给水排水实验指导书（2012版） - 图文

水处理实验指导书

东南大学环境工程实验室

二O一二年四月

实验一 活性炭吸附实验

一、 实验目的

1. 研究各种活性炭吸附性能，掌握等温吸附的测定方法和等温吸附曲线的绘制。 2. 掌握活性炭吸附公式中常数的确定方法。 3. 了解升流式连续活性炭吸附装置的设计及运行。

二、 实验原理

活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附现象，也有化学吸着作用。有一些被吸附物质先在活性炭表面积聚浓缩，继而进入固体晶格原子或分子之间被吸附，还有一些特殊物质则与活性炭分子结合而被吸着。

当活性炭对水中所含杂质吸附时，水中的溶解性杂质在活性炭表面积聚而被吸附。同时也有一些被吸附物质由于分子运动而离开活性炭表面，重新进入水中即同时发生解吸现象。当吸附和解吸处于动态平衡时，称为吸附平衡。这时活性炭和水（即固相和液相）之间的溶质浓度，具有一定的分布比值。如果在一定的压力与温度条件下，用m克活性炭吸附溶液中的溶质，被吸附的溶质为x克，则单位重量的活性炭吸附溶质的数量qe,即吸附容量可按下式计算

x(mg/g) qe?(1-1)

mqe的大小除了决定于活性炭的品种外，还与被吸附物质的性质、浓度、水的温度及pH值有关。一般说来，当被吸附的物质能够与活性炭发生结合反应、被吸附的物质又不容易溶解于水而受到水的排斥作用，且活性炭对被吸附物质的亲和作用力强，被吸附物质的浓度又较大时，qe值就较大。

.BET和描述吸附容量qe与吸附平衡时溶液浓度C的关系有LangmuirFruendlieh吸附等温吸附式。在水和污水处理中通常用Fruendlieh表达式来比较

不同溶液浓度时的活性炭的吸附容量，即 qe?KC1n (1-2)

式中： qe——吸附容量(mg/g)；

K——与吸附比表面积、温度有关的系数；

n——与温度有关的常数，n?1； C——吸附平衡时的溶液浓度(mg/L)

这是一个经验公式，通常用图解方法求出K、n的值（见图1-1、图1-2）。

为了方便易解，往往将式（1-2）变换成对数线性关系式：

lgqe?lgC0?C1?lgK?lgC （1-3） mn式中： C0——水中被吸附物质原始浓度(mg/L) ; C——被吸附物质的平衡浓度(mg/L) ; m——活性炭投加量(g/L)

500450400qe(mg/g)35030025020015002550qe?KC 1n75100125150C(mg/L)

图1-1 吸附等温线曲线

2.72.6y = 0.1418x + 2.3635lg(C0-C)/m2.52.42.32.2-10123lg(C)

图1-2 K、n的图解求法

连续流活性炭的吸附过程同间歇性吸附有所不同，这主要是因为前者被吸附的杂质来不及达到平衡浓度C，因此不能直接应用上述公式。这时应对活性炭吸

附柱进行被吸附杂质泄漏和活性炭耗竭过程实验，也可简单地采用

Bohar?tAdam关系式。s

NT?0C0V??C0??Vln??D??C?1??? （1-4） KN0?B???式中： T——工作时间(h) ;

V——吸附柱中流速(m/h);

D——活性炭层厚度(m); K——流速常数(m3/g?h);

N0——吸附容量(g/m3)； C0——入流溶质浓度(mg/L)； CB——容许出流溶质浓度(mg/L) 。

根据入流，出流溶质浓度，可用式（1-5）估算活性炭柱吸附层的临界浓度，即保持出流溶质浓度不超过CB的炭层理论厚度。

?C0?V? （1-5） D0?ln??1?KN0?CB??式中D0为临界厚度，其余符号同上面。

在实验时如果原水样溶质浓度为C01，用三个活性炭柱串联，则第一个活性炭柱的流出浓度CB1即为第二个活性炭柱的流入浓度C02，第二个活性炭柱的流出浓度CB2即为第三个活性炭柱的流入浓度C03。由各炭柱不同的流入、流出浓度C0、CB便可求出流速常数K值。

图1-3 间歇式活性炭吸附实验装置 图1-4 连续式活性炭吸附实验装置

三、实验装置与设备

1． 2． 3． 4． 5． 6． 7． 8．

升流式吸附装置 1套 HY-2型多用调速振荡器 1台 721型分光光度计 1台 蠕动泵 1台 过滤装置 若干 秒表

自动进样器等

0.0005M亚甲基兰溶液（化学式C16H18ClN3S?3H2O、浓度186.95mg/L）

四、实验步骤

(一)吸附等温线

1. 将粉末活性炭在150℃温度下烘干3小时。

2. 用电子天平称取0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、30.0、40.0、50.0mg粉末活性炭，分别加入8个50ml的比色管。

3. 分别在各比色管中加满50ml 0.0005M的亚甲基兰溶液，将比色管逐个固定在振荡器上振荡45分钟。

4. 取下比色管，立即用漏斗滤纸过滤，滤液舍去最初与最后的部分，留中间部分供分析用。

5. 测定各滤液中残留的亚甲基兰的吸光度，并根据亚甲基兰溶液浓度—吸光度标准曲线查出滤液中残留的亚甲基兰浓度。（标准曲线以如下方法近似获得：测定原始亚甲基兰溶液(186.95mg/L)的吸光度A，在坐标系中得一点A0，过坐标原点及A0点作一直线即得）。

C?C6. 将数据列表，以lg0为纵坐标，lgC为横坐标绘出等温吸附线。

m7. 从吸附等温线上求出K、n值，代入式（1-2）求出Fruendlieh吸附等温式。 8. 在图中相当于进水浓度C0处引一垂线与等温线相交，其交点可由纵坐标上读出X/m。这一数值代表的单位重量炭的吸附量就是炭的最终能力。 但经验证明，这一数值很难用以准确预测设计中炭的投加量。因而还必须进行连续活性炭吸附系统的实验。 （二）连续动态吸附柱实验

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