水污染控制工程实验实验报告题目：活性炭吸附实验活性炭间歇吸附实验一、实验目的1.通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作。
2.掌握用“间歇法” 、“连续流”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。
二、实验原理活性炭吸附就是利用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，已达到净化水质的目的。
活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是由于活性炭内部分子在各个方向都受到同等大小的力而在表面的分子则受到不平衡的力，这就使其他分子吸附于其表面上，此为物理吸附；另一个是由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此为化学吸附。
活性炭的吸附是上述两种吸附综合的结果。
当活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内的活性炭的数量等于解吸的数量时，此时被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不在变化，而达到平衡，此时的动平衡称为活性炭吸附平衡，二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。
式中 q —活性炭吸附量，即单位重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浓度，g/L；X —被吸附物质重量，g；M — 活性炭投加量，g ；在温度一定的条件下，活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高，两者之间的变化称为吸附等温线，通常费用兰德里希经验公式加以表达。
nee KC q 1=式中 q — 活性炭吸附量，g/g ；C — 被吸附物质平衡浓度g/L ；K 、h — 溶液的浓度，pH 值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。
K 、h 值 求法如下：通过间歇式活性炭吸附实验测得q 、C 一一相应之值，将式取对数后变换 为下式：e ee C nK m C C q lg 1lg lg lg 0+=-=将q 、C 相应值点绘在双对数坐标纸上，所得直线的斜率为1/n 截距则为k 。
由于间歇式静态吸附法处理能力低、设备多，故在工程中多采用连续流活性炭吸附法，即活性炭动态吸附法。
采用连续流方式的活性炭层吸附性能可用勃哈特和亚当斯所提出的关系式来表达。
公式：t KC v H KN B C C 0)1exp(ln 10ln 0-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=10ln 1000B C C K C H v C N t 式中 t — 工作时间，h ；V — 流速，m/h ； D — 活性炭层厚度，m ； K — 速度常数，L/mg·h；N0 — 吸附容量、即达到饱和时被吸附物质的吸附量，mg/L ； C0 — 进水中被吸附物质浓度，mg/L 。
CB —— 允许出水溶质浓度，mg/L 。
当工作时间t = 0，能使出水溶质小于CB 的碳层理论深度称为活性炭的临界深度， 其值由上式t = 0 推出)10ln(00-=BC C KN vH 碳柱的吸附容量（N0）和速度常数（K ），可通过连续流活性炭吸附试验并利用公式 t — D 线性关系回归或作图法求出。
三、实验设备1.间歇式活性炭吸附试验装置如图1所示；3.间歇与连续流实验所需设备及用具： （1）振荡器一台； （2）500mL 三角烧杯6个； （3）烘箱；（4）COD 、SS 等测定分析装置，玻璃器皿、滤纸等。
（5）有机玻璃碳柱d = 20 – 30mm ，H = 1.0m （6）活性炭（7）配水及投配系统四、实验步骤1、将污水用滤布过滤，去除水中悬浮物或自配污水，测定该污水的COD,SS 等值。
2、将活性炭放在蒸馏水中浸24h ，然后放在105℃烘箱内烘制恒重，再将烘干后的活性炭压碎，使其成为能通过200目一下筛孔的粉状碳。
因为粒状活性炭要达到吸附平衡耗时太长，往往需要数日或数周，为了使实验能在短时间内结束，所以多用粉状碳。
3.在6个500ml的锥形瓶中分别投加0mg、100mg、200mg、300mg、500mg粉状活性炭。
4.在每个三角瓶中投加同体积过滤后的污水，使每个烧瓶中的COD浓度与活性炭浓度的比值在0.05-5.0之间。
5.测定水温及pH值，将锥角瓶放在振荡器上震荡，当达到吸附平衡（时间延至滤出液得有机物浓度COD值不再改变）时即可停止振荡。
（时间一般为30min以上）6.过滤各锥形瓶中的污水，测定其剩余COD值，求出吸附量q。
五、实验结果整理1、按表记录的原始数据进行计算。
2、计算吸附量q。
由于实验操作问题，第三组实验COD滴定结果出现异常，故得到五组数据。
表1 硫酸亚铁铵的标定序号 1 2 硫酸亚铁铵用量/ml 4.65 4.60硫酸亚铁铵浓度/N 0.0538 0.0543硫酸亚铁铵平均浓度/N 0.0540计算：C=(0.05×5.000)/V其中，C为硫酸亚铁铵浓度（N），V为硫酸亚铁铵标准溶液的滴定用量（ml）。
COD滴定结果序号硫酸亚铁铵消耗V1/mL 水样体积V2/mL COD/mg/L 1(原水) 12.20 5 121.62 13.62 5 87.06564 15.55 5 40.1285 16.09 5 26.99526 16.50 5 17.024 7(纯水) 17.20 5 0计算公式：COD=[(V0-V1)·C·8·1000]/V2V0为空白消耗硫酸亚铁铵量，ml；V1为水样消耗硫酸亚铁铵量，ml；V2为水样体积，取5.00 ml；C为硫酸亚铁铵的浓度，mol/L；8为氧的摩尔质量。
