08水质工程学实验.doc

环境工程概论论文班 级 08给排水1班 学 号 0836240012 姓 名 虞 超 指导教师 台州学院建筑工程学院给水排水专业2011年11月目录实验一 混凝实验1一、实验目的1二、实验原理1三、实验设备及仪器1四、实验用试剂2五、实验操作2六、实验数据及结果整理3七、思考题4实验二 过滤及反冲洗实验（演示实验）5一、实验目的5二、实验原理5三、实验设备及仪器6四、实验操作6五、思考题6实验三 软化与除盐实验7一、实验目的：7二、实验原理：7三、实验仪器：8四、实验步骤：8五、实验记录及结果8六、思考题8实验四 氧传递系数测定实验9一、实验目的：9二、实验原理：9三、实验仪器：10四、实验用试剂：10五、实验步骤：10六、思考题11实验五 污泥比阻测定实验12一、实验目的：12二、实验原理：12三、实验仪器：14四、实验步骤：14五、数据处理：15六、思考题：16实验一 混凝实验同组组员 一、实验目的（1）通过实验观察矾花生成过程，加深对混凝理论的理解。（2）确定混凝剂的最佳用量和最佳pH值。（3）了解影响混凝效果的因素。二、实验原理混凝的主要目的是除去水中的胶体和悬浮物，此外，还能除去某些有机污染物、无机物和某些细菌病毒。混凝处理就是向原水中投入混凝剂（例如铝盐、铁盐），削弱胶体的带电稳定性，并通过混凝剂的吸附、架桥和网捕等多种作用，促进细小的悬浮物和胶体互相粘结生成易于沉淀的大颗粒矾花。混凝效果的好坏对后续处理，如沉淀、过滤、除盐影响很大，所以，它是水处理工艺中十分重要的一个环节。混凝过程比较复杂，以混凝剂Al2(SO4)3为例，它投入水中后本身会发生“电离、水化、水解、聚合、沉淀”等一系列化学反应，最后生成多种产物，如A1(OH)3m、铝羟基络离子。这此反应产物对胶体和悬浮物有如下脱稳作用：（1）降低胶体电位绝对值；（2）吸附架桥促使胶体和悬浮颗粒互相聚集长大成粗大矾花；（3）网捕作用。混凝过程是一个复杂的物理化学过程，因而影响混凝效果的因素较多，主要有水的pH值、投药量、原水浊度、水温、速度梯度（G）、混凝时间和接触介质等。混凝剂的投药量应根据生水水质、运行条件、设备型式及水处理后的水质要求，经混凝实验确定。不同的混凝剂适用的pH值不同，例如Al2(SO4)3适用的pH值为6.57.5。矾花的生成与长大必须同时具备两个条件：（1）胶体必须脱稳；（2）水流搅拌强度适当，例如，胶体脱稳阶段，搅拌强度较大，其后在矾花长的阶段，搅拌强度减弱，这样既可以提供给微絮粒足够的碰撞频率，又应尽量避免打碎矾花。由于实验条件有限，本实验只考虑混凝剂的用量和pH值对混凝的影响。通过测定混凝剂不同投加量下浊度除去率，可以确定混凝剂最佳用量；同理，通过测定不同pH值时浊度除去率，可以确定最佳pH值。三、实验设备及仪器（1）六联搅拌机；（2）光电浊度计；（3）pH计；（4）1000、500、100mL烧杯；（5）10mL移液管；（6）温度计；（7）秒表。四、实验用试剂（1）10mg/ml硫酸铝Al2(SO4)318H2O溶液，1L；（2）10%HCl，1L；（3）10%NaOH，1L；（4）浊度为4080NTU的原水，100L。五、实验操作1.熟悉混凝搅拌机的操作，掌握浊度仪、酸度计的使用方法。2.测定原水的浊度、PH值、温度。3.在六个1000ml的烧杯中，分别注入混合均匀的水样1000ml，将搅拌轴垂直提起，然后再将烧杯放入搅拌机中，放入搅拌轴并使其位于烧杯正中央水体中。