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水污染控制工程實(shí)驗(yàn)講義 南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 實(shí)驗(yàn)一混凝實(shí)驗(yàn) 一 目的通過(guò)混凝實(shí)驗(yàn) 觀察礬花的形成過(guò)程及混凝沉淀效果 不僅可以選擇投加藥劑種類 數(shù)量 還可確定其它混凝最佳條件 二 原理消除或降低膠體顆粒穩(wěn)定因素的過(guò)程叫做脫穩(wěn) 脫穩(wěn)后的膠粒 在一定的水力條件下 才能形成較大的絮凝體 俗稱礬花 直徑較大且較密實(shí)的礬花容易下沉 自投加混凝劑直至形成較大礬花的過(guò)程叫混凝 三 設(shè)備及用具1 TS6程控混凝試驗(yàn)攪拌儀一臺(tái) 2 洗耳球1個(gè) 配合移液管移藥用 3 10mL移液管1根 4 1000mL量筒1個(gè) 量原水體積 5 2mg mL Al2O3計(jì) 濃度硫酸鋁 或其它混凝劑 溶液1瓶 6 PHS 2型酸度計(jì)1臺(tái) 7 HACH2100N濁度儀1臺(tái) 四 內(nèi)容與步驟1 測(cè)原水濁度及Ph值 2 用1000mL量筒量取6個(gè)水樣置于攪拌燒杯中 3 將測(cè)溫探頭放入儀器旁邊盛水燒杯中 4 將第一組水樣置于攪拌機(jī)中 啟動(dòng)儀器 編程序 快速攪拌800rpm 1min 加藥 中速攪拌150rpm 10min 慢速攪拌50rpm 10min 靜沉30min 5 用移液管向1至6號(hào)加藥管中分別加入1 2 3 4 5 6mL混凝劑 6 運(yùn)行程序 注意觀察并記錄礬花形成 沉淀的過(guò)程 礬花外觀 大小 密實(shí)程度等 并記入表格中 7 程序運(yùn)行結(jié)束后 由上部取樣口取杯中上清液約100mL 測(cè)濁度 pH即可 置于六個(gè)洗凈的100mL燒杯中 測(cè)濁度及pH并記入表中 5 用移液管向1至6號(hào)加藥管中分別加入1 2 3 4 5 6mL混凝劑 6 運(yùn)行程序 注意觀察并記錄礬花形成 沉淀的過(guò)程 礬花外觀 大小 密實(shí)程度等 并記入表格中 7 程序運(yùn)行結(jié)束后 由上部取樣口取杯中上清液約100mL 測(cè)濁度 pH即可 置于六個(gè)洗凈的100mL燒杯中 測(cè)濁度及pH并記入表中 六 成果整理 以投藥量為橫坐標(biāo) 以剩余濁度為縱坐標(biāo) 繪制投藥量 剩余濁度曲線 從曲線上可求得不大于某一剩余濁度的最佳投藥量值 七 思考題1 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)中所觀察到的現(xiàn)象 簡(jiǎn)述影響混凝的幾個(gè)主要因素 2 為什么最大投藥量時(shí) 混凝效果不一定好 3 參考本實(shí)驗(yàn)步驟 編寫(xiě)出測(cè)定最佳pH值實(shí)驗(yàn)過(guò)程 實(shí)驗(yàn)二沉淀實(shí)驗(yàn) 一 目的通過(guò)沉淀實(shí)驗(yàn) 熟悉沉淀類型及各自特點(diǎn) 掌握沉淀曲線測(cè)試與繪制方法 二 原理濃度較稀的 粒狀顆粒的沉淀屬于自由沉淀 其特點(diǎn)是靜沉過(guò)程中顆?