水處理實驗指導書
東南大學環境工程實驗室
二o一二年四月
實驗一活性炭吸附實驗
一、 實驗目的
1. 研究各種活性炭吸附效能，掌握等溫吸附的測定方法和等溫吸附曲線的繪製。
2. 掌握活性炭吸附公式中常數的確定方法。
3. 了解公升流式連續活性炭吸附裝置的設計及執行。
二、 實驗原理
活性炭對水中所含雜質的吸附既有物理吸附現象，也有化學吸著作用。有一些被吸附物質先在活性炭表面積聚濃縮，繼而進入固體晶格原子或分子之間被吸附，還有一些特殊物質則與活性炭分子結合而被吸著。
當活性炭對水中所含雜質吸附時，水中的溶解性雜質在活性炭表面積聚而被吸附。同時也有一些被吸附物質由於分子運動而離開活性炭表面，重新進入水中即同時發生解吸現象。當吸附和解吸處於動態平衡時，稱為吸附平衡。
這時活性炭和水（即固相和液相）之間的溶質濃度，具有一定的分布比值。如果在一定的壓力與溫度條件下，用克活性炭吸附溶液中的溶質，被吸附的溶質為克，則單位重量的活性炭吸附溶質的數量,即吸附容量可按下式計算
1-1)
的大小除了決定於活性炭的品種外，還與被吸附物質的性質、濃度、水的溫度及值有關。一般說來，當被吸附的物質能夠與活性炭發生結合反應、被吸附的物質又不容易溶解於水而受到水的排斥作用，且活性炭對被吸附物質的親和作用力強，被吸附物質的濃度又較大時，值就較大。
描述吸附容量與吸附平衡時溶液濃度的關係有和吸附等溫吸附式。在水和汙水處理中通常用表示式來比較不同溶液濃度時的活性炭的吸附容量，即
1-2)
式中： ——吸附容量；
——與吸附比表面積、溫度有關的係數；
——與溫度有關的常數，；
——吸附平衡時的溶液濃度
這是乙個經驗公式，通常用**方法求出、的值（見圖1-1、圖1-2）。為了方便易解，往往將式（1-2）變換成對數線性關係式：
1-3）
式中： ——水中被吸附物質原始濃度;
——被吸附物質的平衡濃度;
——活性炭投加量
圖1-1 吸附等溫線曲線
圖1-2 、的**求法
連續流活性炭的吸附過程同間歇性吸附有所不同，這主要是因為前者被吸附的雜質來不及達到平衡濃度，因此不能直接應用上述公式。這時應對活性炭吸附柱進行被吸附雜質洩漏和活性炭耗竭過程實驗，也可簡單地採用關係式。
1-4）
式中： ——工作時間;
——吸附柱中流速;
——活性炭層厚度;
——流速常數;
——吸附容量；
——入流溶質濃度；
——容許出流溶質濃度。
根據入流，出流溶質濃度，可用式（1-5）估算活性炭柱吸附層的臨界濃度，即保持出流溶質濃度不超過的炭層理論厚度。
1-5）
式中為臨界厚度，其餘符號同上面。
在實驗時如果原水樣溶質濃度為，用三個活性炭柱串聯，則第乙個活性炭柱的流出濃度即為第二個活性炭柱的流入濃度，第二個活性炭柱的流出濃度即為第三個活性炭柱的流入濃度。由各炭柱不同的流入、流出濃度、便可求出流速常數值。
圖1-3 間歇式活性炭吸附實驗裝置圖1-4 連續式活性炭吸附實驗裝置
三、實驗裝置與裝置
1． 公升流式吸附裝置1套
2． hy-2型多用調速振盪器1臺
3． 721型分光光度計1臺
4． 蠕動幫浦1臺
5． 過濾裝置若干
6． 秒錶
7． 自動進樣器等
8． 0.0005m亞甲基蘭溶液（化學式、濃度186.95mg/l）
四、實驗步驟
(一)吸附等溫線
1. 將粉末活性炭在150℃溫度下烘乾3小時。
2. 用電子天平稱取0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、30.0、40.0、50.0粉末活性炭，分別加入8個50的比色管。
3. 分別在各比色管中加滿50 0.0005的亞甲基蘭溶液，將比色管逐個固定在振盪器上振盪45分鐘。
4. 取下比色管，立即用漏斗濾紙過濾，濾液捨去最初與最後的部分，留中間部分供分析用。
5. 測定各濾液中殘留的亞甲基蘭的吸光度，並根據亞甲基蘭溶液濃度—吸光度標準曲線查出濾液中殘留的亞甲基蘭濃度。（標準曲線以如下方法近似獲得：
測定原始亞甲基蘭溶液(186.95mg/l)的吸光度a，在座標系中得一點a0，過座標原點及a0點作一直線即得）。
6. 將資料列表，以為縱座標，為橫座標繪出等溫吸附線。
