东华大学水污染控制第七次作业答案以及总结.doc

1、 什么是活性炭的吸附容量? 什么是吸附等温线、吸附等温式？吸附容量：在一定温度与压力下，达到吸附平衡后，单位质量吸附剂所吸附的吸附质的质量，g/g ，q=，式中V溶液体积，L，分别为溶质的初始和平衡浓度，mg/l，m吸附剂量，g吸附等温线：是指在一定温度下溶质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。吸附等温式：是指在一定温度下，表达吸附量同溶液浓度之间的关系数学式。较常用的吸附等温式如下：亨利吸附等温式：对于低浓度吸附质的水溶液，吸附分子如不缔合或解离，保持分子状态的单分子层吸附于均一表面的吸附剂时，单位吸附剂的吸附量和液体中吸附质质量浓度呈线性关系：q=Hc，式中q单位吸附剂的吸附量，mg/mg，y吸附剂吸附的物质总量，mg，m投加的吸附剂量，mg，H亨利系数，L/mg，c吸附质在液体中的质量浓度，mg/l朗缪尔吸附等温式：假设在吸附剂表面具有均匀的吸附能力，所有的吸附机理相同，被吸附的吸附质分子之间没有相互作用力，也不影响分子的吸附，在吸附剂表面只形成单分子层吸附，因此吸附速率和解吸速率与吸附剂表面被吸附分子的覆盖率与裸露率（1-）有关，吸附速率=ka（1-）c，解吸速率=kd，式中，ka吸附速率常数，kd解吸速率常数，c溶液中溶质的质量浓度，mg/l弗罗因德利希吸附等温式：该式是一个经验式，该式与不均匀表面吸附理论所得的吸附量与吸附热的关系相符。q=kc1/n 式中，k弗罗因德利希常数，n常数，通常n大于1，随温度的升高，吸附指数1/n趋于1，一般认为：1/n介于0.1-0.5，则容易吸附；1/n大于2的物质难以吸附。BET方程：多层吸附理论，多层吸附的吸附量等于各层吸附量的总和。q=2、 什么是活性炭的动态吸附容量？如何估算？吸附容量是单位重量活性炭达到吸附饱和时能吸附的溶质量。活性炭的吸附是一个动态的过程，即吸附质分子被吸附剂吸附的量与吸附剂表面释放吸附质的数量是一个可逆的过程，因此，活性炭的动态吸附容量，即为某时刻吸附剂吸附吸附质的量，而达到平衡时，为活性炭的最大吸附容量，即活性炭达到饱和。3、 废水中含有的有机物浓度为20mg/L, 用粉末活性炭进行吸附试验，获得平衡浓度，数据 用Langmuir吸附等温式处理后得出可k1=130L/g以及qmax=0.345g/g每克活性炭. 按照CSTR处理考虑，池子的容积为6m3, 流量为100L/s，出水中有机物浓度不超过1mg/L。当活性炭饱和时需补充新碳，计算每秒钟补充的活性炭量？解：由朗缪尔吸附等温式可知，当溶液中溶质的质量浓度为1mg/l时，此时平衡状态吸附量为，q=0.0397mg/mg设每秒钟补充活性炭的量为w（g/s），则有q=，则w=47.86g/s4、某废水要求处理回用，采用活性炭吸附，空塔流速v =5m/h, 废水处理水量qv=150m3/h, CODC0=90mg/L, Ce=30mg/L, 吸附时间t=30min，吸附剂密度0.43t/m3, 实验得活性炭的通水倍数为5m3/kg C ，请设计相应的活性炭吸附塔，并参考补充资料中的吸附工艺与设备（或上网查资料）画出流程图？解：（1）吸附塔的面积：A=30m2（2）吸附塔直径：d= =6.18m（3）吸附塔填料高度：h=vt=5*1/2=2.5m（4）吸附塔填料体积：V=Ah=30*2.5=75m2（5）活性炭的填充质量：G=V=0.43*75=32.25t（6）活性炭的吸附容量：q=1.410-4mg/mg（7）处理水量：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)图：思考题？1、 举例说明活性炭吸附在给水工程中的应用？活性炭吸附净水技术是目前欧美应用较广泛的深度处理技术之一，它是利用活性炭的高效吸附性能来去除水中的嗅味、有机物、酚、烷基苯磺酸盐(ABS)、消毒副产物、重金属离子，以及其它微量有害物质。因此，活性炭吸附净水技术与常规给水处理工艺相合，可大大提高饮用水的安全性。（1）活性炭粉末（PAC）在给水处理中的应用粉末活性炭一般投加于取水口、混凝剂投加点、絮凝池或澄清池中, 使PAC与水充分混合接触，以吸附水中的嗅味、有机物和微量污染物。