；ゲ桓蓴_ 等速下沉 其沉速在層流區(qū)符合Stokes 斯篤克斯 公式 懸浮物濃度不太高 一般在600 700mg L以下的絮狀顆粒的沉淀屬于絮凝沉淀 沉淀過(guò)程中由于顆粒相互碰撞 凝聚變大 沉速不斷加大 因此顆粒沉速實(shí)際上是一變速 濃度大于某值的高濃度水 顆粒的下沉均表現(xiàn)為渾濁液面的整體下沉 這與自由沉淀 絮凝沉淀完全不同 后兩者研究的都是一個(gè)顆粒沉淀時(shí)的運(yùn)動(dòng)變化特點(diǎn) 考慮的是懸浮物個(gè)體 而對(duì)成層沉淀的研究卻是針對(duì)懸浮物整體 即整個(gè)渾液面的沉淀變化過(guò)程 成層沉淀時(shí)顆粒間相互位置保持不變 顆粒下沉速度即為渾液面等速下沉速度 該速度與原水濃度 懸浮物性質(zhì)等有關(guān)而與沉淀深度無(wú)關(guān) 但沉淀有效水深影響變濃區(qū)沉速和壓縮區(qū)壓實(shí)程度 為了研究濃縮 提供從濃縮角度設(shè)計(jì)澄清濃縮池所必需的參數(shù) 應(yīng)考慮沉降柱的有效水深 此外 高濃度水沉淀過(guò)程中 器壁效應(yīng)更為突出 為了能真實(shí)地反映客觀實(shí)際狀態(tài) 沉淀柱直徑一般要 200mm 而且柱內(nèi)還應(yīng)裝有慢速攪拌裝置 以消除器壁效應(yīng)和模擬沉淀池內(nèi)刮泥機(jī)的作用 三 試驗(yàn)設(shè)備材料1 沉淀用有機(jī)玻璃柱 內(nèi)徑d 150mm 高H 1600mm 內(nèi)設(shè)攪拌裝置轉(zhuǎn)速1rpm 上設(shè)溢流管 取樣口 進(jìn)水管及放空管 2 配水系統(tǒng)一套 每套系統(tǒng)為兩套沉淀裝置供水 包括小車(chē) 污泥泵 水箱等 3 計(jì)量水深用標(biāo)尺 計(jì)時(shí)用秒表 4 懸浮物定量分析用電子天平 定量濾紙 稱量瓶 烘箱 抽濾裝置 干燥器等裝置 5 取樣用100ml比色管 100ml量筒 瓷盤(pán)等 四試驗(yàn)方法和步驟1 檢查沉淀裝置連接情況 保證各個(gè)閥門(mén)完全閉合 各種用具是否齊全 2 打開(kāi)閥門(mén)1 3 水泵接電 使水箱中污水在自循環(huán)條件下混合均勻 取水箱水樣測(cè)懸浮物濃度C0 3 啟動(dòng)攪拌器控制轉(zhuǎn)速為1rpm 打開(kāi)閥門(mén)2 4 慢速關(guān)小閥門(mén)3 使沉淀柱進(jìn)水速度均勻 待沉淀柱水位達(dá)到溢流管時(shí)依次關(guān)閉閥門(mén)2 4 并開(kāi)始記錄時(shí)間 4 在開(kāi)始后0 5 10 20 30 60min時(shí)分別在1號(hào)取樣口取樣100ml 測(cè)懸浮物濃度 同時(shí)觀察懸浮顆粒沉淀特點(diǎn) 現(xiàn)象 5 懸浮物測(cè)定方法 1將定量濾紙置于稱量瓶?jī)?nèi)烘至恒重W1 2將抽濾水樣后濾紙放入稱量瓶中 烘至恒重W2 3懸浮物濃度 五注意事項(xiàng)1 向沉淀柱內(nèi)進(jìn)水時(shí) 速度要適中 既要較快完成進(jìn)水 以防進(jìn)水中一些較重顆粒沉淀 又要防止速度過(guò)快造成柱內(nèi)水體紊動(dòng) 影響靜沉實(shí)驗(yàn)效果 2 取樣時(shí) 先排除管中積水而后取樣 排出20ml左右 每次取樣100mL 六實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理1 在格紙上繪制u p關(guān)系曲線 2 利用圖解法列表 計(jì)算不同沉速時(shí)懸浮物去除率E 記入表3 試驗(yàn)日期 水樣性質(zhì)及來(lái)源 沉淀柱內(nèi)經(jīng) 150mm柱高 H 1600mm有效高度h 1200mm水溫 C每次取樣體積V 100ml原水懸浮物濃度 C0 mg 七思考題1 若按計(jì)算不同沉淀時(shí)間t的沉淀效率E有何不妥 此時(shí)試驗(yàn)方法應(yīng)如何改變 實(shí)驗(yàn)三過(guò)濾實(shí)驗(yàn) 一 目的熟悉普通快濾池過(guò)濾 沖洗的工作過(guò)程 加深對(duì)濾速 沖洗強(qiáng)度 濾層膨脹率 初濾水濁度的變化 沖洗強(qiáng)度與濾層膨脹率關(guān)系以及濾速與清潔濾層水頭損失的關(guān)系的理解 掌握清潔濾料過(guò)濾時(shí)水頭損失計(jì)算方法和水頭損失變化規(guī)律 