東華大學(xué)水污染控制第七次作業(yè)答案以及總結(jié)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上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(dá)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=，式中V溶液體積，L，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(jìn)行的吸附過程達(dá)到平衡時(shí)它們?cè)趦上嘀袧舛戎g的關(guān)系曲線。吸附等溫式：是指在一定溫度下，表達(dá)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(duì)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(shí)，單位吸附劑的吸附量和液體中吸附質(zhì)

2、質(zhì)量濃度呈線性關(guān)系：q=Hc，式中q單位吸附劑的吸附量，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(jī)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，mg/l弗羅因德利希吸附等溫式：該式是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)式，該式與不均勻表面吸附理論

3、所得的吸附量與吸附熱的關(guān)系相符。q=kc1/n 式中，k弗羅因德利希常數(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(rèn)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=2、 什么是活性炭的動(dòng)態(tài)吸附容量？如何估算？吸附容量是單位重量活性炭達(dá)到吸附飽和時(shí)能吸附的溶質(zhì)量?；钚蕴康奈绞且粋€(gè)動(dòng)態(tài)的過程，即吸附質(zhì)分子被吸附劑吸附的量與吸附劑表面釋放吸附質(zhì)的數(shù)量是一個(gè)可逆的過程，因此，活性炭的動(dòng)態(tài)吸附容量，即為某時(shí)刻吸附劑吸附吸附質(zhì)的量，而達(dá)到平衡時(shí)，為活性炭的最大吸附容量，即活性炭達(dá)到飽和。3、

4、廢水中含有的有機(jī)物濃度為20mg/L, 用粉末活性炭進(jìn)行吸附試驗(yàn)，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6m3, 流量為100L/s，出水中有機(jī)物濃度不超過1mg/L。當(dāng)活性炭飽和時(shí)需補(bǔ)充新碳，計(jì)算每秒鐘補(bǔ)充的活性炭量？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(shí)，此時(shí)平衡狀態(tài)吸附量為，q=0.0397mg/mg設(shè)每秒鐘補(bǔ)充活性炭的量為w（g/s），則有q=，則w=47.86g/s4、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

5、qv=150m3/h, CODC0=90mg/L, Ce=30mg/L, 吸附時(shí)間t=30min，吸附劑密度0.43t/m3, 實(shí)驗(yàn)得活性炭的通水倍數(shù)為5m3/kg C ，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)相應(yīng)的活性炭吸附塔，并參考補(bǔ)充資料中的吸附工藝與設(shè)備（或上網(wǎng)查資料）畫出流程圖？解：（1）吸附塔的面積：A=30m2（2）吸附塔直徑：d= =6.18m（3）吸附塔填料高度：h=vt=5*1/2=2.5m（4）吸附塔填料體積：V=A·h=30*2.5=75m2（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=1.4×10-4mg/mg（7）處理水量：

6、Q水=150*24=3600m3（8）吸附塔吸附的COD量：M=Q水（）=3600*（90-30）*10-3=216kg/d（9）再生周期：T=45d(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(jī)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(diǎn)、絮凝池或澄清池中, 使PAC與水充分混合接

7、觸，以吸附水中的嗅味、有機(jī)物和微量污染物。PAC特別適用于當(dāng)源水富營(yíng)養(yǎng)化，水中藻類大量族殖，產(chǎn)生較大的腥臭味時(shí)采用。當(dāng)水源受短期和突發(fā)性污染時(shí)，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(shí)間。生產(chǎn)性試驗(yàn)表明，影響PAC吸附效果的主要因素是PAC吸附與絮凝的競(jìng)爭(zhēng)和吸附時(shí)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?fàn)?，且投加點(diǎn)越往前移，吸附的可絮凝去除的有機(jī)物就越多，則PAC投量就越大。與絮凝劑同時(shí)投加，則形成的絮凝體包裹住PAC穎粒，使其難以發(fā)揮吸附性能。如在濾前投加PAC，

8、則PAC與水的接觸時(shí)間不足，而且易穿透濾料層。試驗(yàn)者認(rèn)為，對(duì)于絮凝反應(yīng)處理工藝，最佳投加點(diǎn)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?fàn)?，又保證了吸附時(shí)間，而且PAC附著于絮凝體表面，分離效果也較好。從報(bào)導(dǎo)的處理效果看,PAC在投加量10-15mg/l時(shí)，對(duì)TOC的去除率在20%左右，對(duì)三鹵甲烷的去除率達(dá)50%以上，烷基苯磺酸鹽和酚的去除率達(dá)80%，但對(duì)CCI4的去除率較低，對(duì)NH4+-N的去除率也不顯著。從Ames試驗(yàn)結(jié)果看，投加PAC后可以降低水的致突變活性，但不能使Ames試驗(yàn)由陽(yáng)性轉(zhuǎn)為陰性。此外，PAC的投加對(duì)絮凝存在負(fù)影

9、響。PAC用于給水處理的優(yōu)點(diǎn)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(duì)季節(jié)性和偶發(fā)的水源污染事故進(jìn)行應(yīng)急處理。缺點(diǎn)是PAC吸附對(duì)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(fèi)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(shí)就不太經(jīng)濟(jì)。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(jìn)行反沖洗, 以排除GAC層內(nèi)的污物。當(dāng)GAC吸附池處

