环境污染治理技术实验

'《环境工程实验》讲义李国莲韦雪华唐建设编安徽建筑工业学院环境与能源工程学院2012年6月-55-. 目录前言2实验须知3风管流速和流量的测定4旋风除尘实验7吸收法净化二氧化硫实验10吸附法净化二氧化硫实验14混凝沉淀实验18曝气充氧实验22过滤实验27活性炭吸附实验31气浮实验35离子交换软化实验38絮凝沉淀实验43好氧堆肥实验48固体废物的采样和侧样49垃圾渗沥液中氯化物的测定53-55-. 前言《环境污染治理试验实验》是环境工程专业水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废物的处理与处置课程教学的重要组成部分。本课程可以加深学生对水处理、废气治理以及固废的处理与处置技术基本原理的理解，培养学生设计和组织污染治理实验方案的初步能力，培养学生进行污染治理实验的一般技能及使用实验仪器、设备的基本能力。通过观察实验现象，分析整理实验结果，逐步培养学生进行科学研究的初步能力。-55-. 实验须知1、学生进实验室做实验以前，应做好实验前的准备。（1）先详细阅读实验指导书和相关专业课本，搞清实验的原理和目的，使实验具有充分的理论基础，以更好的指导实验。（2）熟悉实验的操作步骤，对于每一步操作的内容、使用的设备仪器、观察和记录的内容、注意事项，要求做到心中有数。2、进入实验室后，应注意的问题。（1）实验中贵重仪器的使用首先要请教指导教师，不得擅自使用，以免损害仪器。（2）在实验过程中按照分工做好实验的操作及数据的记录。（3）对玻璃器皿必须轻拿轻放，小心清洗、以防打碎。（4）在实验室做实验，不准吃食品，不准玩闹，注意安全。（5）学生做完实验后，应将所用的玻璃器皿和设备擦洗干净并整理好，得到老师许可，才能离开实验室；如不慎损坏实验用品，应向老师报告登记，酌情赔偿处理。3、实验结束后，应认真整理数据，指导教师签字认可后，方可离开实验室。4、按照要求书写实验报告，及时上交。-55-. 大气污染控制工程风管流速和流量的测定一、实验目的1、通过实验掌握风管内流速和流量的基本测量方法；2、掌握常用仪器的工作原理，巩固理论知识。二、实验仪器及其原理1、基本实验台实验台装置图见图1。8操控和显示面板124567393图1风速和风量测量实验装置示意图1.弯管流量计2.均压管3.测速孔4.出风口格栅5.风机6.整流孔板7.喷嘴8.温度计9.静压环实验装置示意图中的弯管流量计、均压管、喷嘴、静压环和测速孔依次为前述五个测量方案的测量装置。操控和显示面板上设有开关用来启闭风机电源和调节风道风量；面板上还设有多路数字巡检仪用来显示各测量装置测得的压差值；面板的背后设有压差变送器用来将接收到的压力信号转换为电信号传至巡检仪显示出来。2、辅助实验装置除了实验台上安装的测量装置，完成实验还需一些辅助的测量仪器，主要有毕托管、微压计、温度计和热线风速仪。毕托管和热线风速仪用来测管内风速；微压计采用斜管微压计，用来测量毕托管传来的压差以计算风速和风量；温度计有测定气体温度以求得气体密度的作用。-55-. 三、实验原理实验主要采用了差压式流量的测量方法，应用流体力学原理设置了以下五种测量方案：1.弯管流量计测量风量弯管流量计测流量是利用了流动流体急变流段面的压力分布沿离心力方向逐渐增加的原理而制成的。具体的说，就是在恒定流动的前提下，急变流断面上的压强差与离心力相平衡，离心力又与速度的平方成正比，而流量又与速度成正比。因此，我们可以建立压差和流量之间的关联，测出压差即可计算出流量。采用量纲分析法建立如下关联式：式中，Q表示流量，DP表示压差；a和b为待定系数，由于它们与弯管构造和流体流动状态有关，因此这两个系数需现场实验测定。测定的过程也就是标定的过程，它是在测得若干个急变流段面压差的同时也用测量精度级别更高的测流量方法测出相对应的流量，然后采用平均值法或最小二乘法来求得待定系数。有了具体的压差和流量之间的关联式之后，即可采用压差计测出压差进而计算出流量。本方案包括两部分实验，即测断面压差求流量和待定系数的标定。2.动压平均管测量风量动压平均管的测量原理是在毕托管的测量原理上发展起来的，在其结构上它分为总压平均管和势压平均管，由于在多数空气流动的问题中测压断面之间的高差和容重差很小，所以往往忽略位压的影响，习惯上把上述的两个组成部分又称为全压管和静压管。全压管上的测压孔是迎着来流方向的，所以测得的压力包括静压和动压，即全压；静压管上的测压孔是背着来流方向或与之平行，因此没有动压，只有静压。如果用压差计将两管连接，即可测得平均动压，而平均动压与断面平均流速存在平方关系，断面平均流速又与流量成正比，因此建立如下关系式[2]：式中，Q表示流量，DP表示压差，F表示管道横截面积，表示断面平均流速，r表示流体密度；a为流量系数，由实验标定，标定方法与弯管流量计相同。本方案也包括流量的测量和标定。3.流量喷嘴测量风量节流喷嘴测流量在工业上应用得比较多，其原理都是建立在能量方程和连续性方程的基础上，这里选用准确度较高的喷嘴作为实验的装置。