东华大学水污染控制第七次作业答案以及总结(1)

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=m

y =m ρ-ρV e 0）（，式中V ——溶液体积，L ，e 0ρρ，——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=m

y =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θ与裸露率（1-θ）有关，吸附速率=k a （1-θ）c ，解吸

速率=k d θ，式中，k a ——吸附速率常数，k d ——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=m

y =kc 1/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=））（）（（s

s m c c 1-k 1c -c c kq + 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k 1=130L/g 以及

q max =0.345g/g 每克活性炭. 按照CSTR 处理考虑，池子的容积为6m 3, 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=m y =c

k 1c k q 11m +=1*10*13011*10*130*345.03--3+=0.0397mg/mg 设每秒钟补充活性炭的量为w （g/s ），则有 q=wt

ρ-ρt e 0）（Q ，则w=q ρ-ρe 0）（Q =0397.010*1-20*1003-）（=47.86g/s

4、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

q v =150m 3/h, COD C0=90mg/L, Ce=30mg/L, 吸附时间t=30min ，吸附剂密

度0.43t/m 3, 实验得活性炭的通水倍数为5m 3/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=

v Q =5150=30m 2 （2）吸附塔直径：d=π4A =π

30*4=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=A ·h=30*2.5=75m 2

（5）活性炭的填充质量：G=ρ·V=0.43*75=32.25t

（6）活性炭的吸附容量：q=V ρc -c t e 0）（Q =9

3-10*43.0*7510*30-90*2/1*150）（=1.4×10-4mg/mg

（7）处理水量：Q 水=150*24=3600m 3

（8）吸附塔吸附的COD 量：M=Q 水（e 0c -c ）=3600*（90-30）*10-3=216kg/d

（9）再生周期：T=水Q G q =3600

5*10*25.323-=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。