給水實(shí)驗(yàn)講義【過(guò)濾 活性炭吸 自由沉淀 離子交換】

1、實(shí)驗(yàn)一 過(guò)濾實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉砂濾池的構(gòu)造及工作過(guò)程；2、加深對(duì)濾池過(guò)濾機(jī)理的理解；3、掌握利用砂濾池去除污水中懸浮物的實(shí)驗(yàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理過(guò)濾通常用在化學(xué)混凝和生化處理之后，它是一種使水通過(guò)砂、煤?；蚬柙逋恋榷嗫捉橘|(zhì)的床層以分離水中懸浮物的水處理操作過(guò)程，其主要目的是去除水中呈分散懸濁狀的無(wú)機(jī)質(zhì)和有機(jī)質(zhì)粒子，也包括各種浮游生物、細(xì)菌、濾過(guò)性病毒與漂浮油、乳化油等。濾池的形式多種多樣，以石英砂為濾料的普通快濾池使用歷史最久，并在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了雙層濾料、多層濾料和上向流過(guò)濾等。若按作用水頭分，有重力式濾池和壓力式濾池兩類(lèi)。為了減少濾池的閘閥并便于操作管理，又發(fā)展了虹吸濾池、無(wú)閥濾池等自動(dòng)

2、沖洗濾池。所有上述各種濾池，其工作原理、工作過(guò)程都基本相似。濾池的過(guò)濾過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，其機(jī)理也涉及多種因素，常用的幾種解釋有：阻力截留、重力沉降、接觸絮凝。隨著過(guò)濾過(guò)程的進(jìn)行，污物在濾料中不斷積累，濾料層內(nèi)的孔隙由上而下逐漸被堵塞，水流流過(guò)濾料層的阻力和水頭損失隨之逐漸增大，當(dāng)水頭損失達(dá)到允許的最大值或出水水質(zhì)達(dá)到某一規(guī)定值時(shí)，過(guò)濾中止。需要對(duì)濾池進(jìn)行反沖洗以除去積聚在濾床內(nèi)部的污染物。濾池沖洗主要有三種方法：反沖洗、反沖洗加表面沖洗、反沖洗輔以空氣沖洗，反沖洗效果主要取決于沖洗強(qiáng)度和時(shí)間。三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：濾池過(guò)濾機(jī)理，濾池操作方法，維護(hù)要點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)：濾池操作方法。四、實(shí)驗(yàn)

3、儀器砂濾池一套、必要的水質(zhì)分析儀器和玻璃儀器。五、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（步驟）1、熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備。對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)備，熟悉濾池及相應(yīng)的管路系統(tǒng)，包括配水設(shè)備、加藥裝置、過(guò)濾柱、濾池進(jìn)水閥門(mén)、濾池出水閥門(mén)、反沖洗進(jìn)水閥門(mén)、反沖洗出水閥門(mén)等。2、配制原水。3、打開(kāi)濾池進(jìn)水閥門(mén)，控制流量。4、觀察并測(cè)定進(jìn)出水濁度的變化情況。5min后，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。關(guān)閉濾池進(jìn)水閥和濾池出水閥。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及報(bào)告1、實(shí)測(cè)并繪制實(shí)驗(yàn)設(shè)備草圖，注明各部分的主要尺寸。2、計(jì)算濁度變化。實(shí)驗(yàn)二 活性炭吸附實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解活性炭吸附的特點(diǎn)；2、觀察活性炭對(duì)印染廢水的色度的去除過(guò)程。二、實(shí)驗(yàn)原理吸附是發(fā)生在固液（氣）兩相界面上的一種復(fù)雜的表面現(xiàn)