PAC特别适用于当源水富营养化，水中藻类大量族殖，产生较大的腥臭味时采用。当水源受短期和突发性污染时，也采用投加PAC 作为应急处理措施。为了提高PAC的吸附效率，就要使得PAC尽量悬浮在水中，以增加吸附时间。生产性试验表明，影响PAC吸附效果的主要因素是PAC吸附与絮凝的竞争和吸附时间的保证，协调这两方面因素是充分发挥PAC吸附能力的关键。絮凝前投加PAC不可避免地发生吸附与絮凝之间的竟争，且投加点越往前移，吸附的可絮凝去除的有机物就越多，则PAC投量就越大。与絮凝剂同时投加，则形成的絮凝体包裹住PAC颖粒，使其难以发挥吸附性能。如在滤前投加PAC，则PAC与水的接触时间不足，而且易穿透滤料层。试验者认为，对于絮凝反应处理工艺，最佳投加点在絮凝池的中部。在絮凝池的中部絮凝体已基本形成，投加入的PAC就附着在絮凝体的外部，避免了吸附与絮凝之间的竟争，又保证了吸附时间，而且PAC附着于絮凝体表面，分离效果也较好。从报导的处理效果看,PAC在投加量10-15mg/l时，对TOC的去除率在20%左右，对三卤甲烷的去除率达50%以上，烷基苯磺酸盐和酚的去除率达80%，但对CCI4的去除率较低，对NH4+-N的去除率也不显著。从Ames试验结果看，投加PAC后可以降低水的致突变活性，但不能使Ames试验由阳性转为阴性。此外，PAC的投加对絮凝存在负影响。PAC用于给水处理的优点是可以不需要设置专门的接触反应器，适合老水厂的改造，利于对季节性和偶发的水源污染事故进行应急处理。缺点是PAC吸附对微量污染物的去除率难以保证，要获得高的去除率往往需要高的PAC投加量，而PAC投加后又难以回收利用，使得水处理的费用较高。(2) 颗粒活性炭(GAC)在给水处理中的应用由于PAC不能回收，当投加量超过20mg/l时就不太经济。因此，很多水厂逐渐用GAC代替PAC。在给水处理厂中设置的位置如下：GAC吸附池使用最多的是固定床吸附池，其构造与快撼池相似，但GAC的厚度要高于砂滤层。GAC吸附池也需要定期进行反冲洗, 以排除GAC层内的污物。当GAC吸附池处理水量较大时, 一般采用并联吸附方式。若为了提高出水水质的安全性和充分利用活性炭的吸附容量, 可采用多级串联吸附方式。GAC吸附池的空床接触时间EBCT一般取5-20min，滤速一般6-10m/h。显然, 采用GAC吸附池的处理效果要优于PAC的处理效果。从文献报导看, 经GAC吸附池处理后的出水Ames试验可由进水的阳性转变为阴性。在采用GAC吸附池进行深度处理时, 也应尽量避免预氯化, 因为氯化副产物三卤甲烷是极性小分子，GAC吸附池虽然在运行初期对其有100%的去除率, 但三卤甲烷很易穿透, 这样GAC的使用寿命偏短, 将影响GAC吸附池的经济性。在对老厂进行改造时, 由于砂滤池与清水池间可利用的水头有限, 若不增设提升设备, 新增设GAC吸附池较困难, 所以为节约改造费用, 也出现将砂滤池改建为GAC 砂双层滤池, 即将快滤池中的砂一部分换成GAC。根据生产性试验, GAC砂滤池的除浊效果和砂池的除浊效果相近, 但GAC砂池对进水水质变化较为敏感, 浊度易穿透。GAC一砂滤池虽然基建费用比增设GAC吸附池要低, 但运行费用却要高, 主要是GAC与砂容重相差太大, 反冲洗不易控制, 反冲洗时活性炭易流失。此外, 由于GAC砂滤池的GAC厚度有限,GAC的吸附容量利用不高。(3) 臭氧与生物活性炭（O3-BAC）吸附在给水处理中的应用对于GAC吸附池的运行, 人们一直在研究延长GAC工作寿命的方法。人们发现GAC表面极易于微生物繁殖, 并发现具有微生物繁殖的GAC吸附池的活性炭使用寿命比无微生物GAC滤池要长认因此, 在七十年代欧州就开始应用生物活性炭(BAC)吸附池, 并与臭氧O3氧化相结合, 在水处理中取得了较好的处理效果。O3BAC净水技术就是预先用O3氧化源水, 使大部分有机物降解为易于吸附或易于生物降解的小分子量的中间产物, 而且通过O3氧化的水中由于发生O3分解(2O33O2)水中就具有充足的氧, 导致好氧微生物在GAC表面繁殖生长, 使得GAC吸附与微生物的降解协同作用, 提高了活性炭去除有机物的能力和其使用寿命。