行業(yè)動(dòng)態(tài)

活性炭更換周期公式為啥用VOCs進(jìn)口濃度？為啥用削減濃度不合適？?jī)?nèi)在的邏輯和原理是什么？

發(fā)布時(shí)間：2023-06-19人氣：1644

我于今年5月3日曾寫下《活性炭更換周期到底怎么計(jì)算》，簡(jiǎn)單論證了生態(tài)環(huán)境部大氣環(huán)境司與生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院編著的《揮發(fā)性有機(jī)物治理實(shí)用手冊(cè)》（第二版）中的活性炭更換周期計(jì)算公式的正確性，但還是覺得不透徹，描述的還是有遺漏，今天想更詳細(xì)，更具體的說(shuō)一說(shuō)為啥用VOCs進(jìn)口濃度更合適，當(dāng)然，搬運(yùn)知識(shí)，解讀知識(shí)，難免不妥，如有，望各位隨時(shí)批評(píng)指正。

1、活性炭的吸附原理及相關(guān)術(shù)語(yǔ)概念

活性炭的吸附原理，各大書籍介紹的基本都不多，感興趣的可以搜一艘，下面附兩張（下圖1和圖2）比較通俗易懂的介紹。

1.1穿透時(shí)間

從上文可以看出，活性炭作為吸附劑剛開始對(duì)有機(jī)廢氣吸附效率為100%，出口廢氣的濃度為0，而且活性炭有厚度是一層層吸附的，與廢氣接觸面的一層先吸附，里面一層再開始吸附，吸附波層層推進(jìn)（看圖1中圖5-19），一直到活性炭層出口出現(xiàn)了廢氣，此現(xiàn)象稱為穿透，從開始到穿透的時(shí)間為穿透時(shí)間，由于一旦出現(xiàn)穿透現(xiàn)象后，出口濃度就會(huì)急劇上層（看圖1中圖5-18）。

1.2動(dòng)活性（平衡保持量）

從圖1介紹可知，當(dāng)活性炭層出口出現(xiàn)了廢氣，此現(xiàn)象稱為穿透，此時(shí)單位吸附劑吸附的質(zhì)量成為動(dòng)活性，動(dòng)活性又稱為平衡保持量，穿透時(shí)，活性炭還有一定的吸附能力，還沒有吸附飽和。

從圖2介紹可知，動(dòng)活性（平衡保持量）是指已吸附飽和的吸附劑讓同溫度的清潔干空氣連續(xù)6h通過(guò)該吸附層后，在吸附層內(nèi)仍保留的污染氣體量。

1.3靜活性（平衡吸附量）

從圖1，圖2 介紹可知，靜活性（平衡吸附量）指在一定的溫度、壓力下污染空氣通過(guò)一定量的吸附劑時(shí)，吸附劑所能吸附的最大氣體量。很明顯，動(dòng)活性（平衡保持量）小于靜活性（平衡吸附量），同時(shí)要求動(dòng)活性（平衡保持量）不應(yīng)該小于靜活性（平衡吸附量）的75%~80%。

2、建個(gè)類比模型形象的表達(dá)

假設(shè)用空容器來(lái)盛水用（只能一個(gè)個(gè)用），該容器容量為10m3，且在8m3上方有三排緊挨的9個(gè)小孔，有一水管向容器中放水，進(jìn)水速度為1m3/h，水位到小孔時(shí)每個(gè)小孔的排水速度為0.1m3/h（緊鄰，忽略壓強(qiáng)變化），同時(shí)規(guī)定，進(jìn)水管打開放水時(shí)，小孔打開；進(jìn)水管關(guān)閉時(shí)，小孔關(guān)閉。同時(shí)要求出水速度不能大于0.8m3/h（水浪費(fèi)多），容器要及時(shí)換新的。

如此一來(lái)，便可以用容器的進(jìn)出水形象的表示活性炭的吸附過(guò)程，剛開始時(shí)進(jìn)水全部被容器裝下（活性炭開始時(shí)吸附效率為100%），隨著水位升高，開始漏水時(shí)（達(dá)到穿透時(shí)間），容器中水容積為8m3（活性炭的動(dòng)活性或平衡保持量），接著繼續(xù)進(jìn)水，同時(shí)不斷通過(guò)小孔漏水，容器中水容積為10m3時(shí)（活性炭的靜活性或平衡吸附量），進(jìn)水全部溢流出（活性炭的吸附效率為0）。

