水污染控制工程实验指导书-上

1、.WD.WD.WD.?水污染控制工程?实验指导书编写人：张洁 李燕环测学院环境工程实验室编2012年9月10日?水污染控制工程?是环境工程的一门重要的专业必修课；本门课的核心内容为水污染控制工艺的原理及其工程设计，属于应用性较强的综合性课程。在课程的教学过程中，应该坚持理论与实际相结合的原那么；实验课程主要包括混凝、沉降、吸附、离子交换、生化反响常数的测定、曝气设备的充氧能力测定、可生化性测定等单项实验，针对相应的污水水质进展工艺选择等综合实验。通过实验，使得学生加深对水处理工艺设备运行机理的理解，促进对污水处理工艺理论的掌握，培养学生在水污染控制工艺、原理与工程设计方面的创造性思维方式和分析

2、问题并解决实际问题的能力。实验一 自由沉淀实验一、实验目的本实验采用中端取样法确沉降性能曲线，即沉降效率E随时间t的变化曲线E-t曲线和沉降效率E随沉降速度u的变化曲线E-u曲线，以期到达以下目的：1. 熟练掌握中端取样法的实验原理及实验步骤；2. 加深理解沉淀的 基本概念和污水中杂质的沉淀性能；3. 掌握总去除效率确实定方法；4. 为沉淀池的设计提供设计参数。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公式，但由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒比重很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得，而是要

3、通过静沉实验确定。由于自由沉淀时颗粒是等速下沉，下沉速度与沉淀高度无关，因而自由沉淀可在一般沉淀柱内进展，但其直径应足够大，一般应使D100mm以免颗粒沉淀受柱壁干扰。本实验采用中部取样法，即在一水深为H的沉淀柱内进展自由沉淀实验，取样位置设在有效水深为H的沉降柱中端H/2处，如图1-1所示。实验开场时，沉淀时间为0，此时沉淀柱内悬浮物分布是均匀的，即每个断面上颗粒的数量与粒径的组成一样，悬浮物浓度为C0mg/l，此时去除率E=0。实验开场后，悬浮物在筒内的分布变得不均匀。不同沉淀时间ti，颗粒下沉到池底的最小沉淀速度ui相应为。严格来说，此时应将实验筒内有效水深H的全部水样取出，测量其悬浮物

4、含量，来计算出ti时间内的沉淀效率。但这样工作量太大，而且每个实验筒只能求一个沉淀时间的沉淀效率。为了抑制上述弊病，又考虑到实验筒内悬浮物浓度随水深的变化，所以我们提出的实验方法是将取样口设在H/2处，近似地认为该处水样的悬浮物浓度代表整个有效水深内悬浮物的平均浓度。这样做在工程上的误差是允许的，而实验及测定工作也可以大为简化，在一个实验筒内就可以屡次取样，完成沉淀曲线的实验。假设原水中悬浮物浓度为C0，经t时间沉降后水样残留Ci，那么沉降效率Ei为：；沉降速度为按某一特定沉降速度设计的沉淀池中，按上式计算所得的沉降效率只包括从水面到水深H处的水层中沉速的全部颗粒，而对的颗粒那么没能计入。为去

5、除计算误差，悬浮物总去除效率采用下式计算：图 1-1 图 1-2注：图1-1、1-2中的纵坐标P表示水中剩余悬浮物浓度与原水悬浮物浓度之比。 实际上沉淀时间ti内，由水中沉至池底的颗粒是由两局部颗粒组成，即沉速usu0的那一局部颗粒能全部沉至池底。除此之外，颗粒沉速usu0的那一局部颗粒，也有一局部能沉至池底。这是因为，这局部颗粒虽然粒径很小沉速usu0，但是这局部颗粒并不都在水面，而是均匀地分布在整个沉淀柱的高度内，因此，只要在水面下，它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速u0的颗粒由水面降至池底所用的时间ti，那么这局部颗粒也能从水中被除去。 沉速usu0的那局部颗粒虽然有一局部能从

6、水中去除，但其中也是粒径大的沉到池底的多，粒径小的沉到池底的少，各种粒径颗粒去除率并不一样。因此假设能分别求出各种粒径的颗粒占全部颗粒的百分比，并求出该粒径在时间ti内能沉至池底的颗粒占本粒径颗粒的百分比，那么二者乘积即为此种粒径颗粒在全部颗粒中的去除率。因此，分别求出usu0的那些颗粒的去除率，并相加后，即可得出这局部颗粒的去除率。为了推求其计算式，我们首先绘制uP关系曲线，其横坐标为颗粒沉速u，纵坐标为未被去除颗粒的百分比P，如图1-2示。由图中可见，故P是中选择的颗粒沉速由u1降至u2时，整个水中所能多去除的那局部颗粒的去除率，也就是所选择的要去除的颗粒粒径由d1减到d2时，此时水中所能

