我于今年5月3日曾写下《活性炭更换周期到底怎么计算》,简单论证了生态环境部大气环境司与生态环境部环境规划院编著的《挥发性有机物治理实用手册》(第二版)中的活性炭更换周期计算公式的正确性,但还是觉得不透彻,描述的还是有遗漏,今天想更详细,更具体的说一说为啥用VOCs进口浓度更合适,当然,搬运知识,解读知识,难免不妥,如有,望各位随时批评指正。
1.1穿透时间
从上文可以看出,活性炭作为吸附剂刚开始对有机废气吸附效率为100%,出口废气的浓度为0,而且活性炭有厚度是一层层吸附的,与废气接触面的一层先吸附,里面一层再开始吸附,吸附波层层推进(看图1中图5-19),一直到活性炭层出口出现了废气,此现象称为穿透,从开始到穿透的时间为穿透时间,由于一旦出现穿透现象后,出口浓度就会急剧上层(看图1中图5-18)。
2、建个类比模型形象的表达
假设用空容器来盛水用(只能一个个用),该容器容量为10m3,且在8m3上方有三排紧挨的9个小孔,有一水管向容器中放水,进水速度为1m3/h,水位到小孔时每个小孔的排水速度为0.1m3/h(紧邻,忽略压强变化),同时规定,进水管打开放水时,小孔打开;进水管关闭时,小孔关闭。同时要求出水速度不能大于0.8m3/h(水浪费多),容器要及时换新的。
3、论证
3.1 使用进口浓度的合理性论证
※活性炭在被穿透时更换,还是活性炭吸附饱和时更换?
首先要理解上文两个术语,平衡保持量和平衡吸附量,在穿透时间处,活性炭吸附量为平衡保持量,稳定的被吸附了。而在活性炭饱和后的吸附量为平衡吸附量,是无法稳定保持的。而且,你吸附饱和了再换活性炭,直接导致更换活性炭期间,废气处理效率为0,超标排放。
用类比模型理解,就应该是容器中的水装8m3时(穿透时间),赶紧更换容器,再装水,这样水才不会白白流出。如果等到容器中水10m3时(吸附饱和)才换,第一,容器中水满时,进水全部流出。第二,10m3的水不能稳定存在,还会漏水。
再看2021年9月生态环境部大气环境司与生态环境部环境规划院编著的《挥发性有机物治理实用手册》(第二版)中的计算公式,
计算公式分母中使用的是S—平衡保持量(动活性),不是平衡吸附量额,也就是说对应类比模型就是容积8m3。
计算公式中分子使用的是进口VOCs浓度,为啥使用进口的,因为在达到平衡保持量前(穿透时间前),吸附效率视为100%,通过类比模型通俗理解为,在水还没有装8m3前,容器是不会漏水的。
因此,这个公式是相当的合理,这个点,你get到了吗?
3.2使用削减浓度的不合理性论证1
首先,这个公式分母上S是动态吸附量,也就是动态活性或者说是平衡保持量,这点是与部书籍给出的公式中S(平衡保持量)保持一致的,也就是说江苏省生态环境厅,也是认可在活性炭穿透时是更换活性炭的。
3.3使用削减浓度的不合理性论证2
有人说,继续说江苏省厅的那个公式,如果分母上S采用静活性(平衡吸附量)可以吗?如果假设使用静活性合理,公式可行吗?
第一,分母上S采用静活性(平衡吸附量),本身是不合理,各位可以搜索一下各类数据,分母上S取值是啥?都是取平衡保持量,而不是平衡吸附量,因为采用平衡保持量,活性炭才能将污染物稳定的吸附,而采用平衡吸附量,可能会有部分污染物脱附。用类比模型解释就是,你不能把水装到10m3才换,因为这样进水会白白流出,10m3水也会有部分通过孔流出。
4、结论
活性炭更换周期计算公式中用VOCs进口浓度。
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