當(dāng)代給水與廢水處理原理

關(guān)于當(dāng)代給水與廢水處理原理第1頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1活性炭的性能活性炭的來源活性炭幾乎可以用含有碳的任何物質(zhì)做原料來制造，這包括木材、鋸末、煤、泥炭、果殼、果核、蔗渣、骨、石油焦、皮革廢物、紙廠廢物等等。第三章活性炭吸附碳化的定義碳化也稱熱解，是在隔絕空氣的條件下對原材料加熱，一般溫度在600℃以下。有時(shí)原材料先經(jīng)無機(jī)鹽溶解處理后再碳化?；罨亩x活化是在有氧化劑的作用下，對碳化后的材料加熱，以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。當(dāng)氧化過程的溫度在800-900℃時(shí)，一般用蒸汽或二氧化碳為氧化劑；當(dāng)氧化溫度在600℃以下時(shí)，一般用空氣做氧化劑?；钚蕴康闹谱骰钚蕴康闹谱鞣痔蓟盎罨瘍刹?。第2頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附①使原材料分解放出水氣、一氧化碳、二氧化碳及氫等氣體；②使原材料分解成碎片，并重新結(jié)合成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

碳化的作用

在活化過程中，燒掉了碳化時(shí)吸附的碳?xì)浠衔?，把原有空隙邊上的碳?xì)湓訜簦鹆藬U(kuò)大孔隙的作用，并把孔隙與孔隙之間燒穿。活化使活性炭變成一種良好的多孔結(jié)構(gòu)。

活化的作用第3頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附活性炭的影響因素

◆與活性炭吸附能力最直接的因素是表面的氧化物復(fù)體的性能。最簡單的復(fù)體可以認(rèn)為是一氧化碳和二氧化碳的復(fù)體。◆活性炭表面氧化物的成分主要受活化過程的影響。

◆酸性氧化物使活性炭具有極性的性質(zhì)，因之傾向于吸附極性較強(qiáng)的化合物。

◆活性炭表面的金屬離子部位帶有正電荷，對那些帶有過剩電子部位的分子有吸附力，可以增加活性炭吸附的速率。第4頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附

活性炭的吸附作用

對芳族化合物的吸附非極性的鏈烷化合物在活性炭表面的吸附。

有關(guān)極性分子氨基酸及蛋白質(zhì)的吸附資料極少活性炭對于吸附無機(jī)物也有一定的潛力活性炭的吸附性能是由于它的表面基團(tuán)類型、比表面積和孔徑的分布決定的。第5頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附§3-2吸附等溫線

吸附等溫線的類型第一種類型的等溫線，沒有極限值，但卻有一極限值，這種類型的吸附試驗(yàn)資料可用Langmuir公式處理。

第二類型的等溫線，有一個(gè)極限值，稱為飽和濃度，但x/m卻沒有極限值。這種類型的等溫線可用Branauer和Emmett及Teller（簡稱BET）公式處理。第三類型的等溫線，和都沒有極限值，可用Freundlich公式處理。第6頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附

常見的吸附等溫線有三種類型，每種類型對應(yīng)于一種吸附公式，如下圖所示。第7頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附處理吸附等溫線的公式

★L(fēng)angmuir公式為：★BET公式為：

★Freundlich公式為：第8頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附§3-3Langmuir公式的推導(dǎo)

推導(dǎo)的假定

只考慮在單層內(nèi)的平衡關(guān)系

被吸附的物質(zhì)只有一層分子厚被吸附物質(zhì)的顆粒和水分子一樣大

每個(gè)被吸附顆粒占面積

第9頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附Langmuir公式推導(dǎo)的圖示第10頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附Langmuir公式推導(dǎo)：在達(dá)到平衡時(shí)，存在下列關(guān)系:

未被吸附的物質(zhì)顆粒數(shù)目+被吸附的水分子數(shù)目==被吸附物質(zhì)顆粒的數(shù)目+未被吸附的水分子數(shù)目得到Langmuir公式為：第11頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附§3-4吸附公式的應(yīng)用求吸附公式Langmuir中的常數(shù)

