武理工水污染控制原理实验理论指导.docx

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1、图1-1求基元反应的级数2.3反应级数不同的反应半衰期与反应起始浓度关系当n=1时，半衰期1/2与起始浓度无关dq7M当1时，由士也at两边取对数可得：Ig41=而WH1一浏gG3、利用半衰期得到降解动力学级数的实验过程D采用实验测定降解物随时间的衰减情况，记录时间-浓度关系;2）反应级数不同的反应，半衰期与反应起始浓度关系分析3）采用数据拟合，分析数据是否符合误差分析的标准要求，如果符合则以1gt2为纵坐标，IgC为横坐标作图，应得到条直线，由直线斜率即可求得反应级数o第二章反应器对实验的指导1、反应器指导实验的理论基础1.1、 活塞流反应器活塞流反应器的理论分析,八容积=ZAzyA/反应速

2、率=匚1.2、 图2-1活塞流反应器1.3、 反应器内浓度及出口浓度c=qexp(-Re)(2-1)co=ciexp(-)(2-2)1.4、 连续搅拌反应器(CSTR)(1)进口反应器的流量皆为0；(2)A的出口浓度也必然是A图2-2CSTR示意1.4、CSTR的一般方程式物料衡算方程deQj+3QCa+r(2-3)at上式在稳态时简化为Qca+Va=Qca(2-4)两边分别除以。，并令。=WQ,代表反应器的停留时间。可得(2-6)1.5.一级反应解1-exp-(Xi+%)(2-7)在稳态时简化为(2-8)_0-。八1A:1.6、平行反应解的稳态解(1)CSTR的平行反应AiBABrA=一(匕

3、+k2)CA第三章活性炭吸附理论对实验的指导3.1 理论总结动态吸附与静态吸附之间的逻辑基础。1、动态吸附求活性炭的容量传质系数活性炭的容量传质系数ka,一般通过用初始有机物浓度Pj的水样，每升加活性炭mg做吸附试验，由吸附试验可以得出下列物料衡算关系：在时刻I水样中有机物的减少速率=在时刻t活性炭吸附有机物的增加速率，即在一升水中-=(p-p,)-出Pc式中&为活性炭的视密度，约为300gdn?,上式两边的具体单位分别为左边二咚s右边=4X巡X_=重sdtnmgg/dns式-华=履X(P-4)x左边的P按质量来解释,而右边的(夕-2)则按浓dtPc度来解释它实际表示活性炭的吸附速率为浓度(P

4、-2)的一级反应。P-Pe代表了吸附的推动力，即其有效浓度，当0=时.，活性炭即不能再吸附。Ka的单位为mgs.dm30对式-丝=AzZX(P-g.)积分得C1tPC,一-mka1P-Pe2.303式Ig2二=可以绘成如图3-1所示的直线，由直线的斜率可求出P-Pe2.303aka值来。达吸附柱底，AC曲线从办起不断向下运动，最后在运行时间4到达吸附柱底，AC曲线运动了b的距离，曲线的C点与坐标轴的B点重合，吸附带也就消失。在图3-3(a)中，y轴的正向与“/机曲线运动的方向相反，因此吸附带的坐标)可以解释为曲线向下运动了距离y。在4-4时间，由y=0增加为y=5,相应地x/m曲线相应地了/机

5、曲线下降了6距离。在运行时间t,假定曲线向下运动的距离为y,那么，就相当于原来x/机曲线坐标y处的部分与坐标轴OB重合，OB轴以上只有坐标上面的部分，如图中虚线所示。此时活性炭的吸附量为(rm)v,剩余的吸附能力由(xM-(xm)v代表，出水的有机物浓度为。当时间增加小，y增加办时,相当于x/m曲线下降了距离dy,吸附量增加了d(xm),相应地水中有机物浓度减少由，。按物料衡算关系可知，在坐标)，处的增量力中所含的活性炭体积微元(dyX1X1)m3中所吸附的有机物量应与单位面积出水流量K,Agmin由于浓度降低40所去除的有机物相等，因此得从流量,#g/min中所去除的有机物量/m3=每分钟在

