(C0-C)(mg/l)
98765432-KLa
四、实验装置与设备
1010 20 30 40 50 60 t(min)图7-2(C S－C)与t的关系曲线（半对数坐标）
（一） 实验装置
1．叶轮表面曝气充氧装置
实验装置的主要部分为泵型叶轮和模型曝气池，如图7-3所示。为保持曝气叶轮转速在实验期间恒定不变，电动机要接在稳压电源上。
2．鼓风曝气充氧装置
实验装置的主要部分为曝气池或曝气柱及不同类型的扩散器（如穿孔管、微孔曝气器等）和空气压缩机。
图7-3 曝气设备充氧能力实验装置 1.模型曝气池 2.泵型叶轮 3.电动机 4.电动机支架 5.溶解氧仪 6.溶解氧探头 7.稳压电源
（二）实验设备、仪器仪表及试剂 1．叶轮模型曝气池 （有机玻璃制） 2．鼓风扩散曝气池（有机玻璃柱制） 3．电动机、空压机、曝气头 4．溶解氧测定仪、秒表 5．烧杯
6．COCl2、 Na2SO3
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五、实验步骤
（一）用自来水进行叶轮表面曝气充氧试验
1． 确定曝气池内测定点（或取样点）位置。在平面上测定点可以布置在三等分池子半径的中点和终点，在立面上布置在离池面和池底0.3m处，以及池子一半深度处共取12个测定点（或9个测定点）。在实验室用实验模型试验时，只要一个测定点。
2． 测定曝气池的容积。
3． 曝气池内注入自来水，并进行曝气，数小时（0.5-1h）后，用溶解氧仪测定试验条件下自来水的溶解氧饱和浓度 CS和水温，继续曝气。
4． 计算COCl2和Na2SO3的需要量。
Na2SO3?12O2?CoCl???Na2SO4 2从上面反应式可以知道，每去除1mg溶解氧需要投加7.9mg Na2SO3，根据池子的容积和自来水（或污水）的溶解氧浓度可以算出Na2SO3的理论需氧量，实际投加量应为理论值的150—300%。计算方法如下
W1=V×CS×7.9×(150—200%)
式中：W1—Na2SO3的实际投加量 （g或mg） V—曝气池体积 （m3或L）
催化剂采用氯化钴，投加浓度为0.1 mg/L左右计算。
W2?V?0.1 式中： W2—COCl2的投加量 （g或mg）
5． 将COCl2和Na2SO3溶解后直接投加在曝气叶轮处，或者用泵抽送曝气池，使其迅速扩散。
6． 待溶解氧降到零时，定期测定各测定点的溶解氧浓度，并作记录，直到溶解氧不再增长（达到饱和值）时结束试验（0.5-1min读数一次）。
7． 重复试验一次。
（二） 用自来水进行鼓风扩散曝气充氧试验 1． 向柱内注入清水至所需高度，测定水中溶解氧值，根据水的体积计算池内溶解氧量。 2． 计算COCl2和Na2SO3的投药量。 3． 将COCl2和Na2SO3溶解后由柱顶倒入柱内，稍加搅拌，几分钟后测定水中溶解氧，当水中溶解氧为零后，打开空压机到一定压力后，打开供气阀门开始曝气，记录时间，同时每隔一定时间（0.5min）读数记录一次溶解氧值，直到溶解氧达到饱和值时结束试验。
4． 实验中记录风量、风压、室温，注意观察曝气时柱内现象。 5． 更换不同的曝气头后，再进行1~4步骤实验。
六 实验结果整理
1． 记录实验设备及操作条件的基本参数 实验日期： 年 月 日
模型曝气池 内径D= m 高度H= m 体积 V= m3 曝气管 内径D= m 水深H= m 体积 V= m3 水温 ℃ 室温 ℃ 气压 （kPa）
实验条件下自来水的CS mg/L实验条件下污水的CS mg/L 电动机输入功率 测定点位置
COCl2投加量 （kg或g） Na2SO3投加量 （kg或g）
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2． 参考表7-1记录不稳定状态下充氧试验测得的溶解氧值并进行数据整理。
表7-1 不稳定状态下充氧试验记录 t (min) C (mg/L) (CS-C) (mg/L)
t (min) 以ln 表7-2 氧总转移系数计算表 Ct (mg/L) (CS-Ct) CS (mg/L) C?CSt 以溶解氧浓度C为纵坐标，时间t为横坐标，用表7-1数据描点作C与t关系曲线。 lnCS CS?Ct CS为纵坐标，以时间t为横坐标绘制半对数曲线，用图解法求出KLa(T )
CS?Ct值，并求得KLa(20)值；
ＫLa(20)=K·ＫLa(T)=1.02420-T×ＫLa(T)
充氧能力：EL?KLa(20)?CS(标) (kgO2/h·m3) 式中：KLa(20)一氧总转移系数(标准状态),(1/h或1/min)；
CS－１atm下，水温20℃时的氧饱和值，（9.17mg/L）。
动力效率：EP?EL?V kg/(kW·h ) N式中：EL—标准条件下的充氧能力 (kgO2/h)
N—理论功率，即不计管路损失，不计风机和电机的效率，只计算曝气充氧所耗有用功。
EL?VE?氧的利用率EA：AQ?0.28?100%
Q—标准状态下的气量Q?
