环境化学实验1

活性炭吸附实验 1.实验目的

①了解活性炭的吸附工艺及性能

②掌握用实验方法(含间歇法、连续流法)确定活性炭吸附处理污水的设计参数的方法。

2．实验装置及材料

(1)间歇式活性炭吸附装置 间歇式吸附用用三角烧杯，在烧杯内放入活性炭和水样进 行振荡。

(2)连续式活性炭吸附装置 连续式吸附采用有机玻璃柱D25mm×1000mm，柱内500~750mm高烘干的活性炭，上、下两端均用单孔橡皮塞封牢。各柱下端设取样口。装置具体结构如图4—10所示。

(3)间歇与连续流实验所需的实验器材 ①振荡器(1台)。 ②有机玻璃柱(3根D25mm×1000mm) ③活性炭。

④三角烧瓶(2个，500mL) ⑤COD测定装置。 ⑥配水及投配系统。 ⑦酸度计(1台)。 ⑧温度计(1只)。 ⑨漏斗(6个)。 ⑩定量滤纸。 3.实验步骤 (1)间歇式吸附实验

①将活性炭放在蒸馏水中浸泡24h，然后在10 5℃烘箱内烘24h，再将烘干的活性炭研 碎成能通过270目的筛子(0.053mm孔眼)的粉状活性炭。 ②测定预先配制的废水水温、pH值和COD。

③在5个三角烧瓶中分别参加100mg、200mg、300mg、400mg、500mg粉状活性炭。 ④—5.0。

⑤将上述5个三角烧瓶放在振荡器上振荡，当到达吸附平衡时即可停止。〔振荡时间一般为30min以上)。

⑥过滤各三角烧瓶中废水，并测定COD值， 上述原始资料和测定结果记入表4—11。 (2)连续流吸附实验

1 / 6

①配制水样或取自实际废水，使原水样中含COD约l00mg/L，测出具体的COD，pH 值、水温等数值。

②翻开进水阀门，使原水进入活性炭柱，并控制为3个不同的流量(建议滤速分别为 5 m／h， l 0 m／h， 15 m／h) ③运行稳定5min后测定各活性炭出水COD值。

④连续运行2—3h，每隔30min取样测定各活性炭柱出水COD值一次。 将原始资料和测定结果记人表4—12。 4．实验相关知识点 活性炭具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，是目前国内外应用比拟多的一种非极性 吸附剂。与其他吸附剂相比，活性炭具有微孔兴旺、比外表积大的特点。通常比外表积可以 到达500一1700m2／g，这是其吸附能力强，吸附容量大的主要原因。 活性炭吸附主要为物理吸附。吸附机理是活性炭外表的分子受到不平衡的力，而使其他 分子吸附于其外表上。当活性炭在溶液中的吸附处于动态平衡状态时称为吸附平衡，到达平 衡时，单位活性炭所吸附的物质的量称为平衡吸附量。在一定的吸附体系中，平衡吸附量是 吸附质浓度和温度的函数。为了确定活性炭对某种物质的吸附能力，需进行吸附试验。当被 吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭外表的浓度均不再变化，此时被吸附物质在溶液中的浓 度称为平衡浓度。活性炭的吸附能力以吸附量q表示，即 (4-8)

式中 q一一活性炭吸附量，即单位质量的吸附剂所吸附的物质量，g／g； V——污水体积，L；

c0，c——分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质的浓度，g／L m——活性炭投加量，g。 在温度一定的条件下，活性炭的吸附量q与吸附平衡时的浓度c之间关系曲线称为吸附 等温线。在水处理工艺中，通常用的等温线有Langmuir和Freundlich等。其中Freundlich 等温线的数学表达式为 q=Kc1/n (4-9)

式中 K——与吸附剂比外表积、温度和吸附质等有关的系数；

n——与温度、pH值、吸附剂及被吸附物质的性质有关的常数； g，c——同前。

K和n可通过问歇式活性炭吸附实验测得。将上式取对数后变换为

2 / 6

(4-10)

将g和c相应值绘在双对数坐标上，所得直线斜率为1/n，截距为K。 由于间歇式静态吸附法处理能力低，设备多，故在工程中多采用活性炭进行连续吸附操 作。连续流活性炭吸附性能可用博哈特(Bokart)和亚当斯(Adams)关系式表达，即 (4-11)

因exp(KN0H/v)》1，所以上式等号右边括号内的l可忽暗不计，那么工作时间t由上式可得 (4-12)

式中 t——工作时间，h；

v一流速，即空塔速度，m／h； H一一活性炭层高度，m； K——速度常数，m3／(mg／h)或L／(mg／h)；

N0一一吸附容量，即到达饱和时被吸附物质的吸附量，mg/L； c0——入流溶质浓度，mol／m3或(mg／L)；

cB——允许流出溶质浓度，mol／m3或(mg／L)。

在工作时间为零的时候，能保持出流溶质浓度不超过cB的炭层理论高度称为活性炭层

的临界高度Ho。其值可根据上述方程当t＝0时进行计算，即 (4-13)

