水污染控制工程实验讲义徐师大

1、水污染控制工程实 验 讲 义环境工程教研组 编徐州师范大学化学化工学院实验一 混凝实验主题词：混凝 混凝剂 投药量主要操作：搅拌 测定浊度一、实验目的分散在水中的胶体颗粒带有电荷，同时在布朗运动及其表面水化膜作用下，长期处于稳定分散状态，不能用自然沉淀法去除。向这种水中投加混凝剂后，可以使分散颗粒相互结合聚集增大，从水中分离出来。由于各种原水有很大差别，混凝效果不尽相同。混凝剂的混凝效果不仅取决于混凝剂投加量，同时还取决于水的PH、水流速度梯度等因素。通过本实验希望达到下述目的：（1）观察混凝现象及过程，了解混凝的净水机理及影响混凝的重要因素；（2）掌握求得某水样最佳混凝条件（投药量、pH）的

2、基本方法。二、实验原理水中粒径小的悬浮物以及胶体物质，由于微粒的布朗运动，胶体颗粒间的静电斥力和胶体的表面作用，致使水中这种浑浊状态稳定。化学混凝的处理对象主要是废水中的微小悬浮物和胶体物质。根据胶体的特性，在废水处理过程中通常采用投加电解质、不同电荷的胶体或高分子等方法破坏胶体的稳定性，然后通过沉淀分离，达到废水净化效果的目的。关于化学混凝的机理主要有以下四种解释。1、压缩双电层机理当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。颗粒

3、间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚。2、吸附电中和机理异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚；大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。 3、吸附架桥机理吸附架桥作用是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的现象。4、沉淀物网捕机理当采用铝盐或铁盐等高价金属盐类作凝聚剂时，当投加量很大形成大量的金属氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中的胶粒，水中的胶粒以这些沉淀为核心产生沉淀。这基本上是一种机械作用。向水中投加混凝剂后，由于：能降低颗粒间的排斥能峰，降低胶粒的电位，实现胶粒“

4、脱稳”；同时也能发生高聚物式高分子混凝剂的吸附架桥作用；网捕作用，而达到颗粒的凝聚。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。在混凝过程中，上述现象常不是单独存在的，往往同时存在，只是在一定情况下以某种现象为主。三、实验设备与试剂1. 智能型混凝试验搅拌仪1台。2. PHS-2型酸度计1台。3. HACH 2100N浊度仪1台。4. 烧杯（200mL，7个）5. 移液管（1mL ，2mL ，5mL ，10mL ，各1支）6.洗耳球1个，配合移液管移药用。7

5、.量筒（1000mL，1个，量原水体积）8. 混凝剂：聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁铝（PAFS）、聚丙烯酰胺（PAM）等；浓度1%或10g/L9. 盐酸、氢氧化钠（浓度10%）10. 注射针筒11. 实验用原水（取河水或用黏土和自来水配成水样20L，静沉6h，其上清液为实验用原水）四、实验步骤混凝实验分为最佳投药量、最佳pH、最佳水流速度梯度三部分。在进行最佳投药量实验时，先选定一种搅拌速度变化方式和pH，求出最佳投药量。然后按照最佳投药量求出混凝最佳pH。最后根据最佳投药量、最佳pH，求出最佳的速度梯度。1. 最佳投药量实验步骤（1）确定原水特征，即测定原水水样浑浊

6、度、pH、温度。（2）确定形成矾花所用的最小混凝剂量。方法是通过慢速搅拌（或50r/min）烧杯中800mL原水，并每次增加0.5mL混凝剂投加量，直至出现矾花为止。这时的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量。（3）用6个1000mL的烧杯，分别放入800mL原水，置于混凝试验搅拌仪平台上。（4）确定实验时的混凝剂投加量。根据步骤（2）得出的形成矾花最小混凝剂投加量，取其1/4作为1号烧杯的混凝剂投加量，取其1/2，3/4，1，3/2，2倍作为26号烧杯的混凝剂投加量。加药时，把混凝剂分别加到仪器上16号加药管中，这样可以保证同时加药。（5）启动搅拌机，快速搅拌30 s，转速约300 r/min；