4、象，它是一種非均相過(guò)程。大多數(shù)的吸附過(guò)程是可逆的，液相或氣相內(nèi)的分子或原子轉(zhuǎn)移到固相表面，使固相表面的物質(zhì)濃度增高，這種現(xiàn)象就稱(chēng)為吸附；已被吸附的分子或原子離開(kāi)固相表面，返回到液相或氣相中去，這種現(xiàn)象稱(chēng)為解吸或脫附。在吸附過(guò)程中，被吸附到固體表面上的物質(zhì)稱(chēng)為吸附質(zhì)，吸附吸附質(zhì)的固體物質(zhì)稱(chēng)吸附劑。活性炭吸附就是利用活性炭的固體表面對(duì)水中一種或多種物質(zhì)的吸附作用，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。活性炭吸附的作用產(chǎn)生于兩個(gè)方面：一方面是由于活性炭?jī)?nèi)部分子在各個(gè)方面都受著同等大小力而在表面的分子則受到不平衡的力，這就使其他分子吸附于其表面上，此過(guò)程為物理吸附；另一方面是由于活性炭與被吸附物質(zhì)之間的化學(xué)作用，此過(guò)

5、程為化學(xué)吸附?；钚蕴康奈绞巧鲜鰞煞N吸附綜合作用的結(jié)果。當(dāng)活性炭在溶液中吸附速度和解吸速度相等時(shí)，即單位時(shí)間內(nèi)活性炭吸附的數(shù)量等于解吸的數(shù)量時(shí)，被吸附物質(zhì)在溶液中的濃度和在活性炭表面的濃度均不再變化，而達(dá)到了平衡，此時(shí)的動(dòng)態(tài)平衡稱(chēng)為活性炭吸附平衡。三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：吸附機(jī)理，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。教學(xué)難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)四、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備比色管、連續(xù)流活性炭吸附實(shí)驗(yàn)裝置。五、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（步驟）1、配制染色廢水2、設(shè)備運(yùn)行（1）在活性炭柱中加入顆粒狀活性炭（2）連接好活性炭吸附實(shí)驗(yàn)裝置（3）開(kāi)啟進(jìn)水泵進(jìn)行活性炭吸附實(shí)驗(yàn)3、水樣的測(cè)定（目測(cè)法測(cè)定廢水色度）六、思考題活性炭吸附達(dá)到飽和后能否再次利用

6、？實(shí)驗(yàn)三自由沉淀實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 觀察沉淀過(guò)程，加深對(duì)自由沉淀特點(diǎn)、基本概念及沉淀規(guī)律的理解；2、 掌握顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)的方法，求出沉淀曲線(xiàn)。二、實(shí)驗(yàn)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公式。由于水中顆粒的復(fù)雜性，顆粒粒徑、顆粒比重很難或無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)定，因而沉淀效果、特性無(wú)法通過(guò)公式求得，而是要通過(guò)靜沉實(shí)驗(yàn)確定。由于自由沉淀時(shí)顆粒是等速下沉，下沉速度與沉淀高度無(wú)關(guān)，因而自由沉淀可在一般沉淀柱內(nèi)進(jìn)行，但其直徑應(yīng)足夠大，一般應(yīng)使D100mm以免顆粒沉淀受柱壁干擾。一般來(lái)說(shuō)，自由沉淀實(shí)驗(yàn)可按以下兩個(gè)方法進(jìn)行：（一）

7、底部取樣法底部取樣法的沉淀效率通過(guò)曲線(xiàn)積分求得。設(shè)在一水深為H的沉淀柱內(nèi)進(jìn)行自由沉淀實(shí)驗(yàn)，如圖1所示。將取樣口設(shè)在水深H處，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)（t=0），整個(gè)實(shí)驗(yàn)筒內(nèi)懸浮物顆粒濃度均為C0。分別在t1、t2、tn時(shí)刻取樣，分別測(cè)得濃度為C1、C2、Cn。那么，在時(shí)間恰好為t1、t2、tn時(shí)，沉速為h/t1=u1、h/t2=u2、h/tn=un的顆粒恰好通過(guò)取樣口向下沉，相應(yīng)地這些顆粒在高度H中已不復(fù)存在了。記pi=Ci/C0，則1-pi代表時(shí)間ti內(nèi)高度H中完全去除的顆粒百分?jǐn)?shù)，pj-pk（k>ji）代表沉速位于uj和uk之間的顆粒百分?jǐn)?shù)，在時(shí)間ti內(nèi)，這部分顆粒的去除百分?jǐn)?shù)為，當(dāng)j、k無(wú)限接近

