雨水口径流流量计量方法的研究及应用

环!境!工!程SG^105G?8G\\,*SGB1G8801GB

雨水口径流流量计量方法的研究及应用

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田!欢!王文海!李!芸!李芃抒

!

!\"$北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室\"北京\"&&&’’#

#$北京应对气候变化研究和人才培养基地北京电子废物资源化国际科技合作基地\"北京\"&&&’’$

摘要!针对雨水口及其他跌落水流的流量测量问题!提出一种基于动量变化率而测定来流冲击力的计量流量的方法%具体步骤是通过力传感装置和称重变送器将下落水流冲击力转化为电压信号!依据率定实验过程中电压值的变化!最终换算成雨水口径流流量%结果表明!应用该计量方法进行雨水口流量测量!其获得的流量精度较高!适应雨水口的流量变化!是一种计量雨水口流量的有效方法%关键词!雨水口’流量计量’动量

KLM%\"&$\"%#&EJNO.NB2O#&\"(\"#&&%

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BC引C言

海绵城市建设为中国城市现代雨水控制利用与管理系统的发展提供了机遇\"但同时也带来了极大的挑战与困惑

’\"(

接纳由零至径流峰值范围内的雨水流量\"对流量计提出了较高的要求%首先要求测量具备高精度\"其次要求流量计具有较广的量程比和良好的泄流能力&

国内现有的针对雨水口的专利已超过\"#&项\"其主要涉及雨水口的截污净化功能

’%(

&监测雨水水质和计量雨水流量是研

究雨水问题的基本工作之一\"是建设海绵城市的初始环节&雨水口是雨水排水系统中收集地表水流的构筑物\"是地面径流转化为管道排水的过渡点

’#(

&然而\"涉及雨水

口流量测量方面的专利屈指可数&由于雨水口空间有限\"现有的水力学法的堰槽等流量计量设备在雨水口安装不便#雨水径流小时\"现有的流速面积法流量计大多难以满足测量高精度的要求&国内外常用的示踪剂法测量亦由于测量点位选取困难\"而对雨水口流量计量束手无策

’’A((

\"也是

城市非点源污染物进入水环境的主要通道&雨水口!!!!!!!!e&H%#&A&&##!国家水体污染控制与治理科技重大专项!#&\"&T

#&\"&Te&H%#&A&&%$#北京建筑大学.城乡建设与管理/产学研联合研究生培养基地项目&&Ea\"H收稿日期%#&\"(a

&找到一种科学合理的雨水口流量计

量方法势在必行\"因此本研究提出了一种基于动量变

水!污!染!防!治X,\\80<5**>\\15GR5G\\05*

\"%

化率测定来流冲击力的计量方法以满足研究及工程问**一种雨水题的要求&本文主要阐述中国发明专利*

’$的测量基口流量测量装置!专利号%#&\"(\"&&&\"%H’$本原理并对该方法进行实际应用&DC雨水口流量计设计DEDC计量原理

#3为平板对水式中%)8为控制体内的合外力\"P

%

#:为总流量\"?J-#!的作用力\"P为水的密度#&/为

J-&垂直分速度\"I

对式!#$进行处理\"将式!\"$代入式!#$\"可得%

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)8

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3%9!%$

水流跌入雨水口示意图如图\"所示&

图\"!水流跌入雨水口

91BO\"!K1,B0,?5))*56),**1GB1G\\51G*8\\

通常雨水口接收的径流通过雨水篦子跌水流入市政雨水管道\"该过程中水流在垂直地面方向上的分速度为零\"水流在下落过程中属于自由落体运动\"其任意位置的垂直分速度始终符合公式!\"$%

&/#槡#67!\"$式中%&/为垂直分速度\"IJ-#7为自由落体高度\"?#6为重力加速度\"C$

D?J-#

&水体击落平面受力分析如图#所示&

图#!水体击落平面受力分析

91BO#!95028-,G,*+-1-5))*567,-.875G4,G8*

假定水体在下落的过程中\"落在某一个水平平板上后流走&取水体撞击平板瞬间\"进行受力分析&取截面S

AS与;A;之间的\"7高度的水体为控制体\"其中SAS面上的速度垂直于地面\"表示为&/#其中;A;面上的速度与地面平行\"表示为&水平&平板对水的作用力3等于冲击力8与对应的\"7高度的水体重力9之和&

对垂直于地面方向使用恒定总流动量定律进行分析%

)8#3%9#!

