环境工程学实验讲义-2012

高高 等等 学学 校校 教教 材材 环环境境工工程程学学 实实 验验 南开大学环境科学与工程学院南开大学环境科学与工程学院 环境工程学实验室环境工程学实验室 目目 录录 实验室实验实验室实验 实验一 沉淀实验.2 实验二 混凝实验.6 实验三 静态活性炭吸附实验.8 实验四 动态活性炭吸附实验.11 实验五 气浮实验. 12 实验六 逆流气浮实验. .14 实验七 曝气设备充氧能力的测定实验16 实验八 污泥脱水实验20 实验一实验一 沉淀实验沉淀实验 一、目的一、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 600700mg/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。 三三 试验设备材料试验设备材料 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。 四四 试验方法和步骤试验方法和步骤 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： 将定量滤纸置于称量瓶内烘至恒重 W1；将抽滤水样 1 2 后滤纸放入称量瓶中，烘至恒重 W2；悬浮物浓度。 3 V WW V W C 12 抽滤装置图 抽气泵 干燥塔 布氏漏斗 抽滤瓶 进水管 3 42 2 1 液面标线 4 3 2 1 搅拌电机每分钟1-2转 取样阀 搅拌浆 放空管 沉淀池原水泵 移动水箱 聚乙烯水箱 P 五五 注意事项注意事项 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 100 mL。 六六 实验结果整理实验结果整理 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/ 表表 1 1 悬浮物性质测定记录表悬浮物性质测定记录表 沉淀时间 (min) 称量 瓶号 瓶+滤纸 重 W1(g) 瓶+纸+SS 重 W2(g) 水样 SS（g) 水样浓度 C(mg/l) 0 5 10 20 30 60 表表 2 2 沉淀数据整理表沉淀数据整理表 沉淀时间(min) 0510203060 颗粒沉速 u=(mm/s) t h 0 水样浓度 C(mg/l) 未被移除颗粒百分 比 pi=Ci/C0(%) 表表 3 3 沉淀物去除率沉淀物去除率 E E 的计算的计算 序 号 u p p-1p i upui 0i p/uu 0i 0 p/uu )p-1 (E 1 2 3 4 5 6 七七 思考题思考题 1若按计算不同沉淀时间 t 的沉淀效率 E 有何不妥?此时%100C/ )C(C E 0i0 试验方法应如何改变。 实验二实验二 混凝实验混凝实验 一、目的一、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. 2 mg/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. HACH 2100N 浊度仪 1 台。 四、内容与步骤四、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。 五、注意事项五、注意事项 1. 取水样时，所取水样要搅拌均匀，要一次量取以尽量减少所取水样浓度上 的差别。 2. 移取烧杯中沉淀水上清液时，要在相同条件下取上清液，不要把沉下去的 矾花搅起来。 六、成果整理六、成果整理 原水 水温： C 浊度： PH： 水样编号1 23456 混凝剂加注量 mg/l 矾花形成时间 min 第 一 组 沉淀水浊度 1 快速搅拌 (min)(r/min) 2 中速搅拌 (min)(r/min) 3 慢速搅拌 (min)(r/min) 备注 4 沉淀时间 (min) 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。 实验三实验三 静态活性炭吸附实验静态活性炭吸附实验 一、目的一、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、设备及用具三、设备及用具 1500mL 三角烧杯 6 个； 2摇床； 3烘箱； 4752 分光光度计，玻璃器皿，滤纸等； 5活性炭。 四、内容与步骤四、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 杯号 活性炭 投加量 m(g/L) 吸附平 衡后 ABSi 吸附平 衡后水 样浓度 C mg/L lgC 吸附量 CC 0 (mg/L) m CC 0 (mg/g) m CC 0 lg 0 1 2 3 4 5 3. 以为纵坐标，lgC 为横坐标绘出 Fruendlich 吸附等温线。 m CC 0 lg 六、思考题六、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？ 