[工学]污染控制工程实验指导书环境科学.doc

环境科学专业环境工程学（A）实验指导书实验项目名称：实验一 混凝实验实验项目性质：验证性实验所属课程名称：水污染控制工程工程实验计划学时：4一、实验目的：、通过实验观察混凝现象，加深对混凝理论的理解。、选择和确定最佳混凝工艺条件。、了解影响混凝条件的相关因素。 （4）掌握实验数据的处理和分析方法。 二、实验内容和要求：混凝阶段所处理的对象，主要是水中悬浮物和胶体杂质。混凝过程的完善程度对后续处理，如沉淀、过滤影响很大。我们知道，天然水中存在着大量悬浮物，悬浮物的形态是不同的，有些大颗粒悬浮物可在自身重力作用下沉降；而另一种是胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉降是不能除去的，因为，水中的胶体颗粒主要是带负电的粘土颗粒，胶粒间存在着静电斥力、胶粒的布朗运动、胶粒表面的水化作用，使胶粒具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大，若向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，能加速胶体的凝结和沉降。压缩胶团的扩散层，使电位转变为不稳定因素，也有利于胶粒的吸附凝聚。水化膜中的水分子与胶粒有固定联系，具有弹性较高的粘度，把这些水分子排挤出去需要克服特殊的阻力，这种阻力阻碍胶粒直接接触，有些水化膜的存在决定于双电层状态。若投加混凝剂降低电位，有可能使水化作用减弱，混凝剂水解后形成的高分子物质(直接加入水中的高分子物质一般具有链状结构)，在胶粒与胶粒之间起着吸附架桥作用，即使电位没有降低或降低不多，胶粒不能相互接触，通过高分子链状物吸附胶粒，也能形成絮凝体。消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫脱稳。脱稳后的胶粒，在一定的水力条件下，才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。直径较大且较密的矾花容易下沉，自投加混凝剂直至形成矾花的过程叫混凝。混凝过程最关键的是确定最佳混凝工艺条件，因混凝剂的种类较多，例如，有机混凝剂、无机混凝剂、人工合成混凝剂(阴离子型、阳离子型、非离子型)、天然高分子混凝剂(淀粉、树胶、动物胶)等，所以，混凝条件也很难确定；要选定某种混凝剂的投加量，还需考虑pH值的影响，如pH值过低(小于4)则所投的混凝剂的水解受到限制，其主要产物中没有足够的羟基(OH)进行桥联作用，也就不容易生成高分子物质，絮凝作用较差；如果pH值过高(大于9时)，它又会出现溶解生成带负电荷的络合离子而不能很好地发挥混凝作用的情况。另外，加了混凝剂的胶体颗粒，在逐步形成大的絮凝体过程中，会受到一些外界因素影响，如水流速度(搅拌速度)、pH值及沉淀时间等等，所以，相关因素也需要加以考虑。混凝过程分为混合和反应两个阶段，在药剂与废水的混合阶段，对搅拌速度和搅拌时间的要求是高速短时；而在反应阶段则要求低速长时。三、实验主要仪器设备和材料：1、实验设备及仪器 (1) 六联搅拌器(1台)； (2) 浊度仪(1台)； (3) 酸度计(1台) 或广泛pH试纸（1-14）； (4) 烧杯(1000ml，200m1各6个)； (5) 量杯(1000ml 1个)； (6) 移液管(1ml，2m1，5ml，10ml各4支)； (7) 注射针筒(50ml 2支)； (8) 温度计(1支)。2、实验用试剂 (1) 硫酸铝 Al2(SO4)318H2O (10g/L)； (2) 三氯化铁 FeCl36H2O (10g/L)； (3) 盐酸 HCl (质量分数10)；(4) 氢氧化钠 NaOH(质量分数10)；(5) 聚合氯化铝 PAC (10g/L); (6) 聚丙烯酰胺 PAM (1mg/L)。四、实验方法、步骤及结果测试：1混凝剂的确定 在硫酸铝、三氯化铁、聚丙烯酰胺、聚合氯化铝四种混凝剂中，确定一种最佳混凝效果的混凝剂及形成矾花的最佳混凝剂的最佳投药量。 (1) 确定原水特征，即测定原水的浊度、温度、pH值，记录在表1中。 (2) 用4支1000m1的烧杯，分别取800ml原水，将装有水样的烧杯置于混凝仪上。 (3) 分别向4支烧杯中加入FeCl3、A12(SO4)3、PAC、PAM，并每次加1.0ml，同时进行搅拌(中速150r/min，5min)，直到其中一个试样出现矾花，这时记录下每个试样中混凝剂的投加量，并记录在表1中。 (4) 停止搅拌，静止10min。 (5) 用50ml注射针筒抽取上清液，用浊度仪测出三个水样的浊度记录在表1中。 (6) 根据测得的浊度确定出最佳混凝剂及形成矾花的最佳混凝剂的最佳投药量（浊度最小者）。2确定混凝剂的最佳投量 (1) 用6支1000ml烧杯，分别取800ml原水，将装有水样的烧杯置于混凝仪上。 (2) 采用实验1中选定的最佳混凝剂，根据形成矾花的最佳混凝剂的最佳投药量，取其1/4作为1号烧杯的混凝投加量，其2倍作为6号烧杯的混凝剂投加量。用依次增加混凝剂量相等的方法求出25号烧杯混凝剂投加量。按不同的投量分别加入到800ml原水样中，记录在表2中。 (3) 启动搅拌机，快速搅拌约300rmin，0.5min，中速搅拌约150rmin，5min，慢速搅拌约70rmin，10min。 (4) 搅拌过程中，注意观察“矾花”的形成过程。 (5) 停止搅拌，静止沉淀10min，然后用50m1注射针筒分别抽出6个烧杯中的上清液，同时用浊度仪测定水的剩余浊度，记录在表2中。(6) 根据测得的浊度确定出最佳混凝剂的最佳投药量（浊度最小者）。3最佳pH值的影响 (1) 用6只1000ml的烧杯，分别取800ml原水，将装有水样的烧杯置于混凝仪上。 (2) 调整原水pH值：用移液管依次向1#，2#，3#装有原水的烧杯中，分别加入2.5m1，1.5m1，1.0m1 HCl，再向4#，5# ，6#装有原水的烧杯中，分别加入0.2ml，0.7m1，1.2ml NaOH。(3) 启动搅拌机，快速搅拌300r/min，0.5min，随后停机，从每只烧杯中取50ml水样，依次用pH仪或pH试纸测定各水样的pH值，记录在表3中。(4) 用移液管依次向装有原水烧杯中加人相同剂量的混凝剂，投加剂量照最佳投药量实验中得出的最佳投加量而确定。 (5) 启动搅拌机，快速搅拌300rmin，0.5min，中速搅拌150rmin，10min，慢速搅拌70rmin，10min，停机。 (6) 静止10min，用50ml注射针筒抽出烧杯中的上清液(共抽3次约150m1)放入200ml烧杯中，同时用浊度仪测定剩余水的浊度，每只水样测3次，记录在表3中。五、实验数据及结果分析 1、以剩余浊度为纵坐标，混凝剂加入量为横坐标，绘制浊度与药剂投加量关系曲线，并从图中求出最佳混凝剂投加量。2、以剩余浊度为纵坐标，水样pH值为横坐标绘出浊度与pH值关系曲线，从图上求出所投加混凝剂的混凝最佳pH值及其使用范围。3、结果讨论及误差分析。表1 原始数据及四种混凝剂浊度测定记录表原水浊度原水温度（）原水PH值混凝剂名称硫酸铝氯化铁PAMPAC矾花形成时投混凝剂最佳量/ml剩余浊度111122223333均均均均六、结论七、问题及讨论八、思考题：(1) 根据实验结果以及实验中所观察到的现象，简述影响混凝的几个主要因素。 (2) 为什么投加最大药量时，混凝效果不一定好?附录 浊度的测定1原理浊度是表现水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中含有泥土、粉砂、微细有机物、无机物、浮游动物和其他微生物等悬浮物和胶体物都可使水中呈现浊度。水的浊度大小不仅与水中存在颗粒物含量有关，而且与其粒径大小、形状、颗粒表面对光的散射性有密切关系。 测定浊度的方法有分光光度法、目视比浊法、浊度计法。我们现在所采用的方法为浊度计法。浊度计法是依据浑浊液对光进行散射或透射的原理制成的测定水体浊度的专用仪器，一般用于水体浊度的连续自动测定。2仪器 STZ浊度仪。 3标准浊度液的配制号溶液：称量硫酸联氨H4N2H2SO4(硫酸肼，AR级)1.00g于水中溶解，置于100ml容量瓶中稀释至刻度。号溶液：称量六次甲基四胺C6H2N4(AR级)10.00g于水中溶解，置于100m1容量瓶中稀释至刻度。取5ml号液，取5ml号溶液于100ml容量瓶中混匀，在253环境中静置24h后稀释至刻度。