行應(yīng)急處理。缺點是 PAC 吸附對微量污染物的去除率難以保證，要獲得高的去除率往往需要高的 PAC 投加量，而 PAC投加后又難以回收利用，使得水處理的費用較高。(2) 顆?；钚蕴?(GAC)在給水處理中的應(yīng)用 由于 PAC不能回收， 當(dāng)投加量超過 20mg/l 時就不太經(jīng)濟。 因此，很多水 廠逐漸用 GAC代替 PAC。在給水處理廠中設(shè)置的位置如下：GAC吸附池使用最多的是固定床吸附池，其

11、構(gòu)造與快撼池相似，但 GAC 的厚度要高于砂濾層。 GAC吸附池也需要定期進行反沖洗 , 以排除 GAC層內(nèi) 的污物。當(dāng) GAC吸附池處理水量較大時 , 一般采用并聯(lián)吸附方式。若為了提高出水水質(zhì)的安全性和充分利用活性炭的吸附容量, 可采用多級串聯(lián)吸附方式。 GAC吸附池的空床接觸時間 EBCT一般取 5-20min，濾速一般 6-10m/h。顯然 , 采用 GAC吸附池的處理效果要優(yōu)于PAC的處理效果。從文獻報導(dǎo)看, 經(jīng) GAC吸附池處理后的出水 Ames試驗可由進水的陽性轉(zhuǎn)變?yōu)殛幮浴?在采用 GAC吸附池進行深度處理時 , 也應(yīng)盡量避免預(yù)氯化 , 因為氯化副產(chǎn)物三鹵甲烷是極性小分子， GAC

12、吸附池雖然在運行初期對其有 100%的去除率 , 但三鹵甲烷很易穿透 , 這樣 GAC的使用壽命偏短 , 將影響 GAC吸附池的經(jīng)濟性。在對老廠進行改造時 , 由于砂濾池與清水池間可利用的水頭有限 , 若不增設(shè)提升設(shè)備 , 新增設(shè) GAC吸附池較困難 , 所以為節(jié)約改造費用 , 也出現(xiàn)將砂濾池改建為 GAC 砂雙層濾池 , 即將快濾池中的砂一部分換成 GAC。根據(jù)生產(chǎn)性試驗 , GAC砂濾池的除濁效果和砂池的除濁效果相近 , 但 GAC砂池對進水水質(zhì)變化較為敏感, 濁度易穿透。 GAC一砂濾池雖然基建費用比增設(shè)GAC吸附池要低 , 但運行費用卻要高 , 主要是 GAC與砂容重相差太大 , 反沖

13、洗不易控制 , 反沖洗時活性炭易流失。此外 有限 ,GAC的吸附容量利用不高。, 由于 GAC砂濾池的 GAC厚度(3) 臭氧與生物活性炭（ O3-BAC）吸附在給水處理中的應(yīng)用對于 GAC吸附池的運行 , 人們一直在研究延長GAC工作壽命的方法。人們發(fā)現(xiàn) GAC表面極易于微生物繁殖 , 并發(fā)現(xiàn)具有微生物繁殖的 GAC吸附池的活性炭使用壽命比無微生物GAC濾池要長認因此 , 在七十年代歐州就開始應(yīng)用生物活性炭 (BAC)吸附池 , 并與臭氧 O3 氧化相結(jié)合 , 在水處理中取得了較好的處理效果。O3BAC凈水技術(shù)就是預(yù)先用O3氧化源水 , 使大部分有機物降解為易于吸附或易于生物降解的小分子量的

14、中間產(chǎn)物 , 而且通過 O3氧化的水中由于發(fā)生 O3分解 (2O33O2) 水中就具有充足的氧 , 導(dǎo)致好氧微生物在 GAC表面繁殖生長 , 使得 GAC吸附與微生物的降解協(xié)同作用 能力和其使用壽命。, 提高了活性炭去除有機物的BAC的凈水技術(shù)的優(yōu)點，一般認為有下面幾點：活性炭表面對有機物的富集作用有利于微生物對低濃度污染質(zhì)的去除；活性炭可以降低廢水中干擾生化處理的有毒物質(zhì)的濃度 , 且使已吸附的毒物的解吸有滯后作用, 有利于微生物的馴化。 同樣, 難生物降解的物質(zhì)可以先吸附在活性炭表面 , 再被微生物逐步分解掉；在活性炭吸附有機物的同時 , 微生物能夠?qū)钚蕴窟M行部分的生物再生 力。, 使炭