二 原理快濾池濾料層能截留粒徑遠(yuǎn)比濾料孔隙小的水中雜質(zhì) 主要通過(guò)接觸絮凝作用 其次為篩濾作用和沉淀作用 當(dāng)過(guò)濾水頭損失達(dá)到最大允許水頭損失時(shí) 濾池需進(jìn)行沖洗 為了保證濾后水質(zhì)和過(guò)濾流速 當(dāng)過(guò)濾一段時(shí)間后需要進(jìn)行反沖洗 使濾層在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)截污能力 反沖洗的方式多種多樣 但其原理是一樣的 反沖洗開(kāi)始時(shí)承托層 濾料層未完全膨脹 相當(dāng)于濾池處于反向過(guò)濾狀態(tài) 當(dāng)反沖洗速度增大后 濾料層完全膨脹 處于流態(tài)化狀態(tài) 根據(jù)濾料層膨脹前后的厚度便可求出膨脹率 式中 L 沙層膨脹后厚度 cm L0 沙層膨脹前厚度 cm 三 設(shè)備及用具1 過(guò)濾裝置1套 2 濁度儀1臺(tái) 3 100mL燒杯2個(gè) 100ml比色管6個(gè) 取水樣測(cè)濁度用 4 塑料尺一條 四 內(nèi)容與步驟1 檢查閥門(mén)保證所有閥門(mén)為全閉 2 打開(kāi)閥門(mén)1 2 3 4 5 8 水泵接電 調(diào)節(jié)進(jìn)口流量6L min確保溢流口出水 調(diào)整出水口流量計(jì)使其分別在0 8L min 1 0L min 1 2L min 1 4L min 1 6L min 1 8L min穩(wěn)定運(yùn)行五分鐘左右 取樣 測(cè)量測(cè)壓管液位 出水濁度 3 停止過(guò)濾 換清水 檢查閥門(mén) 確保所有閘門(mén)為全閉 關(guān)閉測(cè)壓管管夾 4 量出濾層厚度L0 5 打開(kāi)閥門(mén)1 3 4 6 7 水泵接電 慢慢打開(kāi)閥門(mén)4 調(diào)節(jié)進(jìn)水流量使濾料剛剛膨脹起來(lái) 待濾層表面穩(wěn)定后 記錄反沖洗流量和濾層膨脹后的厚度L1 測(cè)反沖洗出水濁度 繼續(xù)調(diào)節(jié)閥門(mén)4 變化反沖洗流量 按以上步驟記錄反沖洗流量和濾層膨脹后的厚度L2 L3 注意不能使濾料溢出濾池 6 停止反沖洗 水泵斷電 關(guān)閉閥門(mén) 結(jié)束實(shí)驗(yàn) 五 注意事項(xiàng)1 反沖洗濾柱中的濾料時(shí) 不要使進(jìn)水閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)大 應(yīng)緩慢打開(kāi)以防濾料沖出柱外 2 反沖洗時(shí) 為了準(zhǔn)確地量出沙層的厚度 一定要在沙面穩(wěn)定后再測(cè)量 六 成果整理1 過(guò)濾過(guò)程1 將過(guò)濾時(shí)所測(cè)流量 測(cè)壓管水頭損失填入下表 2 根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪出流速v與水頭損失h的關(guān)系曲線 3 繪制流速與出水濁度關(guān)系圖 七 思考題1 濾層內(nèi)有空氣泡時(shí)對(duì)過(guò)濾 沖洗有何影響 2 沖洗強(qiáng)度為何不宜過(guò)大 2 反沖洗過(guò)程 將測(cè)量結(jié)果填入下表 實(shí)驗(yàn)四靜態(tài)活性炭吸附實(shí)驗(yàn) 一 目的通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解活性炭的吸附工藝及性能 并熟悉整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的操作 掌握用 間歇 法確定活性炭處理污水的設(shè)計(jì)參數(shù)的方法 