7、中速搅拌6min，转速约100 r/min；慢速搅拌6min，转速约50 r/min。如果用污水进行混凝实验，污水胶体颗粒比较脆弱，搅拌速度可适当放慢。（6）关闭搅拌机，抬起搅拌桨，静置沉淀5 min，用50 mL注射针筒抽出烧杯中的上清液（共抽三次约100mL）放入200 mL烧杯内，立即用浊度仪测定浊度（每杯水样测定三次），记入表1中。2. 最佳pH实验步骤（1）用6个1000mL的烧杯，分别放入800mL原水，置于混凝试验搅拌仪平台上。（2）调整原水pH，用移液管依次向1号，2号，3号装有水样的烧杯中分别加入1.5mL，1.0mL，0.5mL 10%浓度的盐酸。依次向5号，6号装有水样的

8、烧杯中分别加入0.5mL ，1.0mL 10%浓度的氢氧化钠。（3）启动搅拌机，快速搅拌30 s，转速约300 r/min。用酸度计测定各水样的pH，记入表2中。（4）利用仪器的加药管，向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂（最佳剂量采用实验1中得出的最佳投药量结果）。（5）启动搅拌机，快速搅拌30 s，转速约300 r/min；中速搅拌6min，转速约100 r/min；慢速搅拌6min，转速约50 r/min。如果用污水进行混凝实验，污水胶体颗粒比较脆弱，搅拌速度可适当放慢。（6）关闭搅拌机，抬起搅拌桨，静置沉淀5 min，用50 mL注射针筒抽出烧杯中的上清液（共抽三次约100mL）放入200

9、mL烧杯内，立即用浊度仪测定浊度（每杯水样测定三次），记入表2中。注意事项：在最佳投药量、最佳pH实验中，向各烧杯投加药剂时要求同时投加，避免因时间间隔较长各水样加药后反应时间长短相差太大，混凝效果悬殊。在测定水的浊度、用注射针筒抽吸上清液时，不要扰动底部沉淀物。同时，各烧杯抽吸的时间间隔尽量减小。五、实验结果整理1. 最佳投药量实验结果整理（1）把原水特征、混凝剂投加情况、沉淀后的剩余浊度记入表1中。（2）以剩余浊度为纵坐标，投药量为横坐标，绘制剩余浊度与投药量关系曲线，从曲线上可求得不大于某一剩余浊度的最佳投药量值。2. 最佳pH实验结果整理（1）把原水特征、混凝剂投加情况、酸碱加注情况、

10、沉淀后的剩余浊度记入表2中。（2）以剩余浊度为纵坐标，水样pH为横坐标，绘制剩余浊度与pH关系曲线，从图上求出所投加混凝剂的混凝最佳pH及其适用范围。实验结果记录实验小组号 姓名 实验日期混凝剂 混凝剂浓度原水浊度 原水pH 原水温度最小混凝剂量（mL） 相当于（mg/L）表1 最佳混凝剂投加量水样编号123456投药量（mg/L）初矾花时间（min）矾花沉淀情况剩余浊度（NTV）表2 最佳pH水样编号123456HCl（mL）NaOH（mL）水样pH剩余浊度（NTV）六、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?

11、3. 根据最佳投药量实验曲线，分析沉淀水浊度与混凝剂投加量的关系。实验二 自由沉淀实验主题词：自由沉淀 去除率 沉淀柱 颗粒主要操作：取样 测定悬浮物含量一、实验目的（1）加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解；（2）掌握颗粒自由沉淀的实验方法；（3）对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。二、实验原理浓度较稀的、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

12、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

13、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。非絮凝性或弱絮凝性固体颗粒在稀悬浮液中的沉淀，属于自由沉淀。由于悬浮固体浓度低，而且颗粒之间不发生聚集，因此在沉降过程中颗粒的形状、粒径和密度都保持不变，互不干扰地各自独立完成匀速沉降过程。自由沉淀实验一般在沉淀柱里进行，其直径应足够大，一般应使D100mm，以免颗粒沉淀受柱壁干扰。在沉淀柱内，颗粒物的总去除效率为式中 E-总沉淀效率； P0-沉速小于ui的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数； 1-P0-沉速大于或等于ui的颗粒去除百分数；ui-某一指定颗粒的最小沉降速度； u-小于最小沉降速度ui的颗粒沉速。工程上常用下式计算三、