6、活性炭容积办H?中所吸附的有机物量相等，因此得上式左边虽然等于En即，但右边的表达式不能直接得出，需要做一定的假定和推导。先作出合理假定：m式中，PS为一常数，EHP的单位为(kgm2.min)X(kgkg)=kg(有机物)/m2.min；x/加的单位为kg/kg。上式表示了每公斤活性炭所吸附的有机物与每分钟每立方米所通过的有机物量成正比。FO式Ti=PS为一条通过原点的直线方程。又令0=8时，该直线通过吸附等温线的m(xm)a点,因此可求出PS值来，这一直线称为操作线，它和吸附等温线的关系，如图2-17(b)所示。从图中可看出，对同一吸附量x/m值，可以分别从等温线及操作线上得出平衡积分得:

7、p-（警）2=常数（5-9）在x=h2时丝=0。因此，该处只存在静水压强（Pm）o两平板因扩散双电dx层叠加产生的静电斥力（FdI）就等于（PmP）之差，即fD1=Pm-Po=dp=-pd1）,两颗粒间相互作用可用两平板相互作用来近似。图5-5代表了这类颗粒相互作用的V-h曲线。在该曲线上一般存在一极大值Vm称为斥能峰。这样，当两个颗粒在靠近斥能峰时，在静电斥力作用下将重新分开，不能发生凝聚。由图5-5得分析可得出以下几点结论：聚。随着电解质中离子价数升高，Ca值将降低。因此，电解质中离子价数越高，促进颗粒脱稳凝聚所需浓度越低。(5)C电势由上述讨论可以得出：胶体颗粒在水中.由于表面官能团的解

8、离，电势决定离子的吸附以及晶格缺陷等原因产生表面电荷及电势。颗粒表面电荷大部分情况受水的PH控制，并存在一电荷零点的PH(PHo)o固液界面处静电场受到吸附层中的吸附反离子和扩散层中的反离子的屏蔽作用。吸附层内电势导线性降低而扩散层的电势则呈指数函数降低。影响胶体颗粒稳定件的主要参数是扩散层电位力d和厚度(由参数M代表)。增加溶液离子强度可使k值增大，表现为扩散双电层变薄。当吸附层内过量吸附反离子可引起电荷反号，使表面电位2o与扩散电位2d符号相反。这些都会引起肢体颗粒脱稳而凝聚。然而，“弧、弧皆为热力学电势，直接测定是困难的。通常可以测定的电势是颗粒的表面电动电势，即C电势。它可用微电泳仪测

9、定。如图53所示，电势是双电层内滑动面处的电势。当存在一直流外电场时，胶体颗粒发生定向迁移，从而引起固液两相分离。这称为颗粒的电泳。由于吸附层中的离子和极性水分子被牢固地束缚农表面处，因而随颗粒一起移动。表面滑动一般发生在外He1mho1tZ面附近。因此，C电势的大小和符号与扩散层电势力d相近。一般都假定：=d(5-15)当对电泳槽两端施加直流电压时，可通过显微镜观测到电泳槽中胶体颗粒在水中向正极(带负电胶体)或负极(带正电胶体)运动的迁移率。颗粒电泳辽移率UC定义为u=-(5-16)cE式中，UC为颗粒电泳迁移速度，单位为Um/s;E为施加的外电场强度，以电压与两电极间距离之比表示，单位为v