10、理水量較大時(shí), 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(jí)串聯(lián)吸附方式。GAC吸附池的空床接觸時(shí)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(xiàn)報(bào)導(dǎo)看, 經(jīng)GAC吸附池處理后的出水Ames試驗(yàn)可由進(jìn)水的陽(yáng)性轉(zhuǎn)變?yōu)殛幮?。在采用GAC吸附池進(jìn)行深度處理時(shí), 也應(yīng)盡量避免預(yù)氯化, 因?yàn)槁然碑a(chǎn)物三鹵甲烷是極性小分子，GAC吸附池雖然在運(yùn)行初期對(duì)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(jì)性。在對(duì)老廠進(jìn)行改造時(shí), 由于砂濾池與清水池

11、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(fèi)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(yàn), GAC砂濾池的除濁效果和砂池的除濁效果相近, 但GAC砂池對(duì)進(jìn)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(fèi)用比增設(shè)GAC吸附池要低, 但運(yùn)行費(fèi)用卻要高, 主要是GAC與砂容重相差太大, 反沖洗不易控制, 反沖洗時(shí)活性炭易流失。此外, 由于GAC砂濾池的GAC厚度有限,GAC的吸附容量利用不高。(3) 臭氧與生物活性炭（O3-BAC）吸附在給水處理中的應(yīng)用對(duì)于GAC吸附池的運(yùn)行, 人們一直在研究延長(zhǎng)

12、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(zhǎng)認(rèn)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(jī)物降解為易于吸附或易于生物降解的小分子量的中間產(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(zhǎng), 使得GAC吸附與微生物的降解協(xié)同作用, 提高了活性炭去除有機(jī)物的能力和其使用壽命。BAC的凈水技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，一般認(rèn)為有下面

13、幾點(diǎn)：活性炭表面對(duì)有機(jī)物的富集作用有利于微生物對(duì)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(jī)物的同時(shí), 微生物能夠?qū)钚蕴窟M(jìn)行部分的生物再生, 使炭保持一定的吸附能力。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(zhǎng)。根據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)的許多報(bào)導(dǎo)，O3-BAC的活性炭工作壽命可達(dá)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(jī)炭纖維經(jīng)活化處理后形成的一種吸附材料, 它具

14、有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)及各種官能團(tuán), 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(jìn)行吸附和脫附, 其吸附速度較GAC快得多, 再生時(shí)也易脫附。在工程應(yīng)用上, ACF具有一定的強(qiáng)度和形狀, 不易粉化, 在水處理中其壓力損失小, 充填層不會(huì)輕易堵塞。迄今, ACF在國(guó)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(jī)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(dá)90%， 對(duì)有機(jī)物和三鹵甲烷均有較好的去除效果。我國(guó)學(xué)者也開始從事A

15、CF在水處理中的應(yīng)用研究, 在去除有機(jī)物和對(duì)重金屬離子的去除方面取得了一定成果。參考文獻(xiàn)：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(duì)水的預(yù)處理要求高, 而且活性炭的價(jià)格昂貴, 因此 在廢水處理中, 活性炭主要用來去除廢水中的微量污染物, 以達(dá)到深度凈化的目的。2.3 活性炭處理含汞廢水  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, 可以先用化學(xué)沉淀法處理, 處理后含汞約 1mg/L, 高時(shí)可達(dá) 2- 3 mg/L, 然后再用活性炭做進(jìn)一

16、步的處理。2.4 活性炭處理含酚廢水  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(shí)驗(yàn)證明: 活性炭對(duì)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(dá)到吸附平衡 的時(shí)間縮短?；钚蕴康挠昧亢臀綍r(shí)間存在最佳值, 在酸性和中性條件下, 去除率變化不大; 強(qiáng)堿性條件下, 苯酚去除率急劇下降, 堿性越 強(qiáng), 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

17、0.048mg/L, COD 從85mg/L 降至 18mg/L。2.7 活性炭處理含對(duì)氯苯酚的廢水  對(duì)氯苯酚 ( Pchlorophenol)別名對(duì)氯酚, 4氯苯酚,相對(duì)分子量為 128.56,對(duì)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(duì)密度為 ( 40/4)1.2651, 沸點(diǎn)為 217, 熔點(diǎn)為 4243, 閃點(diǎn)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(duì)氯苯酚毒性強(qiáng)烈, 當(dāng)皮膚吸收或吸入、吞 咽后都具有高毒性。對(duì)生物體組織有強(qiáng)烈刺激、易燃。對(duì)氯苯酚是嚴(yán)重的水源污染物質(zhì)。如若不能合理處理含對(duì)氯苯酚的廢水將對(duì)人們及其 他生物構(gòu)成極大危害。因此, 該廢水的處理一直是水處理研究中被受 關(guān)注的課題。現(xiàn)實(shí)工業(yè)中含酚廢水的處理方法有化學(xué)法物化法及生化 法 , 吸附法等 , 如酚醛縮聚法、化學(xué)氧化法、溶劑萃取法、絡(luò)合萃 取 法 等。由于吸附法簡(jiǎn)單、操作方便、凈化率高、吸附量大、可以得到純 度較高的回收物, 并且再生容易能耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)上廣泛應(yīng) 用。 從環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益兩個(gè)角度出發(fā), 水處理技術(shù)應(yīng)考慮兼顧資源回 收與廢水處理達(dá)標(biāo)排放兩個(gè)方面的問題。吸附是一種操作簡(jiǎn)便、可實(shí) 現(xiàn)廢水中有用資源回收利用、對(duì)高低濃度廢水