14、实验设备与试剂1. 沉淀用有机玻璃柱，内径D=150mm，高H=1700mm。工作水深即由柱内液面至取样口的距离，取样口共有6个，深度分别为0.35m，0.7m，1.05m，1.4m，一般选择1.00m和1.35m进行实验。2. 配水系统一套。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；四、实验步骤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. 将定量滤纸编号后放入称量瓶中，编号、烘干（100105,烘23h）至恒重，置于干燥器中待用。3. 准备实验用原水。先将一定量的高岭土和自来水投入到配水箱中，

15、然后启动搅拌装置使分散均匀。4. 配水箱中水质均匀后，启动水泵，同时打开进水管及沉淀柱底部的放空阀门，适当冲洗管路中的沉淀物。稍后，关闭放空阀门，进水至1.45m刻度线处。同时启动秒表记录时间，沉淀实验开始。5. 当时间为2 min，5 min，10 min，15 min，30 min，40 min，60 min时，用量筒在取样口处取水样100 mL（注意：取水样时，需先放掉一些水，以便冲洗取样口处的沉淀物），在每次取样前后读出水面高度H。6. 用定量滤纸分别过滤9个水样。待定量滤纸内没有明显水滴后将定量滤纸折叠并放入称量瓶。7. 将称量瓶放在恒温烘箱中，调节温度至100105,烘23h。8.

16、 取出定量滤纸，放在干燥器中冷却至室温称重。9.将实验数据记录表1中。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）取样前，一定要记录管中水面至取样口距离H0(cm)。（3）取样前，先排除管中积水而后取样，每次约取100150 mL。（4）测定悬浮物时，因颗粒较重，从烧杯取样要边搅边吸，以保证水样均匀。贴于移液管壁上的细小颗粒一定要用蒸馏水洗净。表1 颗粒自由沉淀实验记录静沉时间t (min)称量瓶号称量瓶+滤纸（g）水样体积（mL）瓶+滤纸+SS（g）水样SS质量（g）悬浮物浓度（mg/L）

17、沉淀高度（m）01.0025101530405060静沉时间t (min)称量瓶号称量瓶+滤纸（g）水样体积（mL）瓶+滤纸+SS（g）水样SS质量（g）悬浮物浓度（mg/L）沉淀高度（m）01.3525101530405060五、实验结果整理1.实验基本参数整理实验日期： 水样性质及来源：沉淀柱直径：（m） 沉淀柱高：（m）水温：() 原水悬浮物浓度C0：（mg/L）2. 实验数据整理表2 实验原始数据整理表沉淀高度（m）1.00沉淀时间ti（min）025101530405060水样SS（mg/L）SS去除率（%）未被去除颗粒百分比Pi颗粒沉速ui（mm/s）沉淀高度（m）1.35沉淀时间

18、ti（min）025101530405060水样SS（mg/L）SS去除率（%）未被去除颗粒百分比Pi颗粒沉速ui（mm/s）表中不同沉淀时间ti时，沉淀柱内未被去除的悬浮物的百分比及颗粒沉速分别按下面式子计算：，式中C0-原水中SS浓度值（mg/L）； Ci-某沉淀时间后，水样中SS浓度值（mg/L）。3. 以颗粒沉速u为横坐标，P为纵坐标，在普通格纸上绘制u-P关系曲线。4. 利用图解法列表（表3）计算不同沉速时悬浮物的去除率。表3 悬浮物去除率E的计算序号uiP01-P0PuuPuP(uP)/u05. 根据上述计算结果，以E为纵坐标，分别以u及t为横坐标，绘制u-E，t-E关系曲线。六、

19、思考题1.绘制自由沉淀静沉曲线的方法和意义。2. 比较取样口高分别为1.00 m 和1.35 m，两组实验结果是否一样，为什么？实验三 曝气设备充氧能力的测定主题词：曝气 氧的总传递系数 充氧能力主要操作：溶解氧测定 Kla值计算一、实验目的(1)掌握测定曝气设备的氧总传递系数和充氧能力的方法；(2)了解各种测试方法和数据整理方法的特点。二、实验原理活性污泥法处理过程中曝气设备的作用是使空气，活性污泥和污染物三者充分混合，使活性污泥处于悬浮状态，促使氧气从气相转移到液相，从液相转移到活性污泥上，保证微生物有足够的氧进行物质代谢。由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素之一，因此，工程设

