吸附、氧化氧化还原与消毒作业（给排水10）
1.什么是吸附平衡？什么是吸附等温式和吸附等温线？
2.什么是gac的吸附量？吸附量和再生周期是什么关系？
3.影响吸附的因素有哪些？
4.请比较活性炭串联和并联布置的特点？
5.什么是穿透曲线、吸附带、穿透点？
6.什么是cur？
7.论述活性炭吸附在水处理中的应用？
8.水处理中，使用氧化剂的作用是那些？
9.什么是余氯、自由性余氯、化合性余氯和折点加氯法？
10.氯化消毒副产物的形成原理和控制技术？
11.为什么臭氧和活性炭经常联合使用？
12.目前的消毒方法有哪些？简要评述各种消毒方法的优缺点？
1.什么是吸附平衡？什么是吸附等温式和吸附等温线？
答：吸附是可逆的，存在吸附和解吸两个过程。当吸附质在吸附剂表面达到动态平衡时，吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面的浓度都不再改变，此时溶液中的吸附质浓度称为平衡浓度，吸附速度=解吸速度，吸附过程达到平衡状态，称为吸附平衡。
在温度一定时，吸附量随着吸附质平衡浓度的提高而增加，即一定的活性炭量的情况下，某一浓度的废水达到吸附平衡，如果增加废水中吸附质的浓度，则吸附剂的吸附量还可以增加，温度一定时，吸附量随着平衡浓度变化的曲线称为吸附等温线（见书本），相应的公式叫吸附等温式。常用的有二种，即freundlich等温吸附公式和langmuir等温吸附公式。
2.什么是gac的吸附量？吸附量和再生周期是什么关系？
答：吸附剂吸附能力的大小用吸附量表示：单位重量的吸附剂吸附的吸附质的重量。吸附量q（g/g）按下式计算：
吸附量越大，再生周期越长。
3.影响吸附的因素有哪些？
答：（1）吸附剂的性质：吸附剂的种类、颗粒大小、比表面积，颗粒的细孔构造与分布、吸附剂是否是极性分子等。
（2）吸附质的性质：1）分子大小：分子量在500~3000的容易吸附，过大分子不能进入微孔，过小分子量呢？？？
2）极性：疏水性、非极性、弱极性易吸附。3）吸附质的浓度较低时，提高c可增加吸附量。
（3）其它因素：废水的ph值，活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中吸附效果较好；共存物质：对于物理吸附，共存多种物质时的吸附比单一物质时的吸附要差；温度：
对于物理吸附，放热反应， t高则不利，吸附量减少；接触时间：应保证吸附达到平衡时的时间，而该时间的大小取决于吸附速度v，v大则所需时间短。（4）与水处理化学药剂的作用：
活性炭为还原性物质，和氧化性物质发生反应，如氧、氯、二氧化氯、高锰酸钾等，水处理中作为去除余氯的一个手段。（5）生物协同作用：活性炭使用一定时间后，其表面会繁殖微生物，参与对有机物的去除。
目前，有人利用生物活性炭处理低浓度有机废水，取得了较好的效果。
4.请比较活性炭串联和并联布置的特点？
答：串联：提高出水质量和ac利用率；并联：处理低浓度、大水量。
5.什么是穿透曲线、吸附带、穿透点？
答：（1）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线叫穿透曲线。
2）吸附带：指正在发生吸附作用的那段填充层，在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带上部的填充层已达到饱和状态，不再起吸附作用。
3）穿透点：当出水吸附质浓度ca为允许出水最高浓度或ca=(0.05~0.10)co时所对应的出水总体积或吸附时间的穿透曲线上的那一点叫穿透点。
6.什么是cur？
答：cur：单位处理水量所需要的活性炭量。
公式：cur=m/qt qt:处理总水量。
总吸附量qe=m×qe=qt(c0-ce)
cur=m/qt=(c0-ce)/qe
cur越大，处理成本越低。
7.论述活性炭吸附在水处理中的应用？
答：臭和味的去除、总有机碳（toc）的去除；消毒副产物前驱物的去除（天然有机物nom）；挥发性有机物、人工合成有机物；城市污水深度处理；高浓度有机废水深度处理；重金属离子去除；受污地表水强化预处理；工业纯水处理。
8.水处理中，使用氧化剂的作用是那些？
答：化学预氧化：对水中藻类、浮游生物、色度、臭、味、有机物、铁、锰等具有显著的去除作用，同时可破坏氯化消毒副产物的前驱物质。
破坏有机物对胶体的保护，提高混凝效果。挥发性三卤甲烷（thm）和难挥发性卤乙酸（haa）是二大类氯化消毒副产物。去除方法是预氧化去除一部分前驱物质和后吸附，但预氧化也会生成这类消毒副产物。
尤其是氯。
中间氧化：通常设在常规处理工艺的沉淀之后或过滤之后，作为水的深度处理手段，通过与颗粒活性炭（gac）或生物活性炭（bac）联用，利用活性炭的良好吸附性能和生物降解功能将氧化后的形成的可生化性较高的小分子有机物、有毒、有害中间产物及消毒副产物等进一步去除。