其计算公式和动压平均管有着相同的形式[3]：这里需要注意的是公式中物理量的意义有所不同，DP这里表示喷嘴前后的静压差，前后两个测压点应设在风道的均匀流或渐变流段，请注意两个测压点所在断面并非能量方程选取的断面，这样选取测压点是考虑测量的方便，两种不同断面之间的差异综合于流量系数中；A表示喷嘴孔口横截面积；r表示流体密度；a为流量系数，与喷嘴的构造和流体流动状态有关，由实验确定。流量系数标定方法与弯管流量计相同，方案包括流量的测量和标定。4.进口流量管测量风量-55-. 进口流量管的测量原理和喷嘴一样，也是由能量方程推出计算公式，这里选用它是因为在其结构形式上不同于喷嘴。其结构上是在进风口附近的渐变流管段上设置静压环取压，另一个取压断面是在进风口之外的大气中，这里的静压相对值为零，所以流动作用压差也就是静压环测出静压的绝对值，流量公式为：式中，Pj表示静压环测得的静压，其余符号意义与喷嘴相同。实验方案包括流量的测量和标定。1.毕托管测量风量毕托管测风量是先在风管横断面上按一定规则等分成若干个小面，然后毕托管测量各小面的平均流速，由于面积比较小这里用点流速代替平均流速，再将平均流速乘以小面面积得到各小面的流量，最后累加各小流量为风管流量。公式基本形式为：式中，Q表示风管流量，F表示管道横截面积，n表示小面积数量，ui表示各小面的平均流速。划分断面，确定测点可以采用中间矩形法、切比雪夫积分法和对数曲线法来进行。理论上说，划分的小面积越多，误差会越小，但太多的测点会给测量工作带来不便，同时测点多了也会增加产生误差的可能性，具体实验时可以参考相关文献中对上述三种方法的经验规定。另外，测量断面的位置选取应考虑到弯头等异形部件对测量的影响，一般应设在气流平稳的直管段上，测量断面离来流方向的异形构件要大于 4 倍管道直径，离下游方向的异形构件应大于 2 倍管道直径。采用毕托管测风量的测量精度相对较高，使用计量部门标定后的毕托管测风量可以对其它方法测出的风量进行流量系数的标定，因此该方案主要完成对上述四种测量方式的标定。四、实验步骤和数据记录1.实验步骤五种方案可以同时进行，对比测试。具体步骤如下：[1]打开风机电源，开启风阀将流量调节在适当的位置；[2]待气流稳定后，用五种测量方式对流速进行测量并将测量结果记录在实验记录表中；[3]调节阀门开度，改变流速，重复以上测试步骤并记录数据；[4]完成四次测量和记录后，关闭风机结束实验。2.数据记录气流速度测定记录表：序号弯管流量压差(Pa)动压平均管压差(Pa)喷嘴压差(Pa)进口流量管负压(Pa)毕托管压差(Pa)1234-55-. 五、实验数据处理1、计算采用风管毕托管测得的平均风速和风量利用测得毕托管压差计算出各小面积的点流速，再算出断面平均流速和流量。将计算步骤列出，四次流速计算结果以表格的形式列在实验报告上。2、将另外四种方案测得的压差带入公式分别算出其四次的风量，并与毕托管测得的相应风量进行对比，确定流量系数。旋风除尘器性能实验一、实验目的通过本实验，希望达到以下目的：（1）掌握旋风除尘器性能测定的主要内容和方法，并对影响旋风除尘器性能的主要因素有较全面的了解。（2）掌握旋风除尘器的除尘原理，观摩除尘器内颗粒物的运动轨迹。（3）通过测定不同风速（流量）条件下，旋风除尘器的压力损失和除尘效率，熟悉除尘器的应用条件。二、实验装置与设备1.试验装置本试验装置如图所示，含尘气体由双扭线集流器流量计进入系统，通过旋风除尘器将粉尘从气体中分离，净化后的气体由风机经过排气管排入大气。所需含尘气体的浓度由发尘装置配置。1－发尘装置；2—进气口；3－进气管；4－旋风除尘器；5－灰斗；6－排气管2.仪器（1）烟气分析仪（带采样探头）2台（2）U形压差计2个（3）毕托管2支-55-. （4）干湿球温度计1支（5）空盒气压计1台（6）托盘天平（分度值1g）1台（7）秒表2块（8）钢卷尺2个（9）组合工具；1套。三、实验原理：普通旋风除尘器是由进气管、筒体、发尘装置和排气管等组成，含尘气流进入除尘器后，沿外壁由上向下作旋转运动，同时有少量气体沿径向运动到中心区域，当旋转气流的大部分达到锥体部后，转而向上沿轴心旋转，最后经排气管排出。气流作旋转运动时，尘粒在离心力作用下，逐步移向外壁，到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下，沿壁面落入灰斗。四、实验步骤（1）首先检查设备系统外况和全部电气连接线有无异常（如管道设备无破损，U型压力计内部水量适当等），一切正常后开始操作。（2）打开电控箱总开关，合上触电保护开关。（3）在风量调节阀关闭的状态下，启动电控箱面板上的主风机开关。（4）调节风量调节开关至所需要的风档：正确连接毕托管和烟气分析仪，记录该工况下的旋风除尘器的动压值、静压值和管内气体的流速，并通过U型压差计录下该工况下的旋风除尘器压力损失。（5）将一定量的粉尘加入到自动发尘装置灰斗，调节试验所需的气体流量，然后启动自动发尘装置电机，并可调节转速控制加灰速率，记录发尘时间。