《环境实验》课程教学资源：活性炭吸附实验.doc_大学文库

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 个三角烧瓶中分别加入 100mg、200mg、300mg、400mg、500mg 粉状活性炭。 ④在每个烧瓶中分别加入同体积的废水进行搅拌。一般规定，烧瓶中废水 COD(mg／L) 与活性炭浓度(mg/L)比值为 0.5—5.0。 ⑤将上述 5 个三角烧瓶放在振荡器上振荡，当达到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打开进水阀门，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较多的一种非极性吸附剂。与其他吸附剂相比,活性炭具有微孔发达、比表面积大的特点。通常比表面积可以达到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。吸附机理是活性炭表面的分子受到不平衡的力,而使其他分子吸附于其表面上。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,达到平衡时,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表面的浓度均不再变化,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 v(ca-c (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: co,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式中K—一与吸附剂比表面积、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, 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 Igg=lgK ++lgc (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( Boart和亚当斯( Adams)关系式表达,即 KNoH 1-K 因exp(KNoH/)》1,所以上式等号右边括号内的1可忽暗不计,则工作时间t由上式可得 N。 H In Co U KN。(cr (4-12) 式中t一工作时间,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) 吸附容量,即达到饱和时被吸附物质的吸附量,mg/L: co——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

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较多的一种非极性吸附剂。与其他吸附剂相比，活性炭具有微孔发达、比表面积大的特点。通常比表面积可以达到 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。吸附机理是活性炭表面的分子受到不平衡的力，而使其他分子吸附于其表面上。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，达到平衡时，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表面的浓度均不再变化，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——与吸附剂比表面积、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 (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，则工作时间 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，即达到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

①将处理水倒入贮水槽 ②选择控制器板面定时/不定时开关 ③打开电源,启动水泵电机,调整流量。流量调整要适当,过大会降低沉淀效果。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,打开盖子,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悬浮性固体计算悬浮性固体含量c (mg/L) 式中ω1——称量瓶十滤纸质量,g ω2—一称量瓶十滤纸十悬浮性固体的质量,g V—一水样体积,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c,出水的悬浮物浓度c,水样的去除率E-c2×109% 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: 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,达到进水、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

①将处理水倒入贮水槽； ②选择控制器板面定时/不定时开关； ③打开电源，启动水泵电机，调整流量。流量调整要适当，过大会降低沉淀效果。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，打开盖子，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； 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，达到进水、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

废水可生化性实验 1.实验目的 (1)熟悉呼呼仪的基本构造及操作方法。 (2)理解内源呼吸线及生化呼吸线的基本含义。 (3)分析不同浓度的含酚废水的生物降解及生物毒性 2.实验原理微生物处于内源呼吸阶段时,耗氧的速率恒定不变。微生物与有机物接触后,其呼吸耗氧的特性反映了有机物被氧化分解的规律。一般情况,耗氧量大、耗氧速率高即说明该有机物易被微生物降解,反之亦然。测定不同时间的内源呼吸耗氧量及与有机物接触后的生化呼吸耗氧量及生化呼吸线,通过比较即可判定废水的可生化性当生化呼吸线位于内源呼吸线上时废水中有机物一般是可被微生物氧化分解的;当生化呼吸线与内源呼吸线重合时,有机物可能是不能被微生物降解的,但它对微生物的生命活动尚无抑制作用;当生化呼吸线位于内源呼吸线下时则说明有机物对微生物的生命活动产生了明显的抑制作用。瓦呼仪的工作原理是,在恒温及不断搅拌的条件下,使一定量的菌种与废水在定容的反应瓶中接触反应,微生物耗氧特使反应瓶中氧的分压降低(释放的二氧化碳用氢氧化钾溶液吸收)。测定分压的变化,即可推算出消耗的氧量。 3.实验设备与试剂通气旋塞能控制温度的水糟 (1)瓦呼仪一台(图4-13-1)。 (2)离心机一台 (3)活性污泥培养及驯化装置 (4)测酚装置 (5)苯酚。 (6)硫酸铵 (7)磷酸氢一钾。 (8)碳酸氢钠。 (9)氯化铁圆节螺丝 4.实验步骤 (D)活性污泥的培养处理 ①取已建污水厂活性污泥或带菌土壤为菌种,在间歇式培养瓶中以含酚合成废水为营养,曝气或搅拌.以培养活性污泥 ②每天停止曝气Ih,沉淀后去除上清液,加入新鲜含酚合成废水,并逐步提高含酚浓度。达到驯化活性污泥的目的 ③当活性污泥数量足够,且对酚具有相当去除能力后,即认为活性污泥的培养和驯化已告完成。停止投加营养,空曝24h,使活性污泥处于内源呼吸阶段 ④取上述活性污泥在3000/min的离心机上离心l0min,倾去上清液、加入蒸馏水洗涤,在电磁搅拌器上搅拌均匀后再离心,反复三次,用p=7的磷酸盐缓冲液稀释,配制成所需浓度的活性污泥悬浊液。 (2)含酚合成废水的配制配制五种不同含酚浓度的合成废水,如表4-13·1所示