此溶液即为400浊度标准溶液(有效期冬季30d，夏季7d，可放在冰箱中保存)如果用其它浊度标准溶液，即可采用400浊度溶液稀释，达到所需浊度。4操作方法(1) 将仪器插头插入220V、50Hz的电源上。 (2) 按下电源开关“POWER”，再按下灯泡开关“LAMP”，此时，显示数字。 (3) 将“零度水”装入样品池，插人样品室，卡紧底座，盖上盖，调“调零”旋钮，至显示“00”取出零度水。(4) 将“标准液（400F.T.U）”装入样品池，插入样品室，卡紧底座，盖上盖，调“校准”按扭，使显示数与标准液值相同，取出标液。(5) 再将“零度水”装入样品池，插人样品室，卡紧底座，盖上盖，看显示是否为零，如为零度，则仪器校准完毕，否则再次校准。(6) 将待测样装入样品池，插入样品室，卡紧底座，盖上盖，此时数值即为样品浊度值。(7) 记录数据。5注意事项要保持样品室干燥，样品池每次装液时，要将池外用滤纸吸干，以免仪器被损害。实验项目名称：实验二 活性炭吸附实验实验项目性质：验证性实验所属课程名称：水污染控制工程工程实验计划学时：4一、 实验目的：活性炭吸附是去除水体异味、难生物降解的有机污染物和回收某些重金属离子的重要方法。在吸附过程中，活性炭比表面积起着主要作用。除此外，pH的高低、温度的变化和被吸附物质的分散程度也对吸附速度有一定影响。 本实验的目的是： (1)、加深理解吸附的基本原理； (2)、掌握活性炭吸附公式中常数的确定方法；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，当活性炭对水中所含杂质吸附时，水中溶解性杂质在活性炭表面积聚而被吸附。与此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状态时，称为吸附平衡。这时活性炭和水相之间的溶质浓度具有一定的分布比值。此时，单位重量的活性炭所吸附溶质数量称为吸附容量qe ，可表示为： 式中：m吸附剂投加量(g)； x 吸附剂吸附的溶质总量(mg) C0废水中原始溶质浓度(mgL) Ce吸附达平衡时水中的溶质浓度(mgL) V废水体积(m1)qe值的大小除了决定于活性炭的品种之外，还与被吸附物质的性质、浓度、水温和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。在废水处理中通常用Freundlich方程式来表达固体吸附剂的吸附容量，即： 这是一个经验公式，通常用图解方法求出K、n值。将上式变换成线性对数关系式为： 式中：K与吸附比表面、温度有关的常数； n与温度有关的常数；三、实验水样：印染废水四、实验主要仪器设备和材料： 1、振荡器（1台） 2、分光光度计3、三角烧杯 5个4、玻璃漏斗 5个5、温度计 1支6、定量滤纸 7、比色管（50ml）一套8、移液管五、实验步骤1、取实验所用活性炭放在蒸馏水中浸泡24h，然后放在103摄氏度烘箱内烘干24h备用。2、取废水样，测定原始废水中染料的含量C0值。3、根据C0的大小，在5个三角烧杯中分别放入不同重量的粉状活性炭5份 (100mg、130mg、160mg、190mg、220mg)。 4、在装有不同重量粉状活性炭的5个三角烧杯中分别加入100ml印染废水，置于振荡器中振荡30分钟。5、过滤每个三角烧杯中的水样，并测其吸光度，并由标准曲线计算出Ce值。6、测定原水样的pH及温度，记入表中。六、实验数据及结果分析1、实验操作基本参数 实验日期： 年 月 日 含染料废水浓度C0 = mgL 含染料废水的 pH= ； 含染料废水的温度为 水样体积 mL ； 振荡时间 min，2、吸附实验的测定结果见下表 3、作图：以lgqe为纵坐标，lgCe为横坐标绘出Fruendlich吸附等温线。4、从吸附等温线上求出K、n值，代入Frundlich表达式，写出Frundlich吸附等温式。七、结论八、实验结果讨论九、思考题对实验中观察到的现象和实验结果及实验中存在的问题，提出你对处理此类废水的见解；附录 水中染料（亚甲基兰）的测定一、原理在650nm波长下，亚甲基兰的浓度与吸光度的关系符合比尔定律。 二、仪器与试剂二、仪器1分光光度计，比色皿(3cm)。