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水污染控制工程实验讲义 南开大学环境科学与工程学院 实验一混凝实验 一 目的通过混凝实验 观察矾花的形成过程及混凝沉淀效果 不仅可以选择投加药剂种类 数量 还可确定其它混凝最佳条件 二 原理消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫做脱稳 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 直径较大且较密实的矾花容易下沉 自投加混凝剂直至形成较大矾花的过程叫混凝 三 设备及用具1 TS6程控混凝试验搅拌仪一台 2 洗耳球1个 配合移液管移药用 3 10mL移液管1根 4 1000mL量筒1个 量原水体积 5 2mg mL Al2O3计 浓度硫酸铝 或其它混凝剂 溶液1瓶 6 PHS 2型酸度计1台 7 HACH2100N浊度仪1台 四 内容与步骤1 测原水浊度及Ph值 2 用1000mL量筒量取6个水样置于搅拌烧杯中 3 将测温探头放入仪器旁边盛水烧杯中 4 将第一组水样置于搅拌机中 启动仪器 编程序 快速搅拌800rpm 1min 加药 中速搅拌150rpm 10min 慢速搅拌50rpm 10min 静沉30min 5 用移液管向1至6号加药管中分别加入1 2 3 4 5 6mL混凝剂 6 运行程序 注意观察并记录矾花形成 沉淀的过程 矾花外观 大小 密实程度等 并记入表格中 7 程序运行结束后 由上部取样口取杯中上清液约100mL 测浊度 pH即可 置于六个洗净的100mL烧杯中 测浊度及pH并记入表中 5 用移液管向1至6号加药管中分别加入1 2 3 4 5 6mL混凝剂 6 运行程序 注意观察并记录矾花形成 沉淀的过程 矾花外观 大小 密实程度等 并记入表格中 7 程序运行结束后 由上部取样口取杯中上清液约100mL 测浊度 pH即可 置于六个洗净的100mL烧杯中 测浊度及pH并记入表中 六 成果整理 以投药量为横坐标 以剩余浊度为纵坐标 绘制投药量 剩余浊度曲线 从曲线上可求得不大于某一剩余浊度的最佳投药量值 七 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 为什么最大投药量时 混凝效果不一定好 3 参考本实验步骤 编写出测定最佳pH值实验过程 实验二沉淀实验 一 目的通过沉淀实验 熟悉沉淀类型及各自特点 掌握沉淀曲线测试与绘制方法 二 原理浓度较稀的 粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀 其特点是静沉过程中颗粒互不干扰 等速下沉 其沉速在层流区符合Stokes 斯笃克斯 公式 悬浮物浓度不太高 一般在600 700mg L以下的絮状颗粒的沉淀属于絮凝沉淀 沉淀过程中由于颗粒相互碰撞 凝聚变大 沉速不断加大 因此颗粒沉速实际上是一变速 浓度大于某值的高浓度水 颗粒的下沉均表现为浑浊液面的整体下沉 这与自由沉淀 絮凝沉淀完全不同 后两者研究的都是一个颗粒沉淀时的运动变化特点 考虑的是悬浮物个体 而对成层沉淀的研究却是针对悬浮物整体 即整个浑液面的沉淀变化过程 成层沉淀时颗粒间相互位置保持不变 颗粒下沉速度即为浑液面等速下沉速度 该速度与原水浓度 悬浮物性质等有关而与沉淀深度无关 但沉淀有效水深影响变浓区沉速和压缩区压实程度 为了研究浓缩 提供从浓缩角度设计澄清浓缩池所必需的参数 应考虑沉降柱的有效水深 此外 高浓度水沉淀过程中 器壁效应更为突出 为了能真实地反映客观实际状态 沉淀柱直径一般要 200mm 而且柱内还应装有慢速搅拌装置 以消除器壁效应和模拟沉淀池内刮泥机的作用 三 