二 原理活性炭吸附是去除溶解性有機(jī)物的主要手段 其吸附過(guò)程可用吸附等溫線表示 在連續(xù)流吸附過(guò)程中形成一向前遷移的吸附帶 三 設(shè)備及用具1 500mL三角燒杯6個(gè) 2 搖床 3 烘箱 4 752分光光度計(jì) 玻璃器皿 濾紙等 5 活性炭 四 內(nèi)容與步驟1 自配染料污水 2 將粉末活性炭放在蒸餾水中浸24小時(shí) 然后放在105 烘箱內(nèi)烘至恒重 以上步驟由教師完成 3 在六個(gè)500mL的三角燒瓶中發(fā)別投加0 50 100 150 200 250mg粉末活性炭 4 在每個(gè)三角燒瓶中投加同體積 300mL 自配污水 5 測(cè)定水溫 將三角燒瓶放在搖床上振蕩40min 6 過(guò)濾各三角燒瓶中的污水 在波長(zhǎng)460nm處測(cè)定其吸光度值 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線查出C 五 成果整理1 記錄實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)實(shí)驗(yàn)日期年月日溫度 震蕩時(shí)間min水樣體積ml 2 各三角燒杯中水樣過(guò)濾后ABSi測(cè)定結(jié)果 3 以為縱坐標(biāo) lgC為橫坐標(biāo)繪出Fruendlich吸附等溫線 六 思考題1 吸附等溫線有什么現(xiàn)實(shí)意義 作吸附等溫線時(shí)為什么要用粉狀炭 實(shí)驗(yàn)五動(dòng)態(tài)活性炭吸附實(shí)驗(yàn) 一 目的通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解活性炭的吸附工藝及性能 并熟悉整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的操作 掌握用連續(xù)流法確定活性炭處理污水的設(shè)計(jì)參數(shù)的方法 二 原理活性炭吸附是去除溶解性有機(jī)物的主要手段 其吸附過(guò)程可用吸附等溫線表示 在連續(xù)流吸附過(guò)程中形成一向前遷移的吸附帶 三 設(shè)備及用具連續(xù)流活性炭吸附實(shí)驗(yàn)裝置1套 單柱 內(nèi)徑25mm 高度1000mm 炭層高度700mm 752分光光度計(jì) 玻璃器皿等 四 內(nèi)容與步驟1 熟悉動(dòng)態(tài)活性炭吸附裝置 2 測(cè)自配污水吸光度 3 以2L h 20rpm 的流量按降流方式進(jìn)行單柱實(shí)驗(yàn) 運(yùn)行時(shí)炭層不應(yīng)有空氣泡 運(yùn)行30min 每隔5min取樣測(cè)出水吸光度 4 改變流量分別以3 0L h 30rpm 4 0L h 40rpm 5 0L h 50rpm 6 0L h 60rpm 的流量運(yùn)行10min 每隔5min取樣測(cè)出水吸光度值 五 成果整理1 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果 計(jì)算吸光度去除率六 思考題1 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果探討工作流速的對(duì)吸附帶長(zhǎng)度 去除效果的影響 2 連續(xù)流的升流式和降流式運(yùn)動(dòng)方式各有什么特點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)六離子交換除鹽實(shí)驗(yàn) 一 目的了解并掌握離子交換法除鹽實(shí)驗(yàn)裝置的操作方法 加深對(duì)復(fù)床除鹽基本理論的理解 二 原理水中各種無(wú)機(jī)鹽類經(jīng)電離生成陽(yáng)離子及陰離子 