4.选择各个烧杯的加药量。（一）以硫酸铝（1ml=10mg）为混凝剂：烧杯号123456加入量（ml）123456相应加药量（mg/L）102030405060（二）以硫酸铝（1ml=10mg）为混凝剂，同时调节PH值PH值范围pH =5pH =6pH=7pH=8pH=9pH=10烧杯号123456加入量（ml）123456相应加药量（mg/L）52015202530（三）以硫酸铝为混合剂，用移液管按预定值将其分别移入搅拌机上的小试管中。5.按混合搅拌速度160转/分，开动搅拌机，待转速稳定后，转动加药柄，同时向各烧杯中倾注混凝剂溶液，以160转/分的搅拌速度，持续2分钟，然后将搅拌机转速降至40转/分，持续15分钟后停止搅拌。6.在反应搅拌开始后，要注意观察并记录各个烧杯先后产生矾花的时间，矾花大小以及疏密程度。7.反应搅拌结束后，轻轻提起搅拌叶片，不要再搅拌水样，使水样静置沉淀10分钟，并注意观察矾花沉淀情况。8.待沉淀时间到达后，同时用虹吸管吸出各烧杯中澄清水样（自液面下1.5厘米处取样），取样时应避免搅动已经沉淀的矾花。9.测定各水样的浊度、PH值，并计算其除浊百分比率y。Y =（MaMb）/Ma100%式中：Ma原水浊度，mg/L；Mb残留浊度，mg/L。10. 以硫酸铝（1ml=10mg）为混凝剂，同时调节pH值，重复29各步骤。六、实验数据及结果整理1. 实验条件表1-1 实验条件实验日期：混凝剂名称：浓度：原水条件水样体积： ml浊度： mg/LPH值：水温： 混凝条件混合速度： 转/分时间： 分钟反应速度： 转/分时间： 分钟搅拌器叶片直径： mm搅拌器叶片 h： mm1000ml烧杯D： mm1000ml烧杯H： mm2.实验结果表1-2 实验结果混凝剂烧杯号加药量（mg/L）凝絮出现的时间（min）沉淀后水质浊度mg/LpH除浊百分率%硫酸铝123456硫酸铝+pH调节1234563.绘制加药量混凝后水的浊度，加药量除浊百分率的关系曲线。4.结果分析通过混凝过程的观察和试验结果的分析，确定最佳加药量。计算烧杯内水样混凝过程中，反应阶段的速度梯度G、GT值。七、思考题1.分析烧杯实验与澄清器的实际运行的异同点。2.根据本实验结果，能否断言硫酸铝投加量愈大除浊效果愈好？3.在何种pH值下，除浊效率高？3实验二 过滤及反冲洗实验（演示实验）一、实验目的（1）了解过滤系统的组成与构造，观察过滤及反冲洗现象，加深理解过滤及反冲洗原理。（2）了解过滤及反冲洗模型的组成。（3）熟悉过滤及反冲洗实验的方法。（4）测定滤池工作中的主要技术并掌握观测的方法。二、实验原理（一）过滤原理滤池净化的主要作用是接触凝聚作用，水中经过絮凝的杂质截留在滤池之中，或者有接触絮凝作用的滤料表面粘附水中的杂质。滤层去除水中杂质的效果主要取决于滤料的总表面积。随着过滤时间的增加，滤层截留杂质的增多，滤层的水头损失也随之增大，其增长速度随滤速大小、滤料颗粒的大小和形状，过滤进水中悬浮物含量及截留杂质在垂直方向的分布而定。当滤速大，滤料颗粒粗，滤层较薄时，滤过的水水质很快变差，过滤水质周期较短；如滤速大，滤料颗粒细，滤池中的水头损失增加也很快，这样很快达到过滤压力周期。所以在处理一定性质的水时，正确确定滤速，滤料颗粒的大小，滤料及厚度之间的关系，具有重要的技术意义与经济意义，该关系可通过试验的方法来确定。