15、保持一定的吸附能由于 O3-BAC法中微生物和活性炭發(fā)揮了協(xié)同作用 , 使得活性炭的工作壽命大大延長。根據(jù)國外文獻的許多報導(dǎo)，O3-BAC 的活性炭工作壽命可達 2-3年。（4）活性炭纖維（ ACF）在給水處理中的應(yīng)用活性炭纖維 (ACF)是有機炭纖維經(jīng)活化處理后形成的一種吸附材料 , 它具有發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)及各種官能團 , 吸附性能明顯優(yōu)于常規(guī)的 PAC和 GAC。ACF表面積大 , 尤其是微孔直徑主要介于10-20A 之間 , 吸附質(zhì)可直接在曝露于纖維表面的微孔上進行吸附和脫附 , 其吸附速度較 GAC快得多 , 再生時也易脫附。在工程應(yīng)用上 , ACF 具有一定的強度和形狀 中其壓力損失小

16、 , 充填層不會輕易堵塞。, 不易粉化 , 在水處理迄今 , ACF 在國外主要用于溶劑回收和氣體凈化等方面。在日本已開始研究應(yīng)用于水處理中的除臭, 去有機物 , 降低三鹵甲烷和廢水回用的深度處理中。研究表明，ACF可用于大規(guī)模的水處理中 , 其除臭率平均可達 90%， 對有機物和三鹵甲烷均有較好的去除效果。我國學(xué)者也開始從事 ACF在水處理中的應(yīng)用研究 , 在去除有機物和對重金屬離子的去除方面取得了一定成果。參考文獻：活性炭吸附技術(shù)在給水處理中的應(yīng)用蔡可鍵2、 舉例說明活性炭吸附在廢水深度處理及資源回用中的應(yīng)用？由于活性炭對水的預(yù)處理要求高, 而且活性炭的價格昂貴, 因此 在廢水處理中 ,

17、活性炭主要用來去除廢水中的微量污染物 的。2.3 活性炭處理含汞廢水, 以達到深度凈化的目活性炭有 吸 附 汞 和 含 汞 化 合 物 的 性 能, 但吸附能力有限 , 只適宜于處理含汞量低的廢水。如果含汞的濃度較高 處理 , 處理后含汞約 1mg/L, 高時可達 2- 3 mg/L, 步的處理。2.4 活性炭處理含酚廢水, 可以先用化學(xué)沉淀法 然后再用活性炭做進一含酚廢水廣泛來源于石油化工廠、樹 脂廠、焦化廠和煉油化工廠。 經(jīng)實驗證明 : 活性炭對苯酚的吸附性能好, 溫度升高不利于吸附 , 使吸附容量減小; 但升高溫度達到吸附平衡 的時間縮短?；钚蕴康挠昧亢臀綍r間存在最佳值 , 在酸性和中

18、性條件下 , 去除率變化不大 ; 強堿性條件下 , 苯酚去除率急劇下降 , 堿性越 強, 吸附效果越差。2.6 煉油廠的深度處理煉油廠含油廢水 , 經(jīng)隔油、氣浮和生物處理后, 在經(jīng)砂濾和活性炭過濾深度處 理。 廢水 的含 酚量從 0.1mg/L( 經(jīng) 生 物 處 理 后 ) 降 至0.005mg/L, 氰 從 0.19mg/L 降 至 0.048mg/L, COD 從 85mg/L 降 至18mg/L。2.7 活性炭處理含對氯苯酚的廢水對氯苯酚 ( P chlorophenol)別名對氯酚 , 4 氯苯酚 , 相對分子量為128.56, 對氯苯酚為白色針狀晶 體, 工業(yè)品帶黃色或粉紅色。具有不愉快的刺激性氣味 , 相對密度為 ( 40 /4 )1.2651, 沸點為 217 , 熔點為 4243, 閃點為 121 , 微溶 于水 , 在水中溶解度為 ( 20 ) 27.1g/l, 易溶于苯、乙醇、乙醚、氯仿、堿溶液等 , 1%的水溶液為酸性。對氯苯酚毒性強烈 , 當(dāng)皮膚吸收或吸入、吞 咽