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$!#$

!槡#67!槡#67!!设定流速转向在很小的空间内完成\"忽略重力影响\"对式!%$进一步处理得到%

:*

3!#67!’$

槡!!根据牛顿第三定律\"平板所受力即为其对水体的作用力3

\"理论上只需测出平板所受到的力即可通过式!’$求出流量:

&本流量计通过力传感器将水体下落到平板所受到的力传感给称重变送器\"通过设置称重变送器滤波\"使其排除干扰后将模拟量转化为电压值\"并通过K

R电压记录器记录并保存&雨水口流量计流量与电压转换关系如图%所示&

图%!雨水口流量a电压转换关系

91BO%!R5G^80\\08*,\\15G-.145))*565)0>G5))1G1G*8\\)50

-\\50?6,\\80,G7^5*\\,B8-1BG,*

上述推导过程忽略了重力9及水流下落过程的损失\"必然带来一定误差&因此\"实际应用时应通过已知的流量标定称重变送器电压;与实际流量之间的关系&

DEFC设计实例

设计实例中导流板尺寸应符合国家标准图集QW;_*C&H+雨水口,!&E@E\"D$’H(标准#导流管设计为上大下小的垂直圆台体使得来流不受导流管侧壁作用力的影响#导流管管径及高度设计符合一定的比例\"保证任意方向的来流都以抛物线的方式下落到受力盘上#受力盘需要与导流管保持一定的距离\"保证来流可以顺利排走\"且受力盘直径应稍大于导流管管径\"保证来流速度方向都转换为水平方向&

雨水口流量计设计图见图’&图中导流板尺寸为H&&?

?o’&&??o%??#导流管为圆台体\"上底面直径为#E&?

?\"下底面直径为#&&??\"导流管高度为#&&?

?\"壁厚为%??#导流板与导流管上底面\"’

环!境!工!程SG^105G?8G\\,*SGB1G8801GB

焊接#导流板与受力盘底面平行\"垂直有效距离7为%&&??&

\"*导流盖板##*导流管#%*缓锥体受力盘#’*称重变送器#

E*电源#(*支架#H*格栅#

7为导流盖板与缓锥体受力盘垂直有效距离&

图’!雨水口流量计设计实例

91BO’!K8-1BG70,61GB5))*56?8\\805)0>G5))1G1G*8\\)50-\\50?6,\\80

FC流量计率定实验FEDC率定实验系统

仪表本身的设计参数和结构)液体流动特性以及工作状态均密切影响流量计特性&流量计的现场使用环境复杂\"建立完全一致的使用条件比较困难&故而需选择其共性条件\"建立率定装置\"理论与实践相结合来挖掘其使用条件下的共性特征

’D(

&

本次采用的率定方法是标准表法\"通过事先精密标定的超声波流量计来标定雨水口流量计\"二者串联在管道上\"流体依次通过#个流量计\"通过测量标准流量率定雨水口流量计&

率定实验系统如图E所示\"实验通过渠道长#&&&??的稳流明渠向D&??oD&??的集水槽供水\"水流以任意方向通过导流管进入流量计\"模拟现实条件下雨水进入雨水口场景&为满足Q

;E&&\"’*#&&(+室外排水设计规范,中规定雨水口实际泄水能力的极限值

’C(

\"使用不同流量的#台水泵供水\"小流

量潜水泵的最大流量为’$

EIJ-\"大流量潜水泵的最大流量为\"&I

J-&在较小流量时\"由\"根直径为(%??的?的图E!实验系统示意

91BOE!K1,B0,?5)\\.88Z4801?8G\\-+-\\8?

图(!实验现场流量计实物

91BO(!_8-\\)*56?8\\805)0>G5))1G1G*8\\)50-\\50?6,\\801G*,/50,\\50+

FEFC率定结果及分析

由于采用水泵直接供水方式\"电压)频率的波动会直接影响实际供水流量’\"&(

\"导致测得的实际流量

数据发生一定的离散性&故采用数据平均方式消除

随机误差&

实验中\"KR电压记录器每隔\"&-记录\"次电压值\"内存足以纪录大约#H.#使用U

<@\"#jE:=电源\"可用时长约’&.&对记录的电压值进行整理得到稳定流量下的电压均值&使用式!’$计算得到电压均值对应的力以及理论流量&

实验过程中\"采用一大一小#台水泵供水\"在小泵流量达到最大值与大泵流量处于极小值之间时\"由于控制困难\"数据缺失&将所有数据综合分析\"拟合得到理论流量以及实际流量与电压均值的关系曲线\"经分析线性关系良好\"符合真实情况\"从而推导出KR电压记录器记录电压值;与流量:的关系式如式!E$所示%