在实验时，如果取工作时间为t，原水样溶质浓度为col，用三个活性炭柱串联(见图4—l0)，第一个柱子出水为cB1，即为第二个活性炭柱的进水c02：，第二个活性炭柱的出水为cB2，就是第三个活性炭柱的进水c03，由各柱不同的进出水浓度可求出流速常数K值及吸附容量N。 5．实验数据及结果整理 (1)间歇式吸附实验

①根据表4－11记录的数据以lg(c0-c)/m为纵坐标，lgcB为横坐标，得出Freundlich(费兰德利希)吸附等温线图，该线的截距为lgK，斜率为1/n。或利用q、c相应数据和式(4—9) 经回归分析，求出K、n值。 ②求出K、n值代入Freundlich吸附等温线，那么 (4-14)

图4-10 活性炭柱串联工作图

3 / 6

表4－11 间歇式吸附实验记录表 2)连续流吸附实验

①实验测定结果按表4—12填写。

原水COD浓度c0＝ mg/L，水温 ℃，pH值 ， 活性炭吸附容量No＝ g／g活性炭。 表4－12 连续流吸附实验记录表 ②由表4—12中所得t~H直线关系的截距，即为式(4—12)中的 关系式求出K值。然后推算出的＝10mg/L时活性炭校的工作时间。 ③根据间歇吸附实验所求得的q即为N0值，把上表的co，V代入下式中求得吸附容量 下吸附时间与吸附层高度的关系为 (4-15) 6．考前须知

①间歇吸附实验中所求得的q，如出现负值，那么说明活性炭明显地吸附了溶剂，此时， 应调换活性炭或原水样。

②连续流吸附实验中，如果第一个活性炭柱出水中COD值很小，小于20mg／L，那么可 增大流量或停止后继吸附柱进水。反之，如果第一个吸附柱出水COD与进水浓度相差甚小，可减少进水量。 思考题

1．吸附等温线有什么实际意义，做吸附等温线时为什么要用粉状活性炭? 2．间歇式吸附与连续式吸附相比，吸附容量q是否一样?为什么? 3．Freundlich吸附等温线和Bohart-Adams关系式各有何实际意义? 应用

斜板沉淀实验 1. 实验目的

①了解KL-GSXC-1-B型改进升流式斜流沉淀池的结构和使用方法。 ②比拟斜流沉淀池与普通沉淀池的沉淀效果。 2. 实验装置及材料 ①KL-GSXC-1-B型改进升流式斜流沉淀池

②测定悬浮物的设备：分析天平，具塞称量瓶、烘箱、滤纸、漏斗、量筒、烧杯等。 ③水样：实际工业废水或粗硅藻土等配制水样。 3. 实验步骤 ①将处理水倒入贮水槽；

4 / 6

②选择控制器板面定时/不定时开关；

③翻开电源，启动水泵电机，调整流量。流量调整要适当，过大会降消沉淀效果。具体选择视具体废水水质而定。

④待处理毕〔自动定时停机或视效果手动停机〕，取样化验，并开泵抽洗内腔。 ⑤测定进出水样悬浮物固体量。悬浮性固体的测定方法如下：首先调烘箱 至(105土1)℃，叠好滤纸放入称量瓶中，翻开盖子，将称量瓶放入105℃的烘箱烘至恒重。 然后将已恒重好的滤纸取出放在玻璃漏斗中，过滤水样，并用蒸馏水冲净，使滤纸上得到全 部悬浮性固体，最后将带有滤渣的滤纸移入称量瓶，烘干至恒重。 ⑥悬浮性固体计算 式中ω1——称量瓶十滤纸质量，g；

ω2——称量瓶十滤纸十悬浮性固体的质量，g； V——水样体积，100mL。 ⑦计算不同流速条件下，沉淀物的去除率。设进水悬浮物浓度c0，出水的悬浮物浓度ci，水样的去除率 。

4. 可能故障及处理 ① 空气开关老跳闸

水泵电机或电机烧毁短路，或启动电容损坏，找出故障更换维修之，或换新泵。 ② 漏电保护器动作

本机水泵电机或控制器处有短路现象，找出故障或维修或更换之。 ③ 水泵不上水

水泵水管堵塞，或自吸灌水管灌水太少。 斜板除油实验 1.实验目的

① 了解KL-XBGY-1-B型斜板隔油池的结构和使用方法。 ② 掌握斜板隔油池的除油原理。 2.实验装置和材料 ① KL-XBGY-1-B型斜板隔油池

②测定油含量的设备：分析天平，具塞称量瓶、烘箱、滤纸、漏斗、量筒、烧杯等。 ③水样：实际工业废水或油等配制水样。 3.实验步骤 ①将待处理的含油废水倒入贮槽内；

5 / 6

②在控制器板面功能开关上选定时或不定时运行； ③观察水泵进水管浮子是否正常浮动； ④一切正常后，开启电源开关，开启水泵； ⑤调整流量计流量，到达进水、出水与出油面动态平衡；

⑥如定时运行，在此之前设定定时时间，然后功能开关打到“不定时〞档，待调整完毕后，

6 / 6