（6）调节不同的气体流量可通过计量加入的粉尘量和捕集的粉尘量（卸灰装置实验前后的增重）来估算除尘效率。（7）根据发尘时间、粉尘加入量、以及除尘效率，对除尘器进出口气流中的含尘浓度进行计算。（8）改变不同流量按（3）～（7）重复测量和计算4次。（9）实验完毕后依次关闭发尘装置、主风机，并清理卸灰装置。（10）关闭控制箱主电源。（11）检查设备状况，没有问题后离开。五、实验结果整理1、除尘系统中气体含尘浓度的计算（1）旋风除尘器入口前气体含尘浓度的计算（1）（2）旋风除尘器出口后气体含尘浓度的计算（2）式中：——除尘器进、出口的气体含尘浓度，g/m3；、——发尘量与收尘量，g；——除尘器进、出口的气体量，m3/s；-55-. ——发尘时间，s。2、除尘效率的测定与计算（1）质量法测出同一时段进入除尘器的粉尘质量（g）和除尘捕集的粉尘质量（g），则除尘效率（3）（2）浓度法用等速采样法测出除尘器进口和出口管道中气流含尘浓度mg/g3，则除尘效率（4）3、试验数据记录表除尘器处理风量测定结果记录表测定次数烟气分析仪的静压读数ps/Pa烟气分析仪的动压读数ps/Pa烟气分析仪流速读数v/m/s除尘器进口截面积f/m2除尘器的压力损失测定次数发尘量G1/g发尘时间除尘器进口含尘浓度收尘量G2/g除尘器出口含尘浓度除尘器除尘效率除尘器效率测定结果记录表以为横坐标、为纵坐标，以为横坐标，为纵坐标，将上述实验结果绘成曲线。4.技术性能示意表达实验用的除尘器规格：D=mm实验粉尘：滑石粉dpm=实验环境：气温t=℃,相对湿度=%，空气密度：kg/m3六、实验结果讨论-55-. （1）通过实验，从旋风除尘器效率与运行阻力随入口气速变化的规律中可得到什么结论？它对旋风除尘器的选择和运行有何意义？（2）对目前关注的PM10的净化，分析旋风除尘器能否达到较好的净化效率？吸收法净化气体中的二氧化硫一、实验目的本实验采用填料吸收塔，分别用清水和5%的NaOH或NaCO3溶液吸收SO2。通过实验，可初步了解用填料塔吸收净化有害气体的实验研究方法，同时有助于加深理解物理吸收和化学吸收过程的基本原理以及填料塔内气、液接触状况。通过本实验，拟达到以下目的：（1）了解用吸收法净化废气中SO2的效果。（2）改变气流速度，观察填料塔内气液接触状状和液泛现象。（3）掌握填料吸收塔的吸收效率以及压降的测定方法。（4）加深对物理吸收体系（清水吸收）与化学吸收体系（碱液吸收SO2）的区别的印象。二、实验原理含有SO2的气体可通过吸收净化。由于SO2在水中溶解度不高，常采用化学吸收方法。本实验进行物理吸收和化学吸收性能的比较。化学吸收的吸收剂种类较多，本实验采用NaOH或NaCO3溶液作为吸收剂，吸收过程的主要化学反应如下：2NaOH+SO2Na2CO3+H2ONa2CO3+SO2Na2SO3+CO2Na2SO3+SO2+H2O2NaHSO3实验过程中通过测定填料吸收塔进、出口气体中SO2的含量，可近似计算出吸收塔的平均净化效率，进而了解吸收效果。实验中通过U形管压差计测出一段高度填料塔静压差，从而确定填料塔的压降。通过对比清水吸收和碱液吸收SO2，可根据实验数据认识物理吸收和化学吸收的差异。三、实验装置与设备1.实验装置实验装置如下图所示。吸收液经泵提升后通过转子流量计，由填料塔上部经喷淋装置进入塔内，流经填料表面，由塔下部排出，回到液体槽或排放。空气从涡轮气泵输出后，进入混合缓冲器，并与SO2气体相混合，配制成一定浓度的混合气，SO2来自钢瓶，并经过流量计量后进入混合缓冲器。含SO2的气体通过转子流量计计量从塔底进气口进入填料塔内，通过填料塔层后，尾气由塔顶排出。-55-. 1，3.转子流量计2.气泵4.SO2钢瓶5.缓冲器6.吸收塔1.实验设备和仪器仪表（1）涡轮气泵：压力0.016Mpa，气量6~60m3/h，1台。（2）液体SO2钢瓶：1瓶。（3）有机玻璃填料塔：D=100㎜，H=800㎜，1座。（4）填料：直径约8㎜的聚乙烯环，若干。（5）泵：扬程4.2m,流量1000L/h,1台。（6）塑料混合缓冲罐：0.5m3,1个。（7）受液槽：500㎜*400㎜*600㎜，1个。（8）转子流量计（水）：LZB-40，10～100L/h，1只。（9）转子流量计（气）：LZB-40，6～60m3/h,1只。（10）SO2气体流量计：60～600ml/min，1个。（11）U形管压力计：200㎜，1支。（12）温度计：0～100℃，1支。（13）空盒大气压力计：DYM3，1只。（14）烟气分析仪：1台。四、实验步骤（1）按图正确连接实验装置，并检查系统是否漏气（肥皂水检漏）。将三通阀旋至旁通管线接通位置，并在液槽中注入配制好的5%NaCO3溶液。（2）打开循环泵9，并调节液体流量，使液体均匀喷撒，并沿填料表面缓慢流下，以充分润湿填料表面，当液体由塔底流出后，将液体流量调到低于35L/h。（3）关闭打开吸收塔的采样阀，将三通切换到洗涤塔管线连通的位置，开启风机，并逐渐通过调节a、c阀调节空气流量，使得塔内出现液泛现象，仔细观察此时的气、液接触状况，并记录液泛时的气速（由空气流量计计算）。