试验设备材料1 沉淀用有机玻璃柱 内径d 150mm 高H 1600mm 内设搅拌装置转速1rpm 上设溢流管 取样口 进水管及放空管 2 配水系统一套 每套系统为两套沉淀装置供水 包括小车 污泥泵 水箱等 3 计量水深用标尺 计时用秒表 4 悬浮物定量分析用电子天平 定量滤纸 称量瓶 烘箱 抽滤装置 干燥器等装置 5 取样用100ml比色管 100ml量筒 瓷盘等 四试验方法和步骤1 检查沉淀装置连接情况 保证各个阀门完全闭合 各种用具是否齐全 2 打开阀门1 3 水泵接电 使水箱中污水在自循环条件下混合均匀 取水箱水样测悬浮物浓度C0 3 启动搅拌器控制转速为1rpm 打开阀门2 4 慢速关小阀门3 使沉淀柱进水速度均匀 待沉淀柱水位达到溢流管时依次关闭阀门2 4 并开始记录时间 4 在开始后0 5 10 20 30 60min时分别在1号取样口取样100ml 测悬浮物浓度 同时观察悬浮颗粒沉淀特点 现象 5 悬浮物测定方法 1将定量滤纸置于称量瓶内烘至恒重W1 2将抽滤水样后滤纸放入称量瓶中 烘至恒重W2 3悬浮物浓度 五注意事项1 向沉淀柱内进水时 速度要适中 既要较快完成进水 以防进水中一些较重颗粒沉淀 又要防止速度过快造成柱内水体紊动 影响静沉实验效果 2 取样时 先排除管中积水而后取样 排出20ml左右 每次取样100mL 六实验结果整理1 在格纸上绘制u p关系曲线 2 利用图解法列表 计算不同沉速时悬浮物去除率E 记入表3 试验日期 水样性质及来源 沉淀柱内经 150mm柱高 H 1600mm有效高度h 1200mm水温 C每次取样体积V 100ml原水悬浮物浓度 C0 mg 七思考题1 若按计算不同沉淀时间t的沉淀效率E有何不妥 此时试验方法应如何改变 实验三过滤实验 一 目的熟悉普通快滤池过滤 冲洗的工作过程 加深对滤速 冲洗强度 滤层膨胀率 初滤水浊度的变化 冲洗强度与滤层膨胀率关系以及滤速与清洁滤层水头损失的关系的理解 掌握清洁滤料过滤时水头损失计算方法和水头损失变化规律 二 原理快滤池滤料层能截留粒径远比滤料孔隙小的水中杂质 主要通过接触絮凝作用 其次为筛滤作用和沉淀作用 当过滤水头损失达到最大允许水头损失时 滤池需进行冲洗 为了保证滤后水质和过滤流速 当过滤一段时间后需要进行反冲洗 使滤层在短时间内恢复截污能力 反冲洗的方式多种多样 但其原理是一样的 反冲洗开始时承托层 滤料层未完全膨胀 相当于滤池处于反向过滤状态 当反冲洗速度增大后 滤料层完全膨胀 处于流态化状态 根据滤料层膨胀前后的厚度便可求出膨胀率 式中 L 沙层膨胀后厚度 cm L0 沙层膨胀前厚度 cm 三 设备及用具1 过滤装置1套 2 浊度仪1台 3 100mL烧杯2个 100ml比色管6个 取水样测浊度用 4 塑料尺一条 四 内容与步骤1 检查阀门保证所有阀门为全闭 2 打开阀门1 2 3 4 5 8 水泵接电 调节进口流量6L min确保溢流口出水 调整出水口流量计使其分别在0 8L min 1 0L min 1 2L min 1 4L min 1 6L min 1 8L min稳定运行五分钟左右 取样 测量测压管液位 出水浊度 3 停止过滤 换清水 检查阀门 确保所有闸门为全闭 关闭测压管管夹 4 量出滤层厚度L0 5 打开阀门1 3 4 6 7 水泵接电 慢慢打开阀门4 调节进水流量使滤料刚刚膨胀起来 待滤层表面稳定后 记录反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L1 测反冲洗出水浊度 继续调节阀门4 变化反冲洗流量 按以上步骤记录反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L2 L3 注意不能使滤料溢出滤池 6 停止反冲洗 