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!!结合理论流量与实际流量对应关系!图H$\"对电

水!污!染!防!治X,\\80<5**>\\15GR5G\\05*

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&$以及电压压均值与理论流量之间的关系!;理论a&$进行简单回均值与实际流量之间的关系!;实际a归分析\"结果如表#所示\"相关性良好&

!!将式!E$结合式!’$加以推广\"在实际工程测量中\"可将计量公式设定为式!($%

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;*)

!($

表DC率定实验数据对应表

\":6I=DC)VM=9LK=N8:IA:8:@O;:IL69:8L@N8=78电压均水流冲实际理论电压水流实际理论值Jj击力J流量J流量J均值J冲击力J流量J流量JP!I--a\"$!I--a\"$jP!I--a\"$!I--a\"$&$#E’#$’C&$(’&$((\"$(&%\"E$H#E$#(E$%H&$#DH#$D#&$(C&$HD\"$((E\"($%#E$’CE$ED&$#CE#$DC&$HH&$D&\"$H’%\"H$&CE$(\"E$DE&$%\"\"%$&E&$C#&$D(\"$HDE\"H$EE$HC($&&&$%D#%$H’\"$#\"$\"\"\"$D(%\"D$#H($&\"($#H&$’E#’$’%\"$’\"$%E\"$DHE\"D$%D($#(($%\"&$’E#’$’%\"$’\"\"$%E\"$C’H\"C$&C($E($EH&$E%(E$#(\"$H(\"$(’\"$C’C\"C$\"\"($H\"($EH&$((($’H#$&D#$&D#$&#E\"C$D(($D%($D’&$H($D(#$%’#$###$&HH#&$%(($CHH$&#&$D&DH$C##$E(#$EC#$\"’D#\"$&(H$\"EH$#H&$C\"ED$CH#$DD#$CH#$\"\"C#&$HDH$#EH$\"H&$C(DC$’C%$\"#%$\"E#$\"HH#\"$%EH$’%H$%H\"$&#H\"&$&H%$%%%$%(#$#%#\"$DHH$EEH$EE\"$&DC\"&$(D%$E’%$EH#$#DE##$’H$HEH$H’\"$\"’\"\"$\"D%$H’%$HE#$%&H##$(#H$CDH$D#\"$\"HC\"\"$E(%$C%%$DC#$’%%#%$DED$\"’D$#(\"$##%\"\"$CC’$&(’$&’#$%C#%$’%D$’D$\"\"\"$#H#\"#$’H’$#’$#\"#$’H#’$#\"D$(#D$%C\"$#(%\"#$%D’$#(’$\"D\"$#D\"\"#$E(’$%\"’$#’*+*理论流量#*&*实际流量&图H!电压均值与流量对应关系

91BOH!_.825008-45G78G28/8\\688G\\.8,^80,B8^5*\\,B8,G7)*>Z

表FC式\"!理论W\"

#和\"!实际W\"#的简单回归分析表\":6I=FC!LKMI=9=Q9=77L@N:N:I>7L7O@98J=O@9KRI:@O

\"!理论W\"#:NA\"!实际W\"#

关系式))的标准差<判定系数回归平方和0#

8值--08B;理论a&&$D(&E&$&&C#&$CCHDDH’#$#\"C(%’$E\"#’;实际a&&$CEEE&$&#(H&$CD(C\"#HC$EH&’\"D$#’%E关系式)&)0估计值的--08-17&的标准差标准误差=>自由度残差平方和;理论a&a&$#&#C&$&%#%&$&(#D\"C&$&HE&;实际a&a\"$&\"(D&$##%C&$\"\"C’\"H&$#’#’!槡#67式中%(和)为修正系数\"根据现场实际情况\"不同流量计配合不同的修正系数\"修正系数可通过率定得到&

FEGC误差分析

标准法率定过程中\"误差温度和压力不是主要影响因素\"可以不予考虑\"被检流量计的精度主要取决于标准流量计的精度

’\"\"(

\"假定实验过程中使用的超

声波流量计精度良好&

忽略水体重力9

\"使用式!’$给出的关系计算得到的理论流量与实际流量略有不同\"计量流量值会略微偏大&

误差来源主要有%\"$$

7高度的水体重力9的大小无法定量测定\"为满足条件\"已经设定$

7足够小\"类似于水膜\"其产生的误差可认为是系统误差##$其中式!’$中&/的计算中\"7在测量时会带来系统误差#%$实验中平板对水的作用力3的测量误差为随机误差&

对电压均值与理论流量)实际流量之间的数据分别使用式!H$计算流量相对误差\"计算结果如图D所示&可以看出%在小流量时\"所有数据相对误差绝对值均小于\"&F\"绝大多数相对误差绝对值均小于EF#在大流量时相对误差绝对值相对稳定\"均小于%F&

误差#

!:测量值%:真值$

:2\"&&?