Qb?Pb?Ta?100%
Tb?Pa标准状态下1m3空气中所含氧的重量为0.28kg/m3。
七、实验结果讨论
1． 鼓风曝气设备与机械曝气设备充氧性能指标有何不同？
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附表1 温度 Cs △Cs 温度 Cs △Cs 温度 Cs △Cs ℃ mg/L mg/L ℃ mg/L mg/L ℃ mg/L mg/L 0 14.46 0.0925 15 10.08 0.0559 30 7.56 0.0362 1 14.22 0.0890 16 9.86 0.0543 31 7.43 2 13.82 0.0857 17 9.66 0.0527 32 7.30 3 13.44 0.0827 18 9.46 0.0511 33 7.18 4 23.09 0.0798 19 9.27 0.0496 34 7.07 5 12.74 0.0771 20 9.08 0.0481 35 6.95 6 12.42 0.0745 21 8.90 0.0467 36 6.84 7 12.11 0.0720 22 8.73 0.0453 37 6.73 8 11.81 0.0697 23 8.57 0.0440 38 6.63 9 11.53 0.0675 24 8.41 0.0427 39 6.53 10 11.26 0.0653 25 8.25 0.0415 11 11.01 0.0633 26 8.11 0.0404 12 10.77 0.0614 27 7.96 0.0393 13 10.53 0.0595 28 7.82 0.0382 14 10.30 0.0577 29 7.69 0.0372 注：①Cs是氧在纯水中的溶解度（饱和度）。 ② △Cs为含盐量为1g/L时氧溶解度的变化量，水中氧的溶解度随着含盐量的增加而减少，含盐量为ng/L的水中氧的溶解度可从相应的纯水中的溶解度减去n△Cs值得到。
实验五 活性炭吸附实验
一、
概述
固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，当某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上，这就是吸附。这里的固体称为吸附剂。被固体吸附的物质称为吸附质。吸附的结果是吸附质在吸附剂上浓集，吸附剂的表面能降低。吸附可分为三种基本类型?物理吸附
??化学吸附??交换吸附二、 实验目的
1 加深理解吸附的基本原理；
2 通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，熟悉实验过程的操作； 3 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及活性炭吸附公式中常数的确定方法。
三、 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，也有化学吸附作用。有一些被吸附物质先在活性炭表面上积聚浓缩，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。
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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的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，即单位时间内活性炭吸附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再变化，达到了平衡，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。如果在一定压力和温度条件下，用m克活性炭吸附溶液中的溶质，被吸附的溶质为x毫克，则单位重量的活性炭吸附溶质的数量qe即吸附容量（平衡吸附量）可按下式计算
qe?V(c0?ce)x? mm （8-1）
式中 V——溶液体积 L；
c0、ce————分别为溶质的初始浓度和平衡浓度 mg/L；
m——吸附剂量 (活性炭投加量) g； x——被吸附物质重量，g；
显然，平衡吸附量越大，单位吸附剂处理的水量越大，吸附周期越长，运转管理费用越少。qe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pH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，qe值就比较大。
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，两者之间的变化曲线称为吸附等温线，即将平衡吸附量qe与相应的平衡浓度ce作图得吸附等温线，描述吸附等温线的数学表达式称为吸附等温式。常用的有Langmuir等温式、B.E.T. 等温式和Freundlich等温式。在水和污水处理中通常用Freundlich表达式来比较不同温度和不同溶液浓度时的活性炭的吸附容量：
qe?KCen （8-2） 式中qe——吸附容量， mg/g；
K——Freundlich吸附系数，与吸附比表面积、温度有关的系数；
n——与温度有关的常数，n＞1；
Ce————吸附平衡时的溶液浓度（mg/L）。
式（8-2）是一个经验公式，通常通过间歇式活性炭吸附实验测得qe、Ce一一对应值，再用图解方法求出K、n的值。为了方便易解，将式（8-2）变换成线性对数关系式：
C?Ce lgqe?lg0?lgK?1lgCe （8-3）
mn式中 C0——水中被吸附物质原始浓度（mg/L）； Ce——被吸附物质的平衡浓度（mg/L）； m——活性炭投加量（g/L）；
将qe、Ce相应值点绘在双对数坐标纸上，所得直线的斜率为1，截距为k。 n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。 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Ce，因此不能直接应用上述公式。这时应对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Bohart-Adams关系式
?C0?KN0H????ln?exp(ln??1?1)??KC0t?C?v???B? （8-4）
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