（二）反冲洗原理当水头损失达到极限，使出水水质恶化时就要进行反冲洗。反冲洗的目的是清除滤层中的污物，使滤池恢复过滤能力。冲洗采用自下而上的水流进行。滤料层在反冲洗时，当膨胀率一定，滤料颗粒越大，所需的冲洗强度便越大，水温越高（水的粘滞系数越小），所需冲洗强度也越大。对于不同的滤料，同样颗粒的滤料，当比重大的与比重小的膨胀率相同时，所需的冲洗强度就越大。精确地确定在一定的水温下冲洗强度与膨胀率之间的关系，最可靠的方法是进行反冲洗实验。反冲洗的目的是除去滤层截留的污物，恢复滤床的过滤能力。反冲洗的方法有两种：水洗和水气联合清洗。经过大量研究和实际运行验证，认为反冲洗造成滤料洁净的主要原因是水流剪切作用和滤料间碰撞磨擦作用。前者通过水对粘附在滤料表面污物的冲刷剪力作用，以及滤料颗粒旋转的离心作用，使污泥脱落；后者则在滤料颗粒碰撞磨擦作用下，使污泥脱落下来。反冲洗对过滤器运行至关重要，如果反冲洗强度或者冲洗时间不够，滤层中的污泥得不到及时清除，当污泥积累较多时，滤料和污泥粘结在一起变成泥球甚至泥毯时，过滤过程严重恶化；如果反冲洗强度过大或历时太长，则细小滤料流失，甚至底部卵石错动而引起漏滤料现象，而且耗水量也必然增大。因此，反冲洗的关键是控制合适的反冲洗强度或膨胀率和适当的冲洗时间。三、实验设备及仪器过滤实验装置；四、实验操作1.打开K1、K4阀门，将滤料进行一次冲洗，冲洗强度逐渐增大，以便去除滤层内的气泡。2.冲洗毕，关闭K1，开初滤水K2排水阀门，以降低柱内水位。3.打开K3通入浑水，开始过滤，控制滤速。开始过滤后的1min、3 min、5 min、10 min、20 min及30 min测出水浊度。4.当滤柱水头损失达2.53.0m时，开始反冲洗。打开反洗进水阀门，调整水量到膨胀率e与按公式计算q中所选用的e相等时，稳定12min，然后读反洗水量数并记入表中。图2-1 实验装置五、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？8实验三 软化与除盐实验同组组员 一、实验目的：（1）了解并掌握离子交换法除盐实验装置的操作方法。（2）加深离子交换基本理论的理解。（3）熟悉离子交换除盐的过程。二、实验原理：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子，从而达到去除水中无机盐类的目的。阳型树脂失效后，用盐酸或硫酸再生，阴型树脂失效后用烧碱液再生。以氯化钠代表水中无机盐类，水质除盐的基本反应如下：氢离子交换： 交换： RH+NaC1RNa+HC1 再生： RNa+HC1RH+NaC1氢氧根离子交换： 交换： ROH+HC1RC1+H2O 再生： RC1+NaOHROH+NaC1图3-1 实验装置1清水箱；2清水泵；3流量计；4离子交换器三、实验仪器：1.离子交换装置2.酸度计3.电导仪4.温度计5.钢卷尺四、实验步骤：1.熟悉实验装置，清楚每条管路、每个阀门的作用。2.测原水温度、电导率及PH值，量交换柱树脂层高度。3.开始除盐实验。原水先经过阳离子交换柱，再进入阴离子交换柱，运行流速控制到最大。测阳离子交换柱出水PH值，阴离子交换柱出水电导率及PH值。4.改变原水水质重复上述步骤，测三次并加以比较。5.将上述步骤中记录的数据进行整理分析。五、实验记录及结果实验日期：实验记录表3-1 电导率、pH值记录原水水温： ；交换柱树脂层高度： （阳离子）； （阴离子）。