（4）逐渐减小气体流量，消除液泛现象，确定出工况的气体流量后，在该气体流量下，在吸收塔的采样阀e的情况下，通过三通切换和调节阀门g使得两条平行管线间的阻力系数基本相等。（5）在三通阀为旁通管路情况下，开启SO2气瓶并调节其流量，使空气中的SO2含量为100ppm～400ppm。（6）切换三通阀至吸收塔管线，正常工作数分钟，待塔内操作完全稳定后，按表1，表2的要求开始测量并记录有关数据。（7）在液体流量不变且空气中SO2浓度大致相同的情况下，改变空气的流量，按上述方法，测取2～4组数据。（8）实验完毕后，先关掉SO2气瓶，待1～2min后再停止供液，最后停止鼓入空气。-55-. （9）采用清水（自来水）进行清洗，待流出液PH基本接近中性时，开启SO2气瓶并调节其流量，使空气中SO2的含量为100ppm～400ppm。（10）重复步骤（5）～（7），进行清水介质的吸收实验，按表1、表2记录。五、实验结果整理1.实验数据处理（1）吸收塔的平均净化效率可由下式近似求出：（1）式中——吸收塔进口处气体中SO2浓度，mg/m3(标准状态下)；吸收塔出口处气体中SO2浓度，mg/m3(标准状态下)；（2）吸收塔的压降计算：（2）式中——吸收塔进口处气体静压，Pa；吸收塔进口处气体静压，Pa；（3）仪器测定的气体中SO2体积分数n*10-6与质量浓度的转化关系：（3）式中——气体中SO2质量浓度，mg/m3(标况下)；64——SO2相对分子质量。(4)以浓度差为推动力的体积吸收系数（KYa）可通过下式计算：（4）（5）Q———通过填料塔的空气流量，kmol/h；h———填料层高度，mA———填料塔的截面积，㎡；y1y2———进出填料塔气体中SO2比摩尔分率；————对数平均推动力；1.实验结果记录液泛速度m/s根据实验结果，以孔塔气速为横坐标、分别以吸收效率和压降为纵坐标，绘制曲线。六、实验结果讨论（1）从清水河碱液吸收的实验结果所绘制的曲线，你可得出那些结论？（2）通过实验，你有什么体会？-55-. 表实验系统测定结果记录表及数据处理表测量次数液体流量（L/h）空气流量SO2流量气体状态塔前后气体中SO2浓度填料层高度（㎜）塔截面积A/㎡体积流量/m3/h摩尔流量/kmol.h-1体积流量/m3/h摩尔流量/kmol.h-1温度℃压力Pa塔前质量浓度/mg/m3塔前质量浓度/mg/m3测量次数液体流量/kmol.h-1液气比L/m3空塔气速（m/s）碱液体积吸收系数KGa/kmol.m-3.h-1Pa-1吸收效率%压降△P/Pa-55-. 活性炭吸附净化气体中的二氧化硫演示试验一、实验目的活性炭吸附广泛应用于大气污染、水质污染和有毒气体的净化领域。吸附法净化气态污染物是一种简便的方法。利用活性炭的物理吸附性能和大的比表面积，可将废气中的污染气体分子吸附在活性炭上，达到净化的目的。本试验采用填充床吸附器，用活性炭作为吸附剂，吸附净化浓度约为200～400×10-6（体积分数）的模拟SO2烟气，得出吸附净化穿透曲线，并由此计算出动态吸附量、失效时间、传质区高度等。通过本实验，希望达到一下目的:（1）深入理解吸附法净化有害废气的原理和特点。（2）加深对吸附过程和穿透曲线的理解。（3）掌握通过实验手段获得吸附床参数的方法。二、实验原理活性炭是基于其较大的比表面积和较好的物理吸附性能而吸附气体中的SO2的，产生物理吸附作用的力主要是分子间的引力。含污染物的气体通过活性炭床层，由于吸附速率的原因，形成一个传质吸附区，在稳定后，传质区沿气流方向向前推进。床尾气流浓度一开始保持不变，逐渐升高直到接近进口浓度。三、实验装置与设备1、实验装置本实验采用SO2钢瓶配气，吸附器内装填活性炭。实验流程及装置如图所示，SO2气体自钢瓶4流出，通过SO2气体流量计3计量后与来自气泵2并经转子流量计1的气体在缓冲器5内配置成一定浓度的SO2气体，经过气体计量后通过吸附塔6，最后排放。SO2分析采用烟气分析仪。1，3.转子流量计2.气泵4.SO2钢瓶5.缓冲器6.活性碳吸附塔2、实验设备和仪器仪表（1）气泵：压力0.6MPa，气量80L/min，1台。（2）流体SO2钢瓶：1瓶。（3）玻璃吸附塔：D=150mm，H=1100mm，1瓶。（4）塑料混合缓冲器罐：0.5m3，1个。（5）转子流量计（气）：1.6～16m3/h，LZB-10，1个。（6）SO2气体流量计：0.03～0.3L/min，1个。（7）U形管压力计：200mm，1只。（8）温度计：0～1000C,1只。-55-. （9）空盒式大气压力计：DYM3，1只。（10）SO2测定仪：1台。四、实验步骤称取100g活性炭装填到柱内，通过旁路系统预配SO2浓度约200～400×10-6（体积分数）的气流（流量25L/min）。然后切换三通阀门c到吸附柱管线“通”位置，在气流稳定流动的状态下，定时测量净化后的气体样本浓度，确定等温操作条件下活性炭的吸附穿透曲线。在吸附后气体中污染物浓度升高到进气浓度70%以上时停机。具体操作步骤如下：（1）启动并预热烟气分析仪。