活性炭间歇吸附实验记录序号 1 2 4 5 6原污水COD/mg/L 121.60 121.60 121.60 121.60 121.60 pH 7.83 7.83 7.83 7.83 7.83 水温/℃20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 浊度/NTU 5.89 5.89 5.89 5.89 5.89出水COD/mg/L 121.60 88.07 39.07 25.89 17.02 pH 7.86 7.94 7.97 7.96 7.98 浊度/NTU 1.32 1.94 1.41 1.54 1.03污水体积/mL 400 400 400 400 400 活性炭加量/mg 0 100 300 400 500 COD去除率/% 0.00 27.58 67.87 78.71 86.00 吸附量q/g/g 0.00000 0.13414 0.11004 0.09571 0.08366 吸附平衡浓度C/g/L0.1216 0.0881 0.0391 0.0259 0.0170吸附量q/g/g 0.00000 0.13414 0.11004 0.09571 0.08366 1/C/(L/g) 8.223684 11.35517 25.59378 38.62793572 58.7406015 1/q/(g/g) 7.455031 9.087825 10.4480107 11.95302938lgC -0.91507 -1.060153403 -1.397158981 -1.570441501 -1.768938389 lgq-4.480781694 -0.963754475 -1.023594992 -1.0774779873、利用q ，C 相应数据和公式，经回归分析求出K ，n 值或利用作图法，将C 和相应的q 值在双对数坐标纸上绘制出吸附等温线，所得直线的斜率为1/n ，截距为K 。
1、利用Freundlich 等温式有：nee KC q 1=式中 q — 活性炭吸附量，g/g ；C — 被吸附物质平衡浓度g/L ；K 、h — 溶液的浓度，pH 值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。
K 、h 值 求法如下：通过间歇式活性炭吸附实验测得q 、C 一一相应之值，将式取对数后变换 为下式：e ee C nK m C C q lg 1lg lg lg 0+=-=将q 、C 相应值点绘在双对数坐标纸上，所得直线的斜率为1/n 截距则为k 。
根据实验数据得到下图：0.000000.050000.10000 0.15000 0.0000 0.0200 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.1200 0.1400吸附量q /g /g 平衡浓度C/g/L 吸附等温曲线从图中可以得到：n=1/0.3104=3.2216, K=0.29412、朗缪尔(Langmuir)吸附等温式:kC kCq q m +=1式中：q---平衡吸附量g/g ；m q --饱和吸附量,g/g ；k--朗缪尔常数；C--平衡时吸附质浓度，g/L 。
经过变换得到下式：mm q kC q q111+=通过1/q 对1/C 作图可以得到直线，利用拟合得到的直线方程：y=mx+b 的斜率m 和截距b 能计算出m q 、k 的值。
有：1/b=m q ，b/m=k 。
根据实验数据得到下图：y = 0.3104x - 0.5314R² = 0.9987-1.5-1 -0.5 0-2 -1.5-1-0.5 0l g qlgCFreundlich从图中可以得到：qm=1/6.5542=0.1526 g/g; k=6.5542/0.0948=69.14,六、实验结果分析从实验结果可知，活性炭投加量越多，最终COD 浓度就越低，吸附效果越好。
分别根据费兰德利希公式以及朗缪尔公式作回归分析，结果以费兰德利希公式分析，R2=0.9987；以朗缪尔公式分析，R2=0.9887。
说明实验中活性炭的吸附更符合费兰德利希方程。
而R2=0.9887，说明拟合度还不是十分理想，这可能与活性炭吸附平衡时间的出入以及COD 的滴定误差有关。
活性炭吸附之动力学研究一、实验原理：固体吸附剂对溶液中溶质的吸附动力学过程可用准一级、准二级、韦伯-莫里斯内扩散模型和班厄姆孔隙扩散模型来进行描述。
准一级动力学模型基于固体吸附量的Lagergren （拉格尔格伦）一级速率方程是最为常见的，应用于液相的吸附动力学方程，模型公式如下：e f e q t -K )q (q ln ln t +=-其中：t-----------吸附时间，min ； qe---------表示平衡吸附量，g/g ；qt--------- 表示时间为t 时的吸附量，g/g ；y = 0.0948x + 6.5542 R² = 0.98872 4 6 8 10 12 14102030 40 5060 701/q (g /g )1/C/(L/g)Langmuir 吸附等温式Kf---------表示一级吸附速率常数。
推导过程假设反应过程过程为一级反应，设经过吸附时间t （min ）原浓度为C0(mg/L)污染物的浓度降低至C （mg/L ），且t 时间的吸附量为q(g/g),有如下的微分方程式：C K dtdCf -= 积分得到:0ln ln C t K C f +-=吸附量与污染物浓度的关系式:MC)V(C q -=0 其中:V-----污水体积，mL ； M-----活性炭用量，mg 。