废水可生化性实验 1．实验目的 (1)熟悉呼呼仪的基本构造及操作方法。 (2)理解内源呼吸线及生化呼吸线的基本含义。 (3)分析不同浓度的含酚废水的生物降解及生物毒性。 2．实验原理微生物处于内源呼吸阶段时，耗氧的速率恒定不变。微生物与有机物接触后，其呼吸耗氧的特性反映了有机物被氧化分解的规律。一般情况，耗氧量大、耗氧速率高即说明该有机物易被微生物降解，反之亦然。测定不同时间的内源呼吸耗氧量及与有机物接触后的生化呼吸耗氧量及生化呼吸线，通过比较即可判定废水的可生化性。当生化呼吸线位于内源呼吸线上时废水中有机物一般是可被微生物氧化分解的；当生化呼吸线与内源呼吸线重合时，有机物可能是不能被微生物降解的，但它对微生物的生命活动尚无抑制作用；当生化呼吸线位于内源呼吸线下时则说明有机物对微生物的生命活动产生了明显的抑制作用。瓦呼仪的工作原理是，在恒温及不断搅拌的条件下，使一定量的菌种与废水在定容的反应瓶中接触反应，微生物耗氧特使反应瓶中氧的分压降低(释放的二氧化碳用氢氧化钾溶液吸收)。测定分压的变化，即可推算出消耗的氧量。 3．实验设备与试剂 (1)瓦呼仪一台(图 4—13—1)。 (2)离心机一台。 (3)活性污泥培养及驯化装置套。 (4)测酚装置 (5)苯酚。 (6)硫酸铵。 (7)磷酸氢一钾。 (8)碳酸氢钠。 (9)氯化铁。 4．实验步骤 (I)活性污泥的培养处理 ①取已建污水厂活性污泥或带菌土壤为菌种，在间歇式培养瓶中以含酚合成废水为营养，曝气或搅拌．以培养活性污泥。 ②每天停止曝气 1h，沉淀后去除上清液，加入新鲜含酚合成废水，并逐步提高含酚浓度。达到驯化活性污泥的目的。 ③当活性污泥数量足够，且对酚具有相当去除能力后，即认为活性污泥的培养和驯化已告完成。停止投加营养，空曝 24h，使活性污泥处于内源呼吸阶段。 ④取上述活性污泥在 3000r／min 的离心机上离心 10min，倾去上清液、加入蒸馏水洗涤，在电磁搅拌器上搅拌均匀后再离心，反复三次，用 pH＝7 的磷酸盐缓冲液稀释，配制成所需浓度的活性污泥悬浊液。 (2)含酚合成废水的配制配制五种不同含酚浓度的合成废水，如表 4—13·1 所示