给水排水实验指导书度版.docx
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给水排水实验指导书度版
水处理实验指导书
东南大学环境工程实验室
二O一二年四月
实验一活性炭吸附实验
一、实验目的
1.研究各种活性炭吸附性能，掌握等温吸附的测定方法和等温吸附曲线的绘制。
2.掌握活性炭吸附公式中常数的确定方法。
3.了解升流式连续活性炭吸附装置的设计及运行。
二、实验原理
活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附现象，也有化学吸着作用。
有一些被吸附物质先在活性炭表面积聚浓缩，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积聚而被吸附。
同时也有一些被吸附物质由于分子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。
如果在一定的压力与温度条件下，用克活性炭吸附溶液中的溶质，被吸附的溶质为克，则单位重量的活性炭吸附溶质的数量,即吸附容量可按下式计算
（1-1）
的大小除了决定于活性炭的品种外，还与被吸附物质的性质、浓度、水的温度及值有关。
一般说来，当被吸附的物质能够与活性炭发生结合反应、被吸附的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，值就较大。
描述吸附容量与吸附平衡时溶液浓度的关系有和吸附等温吸附式。
在水和污水处理中通常用表达式来比较不同溶液浓度时的活性炭的吸附容量，即
（1-2）
式中：
——吸附容量；
——与吸附比表面积、温度有关的系数；
——与温度有关的常数，；
——吸附平衡时的溶液浓度
这是一个经验公式，通常用图解方法求出、的值（见图1-1、图1-2）。
为了方便易解，往往将式（1-2）变换成对数线性关系式：
（1-3）
式中：
——水中被吸附物质原始浓度;
——被吸附物质的平衡浓度;
——活性炭投加量
图1-1吸附等温线曲线
图1-2、的图解求法
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，因此不能直接应用上述公式。
这时应对活性炭吸附柱进行被吸附杂质泄漏和活性炭耗竭过程实验，也可简单地采用关系式。
（1-4）
式中：
——工作时间;
——吸附柱中流速;
——活性炭层厚度;
——流速常数;
——吸附容量；
——入流溶质浓度；
——容许出流溶质浓度。
根据入流，出流溶质浓度，可用式（1-5）估算活性炭柱吸附层的临界浓度，即保持出流溶质浓度不超过的炭层理论厚度。
（1-5）
式中为临界厚度，其余符号同上面。
在实验时如果原水样溶质浓度为，用三个活性炭柱串联，则第一个活性炭柱的流出浓度即为第二个活性炭柱的流入浓度，第二个活性炭柱的流出浓度即为第三个活性炭柱的流入浓度。
由各炭柱不同的流入、流出浓度、便可求出流速常数值。
图1-3间歇式活性炭吸附实验装置图1-4连续式活性炭吸附实验装置
三、实验装置与设备
1．升流式吸附装置1套
2．HY-2型多用调速振荡器1台
3．721型分光光度计1台
4．蠕动泵1台
5．过滤装置若干
6．秒表
7．自动进样器等
8．0.0005M亚甲基兰溶液（化学式、浓度186.95mg/L）
四、实验步骤
（一）吸附等温线
1.将粉末活性炭在150℃温度下烘干3小时。
2.用电子天平称取0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、30.0、40.0、50.0粉末活性炭，分别加入8个50的比色管。
3.分别在各比色管中加满500.0005的亚甲基兰溶液，将比色管逐个固定在振荡器上振荡45分钟。
4.取下比色管，立即用漏斗滤纸过滤，滤液舍去最初与最后的部分，留中间部分供分析用。
5.测定各滤液中残留的亚甲基兰的吸光度，并根据亚甲基兰溶液浓度—吸光度标准曲线查出滤液中残留的亚甲基兰浓度。
（标准曲线以如下方法近似获得：
测定原始亚甲基兰溶液（186.95mg/L）的吸光度A，在坐标系中得一点A0，过坐标原点及A0点作一直线即得）。
6.将数据列表，以为纵坐标，为横坐标绘出等温吸附线。
7.从吸附等温线上求出、值，代入式（1-2）求出吸附等温式。
8.在图中相当于进水浓度处引一垂线与等温线相交，其交点可由纵坐标上读出。
这一数值代表的单位重量炭的吸附量就是炭的最终能力。
但经验证明，这一数值很难用以准确预测设计中炭的投加量。
因而还必须进行连续活性炭吸附系统的实验。
（二）连续动态吸附柱实验
1.配制250升0.0005亚甲基兰溶液。
2.将蠕动泵的流量调整至25，记录开始时间。
3.一小时后开始取样测定，直至吸附柱穿透为止。
求出得到所需出水水质的最小接触时间。
4.绘制装置简图，并自行设计实验步骤。
动态实验包括以下步骤：
1.确定得到所需出水水质的最小接触时间。
2.不同流量下单位炭柱长度炭层的水头损失。
3.确定投炭量。
4.升流式与降流式的比较。
五、实验数据结果整理（实验报告）
（一）吸附等温线结果数据整理
1.记录实验操作基本参数
班级：
姓名：
学号：
实验日期：
3.18同组实验者姓名：
水样亚甲基兰浓度：
186.95，：
4.8，温度：
19℃
振荡时间：
45，水样体积：
50。
2.各比色管中水样过滤后，亚甲基兰测定结果，建议按表1-1填写。
3.以为纵坐标，为横坐标绘出吸附等温线。
