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
活性炭吸附是目前国内外应用比较多的一种水处理手段。由于活性炭对水中大部分污染物都有较好的吸附作用，因此，活性炭吸附应用于水处理时往往具有出水水质稳定，适用于多种污水的优点。活性炭吸附常用来处理某些工业用水，也用于给水深度处理。
活性炭吸附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，达到净化水质的目的。活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是物理吸附，指的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；另一个是化学吸附，指活性炭与被吸附物质之间的化学作用。活性炭的吸附是上述二种吸附综合作用的结果。当活性炭在溶液中的吸附和解析处于动态平衡状态时称为吸附平衡，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表示为：
式中：q——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——吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质的质量浓度，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与吸附平衡时的质量浓度C之间的关系曲线称为吸附等温线。在水处理工艺中，通常用Freundlich（费兰德利希）吸附等温线来表示活性炭吸附性能。其数学表示式为：
式中：K——与吸附比表面积、温度有关的系数；
n——与温度有关的常数。
将上式取对数后变换得：
通过间歇式活性炭吸附实验测得q，C相应之值并绘在双对数坐标上，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，故在工程中多采用连续流活性炭吸附法，即活性炭吸附法。
连续流活性炭吸附性能可用Bohart－Adam关系式表达，即：
式中：t——工作时间，h；
v——流速，m／h；
D——活性炭层厚度，m；
K——流速常数，m3／（mg·h）或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——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的炭层理论浓度称为活性炭层的临界深度。其值取上述方程t＝0时进行计算，即：
在实验时，如果取工作时间为t，原水样溶质浓度为C01，用三个活性炭柱串联（图4－7），则第一个柱子出水浓度为CB1，即为第二个活性炭柱的进水C02，第二个活性炭柱的出水浓度为CB2，即为第三个活性炭柱的进水C03。由各柱不同的进出水浓度C0，CB可求出流速常数K及吸附容量N。
三、实验装置及仪器
1.间歇式活性炭吸附装置
间歇式吸附用三角烧杯，在振荡器中震荡吸附。
2.连续式活性炭吸附装置
连续式吸附采用有机玻璃柱，柱内放置3mm粒径玻璃珠50mm，上、下两端均用单孔橡皮塞封牢。各柱下端设取样口。炭柱选d25mm×1 000mm，里面装填500～750mm高活性炭，装置具体结构如图4－7所示。
图4－7 活性炭柱串联工作示意图
1—有机玻璃；2—活性炭层；3—承托层；4—隔板隔网；5—活塞
3.间歇与连续流实验所需其他仪器与试剂
（1）振荡器（1台）。
（2）有机玻璃柱（3根）。
（3）活性炭。
（4）三角烧杯（500mL，12个）。(https://www.xing528.com)
（5）COD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）玻璃漏斗（6个）及漏斗等。
（10）定量滤纸。
四、实验步骤
1.间歇式吸附实验
（1）将活性炭放在蒸馏水中浸24h，然后在105℃烘箱内烘24h，再将烘干的活性炭研碎成能通过270目筛子（0.053mm孔眼）的粉状炭。
（2）测定预先配制的废水的COD。
（3）在6个三角烧杯中分别加入0mg，100mg，200mg，300mg，400mg，500mg粉状活性炭。
（4）在每个烧杯中分别加入同体积的废水进行搅拌。一般规定，烧杯中废水的COD（mg／L）与活性炭浓度（mg／L）的比值为0.5～5.0，但根据废水的COD不同，这一比值也是可以变动的。
（5）测定水温。将上述6个三角烧杯放在振荡器上振荡，当达到吸附平衡时即可停止振荡（振荡时间一般为30min以上）。
（6）过滤各三角烧杯中废水，并测定COD值。
2.连续流吸附实验
（1）配制水样，使原水样中含COD约100mg／L，测定COD、pH、水温等数值。
（2）打开进水阀门，使原水进入活性炭柱，并控制其流量为100L／min左右。
（3）运行稳定5min后测定各活性炭柱出水COD值。
（4）连续运行23h，每隔30min取样测定各活性炭柱出水COD值一次。
3.实验时应注意下列问题
（1）间歇式吸附实验时所求得的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）连续流吸附实验时，如果第一个活性炭柱出水的COD值很小（小于20mg／L），则可增大流量或停止第二个吸附柱进水，只用一个吸附柱，依次类推。反之，如果第一个吸附柱出水的COD与进水浓度相差无几，可减少进水量。
五、实验结果及数据处理
1.间歇式吸附实验
（1）把测定结果填入表4－14中。
（2）以lg［（C0－CB）／M］为纵坐标，lg 2B为横坐标作出Freundlich（费兰德利希）吸附等温线性图，该线的截距为lg K，斜率为1／n。
（3）求出K，n值，代入Freundlich吸附等温线，则：
表4－14 间歇式吸附实验记录
2.连续式吸附实验
（1）把实验测定结果填入表4－15。
原水COD浓度C0＝________mg／L；水温________℃；pH________；活性炭吸附容量N0＝________g活性炭。
表4－15 连续流吸附实验记录
（2）由t－D关系直线的截距值，应用：
求出K值。然后推算出CB＝10mg／L时活性炭柱的工作时间。
（3）根据间歇式吸附实验所求得的q（即N值），把C0，V代入式中得：
思考题
（1）吸附等温线有什么现实意义？作吸附等温线时为什么要用粉状炭？
（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？
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