水泵断电 关闭阀门 结束实验 五 注意事项1 反冲洗滤柱中的滤料时 不要使进水阀门开启过大 应缓慢打开以防滤料冲出柱外 2 反冲洗时 为了准确地量出沙层的厚度 一定要在沙面稳定后再测量 六 成果整理1 过滤过程1 将过滤时所测流量 测压管水头损失填入下表 2 根据表中数据绘出流速v与水头损失h的关系曲线 3 绘制流速与出水浊度关系图 七 思考题1 滤层内有空气泡时对过滤 冲洗有何影响 2 冲洗强度为何不宜过大 2 反冲洗过程 将测量结果填入下表 实验四静态活性炭吸附实验 一 目的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 掌握用 间歇 法确定活性炭处理污水的设计参数的方法 二 原理活性炭吸附是去除溶解性有机物的主要手段 其吸附过程可用吸附等温线表示 在连续流吸附过程中形成一向前迁移的吸附带 三 设备及用具1 500mL三角烧杯6个 2 摇床 3 烘箱 4 752分光光度计 玻璃器皿 滤纸等 5 活性炭 四 内容与步骤1 自配染料污水 2 将粉末活性炭放在蒸馏水中浸24小时 然后放在105 烘箱内烘至恒重 以上步骤由教师完成 3 在六个500mL的三角烧瓶中发别投加0 50 100 150 200 250mg粉末活性炭 4 在每个三角烧瓶中投加同体积 300mL 自配污水 5 测定水温 将三角烧瓶放在摇床上振荡40min 6 过滤各三角烧瓶中的污水 在波长460nm处测定其吸光度值 通过标准曲线查出C 五 成果整理1 记录实验基本参数实验日期年月日温度 震荡时间min水样体积ml 2 各三角烧杯中水样过滤后ABSi测定结果 3 以为纵坐标 lgC为横坐标绘出Fruendlich吸附等温线 六 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 实验五动态活性炭吸附实验 一 目的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 掌握用连续流法确定活性炭处理污水的设计参数的方法 二 原理活性炭吸附是去除溶解性有机物的主要手段 其吸附过程可用吸附等温线表示 在连续流吸附过程中形成一向前迁移的吸附带 三 设备及用具连续流活性炭吸附实验装置1套 单柱 内径25mm 高度1000mm 炭层高度700mm 752分光光度计 玻璃器皿等 四 内容与步骤1 熟悉动态活性炭吸附装置 2 测自配污水吸光度 3 以2L h 20rpm 的流量按降流方式进行单柱实验 运行时炭层不应有空气泡 运行30min 每隔5min取样测出水吸光度 4 改变流量分别以3 0L h 30rpm 4 0L h 40rpm 5 0L h 50rpm 6 0L h 60rpm 的流量运行10min 每隔5min取样测出水吸光度值 五 成果整理1 记录实验结果 计算吸光度去除率六 思考题1 由实验结果探讨工作流速的对吸附带长度 去除效果的影响 2 连续流的升流式和降流式运动方式各有什么特点 实验六离子交换除盐实验 一 目的了解并掌握离子交换法除盐实验装置的操作方法 加深对复床除盐基本理论的理解 二 原理水中各种无机盐类经电离生成阳离子及阴离子 经过氢型离子交换树脂时 水中的阳离子被氢离子所取代 形成酸性水 酸性水经过氢氧型离子交换树脂时 水中的阴离子被氢氧根离子所取代 进入水中的氢离子与氢氧根离子组成水分予 H2O 从而达到去除水中无机盐类的目的 水中所含阴 阳离子的多少 直接影响了溶液的导电性能 经过离子交换树脂处理的水中 因离子很少 导电率很小 电阻值很大 生产上常以水的电导率控制离子交换后的水质 氢型树脂失效后 用盐酸 HCl 或硫酸 H2S04 再生 氢氧型树脂失效后用烧碱 NaOH 液再生 三 实验设备和材料1 除盐装置1套 