（2）用SO2标准气体校验烟气分析仪。（3）打开阀门a和d，关闭e，置三通阀c于吸附柱管线“通”状态，启动气泵，调节阀门a、d，使流量计Ⅱ流量为２５L/min（此时吸附床空塔气速约为０．１ｍ／ｓ）．（4）置三通阀c于吸附柱管线“旁路”状态，调节阀门f，使缓冲器5下游的总气体流量计流量为25L/min。（5）打开钢瓶阀，通过减压阀控制低压表压力为0.12MPa。（6）在装置排放采样口g通过烟气分析仪检测仪的采样头检测气流中SO2浓度，适当调节阀b至气流中SO2浓度稳定于200～400×10-6（体积分数）左右。（7）切换阀c于“通”状态，记下此时时间，并观察排气中SO2浓度变化情况，待表头SO2值下降到最低点（一般2min左右）时，记下此时刻，以后每隔（通常取5min）读取一次SO2浓度，直至出口浓度达进口浓度的70%以上。其间，可通过e采样口确定进口气浓度是否稳定。（8）关机：①先关钢瓶阀门，将减压阀体中残留的SO2放尽后再关闭减压阀和出口阀；②将烟气分析仪采样管从采用口g拔出，用清洁空气清洗检测仪内部10～20min；③关闭气泵，将吸附饱和的活性炭从床中卸出。五、实验结果整理1、实验基本参数记录吸附器直径d=mm。活性炭装填高度H=mm装填量mAC=g操作条件：进口气体浓度y0=×10-6（体积分数）气体流量G=L/min室温T=K环境大气绝对压力P=Pa2、实验结果及整理（1）记录实验数据并分析结果：切换时刻最低出口浓度生成时刻实验停止时刻-55-. 与SO2浓度的关系表试验时间SO2浓度10-6（体积分数）净化效率+1…（2）根据实验结果绘出如果所示的SO2吸附穿透曲线。由实验结果图定出穿透时间（设穿透点浓度yB为进口浓度的10%）和饱和时间（设饱和点浓度yE为进口浓度的70%）。（3）根据吸附穿透曲线，确定实验所用床层的传质区高度Za（m）、到达破点时该吸附装置的吸附饱和度以及该吸附床的动活性。提示：通过图形积分，采用得出吸附传质区的不饱和度为（1）式中：U——图中斜线阴影部分面积，表示吸附传质区的剩余吸附容量；S——图中斜线阴影部分面积，表示吸附传质区的总体饱和吸附容量；——达到破点时的累积体积，m3；——达到饱和点时的累积体积，m3；——，即传质区移动一个传质长度时间段内的累积气体体积，m3；y0——气体进口浓度，10-6；y——气体出口浓度10-6。通过式计算出Za：（2）式中：z——吸附床层总长度，m。通过式计算出吸附饱和度a：（3）（4）到达破点时的吸附量AB为-55-. （5）式中：R——通用气体常数，8.31J/（mol·k）；——SO2摩尔质量，64g/mol。活动性用下式计算：活动性=（6）式中：mAC——实验用活性炭质量，g。六、实验结果讨论根据试验测定数据，如何设计试验周期较短（2h左右）的工艺？-55-. 水污染控制工程混凝实验混凝沉淀实验是给水处理的基础实验之一，被广泛地用于科研、教学和生产中。通过混凝沉淀实验，不仅可以选择投加药剂的种类、数量，还可确定其它混凝最佳条件。一、实验目的：1、通过本实验，加深对混凝机理的理解，了解影响混凝沉淀的主要因素。2、选择和确定最佳混凝工艺条件。3、掌握综合设计实验能力。二、实验原理：天然水中存在大量胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能除去的。水中的胶体颗粒，主要是带负电的粘土颗粒。胶粒间的静电斥力，胶粒的布朗运动及胶粒表面的水化作用，使得胶粘具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大。向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，压缩胶团的扩散层，使ξ电位降低，静电斥力减小。此时，布朗运动由稳定因素转变为不稳定因素，也有利于胶粒的吸附凝聚。水化膜中的水分子与胶粒有固定联系，具有弹性和较高的粘度，把这些水分子排挤出去需要克服特殊的阻力，阻碍胶粒直接接触。有些水化膜的存在决定于双电层状态，投加混凝剂降低ξ电位。有可能使水化作用减弱。混凝剂水解后形成的高分子物质或直接加入水中的高分子物质一般具有链状结构在胶粒与胶粒间起吸附架桥作用，即使ξ电位没有降低或降低不多，胶粒不能相互接触，通过高分子链状物吸附胶粒，也能形成絮凝体。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。混凝离不开投混凝剂。混凝过程见下表1表1混凝过程阶段凝聚絮凝过程混合脱稳异向絮凝为主同向絮凝为主作用药剂扩散混凝剂水解杂质胶体脱稳脱稳胶体聚集微絮凝体的进一步碰撞聚集动力质量迁移溶解平衡各种脱稳机理分子热运动（布朗扩散）液体流动的能量消耗处理构筑物混合设备反应设备胶体状态原始胶体脱稳胶体絮凝胶体矾花胶体粒径0.01～0.001μm约5～10μm0.5～2mm由于布朗运动造成的颗粒碰撞絮凝，叫“异向絮凝”。由机械运动或液体流动造成的颗粒碰撞絮凝，叫“同向絮凝”。