20、计人员和操作管理人员常需通过实验测定氧的总传递系数KLa、评价曝气设备的供氧能力和动力效率。评价曝气设备充氧能力的试验方法有两种：(1)不稳定状态下进行试验，即试验过程水中溶解氧浓度是变化的，由零增到饱和浓度；(2)稳定状态下的试验，即试验过程水中溶解氧浓度保持不变。试验可以用清水或在生产运行条件下进行。下面分别介绍各种方法的基本原理。1. 不稳定状态下进行试验在生产现场用自来水或曝气池出流的上清液进行试验时，先用亚硫酸钠(或氮气)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和的，符合一级动力学反应，水中溶解氧的变化可用式(1)表示(1)式

21、中：dC / dt 氧转移速率(mg/Lh)；KLa氧的总转递系数(1h)；可以认为是一混和系数，其倒数表示使水中的溶解氧由C变到Cs所需要的时间，是气液界面阻力和界面面积的函数；Cs试验条件下自来水(或污水)的溶解氧饱和浓度(mg/L)；C相应于某一时刻t的溶解氧浓度(mg/L)。将式(1)积分得(2)式(2)表明，通过试验测得Cs和相应于每一时刻t的溶解氧C值后，绘制1n(Cs一C)与t的关系曲线，其斜率即KLa。另一种方法是先作C与t关系曲线，再作对应于不同C值的切线得到相应的dC/dt，最后作dC/dt与C关系曲线，也可以求得KLa。2. 稳定状态下进行试验如果能较正确地测定活性污泥的

22、呼吸速率，也可以在现场生产运行条件下，通过稳定状态下的充氧试验测定曝气设备的充氧能力。试验时先停止进水和回流污泥，使溶解氧浓度稳定不变，并取出混合液测定活性污泥的呼吸速率，由于溶解氧浓度稳定不变，dC/dt=0，即 (3)式(3)表明，测得r、Csw和C 后，可以计算KLa。微生物呼吸速率r，可以用瓦勃呼吸仪进行测定。由于溶解氧饱和浓度、温度、污水性质和搅动程度等因素都影响氧的传递速率，在实际应用中为了便于比较，须进行压力和温度校正，把非标准条件下的KLa转换成标准条件(20，760 毫米汞柱)下的KLa，通常采用以下的公式计算: (4)式中：T试验时的水温()；Kla(T)水温为T 时测得的

23、总传递系数(h1)：KLa（20）水温20时的总传递系数(h1)气压对溶解氧饱和浓度的影响为(5)当采用表面曝气时，可以直接运用式(5)，不须考虑水深的影响。采用鼓风曝气时，空气扩散器常放置于近池底处，由于氧的溶解度受到进入曝气池的空气中氧分压的增大和气泡上升过程氧被吸收分压减少的影响，计算溶解氧饱和值时应考虑水深的影响，一般以扩散器至水面二分之一距离处的溶解氧饱和浓度作为计算依据。计算方法如下(1) 平均静水压力(6)式中：P'上升气泡受到的平均静水压力(kPa)；H扩散器以上的水深(m)。(2) 气泡内氧所占的体积比由于气泡上升过程中部分氧溶解于水，所以当气泡从池底上升到水面时，气

24、泡中氧的比例减少，其数值为(7)式中：O'气泡上升到水面时，气泡内氧的比例；Oh在池底时，气泡中氧的比例，21(体积比)；扩散设备的空气利用系数。池底到池面气泡内氧的比例平均值按式（8）计算。（3）氧的平均饱和浓度（8）式中：Cs(标)标准条件下氧的饱和浓度(mg/L)；P标准大气压，等于101.325kPa。3. 充氧能力和动力效率充氧能力可以用下式表示QsKLa(20) Cs(20)V (kgO2h) (9)式中：Qs-标准条件下的充氧能力(kgO2h)；V曝气池体积(m3)。动力效率常被用以比较各种曝气设备的经济效率，计算公式如下E = Qs/N (10)式中： N采用叶轮曝气时