!H$

真值

!!不难发现\"在流量较小时\"相对误差波动较大&

这是由于此时使用小流量泵时\"由球形阀控制流量\"在流量较小时\"难以稳定控制&

综合分析\"在流量大于\"$’&IJ-时\"电压值a流量关系曲线的相对误差的绝对值基本满足相关规定中其对于大多数量水设备所要求的精确度在EF范围内的要求

’\"#(

&具体流量相对误差范围见图D&

GC应用案例

为验证雨水口流量计的实际效果\"在北京某校园的道路雨水口上安装了该流量计\"现场实验装置如图C所示&

对该地#&\"E年C月’日的降雨进行监测&通过安放在校园中的雨量计得到分时降雨量#通过该雨水口流量计现场纪录的电压数据\"使用已经率定的换算

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范围很小时\"该流量计可精确计量雨水口流量#当地表汇流突然进入雨水口时\"该流量计可以稳定而迅速计量来流流量\"不会产生数值跳跃&整个过程中\"计量误差小)精度优良\"其量程适应雨水口流量变化\"该法可以承担雨水口流量计量工作&HC结C语

本文首次提出了一种基于动量变化率测定来流

图D!流量相对误差范围91BOD!_.808*,\\1^8\\5*80,G285))*56

冲击力的计量流量的方法\"并给出了雨水口径流流量与降雨强度之间的关系\"该计量方法在水工程领域\"图C!现场实验91BOC!918*78Z4801?8G\\

关系式!E$绘出该雨水口径流流量变化与降雨强度的关系如图\"&所示&降雨初期\"雨强较大\"降雨历时较短\"路面径流小\"汇聚到雨水口的流量也很少\"维持在&c

&$E&IJ-#随着降雨的进行\"经过一定历时\"雨水口径流量达到峰值\"约为’$

#EIJ-#随后随着降雨强度减小\"流量也逐渐减小\"最终趋于&&

*$*降雨量#*’*测量流量&

图\"&!降雨量对应的某雨水口径流流量过程线91BO\"&!:->0),280>G5)).+705B0,4.25008-45G71GB\\50,1G),**

对数据记录器中的数据进行整理分析\"可以看出%在降雨初期以及后期\"雨水口径流流量变化

尤其是雨水研究中有着极为重要的实践价值\"为开展雨水水量的相关研究提供了有力武器&该流量计可实时在线精确测量雨水口径流流量\"误差小\"量程比高\"洪峰流量时依旧可以保持优良的泄流能力&作为一种新式雨水口流量计量方法\"其在科研工作和实际工程中\"具有极高的实用和推广价值&另外\"由于该流量计内存可以存储一定的数据\"节约了人力成本\"但建议后续研究考虑将这些计量数据存储于云端\"并实现远传&

参考文献

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给水排水\"#&\"E\"!’$%\"A

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展望’W

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/蔗渣基分子筛对水中<

许桂苹

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的吸附性能研究

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!王晓飞\"!#!邓超冰\"!#!尹!娟\"!%!陈丽君\"!邓渠成’!黎!宁#

!\"$广西大学轻工与食品工程学院\"南宁E%&&&’##$广西壮族自治区环境监测中心站\"南宁E%&&#D#%$广西财经学院管理科学与工程学院\"南宁E%&&&%#’$澳洲国立大学克劳福德公共政策学院\"堪培拉E’\"&&’$

/#f的性能%结果表明&当吸附剂投加量为摘要!以蔗渣基分子筛为吸附材料!通过静态吸附实验法研究其去除水中<

DBJI!溶液4=为E$E!平衡时间为(&?1G时!对初始浓度为\"&?BJI10子筛对<准二级动力学方程!吸附等温线服从I方程%/关键词!蔗渣基分子筛’<

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’吸附’热力学’动力学

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铅被广泛用于铅蓄电池)涂料印染)石油化工)金属电镀等行业