后氧化：是保证饮用水卫生安全的最后一道屏障，其主要目的是消毒，即灭活水中致病微生物。 消毒主要是通过以下几个方面作用的：
（1） 破坏细胞壁（2） 改变细胞通透性； （3） 改变微生物的dna或rna； （4） 抑制酶的活性。
9.什么是余氯、自由性余氯、化合性余氯和折点加氯法？
答：水中加氯量减去用于灭活水中微生物，氧化有机物和无机还原性物质等所消耗的氯量叫余氯，余氯作用：抑制水中残余病原微生物的再度繁殖。
当水中所含的氯以ci2，hoci,oci-形式存在时，称为自由性氯。
当水中所含的氯以氯胺形式存在时，称为化合性氯。
自由性氯的消毒效果比化合性氯高的多，但是自由性氯消毒的持续性不如化合性氯，后者的持续消毒效果好。
折点加氯法：
当水中存在氨时，随着加氯量的增加，氯与氨生成氯胺，氯胺被hoci进一步氧化成一些不起消毒作用的化合物（n2和hcl），余氯反而逐渐减少，最后到达折点b，此时余氯量最少，加氯量超过折点b时的加氯方法，称为折点加氯。当水中nh3<0.3mg/l 时，采用折点加氯法，也称自由余氯法。
折点加氯： 利：降低水的色度，去除恶臭，降低水中有机物含量；还能提高混凝效果。 弊：水中污染物能与氯生成三卤甲烷，具有致癌性。
10.氯化消毒副产物的形成原理和控制技术？
答：目前的氯化消毒副产物主要有挥发性三卤甲烷（thm）和难挥发性卤乙酸（haa）二大类氯化消毒副产物。主要是氯与一些天然有机物如腐殖质等结合反目前控制水中氯化消毒副产物的技术有三种：
强化混凝：选择合适的混凝剂种类和投加量，调节ph值，尽可能的去除会形成氯化消毒副产物的前驱物（主要是天然有机物，如腐殖质等）
活性炭吸附（常规处理后）
膜过滤法：台湾某净水厂采用超滤膜(uf)及低压反渗透膜(lpro)组合深度处理技术 。
慎重采用预氯化。
11.为什么臭氧和活性炭经常联合使用？
答：臭氧能把水中的大分子有机物质氧化成可生化的小分子物质，而不能完全去除，同时，臭氧能已经形成的三卤甲烷类无作用，因此后接活性炭形成联合工艺。
臭氧活性炭采用先臭氧氧化再活性吸附，在活性吸附中又继续发生氧化作用，这样，可扬长避短，发挥各自的特长。目前国内水处理中使用的活性炭能比较有效的去除水中的小分子量有机物，难于去除大分子量有机物（空隙堵塞）。而水中有机物一般以大分子量居多，所以活性炭孔的表面积将得不到有效利用，势必加速活性炭的饱和速度，缩短使用周期。
但在活性炭前或活性炭层中投加臭氧后，一方面可使水中的大分子转化为小分子，提供了小分子有机物进入活性炭微孔的可能性，加一方面，一部分的有机物得到氧化分解，减轻了活性炭的负担，使活性炭可以充分吸附未被氧化的有机物，从而达到水质深度净化的目的。
臭氧和活性炭联合使用最早是在2023年的西德开始的，在实际工程的应用中，活性炭一般放在整个处理工艺的最后，如下图是巴黎某水厂应用臭氧和活性炭结合处理工艺的流程。
河水→（加臭氧）→原水贮存→（加臭氧）→混凝→沉淀→过滤→臭氧氧化→活性炭→氯化→（加nahso3）→脱氯。
该流程中有三个地点投加臭氧，第一点原水投加臭氧的目的是增加水中有机物在贮存池中的生物降解作用，第二点是通过打破有机物与无机胶粒之间的关系以提高混凝效果，第三点是在活性炭前投加以增强有机物的可吸附性。活性炭吸附放在最后，可保证出水水质。同时，用预臭氧化代替了通常的预氯化，避免了预氯化过程中产生的有机卤化物。
通过臭氧活性炭的联合运行发现，原先不易被活性吸附的高分子腐殖酸和富里酸，经臭氧氧化分解后，变成一些易被活性炭吸附的小分子物质，因而提高了活性炭手去除效果，但如果分子量被氧化得太小，也是不利于活性炭吸附的。
我国先后在南京炼油厂，胜利炼油厂，北京田村水厂，燕山石化公司水厂、九江石化总厂大庆石化总厂等相继建成了臭氧活性炭处理设施，并且取得了较好的处理效果。
12.目前的消毒方法有哪些？简要评述各种消毒方法的优缺点？
答：氯消毒优点：效果可靠，管网中有余氯存在，消毒持续时间长，投配设备简单，投量准确，**便宜。 缺点： 氯消毒后产生有害健康的副产物，如三卤甲烷。
臭氧消毒优点：杀菌作用快，效率高并去除色、味；消毒效用受ph值。水温及干扰物质的影响较小；不会产生三卤甲烷等副产品。缺点：投资大，成本高，需现场制作，设备管理较复杂。
二氧化氯消毒：优点：用于消毒时，消毒效果好，速度快，且不和水中的有机物作用生成有害的卤代有机物。缺点：不稳定，需现场制作，消毒成本低于臭氧但高于氯。
漂白粉(caocl2)，有效氯低，白色粉末，易受光热潮分解，需溶解后再投加，适用小水厂和临时给水及污水消毒用。次氯酸钠(naocl)，有效氯比氯气低，易分解，需现场制作，适用于小水厂及污水消毒用。
紫外线消毒优点：消毒速度快，效率高，基本不影响水的物化性质，操作简便。缺点：能耗大，不能解决消毒后的再度细菌污染问题。主要用于纯水处理。
高锰酸盐一般作为氧化剂、助凝剂用，不列入水处理消毒方法中。
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