8、時(shí)，。這樣，在時(shí)間ti內(nèi)，沉淀柱的總沉淀效率。實(shí)際操作過(guò)程中，可繪出p-u曲線(xiàn)并通過(guò)積分求出沉淀效率。（二） 中部取樣法與底部取樣法不同的是，中部取樣法將取樣口設(shè)在沉淀柱有效沉淀高度（H）的中部。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，沉淀時(shí)間為0，此時(shí)沉淀柱內(nèi)懸浮物分布是均勻的，即每個(gè)斷面上顆粒的數(shù)量與粒徑的組成相同，懸浮物濃度為C0（mg/l），此時(shí)去除率E=0。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，懸浮物在筒內(nèi)的分布變得不均勻。不同沉淀時(shí)間ti，顆粒下沉到池底的最小沉淀速度ui相應(yīng)為。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，此時(shí)應(yīng)將實(shí)驗(yàn)筒內(nèi)有效水深H的全部水樣取出，測(cè)量其懸浮物含量，來(lái)計(jì)算出ti時(shí)間內(nèi)的沉淀效率。但這樣工作量太大，而且每個(gè)實(shí)驗(yàn)筒只能求一個(gè)沉淀時(shí)間的沉淀效

9、率。為了克服上述弊病，又考慮到實(shí)驗(yàn)筒內(nèi)懸浮物濃度隨水深的變化，所以我們提出的實(shí)驗(yàn)方法是將取樣口裝在H/2處，近似地認(rèn)為該處水樣的懸浮物濃度代表整個(gè)有效水深內(nèi)懸浮物的平均濃度。我們認(rèn)為這樣做在工程上的誤差是允許的，而實(shí)驗(yàn)及測(cè)定工作也可以大為簡(jiǎn)化，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)筒內(nèi)就可以多次取樣，完成沉淀曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。假設(shè)此時(shí)取樣點(diǎn)處水樣水樣懸浮物濃度為Ci，則顆粒總?cè)コ?。而則反映了ti時(shí)未被去除的顆粒（即d<di的顆粒）所占的百分比。三、實(shí)驗(yàn)水樣硅藻土自配水。四、主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備沉淀實(shí)驗(yàn)筒直徑140mm，工作有效水深（由溢出口下緣到筒底的距離）為2000mm；五、實(shí)驗(yàn)步驟1、 將水樣倒入攪拌筒中，用泵循環(huán)攪拌約5

10、分鐘，使水樣中懸浮物分布均勻；2、 用泵將水樣輸入沉淀實(shí)驗(yàn)筒，在輸入過(guò)程中，從筒中取樣兩次，每次約20ml（若以SS為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，取樣量應(yīng)提高到100ml并在取樣后準(zhǔn)確記下水樣體積）。此水樣的懸浮物濃度即為實(shí)驗(yàn)水樣的原始濃度C0；3、 當(dāng)廢水升到溢流口，溢流管流出水后，關(guān)緊沉淀實(shí)驗(yàn)筒底部閥門(mén)，停泵，記下沉淀開(kāi)始時(shí)間。4、 觀察靜置沉淀現(xiàn)象；5、 隔5、10、20、30、45分鐘，從實(shí)驗(yàn)筒底部取樣口或中部取樣口取樣，每次約20ml。取水樣前要先排出取樣管中的積水約10ml左右，取水樣后測(cè)量工作水深的變化；6、 將水樣測(cè)其濁度。7、 計(jì)算不同沉淀時(shí)間t的水樣中的濁度，沉淀效率E，以及相應(yīng)的顆粒沉速u(mài)，并畫(huà)出E-t和E-u的關(guān)系曲線(xiàn)。六、對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄及畫(huà)出沉淀曲線(xiàn)。七、思考題1、自由