3、論證

3.1 使用進(jìn)口濃度的合理性論證

※活性炭在被穿透時(shí)更換，還是活性炭吸附飽和時(shí)更換？

首先要理解上文兩個(gè)術(shù)語(yǔ)，平衡保持量和平衡吸附量，在穿透時(shí)間處，活性炭吸附量為平衡保持量，穩(wěn)定的被吸附了。而在活性炭飽和后的吸附量為平衡吸附量，是無(wú)法穩(wěn)定保持的。而且，你吸附飽和了再換活性炭，直接導(dǎo)致更換活性炭期間，廢氣處理效率為0，超標(biāo)排放。

用類比模型理解，就應(yīng)該是容器中的水裝8m3時(shí)（穿透時(shí)間），趕緊更換容器，再裝水，這樣水才不會(huì)白白流出。如果等到容器中水10m3時(shí)（吸附飽和）才換，第一，容器中水滿時(shí)，進(jìn)水全部流出。第二，10m3的水不能穩(wěn)定存在，還會(huì)漏水。

再看2021年9月生態(tài)環(huán)境部大氣環(huán)境司與生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院編著的《揮發(fā)性有機(jī)物治理實(shí)用手冊(cè)》（第二版）中的計(jì)算公式，

計(jì)算公式分母中使用的是S—平衡保持量（動(dòng)活性），不是平衡吸附量額，也就是說(shuō)對(duì)應(yīng)類比模型就是容積8m3。

計(jì)算公式中分子使用的是進(jìn)口VOCs濃度，為啥使用進(jìn)口的，因?yàn)樵谶_(dá)到平衡保持量前（穿透時(shí)間前），吸附效率視為100%，通過(guò)類比模型通俗理解為，在水還沒有裝8m3前，容器是不會(huì)漏水的。

因此，這個(gè)公式是相當(dāng)?shù)暮侠?，這個(gè)點(diǎn)，你get到了嗎？

3.2使用削減濃度的不合理性論證1

首先，這個(gè)公式分母上S是動(dòng)態(tài)吸附量，也就是動(dòng)態(tài)活性或者說(shuō)是平衡保持量，這點(diǎn)是與部書籍給出的公式中S（平衡保持量）保持一致的，也就是說(shuō)江蘇省生態(tài)環(huán)境廳，也是認(rèn)可在活性炭穿透時(shí)是更換活性炭的。

那么接下來(lái)的就好理解了，穿透時(shí)間之前（類比模型中容器水容量≤8m3），活性炭吸附效率是100%（類比模型中容器不漏水時(shí)），那分母上怎么可以使用削減濃度呢？這個(gè)點(diǎn)，您認(rèn)可嗎？

3.3使用削減濃度的不合理性論證2

有人說(shuō)，繼續(xù)說(shuō)江蘇省廳的那個(gè)公式，如果分母上S采用靜活性（平衡吸附量）可以嗎？如果假設(shè)使用靜活性合理，公式可行嗎？

第一，分母上S采用靜活性（平衡吸附量），本身是不合理，各位可以搜索一下各類數(shù)據(jù)，分母上S取值是啥？都是取平衡保持量，而不是平衡吸附量，因?yàn)椴捎闷胶獗３至?，活性炭才能將污染物穩(wěn)定的吸附，而采用平衡吸附量，可能會(huì)有部分污染物脫附。用類比模型解釋就是，你不能把水裝到10m3才換，因?yàn)檫@樣進(jìn)水會(huì)白白流出，10m3水也會(huì)有部分通過(guò)孔流出。

第二，如果采用削減濃度，那么你前提是預(yù)估了一個(gè)活性炭的去除效率A，好，估算去除效率沒問(wèn)題。但是我們要知道，分母上的S與分子上的去除效率（削減濃度推算）是有關(guān)聯(lián)的，你分母上S采用靜活性（平衡吸附量），那么活性炭的去除效率大概就能推算出一個(gè)固定值B（根據(jù)吸附曲線可推算）。矛盾出來(lái)了，①你預(yù)估的去除效率A與B很可能不相等，公式直接沒法用（類似數(shù)學(xué)假設(shè)論證法）。②你預(yù)估的去除效率A正好與B相同，那么這個(gè)A基本可以判斷不會(huì)滿足凈化效率90%的要求，所以，還是不行。

4、結(jié)論

活性炭更換周期計(jì)算公式中用VOCs進(jìn)口濃度。

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