染料标准曲线图染料标准曲线图 （在波长（在波长=460nm 处测定）处测定） y = 0.0134x + 0.0006 R2 = 0.9971 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 00.20.40.60.811.2 浓度mg/L 吸光度 y = 0.0128x - 0.0036 R2 = 0.999 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 01020304050 浓度mg/L 吸光度 实验四实验四 动态活性炭吸附实验动态活性炭吸附实验 一、目的一、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、设备及用具三、设备及用具 1. 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； 2752 分光光度计，玻璃器皿等。 四、内容与步骤四、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。 0 ABS 3. 以 2L/h 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。 i ABS 4. 改变流量分别以 3.0L/h、4.0L/h、5.0L/h、6.0L/h 的流量运行 10min，每隔 5min 取样测出水吸光度值。 i ABS 五、成果整理五、成果整理 1. 记录实验结果，计算吸光度去除率 0 i ABS ABS 六、思考题六、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？ 实验五实验五 气浮试验气浮试验 一、一、实验目的实验目的 1. 了解和掌握气浮净水方法的原理及其工艺流程 2. 了解气浮法设计参数，掌握最佳反应条件 二、二、原理原理 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、三、设备及用具设备及用具 1. 接触气浮反应器 2. TA2I 程控混凝试验搅拌仪一台 3. 搅拌桨一个 4. 10ml 移液管 1 根 5. 1000ml 量筒 1 个 6. 10mg/ml 聚合氯化铝溶液 1 瓶 7. HACH 2100N 浊度仪一台 四、四、内容与步骤内容与步骤 1. 测量并记录原水浊度。 2. 用 1000ml 量筒量取 2L 原水置于反应器中，盖好搅拌桨。 3. 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 47 rpm、3min；进溶气水 20rpm、1min；静置 0rpm、5min）并储存。 4. 用移液管向反应器中加入 4ml 聚合氯化铝溶液。 5. 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、五、注意事项注意事项 1. 取原水及混凝剂时，在量取之前要先搅拌均匀 2. 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、六、数据整理数据整理 原水 水温： 浊度： NTU 回流比10%15%20%25% 出水浊度 （NTU） 浊度去除率 （%） 七、七、思考题思考题 1. 气浮法与沉淀法有什么相同之处？有什么不同之处？ 2. 试述影响混凝气浮工艺的主要因素。 3. 气泡与絮体接触状况对气浮效果有何影响？ 实验六实验六 逆流气浮实验逆流气浮实验 一、一、实验目的实验目的 1、了解逆流气浮工艺与普通气浮工艺水流形态的差异； 2、进一步理解不同参数对气浮效果的影响。 二、二、 实验原理实验原理 逆流气浮池是让混凝后带有絮粒的水由上而下流过池体，溶气水释放的气 泡则由下而上浮起，经过气浮处理后由池底流出。这样气泡在上升过程中就会和 下降的絮体进行反复的碰撞接触，增加相互碰撞的机会和次数，延长了接触时间。 在运行过程中气浮池上部形成一带气絮体悬浮层拦截随水流下行的絮体颗粒，带 气絮体体积质量随粘附气泡数量的增加而降低，最终上浮到气浮池顶部被去除。 在池体下部，由于气泡刚刚形成并开始上浮，这时非常密集的气泡还没有被絮粒 杂质吸附，由上部下来的漏网的絮粒不多，这就形成众多的气泡包围稀少的絮粒， 起到气浮池出水前对其中杂质颗粒的拦截作用，从而提高了气浮处理效果。 三、三、设备及用具设备及用具 8. 混凝/逆流气浮反应器一套 9. 10ml 移液管 1 根 10. 1000ml 量筒 1 个 11. 聚合氯化铝溶液 12. HACH 2100N 浊度仪一台 四、四、试验步骤试验步骤 1、熟悉实验仪器。检查溶气系统、回流系统、混凝系统工作状况； 2、启动空气压缩机，打开溶气水回流系统； 3、打开进水泵，调节到合适的进水流量； 4、打开加药泵，调节到合适的加药流量； 5、打开溶气罐底部阀门，向逆流气浮柱内通入溶气水； 6、调节进、出水流量阀，改变气浮池内水力负荷、排渣比，观察气浮池内悬浮 絮体变化。 