活性炭纤维对氯仿气体动态吸附的研究.pdf

活性炭纤维对氯仿气体动态吸附的研究 陶阳宇 康 娟 徐泽林 赵玉明 南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室, 江苏 南京 210093 摘要 为了探讨活性炭纤维 ACF 对氯仿有机废气的动态吸附, 考察氯仿气体流速、浓度、温度、ACF 再生次数对吸附 效率的影响以及滤速和压降的关系。 结果表明 低浓度、低流速、低温度均有利于吸附。 ACF 对氯仿的吸附以物理吸 附为主。 提高氯仿气体滤速, 气体压降增大。 关键词 活性炭纤维 氯仿 吸附 在化工行业中常以氯仿为溶剂, 氯仿有中等毒 性,可经消化道 、 皮肤接触进入机体。对眼和皮肤有 刺激作用 ,并能损害心脏 、 肝脏 、 肾脏 。所以在生产、 使用过程中 ,对氯仿的处理十分重要, 应使其在空气 中的排放浓度尽可能小, 使危害程度降到最低 。 活性炭纤维 ACF 与活性炭相比,ACF 具有优良 的结构特征。它含碳量高 、 比表面积大 、 微孔丰富 、 孔 径分布窄 ,并带有一定量的表面官能团 。因此比普通 活性炭具有更好的吸附和脱附性能 [ 1,2] 。 1 实验部分 1. 1 实验材料 所用ACF 为南通苏通碳纤维有限公司生产的粘 胶基ACF 。比表面积1 600 m 2 g , 孔容积 1. 1 mL g, 平 均孔径 210 -6 mm 。ACF 使用前在 110 ℃ 烘箱内处 理30 min, 以脱除 ACF 中的水蒸气及其它挥发性杂 质,然后在干燥器内冷却到室温。ACF 在吸附柱内装 填高度为 40 mm。 1. 2 实验流程 [ 3] 实验流程见图 1, 采用动态配气法 , 通过调节氮 气钢瓶减压阀和流量计可以获得不同流量和不同浓 度的氯仿气流。氯仿发生器温度控制在 401 ℃。 调节吸附柱外的水浴温度 ,可控制吸附时的温度。 1氮气钢瓶; 2减压阀; 3流量计; 4氯仿发生器; 5混合瓶; 6膜盒压力表; 7吸附柱; 8多孔玻板吸收管。 图 1 实验装置示意图 1. 3 氯仿气体的采样 [ 4] 以多孔玻板吸收管为采样器,丁酮为吸收液进行 避光采样,记录采样时间 、流量 、温度及气压 ,计算标 准状况下所采集的氯仿气体体积。 1. 4 测定方法 氯仿采用气相色谱法测定 。 1. 5 吸附量的计算 [ 5] 以ACF 对氯仿的吸附率为90的吸附时间为穿 透时间 tb, 相应的吸附量为穿透吸附量 qb; 以吸附效 率降为 10的吸附时间为饱和吸附时间 te, 相应的 吸附量为饱和吸附量 qe。作出吸附时间与出口浓度 之间关系的吸附透过曲线 见图 2 ,各时间内吸附量 可按下式计算 q ∫ T 0 Q C0-Ct dt QC0t - ∫ T 0 Ctdt , 式中 C0 氯仿入口浓度 mg L ; Ct t 时 min 氯仿出口浓度 mg L ; Q 采气流量 L min; ∫ T 0 Ctdt t min 时穿透曲线下的面积 。 图 2 吸附穿透曲线 2 结果与讨论 2. 1 流速对吸附效率的影响 固定其它条件, 调整氮气钢瓶减压阀及各流量计 44 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 的流量而改变气体的流速 ,测定不同吸附时间时氯仿 的出口浓度 , 可得到不同流速时 ACF 吸附氯仿气体 的穿透曲线,由此曲线得到对应的吸附参数, 见表 1。 表 1 不同流速时 ACF吸附氯仿气体的穿透 时间和穿透吸附量 ACF 质量 g 线速度 cms- 1 穿透时间 ming- 1 穿透吸附量 mgg - 1 条件 0. 6325. 347212. 5 0. 6157. 137186. 5浓度 11. 25 mg L 0. 60314. 120173. 2温度 25 ℃ 0. 61221. 214170. 2 由表 1 可知 ,流速增大 ,穿透时间缩短 ,穿透吸附 量也减少 ,说明随着流速的增大 , 氯仿与 ACF 的接触 时间缩短 ,吸附效率下降 。 2. 2 温度对吸附效率的影响 固定其它条件不变, 仅改变水浴恒温槽的温度来 调整吸附柱的温度, 测定不同吸附时间时氯仿的出口 浓度, 可得到 ACF 在不同温度下吸附氯仿的穿透曲 线,并由此曲线得到对应的吸附参数,见表 2。 表2 不同温度时 ACF吸附氯仿气体的穿透时间和穿透吸附量 吸附温度 ℃ 穿透时间 ming - 1 穿透吸附量 mgg - 1 条件 2545203. 5 浓度9. 5 mg L 4026182. 3 流量1 000 mL min 5019155. 6 由表 2 可见, 随着吸附温度的升高, 穿透时间缩 短,吸附量降低 ,这说明 ACF 对氯仿主要起物理吸附 作用 。所以在低温的情况对吸附有利。 2. 3 氯仿气体浓度对吸附效率的影响 固定其它条件不变, 调节流量计改变氯仿气体入 口浓度,由于低浓度氯仿吸附达到平衡的时间很长, 因而本实验最低浓度选用 7. 38 mg L 。测定不同时间 时氯仿气体的出口浓度 , 从而得到 ACF 吸附不同浓 度氯仿气体的透过曲线, 根据曲线计算出穿透时间和 穿透吸附量,见表 3。 表 3 不同入口浓度时 ACF吸附氯仿气体的穿透时间 和穿透吸附量 入口浓度 mgL- 1 穿透时间 ming - 1 穿透吸附量 mgg - 1 条件 7. 3845203. 5 13. 4242236. 4流量1 000 mL min 25. 3231278. 6温度25 ℃ 40. 3326325. 5 从表 3 可以看出 ,随着入口浓度的升高 , 穿透时 间缩短,穿透吸附量提高。在低浓度时 , 吸附剂能长 时间的高效工作 ,但在低浓度时, 因与其它分子竞争 能力减弱, 使吸附量反而有所下降 [ 6] 。 2. 4 ACF 再生对吸附效率的影响 将经过预处理的 ACF 作为标准吸附剂, 吸附饱 和后在 110 ℃ 烘箱内脱附, 同时也起到了预处理的作 用。在相同的实验条件下反复再生 3 次, 以吸附时间 对尾气浓度作图 , 得到 ACF 第 1 次及多次再生后吸 附氯仿气体的穿透曲线 。由此曲线得到对应的吸附 参数 ,见表 4。 表 4 多次再生后 ACF吸附氯仿气体的穿透吸附量 和饱和吸附量 再生次数 穿透吸附量 mgg- 1 饱和吸附量 mgg- 1 条件 第 1 次吸附163. 5550. 6 浓度17. 93 mg L 第 1 次再生156. 5544. 2 温度25 ℃ 第 2 次再生153. 2542. 5 流量1 000 mL min 第 3 次再生148. 8539. 7 从表 4 可见 ,多次再生后穿透吸附量和饱和吸附 量有所下降 ,但变化量都不大, 说明在高温加热的条 件下 ,氯仿很容易从 ACF 上脱附 , 这进一步说明了 ACF 的吸附作用为物理吸附 ,可以方便地再生使用。 2. 