BAC的净水技术的优点，一般认为有下面几点：活性炭表面对有机物的富集作用有利于微生物对低浓度污染质的去除；活性炭可以降低废水中干扰生化处理的有毒物质的浓度, 且使已吸附的毒物的解吸有滞后作用, 有利于微生物的驯化。同样,难生物降解的物质可以先吸附在活性炭表面, 再被微生物逐步分解掉；在活性炭吸附有机物的同时, 微生物能够对活性炭进行部分的生物再生, 使炭保持一定的吸附能力。由于O3-BAC法中微生物和活性炭发挥了协同作用, 使得活性炭的工作寿命大大延长。根据国外文献的许多报导，O3-BAC的活性炭工作寿命可达2-3年。（4）活性炭纤维（ACF）在给水处理中的应用活性炭纤维(ACF)是有机炭纤维经活化处理后形成的一种吸附材料, 它具有发达的微孔结构及各种官能团, 吸附性能明显优于常规的PAC和GAC。ACF表面积大, 尤其是微孔直径主要介于10-20A之间, 吸附质可直接在曝露于纤维表面的微孔上进行吸附和脱附, 其吸附速度较GAC快得多, 再生时也易脱附。在工程应用上, ACF具有一定的强度和形状, 不易粉化, 在水处理中其压力损失小, 充填层不会轻易堵塞。迄今, ACF在国外主要用于溶剂回收和气体净化等方面。在日本已开始研究应用于水处理中的除臭, 去有机物, 降低三卤甲烷和废水回用的深度处理中。研究表明，ACF可用于大规模的水处理中, 其除臭率平均可达90%， 对有机物和三卤甲烷均有较好的去除效果。我国学者也开始从事ACF在水处理中的应用研究, 在去除有机物和对重金属离子的去除方面取得了一定成果。参考文献：活性炭吸附技术在给水处理中的应用蔡可键2、 举例说明活性炭吸附在废水深度处理及资源回用中的应用？由于活性炭对水的预处理要求高, 而且活性炭的价格昂贵, 因此 在废水处理中, 活性炭主要用来去除废水中的微量污染物, 以达到深度净化的目的。2.3 活性炭处理含汞废水 活性炭有 吸 附 汞 和 含 汞 化 合 物 的 性 能, 但吸附能力有限, 只适宜于处理含汞量低的废水。如果含汞的浓度较高, 可以先用化学沉淀法处理, 处理后含汞约 1mg/L, 高时可达 2- 3 mg/L, 然后再用活性炭做进一步的处理。2.4 活性炭处理含酚废水 含酚废水广泛来源于石油化工厂、树 脂厂、焦化厂和炼油化工厂。经实验证明: 活性炭对苯酚的吸附性能好, 温度升高不利于吸附, 使吸附容量减小; 但升高温度达到吸附平衡 的时间缩短。活性炭的用量和吸附时间存在最佳值, 在酸性和中性条件下, 去除率变化不大; 强碱性条件下, 苯酚去除率急剧下降, 碱性越 强, 吸附效果越差。2.6 炼油厂的深度处理 炼油厂含油废水, 经隔油、气浮和生物处 理后, 在经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水的含酚量从 0.1mg/L( 经 生 物 处 理 后 ) 降 至 0.005mg/L, 氰 从 0.19mg/L 降 至 0.048mg/L, COD 从85mg/L 降至 18mg/L。2.7 活性炭处理含对氯苯酚的废水 对氯苯酚 ( Pchlorophenol)别名对氯酚, 4氯苯酚,相对分子量为 128.56,对氯苯酚为白色针状晶 体, 工业品带黄色或粉红色。具有不愉快的刺激性气味, 相对密度为 ( 40/4)1.2651, 沸点为 217, 熔点为 4243, 闪点为 121, 微溶 于水, 在水中溶解度为( 20) 27.1g/l, 易溶于苯、乙醇、乙醚、氯仿、碱溶 液等, 1%的水溶液为酸性。对氯苯酚毒性强烈, 当皮肤吸收或吸入、吞 咽后都具有高毒性。对生物体组织有强烈刺激、易燃。对氯苯酚是严重的水源污染物质。如若不能合理处理含对氯苯酚的废水将对人们及其 他生物构成极大危害。因此, 该废水的处理一直是水处理研究中被受 关注的课题。现实工业中含酚废水的处理方法有化学法物化法及生化 法 , 吸附法等 , 如酚醛缩聚法、化学氧化法、溶剂萃取法、络合萃 取 法 等。由于吸附法设备简单、操作方便、净化率高、吸附量大、可以得到纯 度较高的回收物, 并且再生容易能耗低等诸多优点在工业上广泛应 用。 从环境和经济效益两个角度出发,水处理技术应考虑兼顾资源回 收与废水处理达标排放两个方面的问题。吸附是一种操作简便、可实 现废水中有用资源回收利用、对高