250mL具塞比色管，移液管，容量瓶等。三、 试剂亚甲基兰标准贮备液（0.0001 mol/L）四、测定步骤1. 亚甲基兰标准使用液的配制取50ml容量瓶，加入贮备液5ml，稀释至刻度，则为0.00001 mol/L的亚甲基兰标准使用液2标准曲线的绘制取7支50mL比色管，依次加入0、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.00mL亚甲基兰标准使用液，用水稀释至标线，摇匀。于650nm波长处，用3cm比色皿，以水为参比，测定吸光度并作空白校正。以吸光度为纵坐标，相应亚甲基兰含量为横坐标绘出标准曲线。3水样的测定：取适量水样于50mL比色管中，用水稀释至标线，测定方法同标准溶液。进行空白校正后根据所测吸光度从标准曲线上查得亚甲基兰含量。四、计算 X (mgL) = m / V式中：m从标准曲线上查得的亚甲基兰量(g)； V水样的体积(mL)。实验项目名称：实验三 过滤与反冲洗实验实验项目性质：综合性实验所属课程名称：水污染控制工程工程实验计划学时：8 一、实验目的 (1)进一步加强对混凝理论及实验的理解和认识。(2)了解模型及设备的组成与构造。 （3) 观察过滤及反冲洗现象，进一步了解过滤及反冲洗原理。 (4)掌握实验的操作方法及滤池工作中主要技术参数的测定方法。 二、实验原理 1过滤与反冲洗模型 过滤及反冲洗实验装置是由进水箱、流量计、过滤柱及水位计组成(图1)。 2水过滤原理 水的过滤是根据地下水通过地层过滤形成清洁井水的原理而创造的处理浑浊水的方法。在处理过程中，过滤一般是指以石英砂等颗粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水达到澄清的工艺过程。过滤是水中悬浮颗粒与滤料颗粒间粘附作用的结果。粘浮作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质，当水中颗粒迁移到滤料表面上时，在范德华引力和静电引力以及某些化学键和特殊的化学吸附力作用下，它们被粘附到滤料颗粒的表面上。此外，某些絮凝颗粒的架桥作用也同时存在。经研究表明，过滤主要还是悬浮颗粒与滤料颗粒经过迁移和粘附两个过程来完成去除水中杂质的过程。 3影响过滤的因素 在过滤过程中，随着过滤时间的增加，滤层中悬浮颗粒的量也会随着不断增加，这就必然会导致过滤过程水力条件的改变。当滤料粒径、形状、滤层级配和厚度及水位已定时，如果孔隙率减小，则在水头损失不变的情况下，将引起滤速减小。反之，在滤速保持不变时，将引起水头损失的增加。就整个滤料层而言，鉴于上层滤料截污量多，越往下层截污量越小，因而水头损失增值也由上而下逐渐减小。此外，影响过滤的因素还有很多，诸如水质、水温、滤速、滤料尺寸、滤料形状、滤料级配，以及悬浮物的表面性质、尺寸和强度等等。 4滤料层的反冲洗过滤时，随着滤层中杂质截留量的增加，当水头损失增至一定程度时，导致滤池产生水量锐减，或由于滤后水质不符合要求，滤池必须停止过滤，并进行反冲洗。反冲洗的目的是清除滤层中的污物，使滤池恢复过滤能力。滤池冲洗通常采用自下而上的水流进行反冲洗的方法。反冲洗时，滤料层膨胀起来，截留于滤层中的污物，在滤层孔隙中的水流剪力作用下，以及在滤料颗粒碰撞摩擦的作用下，从滤表面脱落下来，然后被冲洗水流带出滤池。反冲洗效果主要取决于滤层孔隙水流剪力。该剪力既与冲洗流速有关，又与滤层膨胀有关。冲洗流速小，水流剪力小；冲洗流速大，使滤层膨胀度大，滤层孔隙中水流剪又会降低，因此，冲洗流速应控制适当。高速水流反冲洗是最常用的一种形式，反冲洗效果通常由滤床膨胀率e来控制，即： 式中 L 砂层膨胀后的厚度(cm)； L。砂层膨胀前的厚度(cm)。 通过长期实验研究，e为25时反冲洗效果即可以为最佳。 三、实验设备及仪器 (1)过滤与反冲洗的实验装置(1套)； (2)酸度计(1台)； (3)浊度仪(1台)；(4)烧杯(200m1)；（5）六连混凝搅拌仪。 四、实验用试剂 (1)盐酸(质量分数10)； (2)聚丙烯酰胺(质量分数01)；(3)三氯化铁(质量分数1、5%)；(4)氢氧化钠(质量分数10)。 五、实验操作步骤1、配置浊度大