5 滤速与压降的关系 [ 7] 当ACF 在吸附柱内装填高度 40 mm ,填充密度为 0. 065 g cm 3 ,根据吸附柱前后的膜盒压强表压强之差 可得到流速与压降的关系 ,见表5。 表 5 吸附柱压降与滤速的关系 项目 滤速 cms- 1 5. 37. 110. 614. 117. 621. 2 压降 Pa100230370517667816 由表 5 可见, 流速提高 ,压降增大。气流通过吸 附柱后压降增大 ,这也是影响实际工程应用的一个重 要原因。因为压降过大, 很难选用到合适的风机。 3 结论 氯仿的入口浓度 、 气流速度、 温度、 ACF 再生次数 均会影响ACF 吸附效率 。低浓度、低流速、低温度均 有利于吸附 ,ACF 对氯仿的吸附以物理吸附为主。经 过简单加热处理 ,ACF 即可再生。气流通过 ACF 厚 度层 ,会造成一定的压降 。改造设备结构 ,减小压降, 也是以后研究工作的一个重点 。 45 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 参考文献 [ 1] 刘振宇, 郑经堂, 王茂章. PAN 基活性炭纤维. 第 16 届炭-石墨材 料学术会议论文集. 1996. 221. [ 2] 贺福, 马谦中. 活性炭纤维工业的长足发展. 新型炭材料, 1992, 1 11 -13. [ 3] 王成杨, 冯丽萍, 何菲. 活性炭纤维的表面特性及其对有机蒸汽 的吸附研究. 炭素,1999, 4 4. [ 4] 杭士平. 空中有害物质的测定方法 第二版 . 北京 人民卫生出 版社, 1986 19 -20. [ 5] 杨娇兰, 赵炳成, 曹守仁. 活性炭纤维对 NO2气体动态吸附研究. 环境与健康杂志,1997, 14 3 111. [ 6] 赵炳成, 杨娇兰, 曹守仁. 活性炭纤维动态吸附 SO2、NO2和 NH3 气效率与影响因素的研究. 中国卫生工程学杂志, 1995, 4 4 156 -157. [ 7] 金毓荃, 马宁平, 金海青. 用活性炭纤维净化含苯系物废气工艺 过程的研究. 北京工业大学学报, 1997,23 4 109 -110. 作者通讯处 陶阳宇 210093 南京市汉口路 22 号 南京大学环境 学院科学楼 703 室 2006- 10-23 收稿 烟道气生物脱硫厌氧段影响因素的研究 ＊ 王敦球 闫井玲 鄢 丹 桂林工学院资源与环境工程系, 广西 桂林 541004 摘要 采用 UASB对烟道气生物脱硫厌氧段中的主要影响因素如水力停留时间、进水浓度和温度进行实验研究。 分 别从亚硫酸根去除效果和硫化物生成情况两方面考查对反应器运行效果的影响。 结果表明, 水力停留时间为36 h时, SRB对 SO2 - 3 的还原效果良好; 进水 SO2- 3 浓度范围在 500～ 800 mg L 时, SO2- 3 还原率在 88左右; 在实验考察的温度 范围内, 反应温度为 33 ℃时SO2 - 3 还原速率和硫化物产生量最大。 关键词 烟道气 生物脱硫 UASB 亚硫酸盐 ＊广西科学基金项目 桂科基 0575098 由于中国燃料结构以煤为主的特点 ,致使中国目 前大气污染仍以煤烟型污染为主。其中 ,尘和酸雨危 害最大,且污染程度还在加剧 。因此, 控制燃煤烟尘 的SO2,对改善大气污染状况至关重要。烟气脱硫技 术 FGD 是解决烟气排放污染的主要途径 [ 1] 。目前 技术上成熟 、经济上可行的 FGD 技术按脱硫剂和脱 硫产物的干湿形态分为湿法、半干法和干法。虽各有 其优点 ,但存在二次污染 、 脱硫成本高和产物出路难 销售等问题。针对目前存在的问题 ,许多专家学者提 出了物理生物相结合的治理方法。在此将用 UASB 对烟道气生物脱硫厌氧段进行影响因素和运行效果 研究 。 1 实验方法与材料 1. 1 实验材料 该试验为了保证在厌氧脱硫实验阶段减少硫化 氢气体的产生, 选取了在模拟烟道气含硫尾液时只考 虑含亚硫酸盐和硫酸盐,且 SO 2- 3 SO 2- 4约为 4 的情况 下进行研究 。用亚硫酸钠 、 硫酸镁和硫酸钾作为亚硫 酸盐和硫酸盐的来源, 按照 CODCr∶ N∶ P 200∶ 5∶ 1 [ 2] , 采用葡萄糖 、 尿素和 KH2PO4作为碳源 、 氮源和磷源 。 接种污泥取自桂林市七里店污水厂厌氧消化污 泥。试验装置为 UASB,容积为 12 L ,内设无级调速搅 拌器 ,外附温度可以调节的保温水层 。 2 实验结果及分析 一般认为,影响厌氧消化的因素可分为两大类 一类是基本因素 , 包括微生物量、基质 、 负荷 、 混合条 件、 营养比等; 另一类是环境因素, 包括温度、pH 、氧 化还原电位 、 抑制物及促进剂含量等 。该试验重点研 究了水力停留时间,SO 2- 3浓度 、 温度等因素对反应器 运行效果的影响 。 2. 1 水力停留时间对运行效果的影响 水力停留时间直接反映了基质与微生物之间的 平衡关系, 是生物反应器主要的控制参数 。当反应器 拥有的微生物量和生物活性一定时 ,要想获得希望的 运行效果, 水力停留时间必须控制在一定的限度内, 否则将会引起反应器运行效果恶化 。实验在进水浓 46 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 TREATMENTOFPHARMACYWASTEWATERBYHYDROLYTICACIDIFICATION -SBR PROCESSBai Liyun Hu Xiaodong XiaoYongsheng et al 25 Abstract It is introduced the application of hydrolysis acidification-SBR process in a pharmacy factory. The debugging and running for a period of time shows that this process is feasible to treat mixed pharmacy wastewater which has highly concentrated organic impurities and large variety of wastewater quality and flux. The water quality of the final effluent can meet the second grade of Guangdong Local Effluent Discharge Standard. It has notable advantages such as simple operation, stable running. Therefore, this process is worthy to be popularized. Keywords hydrolysis