25、，N 为轴功率(kW)。采用射流曝气时，计算氧的利用效率为S 为20的供氧量：S(20)= 21%×1.33Q(20)式中：Q(20) 20时空气量（m3/h），Qt 转子流量计上读数（m3/h）；P0标准状态时空气压力（一个大气压）；T0标准状态时空气绝对温度；P 实验条件下空气压力；T 实验条件下空气的绝对温度。上述方法适用于完全混和型曝气设备充氧能力的测定。推流式曝气池中KLa、Csw是沿池长方向变化的，不能采用上述方法进行测定。三、实验装置、设备与试剂实验装置的主要部分为泵型叶轮、射流曝气设备和模型曝气池。为保持曝气叶轮转速在实验期间恒定不变，电动机要接在稳压电源上。1模型曝

26、气池（硬塑料制，高度H36cm，直径D29cm）2泵型叶轮（铜制，直径D12cm）3，电动机单向串激电机（220V，2.5A）4直流稳压电源（YJ 44 型，030V ，02A）5溶解氧测定仪1 台6电磁搅拌器1 台7卷尺1 个8秒表1 块9烧杯200mL 3 个10.电子天平11. 无水Na2SO3（分析纯）12. CoCl26H2O（分析纯）图 曝气设备充氧能力实验装置1模型曝气池；2泵型叶轮；3电动机； 4电动机支架；5溶解氧仪；6溶解氧探头；7稳压电源；8广口瓶；9电磁搅拌器四、实验步骤1确定曝气池内测定点(或取样点)位置。通常在平面上测定点可以布置在三等分池子半径的中点和终点，在立面

27、上布置在离池面和池底0.3m处，以及池子一半深度处，共取12个测定点(或9 个测定点)。但本实验模型较小，故可以仅确定一个测定点，无需布置912个测定点。2曝气池内注入自来水，水面没过叶轮5cm左右，测定曝气池内水的体积，并测定水温及水中溶解氧。3计算CoCl2和Na2SO3的需要量（1）脱氧剂Na2SO3用量计算。在自来水中加入Na2SO3还原剂来还原水中的溶解氧。相对分子质量比为故Na2SO3理论用量为水中溶解氧量的8倍。而水中有部分杂质会消耗Na2SO3，故实际用量为理论用量的1.5倍。所以投加的Na2SO3用量为式中：WNa2SO3的实际投加量(g)；Cs实验时水温对应的水中饱和溶解氧

28、值(mg/L)；V水样体积(m3 )。（2）根据水样体积V确定催化剂（钴盐）的投加量催化剂氯化钴的投加量，按维持池子中的钴离子浓度为0.050.5mg/L 左右计算。本实验取0.4 mg/L。因为所以单位水样投加钴盐（CoCl26H2O）量为：0.4×4.0=1.6（g/m3）本实验所需投加钴盐为：1.6×V(g)式中：V水样体积(m3)（3）将Na2SO3用热水化开，均匀倒入曝气筒内，溶解的钴盐倒入水中，缓慢搅拌12 分钟使Na2SO3扩散至完全混合，进行脱氧。（4）待溶解氧降到零并达到稳定时，开始正常曝气，计时每隔0.5min测定溶解氧浓度，并作记录，直到溶解氧达饱和值

29、时结束试验。注意事项：(1)溶解氧测定仪需在指导下正确操作，用完后用蒸馏水仔细冲洗探头，并用吸水纸小心吸干探头膜表面的水珠，盖上探头套待用。(2)注意实验期间要保证供气量恒定。五实验结果整理1.记录实验设备及操作条件的基本参数实验日期：年月日模型曝气池内径D= (m)高度H=(m) 体积V (L)水温 () 室温 () 气压(kPa)实验条件下自来水的Cs (mg/L)CoCl2投加量(g)Na2SO3投加量(g)2.记录不稳定状态下充氧试验测得的溶解氧值，并进行数据整理。序号时间t(min)Ct(mg/L)Cs-Ctlg(Cs-Ct)Kla12345678910：3.根据测定记录，计算Kla

30、值根据公式计算用图解法计算以充氧时间t为横坐标，1n(Cs一C)为纵坐标作图，其直线斜率即为KLa。思考题1 比较数据处理方法，哪一种误差小？2 氧总转移系数KLa 的意义是什么？怎样计算？实验四活性炭吸附实验主题词：活性炭 亚甲基蓝 吸附等温线主要操作：测定标准曲线 间歇吸附 连续吸附一、实验目的1、了解活性炭的吸附工艺及性能。2、掌握用实验方法（含间歇法、连续法）确定活性炭吸附处理污水的设计参数的方法。二、实验原理活性炭具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，是目前国内外应用比较多的一种非极性吸附剂。与其他吸附剂相比，活性炭具有微孔发达、比表面积大的特点。通常比表面积可以达到5001700m2

