活性炭吸附實(shí)驗(yàn)裝置雙柱

1、活性炭吸附實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)說明手冊(cè)上海同廣科教儀器有限公司二00七年七月目 錄第一章 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?第二章 實(shí)驗(yàn)裝置工作原理：1第三章 實(shí)驗(yàn)原理：1第四章 實(shí)驗(yàn)裝置與設(shè)備2第五章 實(shí)驗(yàn)步驟3第六章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理：. 3第七章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論 4第八章 裝置的組成和規(guī)格 4第九章 定期檢查項(xiàng)目 4第十章 設(shè)備發(fā)生故障，請(qǐng)馬上撥打電話 4活性炭吸附實(shí)驗(yàn)說明書注：(本說明書及提供的各種計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)僅供參考：根據(jù)學(xué)校實(shí)際實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模夯钚蕴刻幚砉に囀沁\(yùn)用吸附的方法以去除異味、某些離子以及難進(jìn)行生物降解的有機(jī)污染物。在吸附過程中，活性炭比表面積起著主要作用。同時(shí)，被吸附物質(zhì)在溶劑中的溶

2、解度也直接影響吸附的速度。此外，pH的高低、溫度的變化和被吸附物質(zhì)的分散程度也對(duì)吸附速度有一定的影響。本實(shí)驗(yàn)采用活性炭間歇和連續(xù)吸附的方法，通過本實(shí)驗(yàn)確定活性炭對(duì)水中所含某些雜質(zhì)的吸附能力。希望達(dá)到下述目的：1、掌握吸附實(shí)驗(yàn)的基本操作過程；2、加深理解吸附的基本原理；3、掌握吸附等溫線的物理意義及其功能；4、掌握活性炭吸附實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法；5、了解不同活性炭的吸附性能及其選擇方法。二、實(shí)驗(yàn)裝置工作原理：本實(shí)驗(yàn)裝置為二根活性炭吸附柱。在吸附柱內(nèi)裝填顆?；钚蕴俊Ｎ绞且环N物質(zhì)附著在另一種物質(zhì)表面的過程。當(dāng)活性炭對(duì)水中所含雜質(zhì)吸附時(shí)，水中的溶解性雜質(zhì)在活性炭表面積聚而被吸附，同時(shí)也有一些被吸附物質(zhì)

3、，由于分子的運(yùn)動(dòng)而離開活性炭表面，重新進(jìn)入水中，即發(fā)生解吸現(xiàn)象。當(dāng)吸附和解吸處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，稱為吸附平衡，這時(shí)活性炭和水之間的溶質(zhì)濃度分配比例處于穩(wěn)定狀態(tài)。有些物質(zhì)脫附后需定時(shí)在塔內(nèi)活性炭中排出，這時(shí)用氣、水反沖辦法是最好的解決方法。時(shí)間一長(zhǎng)，塔內(nèi)的活性炭表面免不了要生長(zhǎng)一些微生物膜，這是好事，一舉二得，吸附塔又增加了接觸氧化法。這時(shí)塔底要進(jìn)氣、充氧?？諝舛嗌僖曔M(jìn)水量而定。三、實(shí)驗(yàn)原理：活性炭對(duì)水中所含雜質(zhì)的吸附即有物理吸附現(xiàn)象、也有化學(xué)吸著作用。有一些被吸附物質(zhì)先在活性炭表面上集聚濃縮，繼而進(jìn)入固體晶格原子或分子之間被吸附。還有一些特殊物質(zhì)則與活性炭分子結(jié)合而被吸著。當(dāng)活性炭對(duì)水中所含雜

4、質(zhì)吸附時(shí)，水中的溶解性雜質(zhì)在活性炭表面集聚而被吸附，同時(shí)也有一些被吸附物質(zhì)由于分子的運(yùn)動(dòng)而離開活性炭表面，重新進(jìn)入水中即同時(shí)發(fā)生解吸現(xiàn)象。當(dāng)吸附和解吸處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，稱為吸附平衡。這時(shí)活性炭和水（即固相和液相）之間的溶質(zhì)濃度，具有一定的分布比值。如果在一定壓力和溫度條件下，用m克活性炭吸附溶液中的溶質(zhì)，被吸附的溶質(zhì)為x毫克，則單位重量的活性炭吸附溶質(zhì)的數(shù)量qe，即.吸附容量可按下式計(jì)算：qe x m（mg/g） （17-1）qe的大小除了決定于活性炭的品種之外，還與被吸附物質(zhì)的性質(zhì)、濃度、水的溫度及pH值有關(guān)。一般來說，當(dāng)被吸附的物質(zhì)能夠與活性炭發(fā)生結(jié)合反應(yīng)、被吸附物質(zhì)又不容易溶解于水而受