acidification, sequencing batch reactor andmultiple pharmacy wastewater ADVANCED PROCESS FOR TREATING DE -INKING WASTEWATER IN PAPERMAKING PROCESSYu Guanlong Yang Chunping Ma Shuguang et al 28 Abstract An advanced process for treating de -inking wastewater is described. The principles, schematic flow diagram, and major structures of this advanced treatment process are presented, and the effects of parameters of design and operation of this process are discussed. A de -inking wastewater treatment project has been set up using this process in a big papermaking factory. The effluent water from this process meets the limits of the class two in the National Comprehensive Wastewater Discharge Standards GB8979 -1996. Measureshave been proposed to troubleshoot the problems in the oepration of this process. Keywords de -inking wasterwater, organic compounds, activated sludge process, advanced oxidation technology andwasterwater treatment THE CONTROL OF AERATION RATE AND THE VARIATION RULES OF PH AND DO IN A O PROCESSPeng Feng Peng Yongzhen Ma Yong 31 Abstract The effect of aeration rate on nitrification, and the variation rules of DO and pH in aerobic zones, were studied at different operational conditions. It is found that the average nitrification rate and DO concentration were gradually increased, but the increased range was reduced. The nitrification rate could be indirectly controlledby aeration rate, so as to meet the effluent standard. The average DO concentrationand the type of pH profiles could be used to determine the aeration if excessive, sufficient or insufficient. Keywords aeration rate, DO , pH, A O process and control EXPERIMENT ONTHE COLLECTION OF FINE DUST WITH HIGH RESISTIVITY BY A BIPOLAR DISCHARGING ESPChen Ling Xia Liangjian Shen Gaopeng et al 34 Abstract A new electrostatic precipitator ESPfor avoiding the back corona of the high resistivity dust layer is developed by fixing the barb nail discharging electrodes on the grounded plate electrodesbased on the analysis of the phenomenonof the back corona of the high resistivity dust layer deposited on the grounded plate electrodes. Therefore, this ESP becomes a bipolar discharging ESP because the negative and positive ions are generated simultaneously by the high voltage discharging electrodes and the grounded barb nail discharging electrodes respectively. The ionic wind is measured by a particle image velocimetry PIV because the ionic wind plays an important role in collecting the fine dust with high resistivity. The positive and the negative ion wind velocities in core area are about 2m swhen the distance between the opposite electrodes is 100 mm at the voltage of 3. 4kV. In our comparison experiments, the overall efficiency of the bipolar discharging ESP for collecting the silica flour with 0. 159μ m mass median diameter is higher than that of the unipolar discharging ESP at the mean electric field of 3. 