每個(gè)吸附公式都包含了兩個(gè)常數(shù)，這些常數(shù)可以通過數(shù)學(xué)方法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，最常用的是圖解法。用某一種活性炭做吸附試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)往往只符合一個(gè)吸附公式，這可在圖解法中很清楚地看出來。圖1中小于1，圖2中大于1。第12頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附BET公式的圖解法如下：求Freundlich公式的常數(shù)：第13頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附§3-5吸附柱的設(shè)計(jì)活性炭吸附柱設(shè)計(jì)的類型

重力固定床

壓力固定床

流化床

第14頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附

ka代表單位體積活性炭在單位時(shí)間內(nèi)所吸收的雜質(zhì)量?；钚蕴康娜萘總髻|(zhì)系數(shù)可以通過實(shí)驗(yàn)得出。當(dāng)這個(gè)系數(shù)已知后，就能夠確定吸附柱所需要的活性炭總體積。但這需要知道吸附柱的吸附容量、吸附柱的吸附過程曲線與容積傳質(zhì)系數(shù)三者間的關(guān)系。容量傳質(zhì)系數(shù)為了更方便的研究，我們將單位容積活性炭所具有的吸附面積a與反應(yīng)速率k相乘，得到一個(gè)組合參數(shù)ka，稱為容量傳質(zhì)系數(shù)，其綱量為:第15頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附求活性炭的容量傳質(zhì)系數(shù)活性炭的容量傳質(zhì)系數(shù)ka，一般通過用初始有機(jī)物濃度ρ1的水樣，每升加活性炭mg做吸附試驗(yàn)，由吸附試驗(yàn)可以得出下列物料衡算關(guān)系：

在時(shí)刻t水樣中有機(jī)物的減少速率=在時(shí)刻t活性炭吸附有機(jī)物的增加速率，即

對上式積分得:

由此式可以繪成如右圖所示的直線，由直線的斜率可求出ka值來。第16頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附吸附柱的泄漏和衰耗過程如果將出水的有機(jī)物濃度與吸附柱的產(chǎn)水量與相應(yīng)的運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系繪成曲線，則得下圖的吸附過程曲線。

圖中表示了出水有機(jī)物濃度從零開始逐漸增加的過程?！镌试S的最高出水濃度則稱為吸附柱的泄漏濃度?！锵鄳?yīng)的運(yùn)行時(shí)間稱為吸附周期。★出水濃度達(dá)到時(shí)稱為耗竭，這時(shí)吸附柱所吸附有機(jī)物質(zhì)了代表了吸附柱所具有的總吸附能力。第17頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附吸附柱的設(shè)計(jì)建立吸附柱過程曲線與容量傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)系主要是找出這一曲線的S形末端與容量傳質(zhì)系數(shù)間的關(guān)系。這一關(guān)系可以通過分析從吸附帶厚度δ到達(dá)柱底（此時(shí)吸附柱到達(dá)吸附周期）起到它的吸附能力完全耗竭止（即到達(dá)耗竭時(shí)間）的吸附能力消失過程。吸附能力的消失也就是吸附帶的消失,即x/m值A(chǔ)C線從tb起不斷向下運(yùn)動(dòng)，最后在運(yùn)行時(shí)間tx到達(dá)吸附柱底，曲線C點(diǎn)與B點(diǎn)重合，吸附帶消失。

第18頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章活性炭吸附

上圖表示吸附帶剛達(dá)到吸附柱底時(shí)（相當(dāng)于運(yùn)行恰好達(dá)吸附周期），其中活性炭吸附量沿吸附帶高度的分布曲線，由底部值逐漸增大為頂部的，與運(yùn)行時(shí)間的出水濃度相對應(yīng)。

圖中的面積ABC，代表了吸附帶在時(shí)所剩余的吸附容量。為了便于處理關(guān)系，在建立ka與泄露曲線的關(guān)系時(shí)，流量Q/A按換算成Fmkg/m2.min表示。從流量Fm

中所去除的有機(jī)物

=每分鐘在活性炭