当代给水与废水处理原理.ppt

关于当代给水与废水处理原理现在学习的是第1页，共20页3-1 3-1 活性炭的性能活性炭的性能活性炭的来源活性炭的来源 活性炭几乎可以用含有碳的任何物质做原料来制造，这包括木材、锯末、煤、泥炭、果壳、果核、蔗渣、骨、石油焦、皮革废物、纸厂废物等等。第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附碳化的定义碳化的定义 碳化也称热解，是在隔绝空气的条件下对原材料加热，一般温度在600以下。有时原材料先经无机盐溶解处理后再碳化。活化的定义活化的定义 活化是在有氧化剂的作用下，对碳化后的材料加热，以生产活性炭产品。当氧化过程的温度在800-900时，一般用蒸汽或二氧化碳为氧化剂；当氧化温度在600以下时，一般用空气做氧化剂。活性炭的制作活性炭的制作 活性炭的制作分碳化及活化两步。现在学习的是第2页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附使原材料分解放出水气、一氧化碳、二氧化碳及氢使原材料分解放出水气、一氧化碳、二氧化碳及氢等气体；等气体；使原材料分解成碎片，并重新结合成稳定的结构。使原材料分解成碎片，并重新结合成稳定的结构。碳碳 化化 的的 作作 用用 在活化过程中，烧掉了碳化时吸附的碳氢化合物，在活化过程中，烧掉了碳化时吸附的碳氢化合物，把原有空隙边上的碳氢原子烧掉，起了扩大孔隙的作把原有空隙边上的碳氢原子烧掉，起了扩大孔隙的作用，并把孔隙与孔隙之间烧穿。活化使活性炭变成一用，并把孔隙与孔隙之间烧穿。活化使活性炭变成一种良好的多孔结构。种良好的多孔结构。活活 化化 的的 作作 用用 现在学习的是第3页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附活性炭的影响因素活性炭的影响因素 与活性炭吸与活性炭吸附能力最直接附能力最直接的因素是表面的因素是表面的氧化物复体的氧化物复体的性能。最简的性能。最简单的复体可以单的复体可以认为是一氧化认为是一氧化碳和二氧化碳碳和二氧化碳的复体。的复体。活性炭表面活性炭表面氧化物的成分氧化物的成分主要受活化过主要受活化过程的影响。程的影响。酸性氧化物酸性氧化物使活性炭具有使活性炭具有极性的性质，极性的性质，因之倾向于吸因之倾向于吸附极性较强的附极性较强的化合物。化合物。活性炭表面的金属离子部位带有正电荷，对那些带有过剩电子部位的分子有吸附力，可以增加活性炭吸附的速率。现在学习的是第4页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附 活性炭的吸附作用活性炭的吸附作用 对芳族化合物的吸附非极性的链烷化合物在活性炭表面的吸附。有关极性分子氨基酸及蛋白质的吸附资料极少 活性炭对于吸附无机物也有一定的潜力活性炭的吸附性能是由于它的表面基团类型、比表面积和孔径的分布决定的。现在学习的是第5页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附3-2 3-2 吸附等温线吸附等温线 吸附吸附 等温等温 线的线的 类型类型第一种类型的等温线，没有极限值，但 却有一极限值 ，这种类型的吸附试验资料可用Langmuir公式处理。第二类型的等温线，有一个极限值 ，称为饱和浓度，但x/m却没有极限值。这种类型的等温线可用Branauer和Emmett及Teller（简称BET）公式处理。第三类型的等温线，和 都没有极限值，可用Freundlich公式处理。现在学习的是第6页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附 常见的吸附等温线有三种类型，每种类型对应于一种吸附常见的吸附等温线有三种类型，每种类型对应于一种吸附公式，如下图所示。公式，如下图所示。现在学习的是第7页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附处理吸附等温线的公式处理吸附等温线的公式 Langmuir公式为：公式为：BET公式为：公式为：Freundlich公式为：公式为：现在学习的是第8页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附3-3 Langmuir 3-3 Langmuir 公式的推导公式的推导 推导的假定推导的假定 只考虑在单层内只考虑在单层内的平衡关系的平衡关系 被吸附的物质被吸附的物质只有一层分子只有一层分子厚厚 被吸附物质的被吸附物质的颗粒和水分子颗粒和水分子一样大一样大 每个被吸附每个被吸附颗粒占面积颗粒占面积 现在学习的是第9页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附LangmuirLangmuir公式推导的图示公式推导的图示现在学习的是第10页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附Langmuir公式推导公式推导：在达到平衡时，存在下列关系在达到平衡时，存在下列关系:未被吸附的物质颗粒数目+被吸附的水分子数目=被吸附物质颗粒的数目+未被吸附的水分子数目得到得到Langmuir公式为公式为：现在学习的是第11页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附3-4 3-4 吸附公式的应用吸附公式的应用求吸附公式求吸附公式Langmuir中的常数中的常数 每个吸附公式都包含了两个常数，这些常数可以通过数学方法处理每个吸附公式都包含了两个常数，这些常数可以通过数学方法处理试验数据得出，最常用的是图解法。用某一种活性炭做吸附试验所得试验数据得出，最常用的是图解法。