10、/cm。因而UC的单位是umsVcm1这样定义其单位是为了计算方便。MoUC与C电势的关系为=f(kci)(5-17)3式中，乡为水的介电常数；U为水的粘度；f(ka)为修正系数。a为颗粒半径。当水温为25时，=7.O81O,oCVm,=0.001kg/ms,上式变为：式中，目电势的单位是mV。电解质对亲水胶体虽然同样也起凝聚作用，但有不同于憎水胶体作用的特点。第一，离子的价数对凝聚无重要作用；例如，带负电的胶体明胶分子，加氯化钠不沉淀，加氯化钙同样也不沉淀。第二，使亲水胶体凝聚沉淀出来起重要作用的是阴离子，阴离子个仅对带正电的亲水肢体起凝聚作用，同样也对带负电的亲水胶体起凝聚作用。阴离子起凝

11、聚作用的能力也不一样，其大小顺序如下：5。广,（。6”5。7）一柠檬酸根，（。6乩。4产酒石酸根，CH3COO,C1-,NoMBf,1这一顺序称为HOfmeiSter顺序。各种阳离子起凝聚作用的能力差别，不如阴离子那样明显。当产生亲水胶体凝聚作用所需要的盐的浓度太高时，这一过程就称为盐析。大量的盐不仅中和了亲水胶体上所带的电荷，同时也起了脱水作用。如硫酸铉为盐析蛋白质最重要的试剂，原因是硫酸根及铉离子都有很高的凝聚能力。盐析需要的硫酸钱浓度约在2mo11以上。憎水胶体间的互凝而沉淀出来的现象比较简单，就象正负离子相中和而沉淀出来的现象一样。憎水胶体还可以同带相反电号的亲水肢体互相凝聚而沉淀出来

12、，如用少量的蛋白质可使憎水胶体沉淀出来。在蛋白质带负电的PH值范围内，可沉淀带正电的憎水胶体，在带正电的PH值范围内，可沉淀带负电的憎水胶体。亲水胶体间的互凝现象较复杂。例如，有下列几种情况：酸性的蛋白质溶液（带正电的胶体）中加少量阴离子型蛋白质后，可以把蛋白质沉淀出来。这是带正电胶体与带负电的胶体互相凝聚的一个例子.原理与馅憎水胶体的互凝一样。但是也有带负电荷的强亲水胶体与带正电荷的强亲水胶体混合而不产生凝聚的现象。两种带负电荷的亲水肢体混合后，其中一种沉淀出来而只一种保持分散的现象。5.2理论对实验的指导（1）该现象产生基于胶体现象一种消除纳米级含铁物质kevin平衡干扰的预处理方法。采用

13、纳米级含铁物质的吸附剂或催化剂在吸附或催化有机物后，进行有机物含量测定时，由于kevin平衡溶解的含铁胶体使待测量液体呈红色，产生吸收干扰紫外分光光度法、气相或液相色谱对有机物的测定。（2）胶体脱稳的处理方法将待测液体测量PH值后，采用含铝盐中和含铁胶体所带电荷，采用高速离心机4000rpmmin,液固分离后调回pH,溶液送入测定，可消除含铁胶体对测量的干扰。（3）对结果的误差分析铝盐絮体对有机物不产生吸附，也不改变含铁胶体的原有吸附。该方法简便、成木低廉、误差小、操作方便，可以消除含铁吸附剂或催化剂kevin平衡干扰紫外分光光度法、气相或液相色谱法测定有机物。第六章生物化学工程基础对实验的指导6.1细菌的成分细菌也和其它活的生物一样，需要某些营养物才能生长。这些营养物必须包含该细胞的细胞物质中所含的元素，以及酶的活力及运输系统所必需的元素。1 .细菌的元素组成细菌所必需的元素可以称为细菌的生物元素。细菌元素可以通过细菌细胞物质的分析得出。细菌和其他微生物成分中所含的主要元素见表6-1。这些元素所占的百分数是以细菌干重计的。由表6-1可看出，大多数元素都占0.5%以上。表62列出了细菌成分中的次要的生物元素。衰6-18首所含主妾生物元索E元素所占百分数来源代用功能C50有机化合物,Ca阳胞物质主要成分0NO1H3O,CO5,有机化合物细胞物质