5、到水的排斥作用，且活性炭對(duì)被吸附物質(zhì)的親和作用力強(qiáng)、被吸附物質(zhì)的濃度又較大時(shí)，qe值就比較大。描述吸附容量qe與吸附平衡時(shí)溶液濃度C的關(guān)系有Lang-muir.BET和Fruendlieh吸附等公式。在水和污水處理中通常用Fruendlieh表達(dá)式來比較不同溫度和不同溶液濃度時(shí)的活性炭的吸附容量，即 qeKC 1 n （17-2）式中：qe吸附容量（mg/g）； K與吸附比表面積、溫度有關(guān)的系數(shù)； n與溫度有關(guān)的常數(shù)，n1； C吸附平衡時(shí)的溶液濃度（mg/l）。這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，通常用圖解方法求出K、n的值。為了方便易解，往往將式（17-2）變換成線性對(duì)數(shù)關(guān)系式：lgqe=lg C0C m 1

6、Gk+ 1 n 1gC （17-3）式中：C0水中被吸附物質(zhì)原始濃度（mg/l）； C被吸附物質(zhì)的平衡濃度（mg/l）； m活性炭投加量（g/l）。1連續(xù)流活性炭的吸附過程同間歇性吸附有所不同，這主要是因?yàn)榍罢弑晃降碾s質(zhì)來不及達(dá)到平衡濃度C，因此不能直接應(yīng)用上述公式。這時(shí)應(yīng)對(duì)吸附柱進(jìn)行被吸附雜質(zhì)泄露和活性炭耗竭過程實(shí)驗(yàn)，也可簡(jiǎn)單的采用Bohart-Adams關(guān)系式：T N0 C0u D u KN0 ln（ C0 CB 1） （17-4）式中：T工作時(shí)間（h）； u吸附柱中流速（m/h）； D活性炭層厚度（m）； K流速常數(shù)（m3/gh）； N0吸附容量（g/m3）； C0入流溶質(zhì)濃度（mg/

7、l）； CB容許出流溶質(zhì)濃度（mg/l）。根據(jù)入流、出流溶質(zhì)濃度，可以用式（17-5）估算活性炭柱吸附層的臨界厚度，即保持出流溶質(zhì)濃度不超過CB的碳層理論厚度。 D0 u KN0 ln（ C0 CB 1） （17-5）式中：D0為臨界厚度，其余符號(hào)同上。在實(shí)驗(yàn)時(shí)如果原水樣溶質(zhì)濃度為C01，用三個(gè)活性炭柱串連，則第一個(gè)活性炭柱的出流濃度CB1即為第二個(gè)活性炭柱的入流濃度C02，第二個(gè)活性炭柱的出流濃度CB2即為第三個(gè)活性炭柱的入流濃度C03。由各碳柱不同的入流、出流濃度C0、CB便可求出流速常數(shù)K值。四、實(shí)驗(yàn)裝置與設(shè)備：（一）實(shí)驗(yàn)裝置：本實(shí)驗(yàn)間歇性吸附采用三角燒杯內(nèi)裝入活性炭和水樣進(jìn)行振蕩方法。

8、連續(xù)流式采用有機(jī)玻璃柱內(nèi)裝活性炭、水流自上而下連續(xù)進(jìn)出方法。連續(xù)流吸附實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。 1 2 4 3 1、有機(jī)玻璃管 2、活性炭層 3、承托層 4、隔板隔網(wǎng) （二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器儀表(由用戶自行購(gòu)買)：1、振蕩器 THZ-82型1臺(tái)2、pH計(jì) pHS型1臺(tái)3、活性炭柱 d1002000mm有機(jī)玻璃管3根4、活性炭 上海4mm5kg5、水樣調(diào)配箱 長(zhǎng)寬高0.50.50.6m31個(gè)7、測(cè)COD儀器1套8、溫度計(jì) 刻度01001支9、水泵 CHB31臺(tái)2五、實(shí)驗(yàn)步驟：（一）間歇式吸附實(shí)驗(yàn)步驟：1、 取活性炭2000mg放在蒸餾水中浸24h，然后放在103烘箱內(nèi)烘干24h，再將烘干的活性炭研碎成0.

