生物炭吸附重金属动力学模型以及渗流规律

a E 其中： b ' exp a RT
n 令 nm
利用
得到Baidu Nhomakorabea
p 1 p n nmb nm
作图可得吸附模型图。
=1 pk
p Henry定律
0
p
BET动力学模型
n Cx nm (1 x)(1 x Cx)
p El x exp g RT 1 p0 exp El g RT
扩散模型的定解
第一边界条件：给出垃圾填埋场区域边界上的物质浓度 第二边界条件：如果已知单位时间内通过t2上单位面积从垃 圾填埋场中向外扩散的物质，即已知物流强度q（X，Y，Z， t) 第三边界条件：：如果已知周围物质的浓度θ (X，Y,Z，t) ，假定物质扩散量与浓度差成正比，即q=h(u-θ )
生物炭对垃圾渗滤液的吸附动力学模型以及扩散 模型的建立
汇报人：李勇 导师：饶运章教授
报告内容
一、生物炭吸附垃圾渗滤液的可行性 二、生物炭吸附的化学动力学模型 三、垃圾渗滤液的扩散模型的建立
生物炭介绍
生物炭（Biochar）是由生物质在缺氧或低氧条件下 经高温裂解（通常<700℃）产生的高度炭化多孔物质，根 据生物质材料的来源，生物炭可分为秸秆炭、木炭、畜禽 粪便炭等。 特点： 低于700℃条件下产生的生物炭温度越高其表面官能 团越多，持水量越大，孔隙率越大，CEC越高，碱性越强 ，对酸性土地重金属的吸附效果越好。【1】

x
p p0
p 1 C 1 p BET方程的线性式： n( p0 p) nmC nmC p0
动力学模型选择 由于垃圾渗滤液的组分不仅有大量的有机物，而且还有 相当多的重金属离子，实用L方程建模不符合实际条件， 因为L模型建模前提是单分子层的吸附，并且假设生物炭 的表面质地均一，因而此处使用BET动力学模型建模，其 优点在于考虑到单分子层吸附的内层吸附热为常数以及第 二层往后的吸附热等同于凝聚热，是更加符合实际的吸附 模型。
土壤异质性影响（以腐殖酸和铁的氢氧化物为例）
随着土壤中腐殖质的浓度增加，生物炭颗粒的迁移能 力增强，生物炭颗粒与土壤颗粒之间的静电排斥力增强， 生物炭颗粒不容易吸附在土壤颗粒表面，不容易产生滞留 而土壤中的铁的氢氧化物则会在土壤颗粒的表面形成一 层薄膜，薄膜表面的正电荷会与生物炭颗粒表面的负电荷 产生静电吸引，使生物炭更容易粘附在土壤颗粒表面，迁 移能力大大减弱。【16】
扩散模型的建立
假设： (1)污染源的浓度函数是已知或可以通过监测已知的 (2)离污染源一定距离以外污染物的浓度为0 (3)垃圾渗滤液在土体中的扩散符合傅里叶热传导定律 (4)垃圾填埋场中土体是各向同性的，垃圾渗滤液在土 体中的扩散系数k是常数 (5)暂且不考虑垃圾渗滤液在土体中的分解
方程建立思想： D区域内由于浓度改变所需物 质等于通过Τ 进入D内的物质 与这段时间内D内提供的物质 的和，即：
生物炭添加对垃圾渗滤液的影响（相比原工艺）【9】：
1、COD除去量增加30%
2、添加量与生物降解量呈正相关 3、垃圾渗滤液的处理效果与投加量呈正相关关系 4、微生物活性提高
化学动力学模型及理论模型选择
常规的生物碳吸附化学动力学模型为Langmuir方程所 建立的模型，其模型如下:
bp 1 bp
生物炭颗粒协同垃圾渗滤液迁移影响因素 1、土壤环境
2、土壤异质性
3、土壤水相饱和度
土壤环境影响（以pH值为例）：
随着pH的降低，生物炭在土壤多孔介质中的沉积速 率提高，滞留在石英砂中的生物炭数量增加，出水中生 物炭浓度明显降低。当pH 降低时，生物炭颗粒所带的 负电荷减少，双电层减弱，静电排斥也会减弱，导致生 物炭颗粒更容易团聚，运动能力降低。【15】
垃圾渗滤液介绍
垃圾渗滤液垃圾渗滤液是垃圾在填埋过程中，经厌氧发 酵“有机物分解"雨水冲淋等一系列复杂的物理化学作用后 形成的一种高浓度有机废液。【7】 我国垃圾成分中有机物占20%-40%，垃圾的降解主要是 对有机物的降解。【2】 垃圾渗滤液中的重金属以沉淀作用为主，常常吸附在土 壤当中，在处理渗滤液的同时也要对受重金属污染的土壤进 行治理【3】 垃圾渗滤液中含有10多种金属离子,其中的重金属离子 会对生物处理过程产生严重抑制作用理带来一定的难度。 【14】
扩散系数k和物质容量系数C 扩散系数对应于热传导问题中的对流系数，包括 渗透、毛细渗透、扩散等，且扩散系数随污染物的浓 度和土体成份变化而变化。单个单元内，扩散系数k是 相同的；对于扩散系数k的非线性，可以用折线近似代 替。 物质容量系数C定义为：污染物的浓度每变化 l时的单位质量土体污染物的变化量。其物理意义 相当于热传导问题中的比热，C=1/ρ ，ρ 为土体密 度。