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

(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

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，则

(4-14)

图4-10 活性炭柱串联工作图

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．注意事项

①间歇吸附实验中所求得的q，如出现负值，则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，则可 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型改良升流式斜流沉淀池的结构和使用方法。 ②比较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型改良升流式斜流沉淀池

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；

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，

再迅速打回“定时”档；

⑦待定时自动停机或手动停机后，取水样化验，并再开泵清洗设备。 ⑧如果水温很低，油粘设备，可开启加热装置。 ⑨测进出水油含量，计算油的去除率。 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

a水泵水管堵塞，或自吸灌水管灌水太少。 b.可能是电机烧毁或电容损坏。

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。

表 不同浓度的含酚废水配制表

(3)取清洁干燥的反应瓶及测压管l 4套，测压管中装好Brodie溶液备用，反应瓶按表 4—13—2加入各种溶液。

(4)在测压管磨砂接头上涂上羊毛脂，塞人反应瓶瓶口，以牛皮筋拉紧使之密封，然后 放人瓦呼仪的恒温水箱中(水温预先调好至20℃)使测压管闭管与大气相通，振摇5min， 使反应瓶内温度与水浴一致。

表 生化反应液的配制表

(5)调节各测压管闭管中检压液的液面至刻度150mm处，然后迅速关闭各管顶端的三 通，使之与大气隔断，记录各测压管中检压液液面读数(此值应在150mm附近)再开启瓦 呼仪振摇开关，此时刻为呼吸耗氧实验的开始时刻。

(6)在开始实验后的0h，0.25h，0.5h，1.0h，2.0h，3.0h，4.0h，5.0h，6.0h．关闭振摇开关，调整各测压管闭管液面至150mm处，并记录开管液面读数，按表4—13—3记录。

(7)停止实验后，取下反应瓶及测压管，撩净瓶口及磨塞上的羊毛脂，倒去反应瓶中液 体，用清水冲洗后置于肥皂水中浸泡，再用清水冲洗后以洗液浸泡过夜，洗净后置于55℃ 烘箱内烘干后待用。

表 瓦氏呼吸仪实验基本条件及记录表

表5—4 瓦氏呼吸仪实验计算表

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cb23.html