序号原水阳离子交换拄出水阴离子交换拄出水电导率（s/cm）pH值pH值水温电导率（s/cm）pH值123453.讨论阳离子交换器和阴离子交换交换器中，上述水质指标的变化规律。六、思考题1.讨论出水水质是否符合理论，并说明原因。2.离子交换床启动运行时应注意什么问题？实验四 氧传递系数测定实验同组组员 一、实验目的：1、掌握氧转移的机理及影响因素。2、学会图解法求曝气设备氧总转移系数KLa值方法。3、了解掌握曝气设备清水充氧性能的测定方法。二、实验原理：活性污泥法是采取一定的人工措施，创造适宜的条件，强化活性污泥微生物的新陈代谢作用，加速污水中有机物降解的生物处理技术。这里所指的重要的人工措施主要为了实现两个目的：（1）向活性污泥反应器-曝气池中提供足够的溶解氧，以保证活性污泥微生物生化作用所需氧；（2）使反应器中的活性污泥与污水充分混合，保持池内微生物、有机物、溶解氧、即泥、水、气三者充分混合。在实际工程中这两个目的就是通过曝气这一手段实现的。所谓曝气就是人为的通过一些设备，加速向水中传递氧的一种过程。现行通用曝气方法主要有三种，即鼓风曝气、机械曝气、鼓风机械曝气。对于氧转移的机理在水处理界比较公认的就是双膜理论。它的内容是：在气液两相接触界面两侧存在着气膜和液膜，它们处于层流状态，气体分子从气相主体以分子扩散的方式经过气膜和液膜进入液相主体，氧转移的动力为气膜中的氧分压梯度和液膜中的氧的浓度梯度，传递的阻力存在于气膜和液膜中，而且主要是存在于液膜中。影响氧转移的因素主要有温度、污水性质、氧分压、水的紊流程度、气液之间接触时间和面积等。氧总转移系数KLa值与温度、水紊动性、气液接触面面积等有关。它指的是在单位传质动力下，单位时间内向单位曝气液体中充入氧量，它是反映氧转移速度的重要指标。氧总转移系数KLa值计算式，即KLa=ln式中：Cs-曝气筒内液体饱和溶解氧（mg/l）C0-曝气初始时，曝气筒内溶解氧浓度（一般取t=0时，C0=0）(mg/l)Ct-t时刻曝气筒内溶液溶解氧浓度（mg/l）t-曝气时间（min）KLa-氧总转移系数（1/min）可见，以ln为纵坐标，t为横坐标，绘制直线，通过图解法求得直线斜率可以确定KLa值。本次实验采用间歇非稳定态法，即实验过程中不进水也不出水的清水实验法对充氧性能进行测定。实验可以在曝气筒内进行。首先向曝气筒内注入清水，将待测曝气水用脱氧剂脱氧到零后开始曝气；然后每隔一定时间取水样测定溶解氧值，从而确定KLa值。三、实验仪器：1、实验用曝气筒2、空气压缩机3、温度计4、秒表四、实验用试剂：1、脱氧剂：无水亚硫酸钠2、催化剂：氯化钴（0.1mg/l）3、溶解氧采用化学方法，参考水分析化学教材的药品及实验步骤。五、实验步骤：1、向曝气筒内注入清水，取水样测定水中溶解氧值，并根据溶解氧浓度确定水中溶解氧量。G=V=d2H式中 G-水中含氧量 C-水中溶解氧浓度 V-曝气水体积 d-曝气筒直径 H-曝气筒水深2、计算脱氧剂用量反应式为 2Na2SO3+O2 2 2Na2SO4由方程式得=，即亚硫酸钠的用量可以由下式计算g=(1.1-1.5)G8式中 安全系数通常取1.5 G水中含氧量。3、计算催化剂用量。所用催化剂浓度为0.1mg/l，即加入催化剂量为0.1V。4、将脱氧剂用温水化开，加入到曝气筒内并加入催化剂，充分混合后，反应10min后取样测溶解氧浓度。