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活性炭吸附实验装置实验说明手册上海同广科教仪器有限公司二00七年七月目录第一章实验目的…………1第二章实验装置工作原理：…………1第三章实验原理：…………1第四章实验装置与设备…………2第五章实验步骤…………3第六章实验结果整理：………..3第七章实验结果讨论…………4第八章装置的组成和规格…………4第九章定期检查项目…………4第十章设备发生故障，请马上拨打电话………4活性炭吸附实验说明书注：(本说明书及提供的各种计算方法和实验数据仅供参考：根据学校实际实验得出的数据为准。)一、实验目的：活性炭处理工艺是运用吸附的方法以去除异味、某些离子以及难进行生物降解的有机污染物。在吸附过程中，活性炭比表面积起着主要作用。同时，被吸附物质在溶剂中的溶解度也直接影响吸附的速度。此外，pH的高低、温度的变化和被吸附物质的分散程度也对吸附速度有一定的影响。本实验采用活性炭间歇和连续吸附的方法，通过本实验确定活性炭对水中所含某些杂质的吸附能力。希望达到下述目的：1、掌握吸附实验的基本操作过程；2、加深理解吸附的基本原理；3、掌握吸附等温线的物理意义及其功能；4、掌握活性炭吸附实验的数据处理方法；5、了解不同活性炭的吸附性能及其选择方法。二、实验装置工作原理：本实验装置为二根活性炭吸附柱。在吸附柱内装填颗粒活性炭。吸附是一种物质附着在另一种物质表面的过程。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，由于分子的运动而离开活性炭表面，重新进入水中，即发生解吸现象。当吸附和解吸处于动态平衡状态时，称为吸附平衡，这时活性炭和水之间的溶质浓度分配比例处于稳定状态。有些物质脱附后需定时在塔内活性炭中排出，这时用气、水反冲办法是最好的解决方法。时间一长，塔内的活性炭表面免不了要生长一些微生物膜，这是好事，一举二得，吸附塔又增加了接触氧化法。这时塔底要进气、充氧。空气多少视进水量而定。三、实验原理：活性炭对水中所含杂质的吸附即有物理吸附现象、也有化学吸着作用。有一些被吸附物质先在活性炭表面上集聚浓缩，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集聚而被吸附，同时也有一些被吸附物质由于分子的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状态时，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。如果在一定压力和温度条件下，用m克活性炭吸附溶液中的溶质，被吸附的溶质为x毫克，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：qe＝xm（mg/g）（17-1）qe的大小除了决定于活性炭的品种之外，还与被吸附物质的性质、浓度、水的温度及pH值有关。一般来说，当被吸附的物质能够与活性炭发生结合反应、被吸附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值就比较大。描述吸附容量qe与吸附平衡时溶液浓度C的关系有Lang-muir.BET和Fruendlieh吸附等公式。在水和污水处理中通常用Fruendlieh表达式来比较不同温度和不同溶液浓度时的活性炭的吸附容量，即qe＝KC1n（17-2）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，n1；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。为了方便易解，往往将式（17-2）变换成线性对数关系式：lgqe=lgC0－Cm＝1Gk+1n1gC（17-3）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）。1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。这时应对吸附柱进行被吸附杂质泄露和活性炭耗竭过程实验，也可简单的采用Bohart-Adams关系式：T＝N0C0u[D－uKN0ln（C0CB－1）]（17-4）式中：T——工作时间（h）；u——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，可以用式（17-5）估算活性炭柱吸附层的临界厚度，即保持出流溶质浓度不超过CB的碳层理论厚度。D0＝uKN0ln（C0CB－1）（17-5）式中：D0——为临界厚度，其余符号同上。在实验时如果原水样溶质浓度为C01，用三个活性炭柱串连，则第一个活性炭柱的出流浓度CB1即为第二个活性炭柱的入流浓度C02，第二个活性炭柱的出流浓度CB2即为第三个活性炭柱的入流浓度C03。