經(jīng)過(guò)氫型離子交換樹(shù)脂時(shí) 水中的陽(yáng)離子被氫離子所取代 形成酸性水 酸性水經(jīng)過(guò)氫氧型離子交換樹(shù)脂時(shí) 水中的陰離子被氫氧根離子所取代 進(jìn)入水中的氫離子與氫氧根離子組成水分予 H2O 從而達(dá)到去除水中無(wú)機(jī)鹽類的目的 水中所含陰 陽(yáng)離子的多少 直接影響了溶液的導(dǎo)電性能 經(jīng)過(guò)離子交換樹(shù)脂處理的水中 因離子很少 導(dǎo)電率很小 電阻值很大 生產(chǎn)上常以水的電導(dǎo)率控制離子交換后的水質(zhì) 氫型樹(shù)脂失效后 用鹽酸 HCl 或硫酸 H2S04 再生 氫氧型樹(shù)脂失效后用燒堿 NaOH 液再生 三 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料1 除鹽裝置1套 2 PHS 25型酸度計(jì)1臺(tái) 3 DDS 307型電導(dǎo)率儀1臺(tái) 4 100mL燒杯2個(gè) 5 溫度計(jì)1個(gè) 6 3 HCl 5 NaOH溶液 四 內(nèi)容與步驟1 熟悉實(shí)驗(yàn)裝置 搞清楚每條管路 每個(gè)閥門(mén)的作用 保證所有閥門(mén)為全閉 測(cè)原水溫度 電導(dǎo)率及pH值 2 打開(kāi)1 3 5 7 閥門(mén) 將蠕動(dòng)泵進(jìn)水口投入清水池 調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速到20rpm 反洗陽(yáng)床5分鐘 此步驟最好用陰床出水 停泵 關(guān)閉所有閥門(mén) 先打開(kāi)5 7 閥門(mén) 再慢慢打開(kāi)6 閥門(mén)使水流出 直到陽(yáng)床中的液面高出樹(shù)脂層15cm為止 關(guān)閉所有閥門(mén) 3 打開(kāi)1 2 5 6 閥門(mén) 將蠕動(dòng)泵進(jìn)水口投入酸池 調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速到20rpm 使3 的HCl溶液流過(guò)陽(yáng)床 進(jìn)行陽(yáng)床再生 20分鐘后停止進(jìn)水 保持閥門(mén)開(kāi)閉不變 4 將蠕動(dòng)泵進(jìn)水口投入進(jìn)水池 調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速到50rpm 用清水淋洗陽(yáng)床 測(cè)6 閥門(mén)出水pH 直到pH為2 5 4之間為止 停泵 關(guān)閉6 閥門(mén) 5 打開(kāi)11 12 15 閥門(mén) 調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速到10rpm 反洗陰床5分鐘 停泵 關(guān)閉11 閥門(mén) 慢慢打開(kāi)13 閥門(mén)使水流出 直到陰床中的液面高出樹(shù)脂層15cm為止 關(guān)閉所有閥門(mén) 6 打開(kāi)1 3 10 8 12 13 閥門(mén) 將蠕動(dòng)泵進(jìn)水口投入堿池 調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速到20rpm 使5 的NaOH溶液流過(guò)陰床 進(jìn)行陰床再生 20分鐘后停止進(jìn)水 關(guān)閉所有閥門(mén) 打開(kāi)閥門(mén)1 3 6用原水清洗管路 然后再關(guān)閉所有閥門(mén) 7 打開(kāi)1 2 5 10 8 12 14閥門(mén) 將蠕動(dòng)泵進(jìn)水口投入進(jìn)水池 保持蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速20rpm不變淋洗陰床15min 