31、/g，这是其吸附能力强，吸附容量大的主要原因。活性炭吸附主要为物理吸附。吸附机理是活性炭表面的分子受到不平衡的力，而使其他分子吸附于其表面上。当活性炭溶液中的吸附处于动态平衡状态时称为吸附平衡，达到平衡时，单位活性炭所吸附的物质的量称为平衡吸附量。在一定的吸附体系中，平衡吸附量是吸附质浓度和温度的函数。为了确定活性炭对某种物质的吸附能力，需进行吸附试验。当被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不再发生变化，此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。活性炭的吸附能力用吸附量q表示，即式中 q活性炭吸附量，即单位质量的吸附剂所吸附的物质量，g/g；V污水体积，L；c0,c分别为吸附前原水及

32、吸附平衡时污水中的物质的浓度，g/L；m活性炭投加量，g。在温度一定的条件下，活性炭的吸附量q与吸附平衡时的浓度c之间关系曲线称为等温线。在水处理工艺中，通常用的等温线有Langmuir和Freundlich等。其中Freundlich等温线的数学表达式为式中 K与吸附剂比表面积、温度和吸附质等有关的系数；n与温度、pH值、吸附剂及被吸附物质的性质有关的常数；q同前。K和n可以通过间歇式活性炭吸附实验测得。将上式取对数后变换为将q和c相应值绘在双对数坐标上，所得直线斜率为1/n,截距为K。由于间歇式静态吸附法处理能力低，设备多，故在工程中多采用活性炭进行连续吸附操作。连续流活性吸附性能可用博哈

33、特（Bohart）和压当斯（Adams）关系式表达，即因exp(KN0H/v)>>1，所以上式等号右边括号的1可忽略不计，则工作时间t由上式可得在工作时间为零的时候，能保持出流溶质浓度不超过cB的炭层理论高度称为活性炭层的临界高度H0。其值可根据上述方程当t=0时进行计算，即在实验时，如果取工作时间为t,原水样溶质浓度为c01，用三个活性炭柱串联（见上图），第一个柱子出水为cB1，即为第二个活性炭柱的进水c02，第二个活性炭柱的出水为cB2,就是第三个活性炭柱的进水c03,由各炭柱不同的进、出水浓度C0，CB便可求出流速常数K值及吸附容量N。三、实验设备及试剂1、间歇式活性炭吸附装

34、置：间歇式吸附用三角烧杯，在烧杯内放入活性炭和水样进行振荡。2、连续流式活性炭吸附装置：连续式吸附采用有机玻璃柱D25mm1000mm,柱内500750mm高烘干的活性炭，上、下两端均用单孔橡皮塞封牢，各柱下端设取样口。装置具体结构如图所示。活性炭柱串联工作图3、间歇与连续流实验所需的实验器材（1）振荡器（一台）。（2）有机玻璃柱（3根D25mm1000mm）。（3）活性炭。（4）三角烧瓶（11个，250mL）。（5）可见光光度计（6）漏斗（10个）及滤纸（7）配水及投配系统。（8）酸度计（1台）。（9）温度计（1只）（10）亚甲基蓝（分析纯）。四、实验步骤1画出标准曲线（1）配制100 mg

35、/L亚甲基蓝溶液。（2）用紫外可见分光光度计对样品在250750nm波长范围内进行全程扫描，确定最大吸收波长。一般最大吸收波长为662665nm。（3）测定标准曲线（亚甲基蓝浓度04 mg/L时，浓度C与吸光度A成正比）。分别移取0 mL，0.5 mL，1.0 mL，2.0 mL，2.5 mL，3.0 mL，4.0 mL 的100 mg/L亚甲基蓝溶液于100mL容量瓶中，加水稀释至刻度，在上述最佳波长下，以蒸馏水为参比，测定吸光度。以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，拟合出标准曲线方程。2.间歇式吸附实验步骤（1）将活性炭放在蒸馏水中浸泡24h，然后在105烘箱内烘至恒重（烘24h