’\"A#(

目前\"处理含铅废水的主要方法包括吸附法)离子交换法)膜分离法)化学沉淀法)氧化还原法)生物吸附法和生物絮凝法等

’EAD(

&它是人体的非必需元素之一\"而

’%A’(

&吸附法是去除水中重金

’C(

一旦环境中的铅通过各种途径进入人体内且累积后\"便会对人体健康产生危害

&目前\"铅已被世界卫

生组织划定为引起重大公共卫生关注的\"&种化学品;DCHD*\"CC(+污水综之一&在我国\"铅已被列为Q

合排放标准,中的第一类污染物&因此\"含铅废水在排入环境之前\"必须进行去除处理&

!!!!!!!!eP@9S:&E%&&\"$#广西自然科学基金!广西自然科学基金项目!#&\"%Q

eP@9S:\"%C&&\"$#广西科学研究与技术开发计划项目重大项目!#&\"EQ!桂科合\"’\"#E&&DA#A#%$&&Ea\"&收稿日期%#&\"(a

属的一种操作简单)经济可行的方法

&张越等’\"&(

以废弃的松木屑为原材料\"选用热分解法制备生物炭并且研究发现\"其对铅离子的去除率高达CCF以上&

蔗渣基分子筛具有较大的比表面积)特殊的孔径结构)稳定的物理化学性质和优良的吸附性能\"而关于利用蔗渣基分子筛吸附重金属的研究未见报道&因此\"本研究基于制糖副产物综合利用和重金属废水治理新型材料的实际需要\"采用甘蔗渣作为原料制备蔗渣基分子筛

’\"\"(

\"以蔗渣基分子筛为吸

\"D

环!境!工!程SG^105G?8G\\,*SGB1G8801GB

附材料\"通过静态吸附实验法研究其去除水中的DEDC主要仪器和试剂

1R:<(%&&电感耦合等离子发射光谱仪!美国赛:A;:水浴恒温振荡器!金坛默飞世尔科技公司$#@=

DA9‘便携式4=计市易晨仪器制造有限公司$#@Q

!梅特勒a托利多仪器有限公司$#\"&\"A%A;@电热鼓FC结果与分析

FEDC吸附条件对蔗渣基分子筛吸附影响的影响FEDED!4=值

4=对蔗渣基分子筛吸附/#f的去除率很低\"吸附受到明显抑制\"基分子筛对<

f其原因主要是4=很低时\"溶液中大量存在=%L\"风干燥箱!上海跃进医疗器械厂$#[I

#&’J&#分析天平!梅特勒a托利多仪器有限公司$#[1

**1AhMG\\80B0,*\"&纯水仪!默克化工技术有限公司$#@‘

AQ\"&\"#%‘真空气氛管式电阻炉!天津市中环实验电炉有限公司$&

硝酸铅)硝酸和氢氧化钠均为优级纯\"过氧化氢)酚醛树脂)无水乙醇和羧甲基纤维素钠均为分析纯\"实验用水为超纯水&DEFC实验方法

DEFED!标准储备溶液的配制

&$D&H%B于烧杯中\"加入超纯水溶解后转移至\"I容量瓶定容\"摇匀后即得E&&?

BJI的贮备液&DEFEF!蔗渣基分子筛对移取E&?

I一定浓度的含J?1G$\"室温下恒温连续振荡一定时间后\"过滤取滤液\"用电感耦合等离子发射光谱仪测定分析<

/#f的浓度\"分别根据式!\"$)式!#$计算<

/#f的去除率和吸附量&@#$&%$8

$2\"&&?

!\"$

&

!!:#

!$&%$8

$&1

!#$式中%$&为初始浓度\"?BJI#$8为平衡后模拟溶液中剩余重金属离子浓度\"?

BJI#&为重金属离子的模拟溶液体积\"I#1为吸附剂的质量\"B&DEGC数据统计

所有数据采用@<@@\"C$&和501B1GC$&软件进行数据统计)分析与图表的绘制&

=f/#f发生静电排斥作用’\"#(f%L与<\"导致=%L与

/#f

很难吸附在蔗渣基分子筛上&此外\"吸附液

4=很低时\"溶液中存在大量=f\"=f引起蔗渣基分子筛表面质子化\"该质子化作用会排斥’\"%(

&随着4=的增加\"蔗渣基分子筛

对<

/#f的去除率明显增加&当4=提高至E$E时\"去除率达到最大&当4=d($

&时\"图\"!4=对<

/#f去除率的影响91BO\"!S))82\\5)4=5G\\.8FEDEF!温!度

调节吸附溶液4=至E$

E\"温度对蔗渣基分子筛吸附<

/#f去除率的影响见图#&可以看出%随着吸附溶液温度的升高\"<

/#f

去除率呈现缓慢上升\"但趋势

并不明显\"其值从C%$

%(F上升到C($#CF\"这说明蔗渣基分子筛吸附<

/#f是一个吸热过程&但是\"考虑到温度对<

/#f吸附速率的影响不明显\"同时考虑到操作方便和吸附成本问题\"所以实验选择在室温下进行&

FEDEG!蔗糖基分子筛添加量

调节吸附溶液4=到E$

E\"蔗渣基分子筛添加量对<

/#f去除率的影响见图%&可以看出%随着溶液中蔗渣基分子筛添加量的增加\"<

/#f

去除率逐渐增加\"

