表1结果显示:在初始阶段,即废水的质量浓度较大时,活性炭的吸附速率较大.随着吸附的进行,废水的质量浓度下降,活性炭的吸附速率越来越慢.活性炭的吸附速率反应了活性炭的变化规律.在初始阶段,活性炭的吸附速率较大,活性炭的相对变化率也较大;随着吸附的进行,吸附速率变小,活性炭的相对变化率也变小.因此,活性炭的相对变化率是一个单调递减的函数,且递减的速率越来越慢.实验二:废水中金属离子浓度与吸附率的关系实验.
实验温度:室温(11℃);称重量均为0·8g,型号为PJ8×30,粒度为0.045mm经预处理后的活性炭四份,放入已编号的250mL锥形瓶中;用50mL移液管分别移取上述已调好的含砷浓度分别为1·0mg/L、2·0mg/L、4·0mg/L、5·0mg/L,pH均为4的NaAsO2溶液各一份;依次放入已编号的锥形瓶中;塞上塞子密封后放在振荡器上振荡;振荡3·0h后停止,真空抽滤,去过滤初液,取过滤过程中的各中间滤样分别进行化验分析(如图1).
图1表明,随着溶液中初始砷浓度的增加,活性炭对砷的吸附率是逐渐增加的.由于溶质砷浓度的增加,溶液中单位体积内的溶质数也相应增加,因而单位时间内与活性炭接触的溶质分子数也增加,所以吸附率增大.
一般来说,废水的质量浓度高,废水中的金属离子含量高,与活性炭的接触充分,活性炭的吸附速率大,废水的质量浓度变化较快.相反,废水的质量浓度变化较慢.所以,废水的质量浓度的变化率与废水的质量浓度及活性炭的表面积大小(可以用没有发生吸附反应的活性炭的量表示)有关.
基于以上的分析,作如下假设:
1)本模型假设活性炭的物理结构为颗粒状、废水的pH值为4、温度在室温(21℃)下,既活性炭的吸附条件达到了实验要求.
2)在一定条件下,活性炭的投加量为Q0,发生吸附反应的活性炭的量记为Q(t).
3)在一定条件下,废水的质量浓度记为P(t),且
4)在一定条件下,废水的质量浓度的相对变化率正比于废水浓度P(t)和没有进行吸附反应的活性炭的量Q0-Q(t).
2·活性炭吸附法处理废水的数学模型
2·1 模型1:活性炭的变化过程模型
2·2 模型2:溶液质量浓度的变化过程模型由假设4)知,在一定的条件下,废水的质量浓度相对变化率正比于废水的质量浓度P(t)和没有进行吸附反应的活性炭的量Q0-Q(t),应有
其中,b是比例系数大于零,负号表示废水的质量浓度由高到低变化.
3·模型求解与验证
3·1 Matlab求解模型1
3·3 模型验证
为了验证模型的正确性,本文阐述了活性炭吸附水溶液中砷的特性研究实验,然后对实验研究的结果加以分析.
1)活性炭吸附水溶液中砷的特性研究实验[10]室温(约21℃),分别称取重量分别为:0·2、0·4、0·6、0·8、1·0g预处理后的活性炭五份分别放入已经干燥并编号的250ml具塞锥形瓶中;取足量含砷浓度为2.0mg/LNaAsO溶液分别放入已编号的小烧杯中,调pH为4;用soml移液管分别移取上述pH为4的溶液各50m,l依次放入已编好号的锥形瓶中;塞上塞子密封后放在振荡器上振荡3h,真空抽滤,去过滤初液,过滤过程中的各中间滤样分别进行化验分析.
由图3、图4可知,活性炭吸附可使溶液中的砷浓度降低到<0·01mg/L以下,吸附率可达99·9%以上.随着吸附时间的增加,溶液中砷的浓度逐渐降低,吸附率明显升高.一定时间后,如图中所示,吸附时间等于2·5h的吸附率与吸附3h后的相同,这说明当吸附时间为2·5h,吸附基本已达平衡,即便再增加吸附时间溶液中的砷浓度基本不发生变化.所以平衡时间可定为2·5h.
碳氮化合物的污染源有：石油化工的生产过程，使用有机溶剂的工厂，汽车、轮创、飞机油类的燃烧等。它们不仅对人体有害，有的还有致癌和致突变作用，而且在日光下，会和氮氧化合物造成二次污染的光化学烟雾。
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