7. 從吸附等溫線上求出、值，代入式（1-2）求出吸附等溫式。
8. 在圖中相當於進水濃度處引一垂線與等溫線相交，其交點可由縱座標上讀出。這一數值代表的單位重量炭的吸附量就是炭的最終能力。
但經驗證明，這一數值很難用以準確**設計中炭的投加量。因而還必須進行連續活性炭吸附系統的實驗。
（二）連續動態吸附柱實驗
1. 配製250公升0.0005亞甲基蘭溶液。
2. 將蠕動幫浦的流量調整至25，記錄開始時間。
3. 一小時後開始取樣測定，直至吸附柱穿透為止。求出得到所需出水水質的最小接觸時間。
4. 繪製裝置簡圖，並自行設計實驗步驟。
動態實驗包括以下步驟：
1. 確定得到所需出水水質的最小接觸時間。
2. 不同流量下單位炭柱長度炭層的水頭損失。
3. 確定投炭量。
4. 公升流式與降流式的比較。
五、實驗資料結果整理（實驗報告）
(一)吸附等溫線結果資料整理
1. 記錄實驗操作基本引數
班級姓名學號
實驗日期： 3.18同組實驗者姓名
水樣亞甲基蘭濃度：186.95， ：4.8 ，溫度： 19 ℃
振盪時間： 45， 水樣體積： 50。
2. 各比色管中水樣過濾後，亞甲基蘭測定結果，建議按表1-1填寫。
3. 以為縱座標，為橫座標繪出吸附等溫線。
4. 從等溫線上求出、值，代入式（1-2），求出吸附等溫式。
表1-1 間歇式吸附實驗記錄表
(二)連續流吸附實驗結果整理
1. 實驗測定結果建議按表1-2填寫。
班級姓名學號
實驗日期： 3.18同組實驗者姓名
原水濃度： ，水溫： 19 ℃，蠕動幫浦流量： 25
活性炭吸附容量：
表1-2 連續流吸附實驗記錄
2. 根據實驗所測得的資料代入式（1－４）求出流速常數ｋ值。（其中採用進行換算，活性炭容量左右）
3. 如果流出亞甲基蘭濃度為10，求出活性炭柱炭層的臨界值。
吸光度的記錄:0 3 2 1
0 0.0054 0.049 0.670
六、實驗結果討論
1. 間歇吸附與連續流吸附相比，吸附容量和是否相等？怎樣通過實驗求出值？
2. 通過本實驗、你對活性炭吸附有什麼結論性意見？本實驗如何進一步改進？
實驗二混凝實驗
一、 實驗目的
1. 了解絮凝劑的篩選方法、掌握混凝實驗的操作條件。
2. 觀察不同投藥量的絮凝效果，掌握在一定的情況下最佳投藥量篩選。
3. 觀察不同值條件下的絮凝效果，掌握投藥量一定條件下時最佳條件篩選。
4. 通過實驗現象的觀察和實驗結果的分析，加強對混凝理論的理解。
二、實驗原理
膠體顆粒（膠粒）帶有一定的電荷，它們之間的電斥力是膠體穩定性的主要因素。膠粒表面的電荷值常用電動電位來表示，又稱為電位。電位的高低決定了膠體顆粒之間的斥力的大小和影響範圍。
一般天然水中膠體顆粒的電位約在30以上，投加混凝劑後，只要該電位降到15左右即可得到較好的混凝效果。相反，當電位降到零，往往不是最佳混凝狀態。
投加混凝劑的多少，直接影響混凝效果。投加量不足不可能有很好的混凝效果。同樣，如果投加的混凝劑過多也未必能得到好的混凝效果。
水質是千變萬化的，最佳的投藥量各不相同，必須通過實驗方可確定。
在水中投加混凝劑如、以後，生成的、化合物對膠體的脫穩效果不僅受投加的劑量、水中膠體顆粒的濃度影響，還受水的值影響。如果值過低（小於4），則混凝劑水解受到限制，其化合物中很少有高分子物質存在，絮凝作用較差。如果值過高（大於9-10），它們就會出現溶解現象，生成帶負電荷的絡合離子，也不能很好發揮混凝作用。
投加了混凝劑的水中，膠體顆粒脫穩後相互聚結，逐漸變成大的絮凝體，這時，水流速度梯度值的大小起著主要作用。在混凝攪拌實驗中，水流速度梯度值可按下式計算：
2-1）
式中： ——攪拌功率；
——水的粘度；
——被攪動的水流體積。
在本實驗中，水流速度梯度值由混凝攪拌機微電腦自動給出。
三、實驗裝置與裝置
1. zr4-6型微機控制混凝攪拌機 1套（見圖2-1）
2. 濁度儀 tsz型1臺
3. 酸度計（或ph試紙1臺
4. 玻璃儀器若干
5. 秒錶
6. 自動進樣器等
圖2-1 混凝攪拌裝置
四、實驗步驟
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