由各碳柱不同的入流、出流浓度C0、CB便可求出流速常数K值。四、实验装置与设备：（一）实验装置：本实验间歇性吸附采用三角烧杯内装入活性炭和水样进行振荡方法。连续流式采用有机玻璃柱内装活性炭、水流自上而下连续进出方法。连续流吸附实验装置示意图。12431、有机玻璃管2、活性炭层3、承托层4、隔板隔网（二）实验设备和仪器仪表(由用户自行购买)：1、振荡器THZ-82型1台2、pH计pHS型1台3、活性炭柱d＝100×2000mm有机玻璃管3根4、活性炭上海4mm5kg5、水样调配箱长×宽×高＝0.5×0.5×0.6m31个7、测COD仪器1套8、温度计刻度0～100℃1支9、水泵CHB31台2五、实验步骤：（一）间歇式吸附实验步骤：1、取活性炭2000mg放在蒸馏水中浸24h，然后放在103℃烘箱内烘干24h，再将烘干的活性炭研碎成0.1mm以下的粉状；2、配制水样1L，使其含CODMn浓度20～50mg/l；3、取100ml水样，测定原水的CODMn；4、在5个三角烧杯中分别放入100、200、300、400、500mg粉状活性炭，加入150ml水样，放入振荡器振荡30min；5、过滤各三角烧杯中水样，并测定CODMn值；6、测出原水样pH及温度，记入表17-1。（二）连续流吸附实验步骤：1、配制水样20L，使其含CODMn浓度50～100mg/l；2、取水样20ml释稀10倍，测出水样的CODMn浓度；3、在活性炭吸附柱中，各装入碳层厚500mm活性炭；4、启动水泵，将配制好的水样连续不断的送入高位恒位水箱；5、打开活性炭吸附柱进水阀门，使原水进入活性炭柱，并控制流量为100ml/min左右；6、运行稳定5min后测定并记录各活性炭柱出水CODMn值；7、连续运行2～3小时，并每隔60min取样测定并记录各活性炭柱出水CODMn值一次；8、停泵，关闭活性炭柱进出水阀门。9、如反冲洗水泵及气泵同时打开反冲，水和气也可以单独反冲洗。注意事项：1、间歇吸附实验所求得的qe如果出现负值，则说明活性炭明显的吸附了溶剂，此时应调换活性炭或调换水样。2、连续流吸附实验时，如果第一个活性炭柱出水中CODMn值很小（小于20mg/l），则可增大进水流量或停止第二、第三个活性炭柱进水，只用一个碳柱。反之，如果第一个碳柱进出水CODMn浓度相差无几，则可减少进水量。3、进入吸附碳柱的水中混浊度较高时，应进行过滤去除杂质。六、实验结果整理：（一）间歇式吸附实验结果整理：1、记录实验操作基本参数：实验日期年月日水样CODMn含量＝mg/lpH＝温度＝℃振荡时间min水样体积ml2、各烧杯中水样过滤后CODMn测定结果，建议按表17-1填写。3、以lgC0－Cm为纵坐标，lgC在横坐标绘出Fruendlich吸附等温线。4、从吸附等温线上求出K、n值，代入式（17-2），求出Fruen-dlich吸附等温式。表17-1间歇式吸附实验记录表杯号水样体积（ml）原水样CODMn浓度C0（mg/l）吸附平衡后CODMn浓度C（mg/l）lgC活性炭投加量m（g/l）C0－Cm（mg/g）lgC0－Cm（二）连续流吸附实验结果整理：1、实验测定结果建议按表17-2填写。2、根据实验所测得的数据代入式（17-4），求出流速常数K值。（其中N0采用qe进行换算，活性炭容重r＝0.7g/cm3左右）。3、如果出流CODMn浓度为10mg/l，求出活性炭柱碳层的临界厚度D0。3表17-2连续流吸附实验记录实验日期年月日原水COD浓度mg/l水温℃pH值活性炭吸附容量qemg/g工作时间T（h）1号柱2号柱3号柱出水浓度CB（mg/l）C01（mg/l）D1（m）U1（m/h）C02（mg/l）D2（m）U2（m/h）C03（mg/l）D3（m）U3（m/h）七、实验结果讨论：1、间歇吸附与连续流吸附相比，吸附容量qe和N是否相等？怎样通过实验求出N0值？2、通过本实验，你对活性炭吸附有什么结论性意见？本实验如何进一步改进？八、装置的组成和规格：实验装置由四根活性炭吸附柱组成，配有活性炭填料2套、隔网、铜阀门取样口10只、阀门、连接管路、进水与反冲洗流量计2只、配水箱1只、水泵1台、防水板1张（厚度25mm）金属电控制箱1只、漏电保护开关1套、按钮开关2只、电源线、不锈钢台架等。活性炭吸附柱尺寸：直径×高度＝100×2000mm活性炭装填厚度：1200mm九、定期检查项目一、定期检查项目1．水泵等设备是否正常运行；2．水箱水位是否正常；3．流量计显示是否处于合理范围4．有机玻璃活性炭吸附柱水位是否正常二、定期维护工作：1．水箱保持正常水位；2．水泵的定期维护；3．流量计透明体的定期擦洗；4、不用时水箱及活性炭吸附柱一定要排放出水十、设备发生故障，请拨打电话：上海同广科教仪器有限公司电话：021-51674098手机：13801625998联系人：胡方仁4