异向絮凝只对微小颗粒起作用，当粒径大于1～5μm时。布朗运动基本消失。从胶体颗粒变成较大的矾花是一连续的过程，为了研究的方便可划分为混合和反应两个阶段。混合阶段要求浑水和混凝剂快速均匀混合，一般说来，该阶段只能产生用眼睛难以看见的微絮凝体；反应阶段则要求将微絮凝体形成较密实的大粒径矾花。混合和反应均需消耗能量，而速度梯度G-55-. 值能反映单位时间单位体积水耗能值的大小，混合的G值应大于300～500S-1，时间一般不超过30S，G值大时混合时间宜短。水泵混合是一种较好的混合方式，本实验水量小便可采用机械搅拌混合。由于粒径大的矾花抗剪强度低，易破碎，而G值与水流剪力成正比，故反应开始至反应结束，随着矾花逐渐增大，G值宜逐渐减小。从理论上讲反应开始时的G值宜接近混合设备出口的G值，反应终止时的G值宜接近沉淀设备进口的G值，但这样会带来一些问题。例如反应设备构造较复杂，在沉淀设备前产生沉淀。实际设计中G值在反应开始时可采用100S-1左右，反应结束时可采用10S-1左右。整个反应设备的平均G值约为20～70S-1，反应时间约15～30min，本实验采用机械搅拌反应，G值及反应时间T值（以秒计）应符合上述要求。近年来出现若干高效反应设备，由于能量利用率高，反应时间比15min短。混合或反应的速度梯度G值（1）式中P——混合或反应设备中水流所耗功率W；IW=1J／S=1N·m/S；V——混合或反应设备中水的体积，m3；μ——水的动力粘度Pa·S，1Pa·S=1N·S／m2。不同温度水的动力粘度μ值见表2。表2不同水温水的动力粘度μ值温度（℃）05101520253040μ（10-3N·S/m2）1.7811.5181.3071.1391.0020.8900.7980.653本实验搅拌设备垂直轴上装设两块桨板，如图（1）示，桨板绕轴旋转时克服水的阻力所耗功率P为（2）式中L——桨板长度，m；r2——桨板腊旋转半径，m；r1——桨板内缘旋转半径，m；图1搅拌设备示意图ω——相对于水的桨板旋转角速度，可采0.75倍轴转速，rad／s；r——水的重度。N／m3；g——重力加速度，9.81m/s2；CD——阻力系数，决定于桨板长宽比，见表3。表3阻力系数CD值b/L小于11～22.5～44.5～1010.5～18大于18CD1.101.151.191.291.402.00当CD=1.10（即b/L<1），r=9810N/m3，=9.81m/s2,及转速为n（r/min）（即rad/s时）。（3）三、实验仪器：1．无极调速六联搅拌机1台，如图2。-55-. 1．1000mL烧杯12个。图2六联搅拌机3．200mL烧杯14个。4．100mL注射器2个，移取沉淀水上清液。5．100mL洗耳球1个，配合移液管移药用。6．lmL移液管1根。7．5mL移液管1根。8．10mL移液管1根。9．温度计1个、测水温用。10．秒表1块测转速用。11．J000ffiL量筒1个。量原水体积。12．1％浓度硫酸铝（或其它混凝剂）溶液1瓶。13．PHS－2型酸度计1台。14．GDS－3型光电式浑浊度仪1台。四、实验步骤及记录1．测原水水温、浑浊度及PH。2．用1000mL量简量取12个水样至12个1000mL烧杯中。3．设最小投药量和最大投药量，利用均分法确定第一组实验其它四个水样的混凝剂投加量。4．将第一组水样置于搅拌机中，开动机器，调整转速，中速运转数分钟，同时将计算好的投药量，用移液管分别移取至加药试管中。加药试管中药液少时，可掺入蒸馏水，以减小药液残留在试管上产生的误差。5．将搅拌机快速运转（例如300—500转／分，但不要超过搅拌机的最高允许转速），待转速稳定后，将药液加入水样烧杯中，同时开始记时，快速搅拌30秒钟。6．30秒钟后，迅速将转速调到中速运转（例如120转／分）。然后用少量（数毫升）蒸馏水洗加药试管，并将这些水加到水样杯中。搅拌5分钟后，迅速将转速调至慢速（例如80转／分）搅拌10分钟。7．搅拌过程中，注意观察并记录帆花形成的过程、帆花外观、大小、密实程度等，并记入表4中。表4实验记录实验组号观察记录小结水样编号帆花形成及水样过程的描述Ⅰ123456Ⅱ123456-55-. 1．搅拌过程完成后，停机，将水样取出，置一旁静沉15分钟，并观察记录帆花沉淀的过程。与此同时，再将第二组六个水样置于搅拌机下。2．第一组六个水样，静沉15分钟后，用注射器每次汲取水样杯中上清液约130mL（够浊度仪、pH即可），置于六个洗净的200mL烧杯中，测浊度及pH并记入表5中。3．比较第一组实验结果。根据六个水样所分别测得的剩余浊度，以及水样混凝沉淀时所观察到的现象，对最佳投药量的所在区间，做出判断。缩小实验范围（加药量范围）重新设定第M组实验的最大和最小投药量值a和b，重复上述实验。表5原始数据记录表实验组号混凝剂名称原水浑浊度原水温度℃原水pHⅠ水样编号123456投药量剩余浊度沉淀后pH值Ⅱ水样编号123456投药量剩余浊度沉淀后pH值注意事项1一电源电压应稳定，如有条件，电源上宜设一台稳压装置（例如614系列电子交流稳压器）。2．