最后趋于稳定&当蔗渣基分子筛增加至DB

JI时\"水!污!染!防!治X,\\80<5**>\\15GR5G\\05*

\"C

图#!温度对<

/#f去除率的影响91B$#!S))82\\5)\\8?480,\\>085G\\.8总量是固定的\"随着蔗渣基分子筛添加量的

增加\"其总比表面积和孔体积增加\"提供更多的吸附

位点

’\"’(

\"可吸附去除更多的图%!添加量对<

/#f去除率的影响91BO%!S))82\\5)75--,B85G\\.8FEDEH!吸附时间

蔗渣基分子筛添加为DB

JI\"且调节吸附溶液4=至E$

E\"吸附时间对蔗渣基分子筛吸附/#f去除率呈现先增加\"后趋于稳定的趋势&在吸附(&?

1G时\"蔗渣基分子筛对/#f#在进入慢速吸附阶段后\"蔗渣基分子筛添加量为DB

JI\"调节吸附溶液4=至E$

E\"且吸附时间为(&?1G\"初始浓度对蔗渣基分子筛吸附<

/#f去除率的影响见图E&可以看出%图’!吸附时间对<

/#f去除率的影响91BO’!S))82\\5),7-504\\15G\\1?85G\\.8当<

/#f的初始浓度从\"$&(?BJI增加到\"\"&$\"&?BJI时\"蔗渣基分子筛对<

/#f的吸附率从CC$’EF下降至E&$C’F&这主要是因为在吸附材料添加量不变的情况下\"其可吸附的活性位点有限\"在较高的图E!<

/#f初始浓度对去除率的影响91BOE!S))82\\5)FEFC动力学研究

FEFED!吸附:!

A!关系曲线不同温度!#C&$

\"E\"%&&$\"E\"%\"&$\"E\"%#&$\"E‘$下由图(可以看出%蔗渣基分子筛吸附A!曲线的变化规律同吸附时间对<

/#f吸附去除率的影响结果类似\"可以把整个吸附过程划分为#个阶段%第\"阶段吸附时间短\"速度快\"在前’&?

1G时完成#第#阶段吸附速率逐步变慢\"在反应(&?

1G时吸附基本达到平衡&此外\"温度越高\"吸附速率越大\"但是变化不明显\"平衡吸附量逐渐增加&分析认为\"在吸附开始时\"<

/#f

的浓度较高\"蔗渣基分子筛表面分布

着大量的吸附位点\"由浓度差产生的传质推动力较大\"所以温度对吸附的影响较小#随着反应的持续进

#&

环!境!工!程SG^105G?8G\\,*SGB1G8801GB

量与时间的关系模型&其线性表达式如下

*G!:$#%+**G:8%:!\"!!

附行为\"其线性表达式如下

’\"H(

’\"EA\"((

%!%$

!![2‘,+准二级动力学模型主要用于揭示整个吸

%

!’$

!\"!

#*#::+!8#:8

式中%:和:分别为在!时刻和吸附达到平衡时的吸!8BJB#!1G#+,B80B08G准为吸附时间\"?附容量\"?\"为IJ!?B-?1G$#+一级动力学模型的吸附速率常数\"B#为

*,*#C&$\"E‘#*\"*%&&$\"E‘#*#*%\"&$\"E‘#*-*%#&$\"E‘&

/#f的:A!图(!蔗渣基分子筛吸附<曲线!

91BO(!:80->-!4*5\\5)*,0-18^8!^

[2‘,+J!?B-?1G$&准二级动力学模型吸附速率常数\"B

其拟合曲线和拟合参数如表\"和图H所示&

FX

6表DC蔗渣基分子筛吸附/的动力学模型的拟合参数

/行\"蔗渣基分子筛表面逐渐达到饱和\"溶液中的<

#f

\":6I=DC.L88LNQM:9:K=8=97@O8J=PLN=8L;:A7@9M8L@NK@A=I7

FX

@N6:Q:77=K@I=;RI:97L=Z=O@9/6

需要穿过表面饱和的吸附位点才能够到达吸附材料内部未吸附饱和的吸附位点\"因而需要活化能的作用才能进入吸附材料的内部\"所以吸附后期温度对吸附量的影响明显&

FEFEF!吸附动力学模型的拟合

I,B80B08G准一级动力学模型是吸附剂的吸附容!!