4 kV cm at the room temperature and pressure. The experimental observation shows that the there is no back corona in the bipolar discharging ESP even when the very high resistivity silica flour 2. 4104Ψ cmis used. Keywords ESP, bipolar discharging, dust resistivity, ionwind and collection efficiency NUMERICAL ANALYSIS AND EXPERIMENTAL STUDY ON GAS FLOW DISTRIBUTION OF STRAIGHT-THROUGH FLOW BAGHOUSEDang Xiaoqing Gao Ruifang Ma Guangda et al 38 Abstract By using computational fluid dynamics CFD , the gas flow distribution of a large straight through baghouse in the coal- boiler power plantwas analyzed numerically. Through numerically analyzing gas flow distribution in the tank body, air volume of every filter bag cell, head-on gas flow velocity distribution of filter bag were demonstrated. The calculated results were better consistent with the model experiment and the measured results in the field. And the results can be as the basis for optimizing structure design of baghouse. Keywords coal-boiler power plant, baghouse, CFD and gas flow distribution EXPERIMENT ON DESULFURIZATION OF SINTERED FUME WITH WASTEWATER FROM CONVERTERLu Gang Xu Bing Xing Yi et al 41 Abstract A simulation experiment was carried out on desulfurization of fume by waste water from converter. Factors as gas speed, start SO2 concentration, ratio of liquid and gas, reaction duration, temperature are studied to find the impacts on desulfurization. Under the designed experiment situation, good deculfurization result was got through controlling the experimental parameters. Keywords waste water from converter, fume from sinter and desulfurization STUDY ONDYNAMIC ADSORPTION OF CHLORO BY ACTIVATED CARBON FIBRE TaoYangyu Kang Juan Xu Zelin et al 44 Abstract In order to study dynamic adsorption of chloro organic waste gas by using activated carbon fiber ACFas adsorption material, the influence of chloro inlet concentration, gas flow rate, temperature, the times of regeneration on adsorption efficiency and the 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 4, Aug . , 2007 relation between gas flow rate and decrease of gas pressure were investigated. The results showed that low concentration, low gas flow rate and low temperature were good for adsorption. The adsorption of CHCl3by ACFwasmainly physical adsorption. Improving filtrate speed of chloro led to a high decrease of gas pressure. Keywords activated carbon fiber, chloro and adsorption STUDY ONTHE ANAEROBIC INFLUENTIAL FACTORS OF FLUE GAS BIODESULFURIZATION Wang Dunqiu Yan Jingling Yan Dan 46 Abstract An experimental study on some main influentialfactors, such as reaction temperature, HRT and concentration in biological sulfate reduction system was done by using an UASB. The experiment investigated the effect on reactor from the changes of SO2 - 3 reduction rate and the value of sulfide. It is indicated that, when HRT being 36 h, the effect of degradation of SRB on