4.从等温线上求出、值，代入式（1-2），求出吸附等温式。
表1-1间歇式吸附实验记录表
杯号
水样体积（）
原水样
亚甲基兰浓度Ｃ0（）
吸附平衡后亚甲基兰浓度Ｃ（）
活性炭投加量
（）
（）
0
50
186.95
186.95
1
50
186.95
108.62
2
50
186.95
65.70
3
50
186.95
52.20
4
50
186.95
21.99
5
50
186.95
8.69
6
50
186.95
0.86
7
50
186.95
0.36
（二）连续流吸附实验结果整理
1.实验测定结果建议按表1-2填写。
班级：
姓名：
学号：
实验日期：
3.18同组实验者姓名：
原水浓度：
，水温：
19℃，蠕动泵流量：
25
：
，活性炭吸附容量：
表1-2连续流吸附实验记录
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）
V1
（m/h）
C02
（mg/l）
D2
（m）
V2
（m/h）
C03
（mg/l）
D3
（m）
V3
（m/h）
45
4.67
50
2.根据实验所测得的数据代入式（1－４）求出流速常数Ｋ值。
（其中采用进行换算，活性炭容量左右）
3.如果流出亚甲基兰浓度为10，求出活性炭柱炭层的临界值。
吸光度的记录:
0321
00.00540.0490.670
六、实验结果讨论
1.间歇吸附与连续流吸附相比，吸附容量和是否相等？
怎样通过实验求出值？
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？
实验二混凝实验
一、实验目的
1.了解絮凝剂的筛选方法、掌握混凝实验的操作条件。
2.观察不同投药量的絮凝效果，掌握在一定的情况下最佳投药量筛选。
3.观察不同值条件下的絮凝效果，掌握投药量一定条件下时最佳条件筛选。
4.通过实验现象的观察和实验结果的分析，加强对混凝理论的理解。
二、实验原理
胶体颗粒（胶粒）带有一定的电荷，它们之间的电斥力是胶体稳定性的主要因素。
胶粒表面的电荷值常用电动电位来表示，又称为电位。
电位的高低决定了胶体颗粒之间的斥力的大小和影响范围。
一般天然水中胶体颗粒的电位约在30以上，投加混凝剂后，只要该电位降到15左右即可得到较好的混凝效果。
相反，当电位降到零，往往不是最佳混凝状态。
投加混凝剂的多少，直接影响混凝效果。
投加量不足不可能有很好的混凝效果。
同样，如果投加的混凝剂过多也未必能得到好的混凝效果。
水质是千变万化的，最佳的投药量各不相同，必须通过实验方可确定。
在水中投加混凝剂如、以后，生成的、化合物对胶体的脱稳效果不仅受投加的剂量、水中胶体颗粒的浓度影响，还受水的值影响。
如果值过低（小于4），则混凝剂水解受到限制，其化合物中很少有高分子物质存在，絮凝作用较差。
如果值过高（大于9-10），它们就会出现溶解现象，生成带负电荷的络合离子，也不能很好发挥混凝作用。
投加了混凝剂的水中，胶体颗粒脱稳后相互聚结，逐渐变成大的絮凝体，这时，水流速度梯度值的大小起着主要作用。
在混凝搅拌实验中，水流速度梯度值可按下式计算：
（2-1）
式中：
——搅拌功率；
——水的粘度；
——被搅动的水流体积。
在本实验中，水流速度梯度值由混凝搅拌机微电脑自动给出。
三、实验装置与设备
1.ZR4-6型微机控制混凝搅拌机1套（见图2-1）
2.浊度仪TSZ型1台
3.酸度计（或PH试纸）1台
4.玻璃仪器若干
5.秒表
6.自动进样器等
图2-1混凝搅拌装置
四、实验步骤
混凝实验分为最佳投药量、最佳值、最佳水流速度梯度三部分。
实验用水配制：
将配水槽注满自来水，按照400浓度配制高岭土浊度水水样。
由于自来水中碱度不够，因此配水时应同时投加300的（根据配水槽中自来水的体积，分别计算高岭土及的投加量）。
原水配好后，测定原水水样的特性，即混浊度、值、温度。
在不改变原水的条件下进行最佳投药量实验。
选定一种搅拌速度变化方式，确定最佳投药量。
然后按照最佳投药量筛选混凝最佳值，最后根据最佳投药量、最佳值，筛选最佳速度梯度。
在本实验中所需的药剂为：
1.混凝剂
浓度10%
浓度10%
聚合氯化铝（PAC）浓度10%
（三种混凝剂每组同学选做一种）
2.化学纯盐酸浓度10%
3.化学纯氢氧化钠浓度10%
（一）最佳投药量实验步骤
1.确定形成絮体矾花所用的最小混凝剂量。
方法：
用一个实验烧杯取原水1000，设置混凝机程序（单段：
中速搅拌100，搅拌时间3），记下该程序号并运行该程序（同时运行），同时向实验烧杯中投加所选用的混凝剂1，搅拌3后，观察有无矾花。
若无矾花出现，则再次投加1的混凝剂，直至出现矾花为止。
此时累计投加的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量。
2.将烧杯中的实验用水倒掉，并将混凝机所附6个实验烧杯，分别加入1000原水，置于实验搅拌机平台上。
3.确定实验时每个烧杯的混凝剂投加量。
根据步骤1得出的形成矾花最小混凝剂投加量，取其1/4作为1号烧杯的混凝剂投加量，取其2倍作为6号烧杯的混凝剂投加量。
用依次增加混凝剂投加量相等的方法求出2～5号烧杯的混凝剂投加量。
4.设置混凝机程序。
（第1段：
快速搅拌1分钟，转速约为300；第2段：
中速搅拌10分钟，转速约为10
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