:J温度Ja\"

‘!?B-B$#C&$\"E%&&$\"E%\"&$\"E%#&$\"E\"$\"DEH\"$#%(%\"$#%D%\"$#’&\"I,B80B08G准一级动力学模型+\"Ja\"

[2‘,+准二级动力学模型+#Ja\"

:8Ja\"

!?1G$!?B-B$&$&&#&&$&&#%&$&&#D&$&&#D&$\"#\"H&$\"#\"&&$\"&\"H&$&DD’#

0:8Ja\"

!?1G$!?B-B$&$\"%D’&$\"’&%&$\"’C%&$\"(&H#

0&$%&\"#&$%(CD&$%CD\"&$%(EC\"$\"HED&$CCCC\"$#%#%&$CCCC\"$#%C#&$CCCC\"$#’\"#&$CCCC,*I,B80B08G准一级动力学模型#/*[2‘,+准二级动力学模型&\"E‘#*’*%&&$\"E‘#*&*%\"&$\"E‘#*-*%#&$\"E‘&*(*#C&$

/#f的动力学模型的拟合曲线图H!蔗渣基分子筛吸附<

91BOH!91\\\\1GB2>0^85)31G8\\12,7-504\\15G?578*)50*,0-18^8

!!由表\"和图H可以看出%蔗渣基分子筛吸附#

0n&$%CD\"\"模型拟合相关性较差\"表明I,B80B08G准

\"$\"HED\"\"$#%#%\"\"$#%C#\"\"$#’\"#?BJB\"与实测值\"$\"DEH\"\"$#%(%\"\"$#%D%\"\"$#’&\"?BJB非常接近&这‘,+些数据表明内扩散不是控制吸附的唯一步骤\"[2准二级动力学模型能更真实地描述蔗渣基分子筛对附过程可以用化学吸附过程来解释&此外\"蔗渣基分子筛是多孔碳基吸附材料\"其具有孔径均一)表面积大和发达的孔体积等特性\"因而可以使被吸附组分吸

/#f一级动力学模型不适合用于描述蔗渣分子筛对<的吸附动力学特征&

‘,+当采用[2准二级动力学模型拟合实验数据‘,+时\"[2准二级动力学模型可以获得较好的拟合

#

CCCC#其中温度为#C&$\"E\"度\"其相关系数0g&$

%&&$\"E\"%\"&$\"E\"%#&$\"E‘时的平衡吸附量分别为

水!污!染!防!治X,\\80<5**>\\15GR5G\\05*

#\"

附在其表面\"具有一定的物理吸附特性&因此\"蔗渣/#f的吸附作用是物理吸附和化学吸附基分子筛对<共同作用的结果&FEGC热力学研究FEGED!吸附等温线

吸附等温线是描述一定温度条件下\"描述平衡浓度$与平衡吸附量:间相互关系的曲线\"蔗渣基分88/子筛吸附<

#f

所示&

FX

6表FC蔗渣基分子筛吸附/的吸附等温模型的拟合参数

\":6I=FC.L88LNQM:9:K=8=97@O-:NQKRL9:NA.9=RNAIL;J

FX

L7@8J=9KK@A=IO@96:Q:77=K@I=;RI:97L=Z=:A7@96LNQ/6

温度J‘#C&$\"E%&&$\"E%\"&$\"EI,GB?>10:?,JZ

a\"

908>G7*12.#

0)Ja\"

-?B$!?B-B$!I($(&C’($(\"%D($(HE(&$#%D%&$#C#%&$%C(\"\"J,5J,

’!?BJB$!\"J?B$\"J(#

0&$CC’&&$E%\"’&$CC’’&$E&#’&$CC#%&$’’’&&$CD’\"\"$\"#’&\"$’\"\"D&$CE(#&$CE’%&$CH%#的等温吸附线如图D所示&

*(*#C&$\"E‘#*’*%&&$\"E‘#*&*%\"&$\"E‘#*-*%#&$\"E‘&

图D!蔗渣基分子筛对<

/#f

的吸附等温线

91BOD!_.8,7-504\\15G1-5\\.80?-5)/,B,--8?5*82>*,0-18^8,/-50/1GB由图D可以看出%当吸附材料的添加量不变时\"在曲线开始阶段!低浓度吸附阶段$\":8增加较快\"说明蔗渣基分子筛对<