9、1mm以下的粉狀；2、 配制水樣1L，使其含CODMn濃度2050mg/l；3、 取100ml水樣，測(cè)定原水的CODMn；4、 在5個(gè)三角燒杯中分別放入100、200、300、400、500mg粉狀活性炭，加入150ml水樣，放入振蕩器振蕩30min；5、 過濾各三角燒杯中水樣，并測(cè)定CODMn值；6、 測(cè)出原水樣pH及溫度，記入表17-1。（二）連續(xù)流吸附實(shí)驗(yàn)步驟：1、 配制水樣20L，使其含CODMn濃度50100mg/l；2、 取水樣20ml釋稀10倍，測(cè)出水樣的CODMn濃度；3、 在活性炭吸附柱中，各裝入碳層厚500mm活性炭；4、 啟動(dòng)水泵，將配制好的水樣連續(xù)不斷的送入高位恒位水箱

10、；5、 打開活性炭吸附柱進(jìn)水閥門，使原水進(jìn)入活性炭柱，并控制流量為100ml/min左右；6、 運(yùn)行穩(wěn)定5min后測(cè)定并記錄各活性炭柱出水CODMn值；7、 連續(xù)運(yùn)行23小時(shí)，并每隔60min取樣測(cè)定并記錄各活性炭柱出水CODMn值一次；8、 停泵，關(guān)閉活性炭柱進(jìn)出水閥門。9、如反沖洗水泵及氣泵同時(shí)打開反沖，水和氣也可以單獨(dú)反沖洗。注意事項(xiàng)：1、 間歇吸附實(shí)驗(yàn)所求得的qe如果出現(xiàn)負(fù)值，則說明活性炭明顯的吸附了溶劑，此時(shí)應(yīng)調(diào)換活性炭或調(diào)換水樣。2、 連續(xù)流吸附實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果第一個(gè)活性炭柱出水中CODMn值很小（小于20mg/l），則可增大進(jìn)水流量或停止第二、第三個(gè)活性炭柱進(jìn)水，只用一個(gè)碳柱。反之，

11、如果第一個(gè)碳柱進(jìn)出水CODMn濃度相差無幾，則可減少進(jìn)水量。3、 進(jìn)入吸附碳柱的水中混濁度較高時(shí)，應(yīng)進(jìn)行過濾去除雜質(zhì)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理：（一）間歇式吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理：1、記錄實(shí)驗(yàn)操作基本參數(shù)： 實(shí)驗(yàn)日期 年 月 日 水樣CODMn含量 mg/l pH 溫度 振蕩時(shí)間 min 水樣體積 ml2、各燒杯中水樣過濾后CODMn測(cè)定結(jié)果，建議按表17-1填寫。3、以 lg C0C m 為縱坐標(biāo)，lgC在橫坐標(biāo)繪出Fruendlich吸附等溫線。4、 從吸附等溫線上求出K、n值，代入式（17-2），求出Fruen-dlich吸附等溫式。表17-1 間歇式吸附實(shí)驗(yàn)記錄表杯號(hào)水樣體積（ml）原水樣CODMn

12、濃度C0（mg/l）吸附平衡后CODMn濃度C（mg/l）lgC活性炭投加量m（g/l）C0C m （mg/g）lg C0C m（二）連續(xù)流吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理：1、 實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果建議按表17-2填寫。2、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)代入式（17-4），求出流速常數(shù)K值。（其中N0采用qe進(jìn)行換算，活性炭容重r0.7g/cm3左右）。3、 如果出流CODMn濃度為10mg/l，求出活性炭柱碳層的臨界厚度D0。3表17-2 連續(xù)流吸附實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)日期 年 月 日原水COD濃度 mg/l 水溫 pH值 活性炭吸附容量qe mg/g工作時(shí)間T（h）1號(hào)柱2號(hào)柱3號(hào)柱出水濃度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、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論：1、 間歇吸附與連續(xù)流吸附相比，吸附容量qe和N是否相等？怎樣通過實(shí)驗(yàn)求出N0值？2、 通過本實(shí)驗(yàn)，你對(duì)活性炭吸附有什么結(jié)論性意見？本實(shí)驗(yàn)如何進(jìn)一步改進(jìn)？八、裝置的組成和規(guī)格：實(shí)驗(yàn)裝置由四根活性炭吸附柱組成，配有活性炭填料2套、隔網(wǎng)、銅閥門取樣口10只、閥門、連接管路、進(jìn)水與反沖洗流量計(jì)2只、配水箱1只、水泵1臺(tái)、防水板1張（厚度25mm）金屬電控制箱1只、漏電保護(hù)開關(guān)1套、按鈕開關(guān)2只、電源線、不銹鋼臺(tái)架等?；钚蕴课街叽纾褐睆礁叨?002000mm活性炭裝填厚度：