7、多去除的，即粒径在d1d2之间的那局部颗粒所占的百分比。因此当P间隔无限小时，那么dP代表了小于di的某一粒径d占全部颗粒的百分比。由于颗粒均匀分布，又为等速沉淀，故沉速为 usu0的颗粒只有在h水深以内才能沉到池底。因此能沉至池底的这局部颗粒，占这种粒径的百分比为，而由上述分析可见，dP反映了具有沉速uS颗粒占全部颗粒的百分比，而那么反映了在设计沉速为u0的前提下，具有沉速uSu0的颗粒去除量占本颗粒总量的百分比。故正是反映了在设计沉速为u0时，具有沉速为uS的颗粒所能去除的局部占全部颗粒的比率。利用积分求解所有us1；C吸附平衡时的溶液浓度(mg/L)。这是一个经历公式，通常用图解方法求出

8、K，n的值为了方便易解，往往将上式变换成线性对数关系式式中：C0水中被吸附物质原始浓度(mg/L)；C被吸附物质的平衡浓度(mg/L)；m活性炭投加量(g/L)。通过吸附实验，可确定活性碳的吸附速率、吸附量、吸附等温式中的有关常数，并可以此来选择合理的活性碳种类及吸附等温式的形式，为活性碳吸附处理方法在水和废水处理中的应用提供可靠的理论依据。三 实验装置与设备(一)实验装置因时间关系，本实验以间歇实验操作局部。采用在三角瓶内装有一定数量的活性碳和水样进展振荡的方法进展实验操作。(二)实验设备及仪器仪表1振荡器 1 台2pH 计 1 台3活性炭2kg4721分光光度计 1台5250ml和500m

9、l三角烧瓶 假设干6亚甲基兰假设干7分析天平 1台8温度计 刻度0100 1 支9容量瓶1000ml、移液管5ml、10ml 假设干10布氏漏斗、定量滤纸四 实验步骤一实验准备1仪器设备的调试；2水样的配制；在电子天平上准确准确至小数点后4位一定量的亚甲基兰试剂，用蒸馏水配成较高浓度300mg/L的亚甲基兰溶液。用721型分光光度计测得吸收与波长的关系以蒸馏水作空白液，确定产生最大吸收峰的波长。将准备的亚甲基蓝溶液用容量瓶按一定的比例进展稀释，配成浓度不同的系列溶液，并将此系列溶液在721分光光度计上进展适合浓度的调试，得出适宜的原水样标准液的浓度值，然后，绘制吸收量用吸光度或透光率表示与亚甲

10、基蓝水溶液浓度mg/L的关系曲线，即为标准曲线。3颗粒或粉末活性碳称量。用方块硫酸纸在分析天平上准确称量经过烘干烘箱，105恒重的颗粒活性碳或180目以下的粉末活性碳20.00、40.00、80.00、120.00，160.00、200.00mg备用。2、吸附动力学实验1分别将250ml预先配制的一定浓度的亚甲基兰溶液置于8个500ml的三角烧瓶内；2将上述8个三角烧瓶置于振荡器上，用紧固器将它们牢结实定；3同时向上述8个三角烧瓶参加经烘干并准确称量的颗粒装活性碳400mg。活性碳参加后，将三角烧瓶密封并立即开启振荡器进展剧烈振荡并同时开场计时；4在5、10、15、20、25、40、60、90

11、min时各从振荡器上取下一个三角烧瓶。所取下的三角烧瓶立即进展静置沉淀如采用粉末活性碳，那么需要使用离心机进展离心别离处理，取上清液并利用721分光光度计测定其出水浓度并加以记录。重复上述过程，直至90min完毕时测定所有三角瓶的出水浓度；5绘制C-t曲线，进展分析并根据吸附平衡浓度计算活性碳的吸附量。3、吸附等温式实验1取一组试剂瓶250ml，白底，分别注入100ml的亚甲基蓝水溶液300mg/L，2将经烘干并准确称量的颗粒活性碳GAC或180目以下的粉末活性碳PAC20.00、40.00、80.00、120.00，160.00、200.00mg分别装入上述6个250ml的三角烧瓶中，并将它们置于振荡器或电动搅拌上，振荡频率约控制在f=200电子屏显示，开场震荡并同时计时。3经2个小时的振荡后，完毕振荡，然后恒温静置约20个小时待活性炭吸附完全到达吸附平衡状态。4将水样瓶从振荡器上取下，然后分别用布氏漏斗、定量滤纸和干净的试剂瓶将水样进展过滤。其中的原液应舍去最初和最后的局部，仅留中部滤液供分析测定之用。5用721型分光光度计测定每一个滤液的吸收量，并用标准曲线把他们交换为浓度单位。6绘制吸附等温线，进展计算以确定适用的吸附等温式，计算有关常数，并将实验结果加以分析。五 实验结果分析讨论1绘制C-t曲线，进展分析并根据吸附平衡浓度计算活性碳的吸附量。2 绘制吸附等温线，