/#f有很好的吸附亲和力#随着/#f的吸附过程是吸热反应过程&FEGEF!吸附等温模型的拟合

I,GB?>10吸附等温方程主要用于描述吸附体系两相间的单分子层吸附过程\"其线性表达式如下

’\"H(

%

$8

:#\"2$\"8!E$

8:*?,Z:?,Z

)!!908>G7*12.吸附等温模型是通过大量实验数据总结

归纳出来的\"个半经验方程\"其线性表达形式如下

’\"D(

%

*G:\"B#,

*G$8**G5!($

式中%:8和:?,Z分别表示吸附平衡时吸附材料的吸附容量与最大吸附容量\"?BJB#$8为平衡后模拟溶液中剩余重金属离子的浓度\"?BJI#)为I,GB?>10平衡常数\"I

J?B#5为908>G7*12.吸附常数\"!?BJB$!\"J?B$\"J,

#,为吸附程度&

计算得出等温吸附曲线数据与回归数据如表#

%#&$\"EH$&\"HE&$’#C(&$CC&(&$’’’H\"$EH#’&$CH%#!!根据表#可以看出%I,GB?>10等温吸附模型能较好地拟合等温线\"该结果表明蔗渣基分子筛吸附10平衡常数)表示吸附剂与被吸附组分的亲和程度\")值越大表示吸附剂与吸附质的结合能力越强&10模型得到的平衡常数)值为&$

#%D%c&$’#C(IJ?B\"并且随着吸附温度的升高)值越大\"说明较高温度有利于蔗渣基分子筛对<

/#f的吸附&根据表#还可分析得出%I,GB?>10等温吸附模型

的相关系数0#

近似等于\"\"且其值均大于908>G7*12.等温吸附模型的0#

值\"表明在实验温度范围内\"

I,GB?>10等温吸附模型更适合用于描述蔗渣基分子筛对<

/#f的吸附特性&908>G7*12.等温吸附模型中\"J,的值与吸附剂的吸附强度有关’\"C(\"在#C&$\"E\"%&&$\"E‘温度条件下\"\"J,的值分别为&$E%\"’和&$E&#’!&$En\"J,n\"$\"表明在该温度条件下蔗渣基分子筛对<

/#f的吸附能力一般#在%\"&$\"E\"%#&$\"E‘温度条件下\"\"J

,的值分别为&$’’’&和&$’’’H!&$\"n\"J,n&$E$\"表示在该温度条件下蔗渣基分子筛对\"$蔗渣基分子筛对E\"吸附剂投加量为DBJI\"吸附平衡时间为(&?1G\"#$I,GB?>10等温吸附模型比908>G7*12.吸附等温模型更适用于描述蔗渣基分子筛对%$[2‘,+准二级动力学模型能更真实地描述蔗渣基分子筛对<

/#f的吸附动力学特性\"表明该吸附过程为化学吸附&此外\"蔗渣基分子筛对/#f的吸附作用##

环!境!工!程SG^105G?8G\\,*SGB1G8801GB

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R>!MM$\"R7!MM$\",G785>--1GB*8?8\\,*

是物理吸附和化学吸附共同作用的结果&

参考文献

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25*>?G5480,\\15G-)50\\.808?5^,*,G70825^80+5)?,*,2.1\\8B088G)05?6,-\\86,\\80>-1GB/5\\\\5?,-.’W(O@84,0,\\15G,G7<>01)12,\\15G_82.G5*5B+\"#&&’\"’&!\"$%DHAC($

第一作者!许桂苹!\"CHEa$\"女\"高级工程师\"博士\"主要研究方向为糖,GBZ1,5)81#(k\"(%O25?类副产物的资源化技术及环境控制&6通信作者!邓超冰!\"C(#a$\"男\"教授&

..................................................\"上接第D[页#

’\"\"(!=80-2.+]XO_.8>G280\\,1G\\+1G,2>008G\\?8\\80?8,->08?8G\\

’W(O9*56[8,->08?8G\\,G7MG-\\0>?8G\\,\\15G\"#&&#!E$%\"DA#%$

’\"#(!美国内政部垦务局O量水手册’[(O夏富洲\"刘国强\"刘孟凯\"

#C$等O译O北京%中国水利水电出版社\"#&\"\"%#%A

第一作者!田欢!\"CDCa$\"男\"硕士\"主要研究方向为城市水环境系统Gt\\1,Gk)5Z?,1*O25?与雨水低影响开发研究&.>,

通信作者!王文海!\"C(%a$\"男\"副教授\"主要研究方向为流体力学与,GB68G.,1k/>28,O87>O2G环境工程领域的相关科学研究&6