5、待溶解氧降为零后，打开空压机向曝气筒内充氧，同时开始计时，当时间为1min、3min、5min、9min、14min、21min分别取水样测定溶解氧值，直至水中溶解氧值不再增长（达到饱和）为止，确定饱和溶解氧Cs。6、记录空气流量、水温。7、将数据记入表中。表4-1 曝气充氧记录序号时间(min)水样DO(mg/L)11233549514621六、思考题1、氧的总转移系数Kla的意义。16实验五 污泥比阻测定实验同组组员 一、实验目的：1、通过实验掌握污泥比阻的测定方法。2、掌握用布氏漏斗实验选择混凝剂。3、掌握确定污泥的最佳泥凝剂投加量。二、实验原理：污泥比阻是表示污泥过滤特性的综合性指标，它的物理意义是：单位质量的污泥在一定压力下过滤时在单位过滤面积上的阻力。求此值的作用是比较不同的污泥（或同一污泥加入不同量的混合剂后）的过滤性能。污泥比阻愈大，过滤性能愈差。过滤时滤液体积V（mL）与推动力p（过滤时的压强降，g/cm2），过滤面积F（cm2），过滤时间t（s）成正比；而与过滤阻力R (cm*s2/mL），滤液黏度g/(cm*s)成正比。过滤阻力包括滤渣阻力Rz和过滤隔层阻力Rg构成。而阻力只随滤渣层的厚度增加而增大，过滤速度则减少。因此将式(6-1)改写成微分形式。由于只Rg比Rz相对说较小，为简化计算，姑且忽略不计。式中： 单位体积污泥的比阻； 滤渣厚度；C 获得单位体积滤液所得的滤渣体积。如以滤渣干重代替滤渣体积，单位质量污泥的比阻代替单位体积污泥的比阻，则上式可改写为 式中，为污泥比阻，在CGS制中，其量纲为s2/g，在工程单位制中其旦纲为cm/g。在定压下，在积分界线由0到t及0到V内对式(6- 4)积分，可得 上式说明在定压下过滤，tV与V成直线关系，其斜率为 需要在实验条件下求出b及C。b的求法。可在定压下(真空度保持不变)通过测定一系列的tV数据，用图解法求斜率(见图5-1)。C的求法。根据所设定义图5-1 图解法求b示意图 式中 Q0污泥量，mL；Qy滤液量，mL；Cd滤饼固体浓度，g/mL。根据液体平衡Q0Qy+Qd根据固体平衡Q0C0Qy Cy+Qd Cd式中 Co污泥固体浓度，gmL； Cy污泥固体浓度，gmL； Qd污泥固体滤饼量，mL。可得 化简后得 上述求C值的方法，必须测量滤饼的厚度方可求得，但在实验过程中测量滤饼厚度是很困难的且不易量准，故改用测滤饼含水比的方法。求C值。 式中 Cil00g污泥中的干污泥量； Cf100g滤饼中的干污泥量。例如污泥含水比97.7，滤饼含水率为80。一般认为比阻在1091010s2/g的污泥算作难过滤的污泥，比阻在(0.50.9)*109s2/g的污泥算作中等，比阻小于0.4*109s2/g的污泥容易过滤。投加混凝剂可以改善污泥的脱水性能，使污泥的比阻减小。对于无机混凝剂如FeCl3，A12(SO4)3等投加量，一般为污泥干质量的510高分子混凝剂如聚丙烯酰胺，碱式氯化铝等，投加量一般为干污泥质量的1。三、实验仪器：1、实验装置如图5-2。图5-2 比阻实验装置图1真空泵；2吸滤瓶；3真空调节阀；4真空表；5布式漏斗；6吸滤垫；7计量管2、秒表；滤纸。3、烘箱。4、FeCl3、A12(SO4)3。5、布氏漏斗。四、实验步骤：1、测定污泥的含水率，求出其固定浓度C0。2、配制FeCl3 (10g/L)混凝剂。3、用FeCl3混凝剂调节污泥，加量分别为干