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。3．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。[成果整理]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。五、实验结果讨论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。-55-. 曝气充氧实验曝气是活性污泥系统的一个重要环节，它的作用是向池内充氧，保证微生物生化作用所需之氧，同时保持池内微生物、有机物、溶解氧，即泥、水、气三者的充分混合，为微生物降解创造有利条件。因此了解掌握曝气设备充氧性能，不同污水充氧修正系数a、B值及其测定方法，不仅对工程设计人员、而且对污水处理厂（站）运行管理人员也至关重要。此外，二级生物处理厂（站）中，曝气充氧电耗占全厂动力消耗的60—70％，因而高效省能型曝气设备的研制是当前污水生物处理技术领域面临的一个重要课题。因此本实验是水处理实验中的一个重要项目，一般列为必开实验。曝气设备清水充氧性能测定一、实验目的1．加深理解曝气充氧的机理及影响因素。2．了解掌握曝气设备清水充氧性能测定的方法。3．测定几种不同形式的曝气设备氧的总转移系数KLas，氧利用率η％，动力效率等，并进行比较。二、实验原理曝气是人为地通过一些设备加速向水中传递氧的过程，常用的曝气设备分为机械曝气与鼓风曝气两大类，无论哪一种曝气设备，其充氧过程均属传质过程，氧传递机理为双膜理论，如图1示在氧传递过程中，阻力主要来自液膜，氧传递基本方程式为：（1）图1双模理论扩散模式式中——液体中溶解氧浓度变化速率mg/L·min；CS－C——氧传质推动力，mg／L；CS——液膜处饱和溶解氧浓度，mg/L；C—一液相主体中溶解氧浓度，mg／L；——氧总转移系数；DL——液膜中氧分子扩散系数；YL——液膜厚度A——气液两相接触面积；W——曝气液体体积。由于液膜厚度YL和液体流态有关，而且实验中无法测定与计算，同样气液接触面积A的大小也无法测定与计算，故用氧总转移系数KLa代替。将式（1）积分整理后得曝气设备氧总转移系数KLa计算式。(2)-55-. 式中KLa——氧总转移系数。1/min或1/h；t0、t——曝气时间，min；C0——曝气开始时池内溶解氧浓度，t0＝0时，C0＝0，mg／L；CS——曝气池内液体饱和溶解氧值，mg／L；Ct——曝气某一时刻t时，池内液体溶解氧浓度，mg／L。由式中可见，影响氧传递速率KLa的因素很多，除了曝气设备本身结构尺寸，运行条件而外，还与水质水温等有关。为了进行互相比较，以及向设计、使用部门提供产品性能，故产品给出的充氧性能均为清水，标准状态下，即清水（一般多为自来水）一个大气压20℃下的充氧性能。常用指标有氧总转移系数Klas充氧能力Qc、动力效率E和氧利用率η％。曝气设备充氧性能测定实验，一种是间歇非稳态法，即实验时一池水不进不出，池内溶解氧浓度随时间而变；另一种是连续稳态测定法，即实验时池内连续进出水，池内溶解氧浓度保持不变。目前国内外多用间歇非稳态测定法，即向池内注满所需水后，将待曝气之水以无水亚硫酸钠为脱氧剂，氯化钻为催化剂，脱氧至零后开始曝气，液体中溶解氧浓度逐渐提高。液体中溶解氧的浓度C是时间t的函数，曝气后每隔一定时间t取曝气水样，测定水中溶解氧浓度，从而利用上式计算KLa值，或是以亏氧量（CS－Ct）为纵坐标，在半对数坐标纸上绘图，直线科率即为KLa值。三、实验设备及用具1．自吸式射流曝气清水充氧设备。见图21）曝气池：以钢板制成0.8×1.0×4.3m。2）射流暖气设备。喷嘴d=14mm，喉管D＝32mm，喉管长L=2975mm。3）水循环系统，吸水池、塑料泵。4）计量装置：转子流量计、压力表、真空表、热球式测风仪。5）水中溶解氧测定设备，测定方法详见水质分析（碘量法），或用上海第二分析仪器厂的溶解氧测定仪。6）无水亚硫酸钠、氯化钴、秒表。2．穿孔管鼓风曝气清水充氧设备。见图3。-55-.图2自吸式射流曝气清水充氧试验装置1-曝气水池2-射流器3-取样孔4-进气口5-真空表6-压力表7-温度计8-吸水池9-放气口10-水泵….图3穿孔管鼓风曝气清水充氧试验装置1-有机玻璃曝气柱2-穿孔管布气3-取样孔4-溢流孔5-空压机6-进气-55-.1）有机玻璃柱：φ150mm（三套）、φ200mm（一套）H＝3.2m。2）穿孔管布气装置：孔眼40φ0.5mm，与垂直线成45°夹角，两排交错排列。-55-. 3）空气压缩机、贮气罐。4）溶氧仪。四、步骤及纪录1.自吸式射流曝气设备清水充氧试验步骤（1）正确连接设备。（2）计算投药量：（a）脱氧剂采用无水亚硫酸钠。根据2Na2SO3+O2=2Na2SO4则每次投药量g=G×8×(1.1～1.5)。1.1～1.5值是为脱氧安全而取的系数。(b)催化剂采用氯化钴，投加浓度为0.1mg／L，将称得的药剂用温水化开，由池顶倒人池内，约10min后，取水样、测其溶解氧。