36、）,再将烘干的活性炭研碎成能通过200目的筛子的粉状活性炭。因为粒状活性炭要达到吸附平衡耗时太长，往往需数日或数周，为了使实验能在短时间内结束，所以多用粉状炭。（2）在三角烧瓶中分别加入0mg、20mg、40mg、60mg、80mg、100mg、120mg、140mg、160mg、180mg和200mg粉状活性炭。（3）在三角烧瓶中各注入100mL 10mg/L的亚甲基蓝溶液。（4）将上述三角烧瓶放在振荡器上振荡，当达到吸附平衡时即可停止振荡（振荡时间一般为2h）,然后用静沉法或滤纸过滤法移除活性炭。（5）测定各三角烧瓶中亚甲基蓝的吸光度，计算亚甲基蓝的去除率、吸附量。上述原始资料和测定结果计

37、入表中。3.连续流吸附实验步骤（1）在吸附柱中加入经水洗烘干后的活性炭。（2）用自来水配制10mg/L的亚甲基蓝溶液。（3） 以40200 mL/min 的流量，按降流方式运行（运行时炭层中不应有空气气泡）。实验至少要用三种以上的不同流速进行。（4）在每一流速运行稳定后，每隔1030min 由各炭柱取样，测定出水的亚甲基蓝的吸光度。五、实验数据及结果整理1. 间歇式吸附实验实验原始资料和测定结果记录表编号原水性状出水性状活性炭投加量(mg)吸附量q=V(C0- C)/m亚甲基蓝吸光度亚甲基蓝浓度(mg/L)亚甲基蓝吸光度亚甲基蓝浓度(mg/L)1234567891011根据记录的数据，以lgq

38、为纵坐标，lgc为横坐标，得出Freundlich吸附等温线，该等温线截距为lgK，斜率为1/n, 或利用q、c相应数据和式经回归分析，求出K 、n值。2. 连续流吸附实验（1）绘制穿透曲线，同时表示出亚甲基蓝在进水、出水中的浓度与时间的关系。（2）计算亚甲基蓝在不同时间内转移到活性炭表面的量。计算方法可以采用图解积分法（矩形法或梯形法），求得吸附柱进水或出水曲线与时间之间的面积。（3）画出去除量与时间的关系曲线。七、思考题1吸附等温线有什么实际意义？2.作吸附等温线时为什么要用粉状活性炭？3.间歇式吸附与连续式吸附相比，吸附容量q是否一样？为什么？4. Freundlich吸附等温线和Boh

39、art-Adams关系式各有什么实验意义？实验五 过滤实验主题词：滤料 空隙率 吸附等温线主要操作：过滤 反冲洗 测量水头一、实验目的过滤是具有孔隙的物料层截留水中杂质从而使水得到澄清的工艺过程。常用的过滤方法有砂滤、硅藻土涂膜过滤，烧结管微孔过滤，金属丝编织物过滤等。过滤不仅可以去除水中细小悬浮颗粒杂质，而且细菌病毒及有机物也会随浊度降低而被去除。本实验按照实际滤池的构造情况。内装石英砂滤料，利用自来水进行清洁砂层过滤和反冲洗实验。通过本实验希望达到下述目的：（1）熟悉普通快滤池过滤、冲洗的工作过程；（2）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

40、清洁滤层水头损失的关系的理解； （3）掌握清洁砂层过滤时水头损失计算方法和水头损失变化规律；（4）掌握反冲洗滤层时水头损失计算方法。二、实验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。 为了取得良好的过滤效果，滤料应具有一定级配。生产上有时为了方便起见，常采用0.5mm和1.2mm孔径的筛子进行筛选。这样就不可避免地出现细滤料（或粗滤料）有时过多或过少现象。为此应采用一套不同筛孔的筛子进行筛选，从而决定滤料级配。在研究过滤过程的有关问题时，常常涉及到孔隙度的概念，其计算方法为：式中 m

41、-滤料孔隙（率）度（%）； Vn-滤料层孔隙体积（cm3）； V-滤料层体积（cm3）； Vc-滤料层中滤料所占体积（cm3）； G-滤料重量（在105下烘干）（g）；-滤料重度（g/cm3）。在过滤过程中，随着过滤时间的增加，滤层中悬浮颗粒的量会随之不断增加，这就必然会导致过滤过程水力条件的改变。使滤层孔隙率m减小，水流穿过砂层缝隙流速减小，滤层两侧压差增大，于是水头损失增大。为了保证滤后水质和过滤滤速，当过滤一段时间后，需要对滤层进行反冲洗，使滤料层在短时间内恢复工作能力。反冲洗的方式有多种多样，其原理是一致的。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