用某一种活性炭做吸附试验所得的数据往往只符合一个吸附公式，这可在图解法中很清楚地看出来。的数据往往只符合一个吸附公式，这可在图解法中很清楚地看出来。图图1 1中中 小于小于1 1，图，图2 2中中 大于大于1 1。现在学习的是第12页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附BETBET公式的图解法如下：公式的图解法如下：求求FreundlichFreundlich公式的常数：公式的常数：现在学习的是第13页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附3-5 3-5 吸附柱的设计吸附柱的设计活性炭吸附柱设计的类型 重力固定床 压力固定床 流化床 现在学习的是第14页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附 kaka代表单位体积活性炭在单位时间内所吸收的杂质量。代表单位体积活性炭在单位时间内所吸收的杂质量。活性炭的容量传质系数可以通过实验得出。活性炭的容量传质系数可以通过实验得出。当这个系数已知后，就能够确定吸附柱所需要的活性炭总体积。但这需当这个系数已知后，就能够确定吸附柱所需要的活性炭总体积。但这需要知道吸附柱的吸附容量、吸附柱的吸附过程曲线与容积传质系数三者间的关要知道吸附柱的吸附容量、吸附柱的吸附过程曲线与容积传质系数三者间的关系。系。容量传质系数容量传质系数 为了更方便的研究，我们将单位容积活性炭所具有的吸附面积为了更方便的研究，我们将单位容积活性炭所具有的吸附面积a a与与反应速率反应速率k k相乘，得到一个组合参数相乘，得到一个组合参数kaka，称为容量传质系数，其纲量为，称为容量传质系数，其纲量为:现在学习的是第15页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附求活性炭的容量传质系数求活性炭的容量传质系数 活性炭的容量传质系数活性炭的容量传质系数kaka，一般通过用初始有机物浓度，一般通过用初始有机物浓度1 1的水样，的水样，每升加活性炭每升加活性炭mgmg做吸附试验，由吸附试验可以得出下列物料衡算关系：做吸附试验，由吸附试验可以得出下列物料衡算关系：在时刻在时刻t t水样中有机物的减少速率水样中有机物的减少速率=在时刻在时刻t t活性炭吸附有机物的增活性炭吸附有机物的增加速率，即加速率，即 对上式积分得对上式积分得:由此式可以绘成如右图所由此式可以绘成如右图所示的直线，由直线的斜率可示的直线，由直线的斜率可求出求出kaka值来。值来。现在学习的是第16页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附吸附柱的泄漏和衰耗过程吸附柱的泄漏和衰耗过程 如果将出水的有机物浓度与吸附柱的产水量与相应的运行时间的关系绘成曲如果将出水的有机物浓度与吸附柱的产水量与相应的运行时间的关系绘成曲线，则得下图的吸附过程曲线。线，则得下图的吸附过程曲线。图中表示了出水有机图中表示了出水有机物浓度从零开始逐渐增加物浓度从零开始逐渐增加的过程。的过程。允许的最高出水浓度则允许的最高出水浓度则称为吸附柱的泄漏浓度。称为吸附柱的泄漏浓度。相应的运行时间称为吸相应的运行时间称为吸附周期。附周期。出水浓度达到出水浓度达到 时称为耗时称为耗竭，这时吸附柱所吸附有竭，这时吸附柱所吸附有机物质了代表了吸附柱所机物质了代表了吸附柱所具有的总吸附能力。具有的总吸附能力。现在学习的是第17页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附吸附柱的设计吸附柱的设计 建立吸附柱过程曲线与容量传质系数的关系主要是找出这一曲线的建立吸附柱过程曲线与容量传质系数的关系主要是找出这一曲线的S S形末端形末端与容量传质系数间的关系。这一关系可以通过分析从吸附带厚度与容量传质系数间的关系。这一关系可以通过分析从吸附带厚度到达柱到达柱底（此时吸附柱到达吸附周期）起到它的吸附能力完全耗竭止（即到达耗底（此时吸附柱到达吸附周期）起到它的吸附能力完全耗竭止（即到达耗竭时间）的吸附能力消失过程。竭时间）的吸附能力消失过程。吸附能力的消失也就是吸附带的消失吸附能力的消失也就是吸附带的消失,即即x/mx/m值值ACAC线从线从tbtb起不断向下运动，最起不断向下运动，最后在运行时间后在运行时间txtx到达吸附柱底，曲线到达吸附柱底，曲线C C点与点与B B点重合，吸附带消失。点重合，吸附带消失。现在学习的是第18页，共20页第三章第三章 活性炭吸附活性炭吸附 上图表示吸附带刚达到吸附柱底时（相当于运行恰好达吸附周期），上图表示吸附带刚达到吸附柱底时（相当于运行恰好达吸附周期），其中活性炭吸附量沿吸附带高度的分布曲线，由底部值逐渐增大为顶其中活性炭吸附量沿吸附带高度的分布曲线，由底部值逐渐增大为顶部的，与运行时间的出水浓度相对应。部的，与运行时间的出水浓度相对应。图中的面积图中的面积ABCABC，代表了吸附带在，代表了吸附带在 时所剩余的吸附容量。时所剩余的吸附容量。为了便于处理关系，在建立为了便于处理关系，在建立kaka与泄露曲线的关系时，流量与泄露曲线的关系时，流量Q/AQ/A按换按换算成算成F Fm m kg/m kg/m2 2.min.min表示。从表示。从 流量流量F Fm m 中所去除的有机物中所去除的有机物 =每分钟在活性炭容积中所吸附的有机物量每分钟在活性炭容积中所吸附的有机物量假定：假定：公式为一条通过原点的直线方程，又令公式为一条通过原点的直线方程，又令=1 1，该直线通过吸附等，该直线通过吸附等温线的（温线的（x/mx/m）1 1点，因此可以求出点，因此可以求出s s来，这一条直线称作操作线。来，这一条直线称作操作线。现在学习的是第19页，共20页感谢大家观看现在学习的是第20页，共20页