2 PHS 25型酸度计1台 3 DDS 307型电导率仪1台 4 100mL烧杯2个 5 温度计1个 6 3 HCl 5 NaOH溶液 四 内容与步骤1 熟悉实验装置 搞清楚每条管路 每个阀门的作用 保证所有阀门为全闭 测原水温度 电导率及pH值 2 打开1 3 5 7 阀门 将蠕动泵进水口投入清水池 调节蠕动泵转速到20rpm 反洗阳床5分钟 此步骤最好用阴床出水 停泵 关闭所有阀门 先打开5 7 阀门 再慢慢打开6 阀门使水流出 直到阳床中的液面高出树脂层15cm为止 关闭所有阀门 3 打开1 2 5 6 阀门 将蠕动泵进水口投入酸池 调节蠕动泵转速到20rpm 使3 的HCl溶液流过阳床 进行阳床再生 20分钟后停止进水 保持阀门开闭不变 4 将蠕动泵进水口投入进水池 调节蠕动泵转速到50rpm 用清水淋洗阳床 测6 阀门出水pH 直到pH为2 5 4之间为止 停泵 关闭6 阀门 5 打开11 12 15 阀门 调节蠕动泵转速到10rpm 反洗阴床5分钟 停泵 关闭11 阀门 慢慢打开13 阀门使水流出 直到阴床中的液面高出树脂层15cm为止 关闭所有阀门 6 打开1 3 10 8 12 13 阀门 将蠕动泵进水口投入碱池 调节蠕动泵转速到20rpm 使5 的NaOH溶液流过阴床 进行阴床再生 20分钟后停止进水 关闭所有阀门 打开阀门1 3 6用原水清洗管路 然后再关闭所有阀门 7 打开1 2 5 10 8 12 14阀门 将蠕动泵进水口投入进水池 保持蠕动泵转速20rpm不变淋洗阴床15min 调节蠕动泵转速到120rpm 测14 阀门出水 直到出水电导率小于200 S cm 8 开始除盐实验 保持阀门开启顺序不变 调整蠕动泵转速分别为70 90rpm 每种转速运行5分钟 测14 阀出水电导率及pH 9 结束实验 注意 步骤6 7之间由于管路内有碱液 应打开阀门1 3 6用原水清洗管路 五 成果整理1 把实验所测数据填入下表查蠕动泵转速 流量图求得蠕动泵转速分别为20 40 50 70 90 120rpm时流量 并根据 s r2 r 0 0125m为交换柱内径 求得交换柱水流速度 六 思考题1 水流流速对离子交换运行结果的影响 2 强碱阴离子交换床为何一般都设置在强酸阳离子交换床的后面 3 试述离子交换柱再生效果的影响因素 实验七气浮试验 实验目的了解和掌握气浮净水方法的原理及其工艺流程了解气浮法设计参数 掌握最佳反应条件 二 原理气浮法就是使空气以微小气泡的形式出现于水中并慢慢自下而上地上升 在上升过程中 气泡与水中污染物质接触 并把污染物质黏附于气泡上 或气泡附于污染物上 从而形成密度小于水的气水结合物浮升到水面 使污染物质从水中分离出去 三 设备及用具接触气浮反应器TA2 I程控混凝试验搅拌仪一台搅拌桨一个10ml移液管1根1000ml量筒1个10mg ml聚合氯化铝溶液1瓶HACH2100N浊度仪一台 四 内容与步骤测量并记录原水浊度 用1000ml量筒量取2L原水置于反应器中 盖好搅拌桨 启动程控搅拌仪 编程序 快速搅拌500rpm 0 5min 一级反应155rpm 3min 二级反应47rpm 3min 进溶气水20rpm 1min 静置0rpm 5min 并储存 用移液管向反应器中加入4ml聚合氯化铝溶液 运行程序 在进溶气水阶段拧开阀门 使溶气水均匀地进入反应器 速度400ml min 分别设计进水量为0 5 10 15 即进水时间分别为0 15 30 45S 注意观察絮体形成 并大 上升的过程 6 程序运行结束后 由取样口取样测量出水浊度 并记入表中 五 注意事项取原水及混凝剂时 在量取之前要先搅拌均匀进溶气水时要保证均匀进水 尽量不要在进水过程中改动进水流量 六 数据整理 七 思考题气浮法与沉淀法有什么相同之处 有什么不同