42、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度（率）为式中 L-砂层膨胀后厚度（cm）； L0-砂层膨胀前厚度（cm）。膨胀度e值的大小直接影响了反冲洗效果，而反冲洗的强度大小决定滤料层的膨胀度。三、实验设备与试剂1过滤装置1套。（过滤柱 d=100mm，L=2000mm 的有机玻璃管； 转子流量计； 测压板(需标刻度)； 测压管）2秒表3温度计4. 尺子四、实验步骤1清洁砂层过滤水头损失实验步骤（1）启动电源；（2）将过滤进水阀打开，而反冲洗进水阀关闭；（3）启动水泵，电磁阀1，快滤5min使砂面保持稳定；（4）开启过滤出水阀，待测压管中水位稳定后，计下滤柱最

43、高最低两根测压管中水位值。测出水浊度。（5）增大过滤水量即开启电磁阀2，重复上面操作，分别测出最高最低两根测压管中水位值。（6）同上操作，依次开启电磁阀3、4、5、6增大过滤水量，计下不同水量时滤柱最高最低两根测压管中水位值。2. 滤层反冲洗实验步骤（1）量出滤层厚度L0，慢慢开启反冲洗进水阀，开启电磁阀1（or调整流量为250L/h），使滤层刚刚膨胀起来，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。（2）变化反冲洗流量，开大反冲洗流量即依次开启电磁阀2、3、4、5、6（or变化反冲洗流量依次为500L/h、750L/h、1000L/h、1250L/h、1500L

44、/h）。按以上步骤记录反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L2、L3、L4、L5、L6（注意不能使滤料溢出滤池）。（3）停止反冲洗，水泵断电，关闭阀门，结束实验。注意事项：1. 在过滤实验前，滤层中应保持一定水位，不要把水放空以免过滤实验时测压管中积存空气。2. 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。3. 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。五、实验结果整理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1； 2）以流量Q为横坐标，水头损失h为纵坐标，绘制实验曲线。或绘出流速v与水头损失h的关系曲线； 3）绘制流速与出水浊度关系

45、图。表1 清洁砂层过滤水头损失、出水浊度实验记录表滤柱截面积S=cm2；原水浊度=。流量Q (mL/s)滤速V实验水头损失出水浊度Q/S(cm/s)36 Q/S(m/h)测压管水头（cm）h=hb-ha(cm)hbhaQ1=Q2=Q3=Q4=Q5=Q6=注：A为滤柱断面积；hb为最高测压管水位值；ha为最低测压管水位值。2. 滤层反冲洗实验结果整理1）将反冲洗流量变化情况，膨胀后砂层厚度填入下表2；2）以反冲洗强度为横坐标，砂层膨胀度为纵坐标，绘制实验曲线。表2 滤层反冲洗强度与膨胀后厚度实验记录表反冲洗前滤层厚度L0=（cm）。 反冲洗流量Q (mL/s)反冲洗强度Q/A (cm/s)膨胀后

46、砂层厚度L(cm)砂层膨胀度Q1=Q2=Q3=Q4=Q5=Q6=六、思考题1滤层内有空气泡时对过滤、反冲洗有何影响？2反冲洗强度为何不宜过大？实验六 污泥比阻的测定实验主题词：主要操作：1 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混凝剂投加量。2 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）

47、，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)成反比。 (6-1)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。 (6-2)由于Rg比Rz相对说较小，为简化计算，姑且忽略不计。 (6-3)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(6-3)式可改写为 (6-4)式中，为污泥比阻，在CGS制中，其量纲为s2/g，在工程单位制中其量纲为cm/g。在定压下

48、，在积分界线由0到t及0到V内对式(6- 4)积分，可得 (6-5)式(6-5)说明在定压下过滤，tV与V成直线关系，其斜率为 (6-6)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6-1)。C的求法。根据所设定义图6-1 图解法求b示意图 (6-7)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滤液固体浓度，gmL；Qd污泥固体滤饼量，mL。可得代入式（6-7），化简后得 (6-8)上述求C值的方法，必

49、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。例如污泥含水率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。3 实验设备与试剂 (1)实验