a) 测量气浮池进、出水浊度，观察逆流气浮处理效果。 五、五、思考题思考题 1、那些因素可以提高影逆流气浮处理的效果。 2、比较逆流气浮与常规气浮有何不同。 3、观察逆流气浮反应柱内气泡与絮体接触状况。 实验七实验七 曝气设备充氧能力的测定实验曝气设备充氧能力的测定实验 一、目的一、目的 掌握测定曝气设备总传递系数和充氧能力的实验方法和计算过程，评价充氧 设备充氧能力的好坏。 二、原理二、原理 用自来水进行实验时，先用 Na2SO3对自来水进行脱氧，使水中溶解氧降到 零，然后再曝气，直至溶解氧升高到接近饱和水平。假定这个过程中液体是完全 混合的，符合一级动力学反应，水中溶解氧的变化可以用下式表示。 Last dc KCC dt 式中氧转移速率，mg(Lh)； dc dt 氧的总传递系数，Lh； La K 实验室条件下，自来水的溶解氧饱和浓度，mgL； s C Ct相应于某一时刻 t 的溶解氧浓度，mgL。 将上式积分，得 stLa ln CCK t + 常数 该式表明，通过实验测得和相应于某一时刻 t 的溶解氧 Ct 后绘制 s C 与 t 的关系曲线，其斜率即 KLa。 st ln CC 充氧能力为 sLas dc Q VK C V kg/h dt AAA 三、设备与试剂三、设备与试剂 1曝气装置 1 套（如图所示） 。 2溶解氧测定仪 1 台。 3秒表 1 个。 4分析天平 1 台。 5100ml 烧杯 2 个、2000ml 量杯 1 个、玻璃棒。 6亚硫酸钠(Na2SO3)。 7氯化钴(CoCl26 H2O)。 四、内容与步骤四、内容与步骤 F K X L J RO 1 曝气池 F 进气阀门 C 穿孔曝气管 J 搅拌电机 D 溶氧仪电极 Y 叶轮搅拌浆 RO 溶氧仪 K 空压机L 流量计X 信号控制器 D 1 C Y 鼓风曝气清水充氧鼓风曝气清水充氧 1向曝气池内注入自来水至标线处，用直尺量出长、宽、高，计算水样体积 V，测定水中溶解氧浓度 C。 2计算亚硫酸钠和氯化钴的需要量 2 CoCl 23224 2Na SOO 2Na SO 从上面反应式可以知道，每去除 1mg 溶解氧需要投加 7.9mg 脱氧剂 Na2SO3。根据水样体积 V 和自来水中的溶解氧浓度 C 可以算出 Na2SO3的理论需 氧量，实际投加量应为理论值的 1.5 倍。计算式如下： （mg） 1 WV C 7.9 1.5A 催化剂氯化钴的投加量，按维持清水中钴离子浓度为 0.4mg/L 计算，计算式 如下： （mg） 2 237.9 W0.4 V1.6 V 58.9 3将亚硫酸钠和氯化钴分别用热水化开，待全部溶解后，均匀倒入曝气池内， 并开动叶轮对反应器中水体进行轻微搅拌，使药剂迅速扩散（20rpm 左右） 。搅 拌的同时测定水中溶解氧浓度，直至其降为零。 4缓缓打开供气阀门，直至观察到池中水完全混合（气体流量约为 0.6m3/h 左右） ，开始计时。每隔 0.51min 测定一次溶解氧浓度，直到溶解氧不再增长（达到 饱和）为止。 5关闭进气阀门，关闭溶氧仪，排空池内清水。 平板叶轮表面曝气清水充氧平板叶轮表面曝气清水充氧 步骤 13 同前。 4保证平板叶轮在水面下 1cm 处，启动电机，缓缓加快转速，直至观察到池中 水花扩散到池壁（80rpm 左右） ，开始计时。每隔 0.51min 测定一次溶解氧浓度， 直到溶解氧不再增长（达到饱和）为止。 5关闭电机，关闭溶氧仪，排空池内清水。 五、实验结果整理五、实验结果整理 1将测定数据记录于下表中 水温 水样体积 L C= mg/L Cs= mg/L 亚硫酸钠用量 W1= g 氯化钴用量 W2= g t/min Ct/(mg/L) Cs-Ct ln (Cs-Ct) 2以 ln (Cs-Ct)为纵坐标，时间 t 为横坐标，绘制关系曲线，求得斜率，该斜率 =KLa 3计算叶轮充氧能力 Qs 六、注意事项六、注意事项 1打开供气阀门之前，要先将流量计旋钮旋至最大，切记不能在未关闭供气阀 门前关闭流量计开关，避免气路中压力过大。 2鼓风曝气时，溶氧仪不要放在曝气头正上方，避免释放的大量气泡对探头产 生冲击，影响读数的准确性。机械曝气时，溶氧仪也不要离叶轮太近。 七、思考题七、思考题 1氧总转移系数 KLa的意义是什么？ 2鼓风曝气设备与机械曝气设备充氧性能指标有什么不同？ 氧在蒸馏水中的溶解度氧在蒸馏水中的溶解度 水温水温 T/溶解度溶解度/(mg/L)水温水温 T/溶解度溶解度/(mg/L) 014.62169.95 114.23179.74 213.84189.54 313.48199.35 413.13209.17 512.80218.99 612.48228.83 712.17238.63 811.87248.53 911.59258.38 1011.33268.22 1111.08278.07 1210.83287.92 1310.60297.77 1410.37307.63 1510.15 实验八实验八 污泥脱水实验污