the reduction rate of SO2- 3 are better; when the SO2 - 3 concentration is in the range of 500 mg L to 800 mg L, the SO2 - 3 reduction rate is about 88; within the temperature investigated, when reaction temperature being 33 ℃, the SO2- 3 reduction rate and the value of sulfide are the maximum. Keywords flue gas, biodesulfurization, UASB and sulphite THE NEW PROCESS OF UTILIZING THE RESOURCE FROM FLUE GAS DESULFURIZATION WITH PYROLUSITE PULPSun Jun Su Shijun Ding Sanglan et al 49 Abstract Research has been carried out on the process of producing electrolytic manganese, high -pure manganese carbonate and ammonium sulfate from the absorption offlue gas desulfurizationwith pyrolusite pulpwhichwasfirst set up by the researchers. Experiments have discovered the optimal flow and conditions of process and prepared electrolyticmanganese products thatmet the standardsofGB3418 -82 and high -pure manganese carbonate products that met the standards of GB10305, and ammonium sulfate can be recovered from the solution and be utilized further. The process achieved the intention of recovering sulfur resource and improving the extra value of pyrolusite comprehensive utilization and the results from the research provide a theoretical basis and design parameter for applying this technology to industry . Thisinvestigation shows the feasibility of a novel recycling approach to utilizing the resource from flue gas desulfurization with pyrolusite pulp. Keywords pyrolusite pulp, flue gas desulfurizaiton, absorption solution, electrolytic manganese, high -pure manganese carbonate and ammonium sulfate EXPERIMENTAL STUDY ON DEODORIZATION OF WASTEGAS FROM SEWAGE REUSE SYSTEM BY BIOFILTER TOWERSDai Xingchun Huang Minsheng Zhang Daofang et al 53 Abstract Experimental results of deodorization of wastegasfrom sewage reuse system by biofilter towers had been introduced in this paper. Within 92 seconds, these two biofilter towers could remove more than 80NH3and H2S. No. 1 tower inoculatedwith activated sludge could purify the wastegas to almost non -odorous extent, which may be attributed to zeolite adsorption and biological degradation. Only 37～ 51NOxcould be removed by biofilter towers, which meant enhanced purification s should be required. Keywords deodorization by biofliter towers, sewage reuse system and experimental study STUDY ONAPPLICATIONOFINTEGRATEDPROCESSOFSEWAGESLUDGEON CIRCULATING FLUIDIZED BED INCINERATIONYun Xiaoyin Lǜ Qinggang Na Yongjie et al 56 Abstract The volume of sewage sludge can be reduced and will become harmless, whose energy can be utilized by incineration of sewage sludge. In this paper, the integrated process of sewage sludge on circulating fluidized bed incineration is presented. The self-sustaining energy balance can be realized as the water fraction of sewage sludge is not more than 75. The 350 t d treatment capacity of sewage sludge is taken as an example for analysis. The pr