生物炭吸附重金属动力学模型以及渗流规律

1、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：饶运章教授二、生物炭吸附的化学动力学模型二、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三、垃圾渗滤液的扩散模型的建立报告内容一、生物炭吸附垃圾渗滤液的可行性一、生物炭吸附垃圾渗滤液的可行性生物炭介绍 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】垃圾渗

2、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】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

3、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】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】生物炭添加对垃圾渗滤液的影响（相比原工艺）【9】

4、：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 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: 其中：令 得到 利用 作图可得吸附模型图。化学动力学模型及理论模型选择1bpbpexpaEbaRTmnn1mmppnn bn0pp=pk1Henry定律BET动力学模型(1)(1)mnCxnxxCx0exp1expllEpxgRTpEgRT0pxp0011()mmpCpn ppn Cn CpBET方程的线性式： 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

5、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。动力学模型选择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进入D内的物质与这段时间内D内提供的物质的和，即：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 (X，Y,Z，t)，假定物质扩散量与浓度差成正比，即q=h(u- )扩散模型的定解扩散系数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