PAGEPAGE1第三章活性炭吸附理論對實驗的指導(dǎo)3.1理論總結(jié)動態(tài)吸附與靜態(tài)吸附之間的邏輯基礎(chǔ)。1、動態(tài)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物濃度的水樣，每升加活性炭mg做吸附試驗，由吸附試驗可以得出下列物料衡算關(guān)系：在時刻t水樣中有機物的減少速率=在時刻t活性炭吸附有機物的增加速率，即在一升水中式中為活性炭的視密度，約為300g/dm3，上式兩邊的具體單位分別為式左邊的按質(zhì)量來解釋，而右邊的則按濃度來解釋它實際表示活性炭的吸附速率為濃度的一級反應(yīng)。P-ρe代表了吸附的推動力，即其有效濃度，當(dāng)時，活性炭即不能再吸附。Ka的單位為mg/s.dm3。對式積分得式可以繪成如圖3-1所示的直線，由直線的斜率可求出ka值來。圖3-1求活性炭的ka值2、吸附柱的泄漏和衰耗過程如果將出水的有機物濃度與吸附柱的產(chǎn)水量與相應(yīng)的運行時間的關(guān)系繪成曲線，則得圖3-2的吸附過程曲線。圖3-2中表示了出水有機物濃度從零開始逐漸增加的過程。當(dāng)增加到允許的有機物出水最高濃度（運行時間）時，吸附柱即停止運行，柱內(nèi)的活性炭需經(jīng)再生恢復(fù)活性炭后，才能重新使用。允許的最高出水濃度則稱為吸附柱的泄漏濃度，所生產(chǎn)的總水量為，它相應(yīng)的運行時間稱為吸附周期。如果將已達到到的吸附柱繼續(xù)通過原水，出水的有機物濃度將迅速上升，以致很快接近進水濃度，說明吸附柱的能力已經(jīng)耗竭。當(dāng)出水完全達到的時間較長時，這時通過吸附柱的總水量為。出水濃度達到時稱為泄漏，這時吸附柱所吸附有機物的總量稱為吸附柱的有效容量，它代表了吸附柱的可能處理合格水的能力。出水濃度達到時稱為耗竭，這時吸附柱所吸附有機物質(zhì)了代表了吸附柱所具有的總吸附能力。圖3-2吸附柱的泄漏和耗竭曲線由圖3-2可以看出，面積則代表了吸附柱的總吸附能力。所代表的是有機物的能力。圖3-3也表明了在吸附柱的運行過程中，有一個δ的吸附厚度從吸附開始逐漸從柱頂向下運動，在泄漏時間達到柱底，并在耗竭時間完全消失掉。這個厚度稱為吸附帶。吸附帶代表了原水中有機物濃度從被去除到所必須通過的最小吸附柱厚度。圖3-3泄漏耗竭曲線的物理涵義由上面討論，可知吸附帶的總吸附能力為面積所代表的有機物，但當(dāng)吸附帶到達柱底后，它只具有面積所代表的吸附能力。因此，可定義吸附帶的分?jǐn)?shù)容量為令A(yù)代表吸附柱的面積（單位為m2）,代表活性炭的視密度（一般為300kg/m3）,代表平衡濃度為時1kg活性炭所吸附的有機物重量（kg）,則得上式表示面積所代表的有機物總量（單位為kg），同樣得3、吸附柱的設(shè)計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δ厚度到達柱底（此時吸附柱到達吸附周期）起到它的吸附能力完全耗竭止（即到達耗竭時間）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。參看圖3-4。（a）柱底吸附帶中的分布曲線（b）吸附等溫線及操作線圖3-4圖3-4（a）表示吸附帶剛達到吸附柱底時（相當(dāng)于運行恰好達吸附周期），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，與運行時間及的出水濃度及相對應(yīng)。如果把圖中的軸視作時間軸，則可看出這條分布曲線的形狀與圖3-2的吸附過程曲線的S末端完全相似，圖3-2的面積ABC相當(dāng)于圖3-3的面積，代表了吸附帶在時所剩余的吸附容量。在吸附帶的各層活性炭中，它們的吸附能力是隨著的大小而變化的，值從上而下逐漸減小，各層的吸附能力也就從上而下逐漸增加。當(dāng)單位面積流量從時間起不斷通過吸附帶時，各層活性炭的吸附量值又不斷增加，直到達最大值為止，相應(yīng)地代表剩余吸附容量的面積ABC不斷縮小，以至在時間時時為零，這時流出容積為的水量。上述過程實際表現(xiàn)為值的AC曲線從起不斷向下運動，最后在運行時間到達吸附柱底，AC曲線從起不斷向下運動，最后在運行時間到達吸附柱底，AC曲線運動了的距離，曲線的C點與坐標(biāo)軸的B點重合，吸附帶也就消失。在圖3-3（a）中，軸的正向與曲線運動的方向相反，因此吸附帶的坐標(biāo)可以解釋為曲線向下運動了距離。在-時間，由=0增加為=，相應(yīng)地曲線相應(yīng)地曲線下降了距離。在運行時間t，假定曲線向下運動的距離為，那么，就相當(dāng)于原來曲線坐標(biāo)處的部分與坐標(biāo)軸OB重合，OB軸以上只有坐標(biāo)上面的部分，如圖中虛線所示。此時活性炭的吸附量為，剩余的吸附能力由-代表，出水的有機物濃度為。當(dāng)時間增加，增加時，相當(dāng)于曲線下降了距離，吸附量增加了，相應(yīng)地水中有機物濃度減少。按物料衡算關(guān)系可知，在坐標(biāo)處的增量中所含的活性炭體積微元（×1×1）m3中所吸附的有機物量應(yīng)與單位面積出水流量由于濃度降低所去除的有機物相等，因此得從流量中所去除的有機物量/m3=每分鐘在活性炭容積m3中所吸附的有機物量相等，因此得上式左邊雖然等于，但右邊的表達式不能直接得出，需要做一定的假定和推導(dǎo)。先作出合理假定：式中，為一常數(shù)，的單位為（kg/m2﹒min）×（kg×kg）=kg（有機物）/m2﹒min；的單位為kg/kg。上式表示了每公斤活性炭所吸附的有機物與每分鐘每立方米所通過的有機物量成正比。式為一條通過原點的直線方程。又令時，該直線通過吸附等溫線的點，因此可求出值來，這一直線稱為操作線，它和吸附等溫線的關(guān)系，如圖2-17（b）所示。從圖中可看出，對同一吸附量值，可以分別從等溫線及操作線上得出平衡濃度及濃度，即在該值時，存在濃度差（-）。-即吸附的推動力，m3容積微元中的有機物吸附量可仿照式表示為ka（-），因此得物料衡算方程為按高度從0到，濃度從到進行積分得當(dāng)=時，=，代入上式得由式上兩個式子得計算是為了求分?jǐn)?shù)容量的值。由式進行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換得由圖3-19（b）可以同時看出，當(dāng)吸附層厚度由增加時，流出水量由增加為，兩者間成正比，即由式（3-2）及式（3-3）