調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速到120rpm 測(cè)14 閥門(mén)出水 直到出水電導(dǎo)率小于200 S cm 8 開(kāi)始除鹽實(shí)驗(yàn) 保持閥門(mén)開(kāi)啟順序不變 調(diào)整蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速分別為70 90rpm 每種轉(zhuǎn)速運(yùn)行5分鐘 測(cè)14 閥出水電導(dǎo)率及pH 9 結(jié)束實(shí)驗(yàn) 注意 步驟6 7之間由于管路內(nèi)有堿液 應(yīng)打開(kāi)閥門(mén)1 3 6用原水清洗管路 五 成果整理1 把實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)填入下表查蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速 流量圖求得蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速分別為20 40 50 70 90 120rpm時(shí)流量 并根據(jù) s r2 r 0 0125m為交換柱內(nèi)徑 求得交換柱水流速度 六 思考題1 水流流速對(duì)離子交換運(yùn)行結(jié)果的影響 2 強(qiáng)堿陰離子交換床為何一般都設(shè)置在強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換床的后面 3 試述離子交換柱再生效果的影響因素 實(shí)驗(yàn)七氣浮試驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夂驼莆諝飧羲椒ǖ脑砑捌涔に嚵鞒塘私鈿飧》ㄔO(shè)計(jì)參數(shù) 掌握最佳反應(yīng)條件 二 原理氣浮法就是使空氣以微小氣泡的形式出現(xiàn)于水中并慢慢自下而上地上升 在上升過(guò)程中 氣泡與水中污染物質(zhì)接觸 并把污染物質(zhì)黏附于氣泡上 或氣泡附于污染物上 從而形成密度小于水的氣水結(jié)合物浮升到水面 使污染物質(zhì)從水中分離出去 三 設(shè)備及用具接觸氣浮反應(yīng)器TA2 I程控混凝試驗(yàn)攪拌儀一臺(tái)攪拌槳一個(gè)10ml移液管1根1000ml量筒1個(gè)10mg ml聚合氯化鋁溶液1瓶HACH2100N濁度儀一臺(tái) 四 內(nèi)容與步驟測(cè)量并記錄原水濁度 用1000ml量筒量取2L原水置于反應(yīng)器中 蓋好攪拌槳 啟動(dòng)程控?cái)嚢鑳x 編程序 快速攪拌500rpm 0 5min 一級(jí)反應(yīng)155rpm 3min 二級(jí)反應(yīng)47rpm 3min 進(jìn)溶氣水20rpm 1min 靜置0rpm 5min 并儲(chǔ)存 用移液管向反應(yīng)器中加入4ml聚合氯化鋁溶液 運(yùn)行程序 在進(jìn)溶氣水階段擰開(kāi)閥門(mén) 使溶氣水均勻地進(jìn)入反應(yīng)器 速度400ml min 分別設(shè)計(jì)進(jìn)水量為0 5 10 15 即進(jìn)水時(shí)間分別為0 15 30 45S 注意觀察絮體形成 并大 上升的過(guò)程 6 程序運(yùn)行結(jié)束后 由取樣口取樣測(cè)量出水濁度 并記入表中 五 注意事項(xiàng)取原水及混凝劑時(shí) 在量取之前要先攪拌均勻進(jìn)溶氣水時(shí)要保證均勻進(jìn)水 盡量不要在進(jìn)水過(guò)程中改動(dòng)進(jìn)水流量 六 數(shù)據(jù)整理 七 思考題氣浮法與沉淀法有什么相同之處 有什么不同