（3）当池内水脱氧至零后，打开回水阀门和放气阀门，向吸水池灌水排气。（4）关闭水泵出水阀门，启动水泵，然后，徐徐打开阀门，至池顶压力表读数为0.15MPa为止。（5）开启水泵后，由观察孔观察射流器出口处，当有气泡出现时，开始计时，同时每隔1分钟（前3个间隔）和0.5分（后几个间隔）开始取样，连续取15个水样左右。（6）计量水量、水压、风速（m／s）（进气管d＝32mm）。（7）观察曝气时喉管内现象和池内现象。（8）关闭进气管闸门后，记录真空表读数。（9）关闭水泵出水阀门，停泵。2．鼓风曝气清水充氧实验步骤：（1）河柱内注人清水至3．lin处时，测定水中溶解氧值，计算池内溶氧量G=DO·V。（2）计算投药量。（3）将称得药剂用温水化开由柱顶倒人柱内，几分钟后，测定水中溶解氧值。（4）当水中溶解氧为零后，打开空压机，向贮气罐内充气。空压机停止运行后，打开供气阀门，开始曝气，并记录时间；同时每隔一定时间（lmin）取一次样，测定溶解氧值，连续取样10一豆5个；而后，拉长间隔，直至水中溶解氧不再增长（达到饱和）为止；随后，关闭进气阀门。（5）实验中计量风量、风压、室外温度。并观察曝气时柱内现象。4．记录（l）自吸式射流曝气设备清水充氧记录见表1。（2）化学滴定法测定水中溶解氧记录见表2。（3）溶解氧测定仪与记录仪配用的记录，记录纸自记的形式如图4表1自吸式射流曝气清水充氧实验记录水温曝气池平面尺寸(m2)进水流量(m3)进风量气水比（体积比）风速风速风量进水压力(Mpa)池内水深(m)喷嘴直径d(mm)吼管直径d(mm)吼管长度L(mm)面积比D2/d2长径比L/D-55-. 表2水中溶解氧测定记录表瓶号取样点(mL)V(mL)DO(mL)瓶号取样点(mL)V(ml)DO(ml)Na2S2O3(N=)注意事项1．每个实验所用设备、仪器较多，事前必须熟悉设备、仪器的使用方法及注意事项。2．加药时，将脱氧剂与催化剂用温水化开后，从柱或池顶，均匀加人。3．无溶解氧测定仪的设备，在曝气初期，图4DO～t曲线取样时间间隔宜短。4．实测饱和溶解氧值时，一定要在溶解氧值稳定后进行。5．水温、风温（送风管内空气温度）宜取开始、中间、结束时实测值的平均值。五、实验数据整理1．参数选用因清水充氧实验给出的是标准状态下氧总转移系数KLas。，即清水（本次实验用的是自来水）在一个大气压，20℃下的充氧性能，而实验过程中曝气充氧的条件并非是一个大气压，20℃，但这些条件都对充氧性能有影响，故引入了压力、温度修正系数。（1）温度修正系数(3)修正后的氧总转移速率为（4）此为经验式，它考虑了水温对水的粘滞性和饱和溶解氧值的影响，国内外大多采用此式，本次实验也以此进行温度修正。（2）水中饱和溶解氧值的修正由于水中饱和溶解氧值受其中压力和所含无机盐种类及数量的影响，所以式（2）中的饱和溶解氧值最好用实测值，即曝气池内的溶解氧达到稳定时的数值。另外也可以用理论公式对饱和溶解氧标准值进行修正。用埃肯费尔德公式进行修正。（5）式中Pb——空气释放点处的绝对压力；(6)Pa——0.1MPaH——空气释放点距水面高度，m；Qt——空气中氧的克分子百分比；(7)-55-. η％——曝气设备氧的利用率，％。则式（3－59）中饱和溶解氧值CS应用下式求得：CSm＝CS·P（8）式中CSm——清水充氧实验池内经修正后的饱和溶解氧值，mg／L；CS——1个大气压下某温度下氧饱和浓度理论值，mg／L；P——压力修正系数。有实测饱和溶解氧值用实测值，无实测值可采用理论修正值。2．氧总转移系数KLas氧总转移系数KLas是指在单位传质推动力的作用下，在单位时间、向单位曝气液体中所充入的氧量。它的倒数1/KLas单位是时间，表示将满池水从溶解氧为零充到饱和值时所用时间，因此KLas是反映氧传递速率的一个重要指标。KLas的计算首先是根据实验记录，或溶解氧测定记录仪的记录和式（2），按表3计算，或者是在半对数坐标纸上，以（CSm－Ct）为纵坐标，以时间t为横坐标绘图求KLa值。表3氧总转移系数KLa计算表t-t0(min)Ct(mg/L)CS-Ct(mg/L)KLa(min)求得KLa值后，利用式（4）求得KLas值。3．充氧能力Qc充氧能力是反映曝气设备在单位时间内向单位液体中充入的氧量。Qc＝KLas·CSkg（O2）/h·m3（9）式中KLas——氧总转移系数（标准状态）1/h或l/min；CS——l个大气压，20℃时氧饱和值，CS＝9.17mg／L。4．动力效率E(10)E是指曝气设备每消耗一度电时转移到曝气液体的氧量。由此可见，动力效率将曝气供氧与所消耗的动力联系在一起，是一个具有经济价值的指标，它的高低将影响到活性污泥处理厂（站）的运行费用。式中N——理论功率，即不计管路损失，不计风机和电机的效率，只计算曝气充氧所耗有用功。(11)式中Hb——风压，m；Qb——风量，m3／h。（12）由于供风时计量条件与所用转子流量计标定时的条件相差较大，而要进行如上修正。式中Qb0——仪表的刻度流量m3／h；-55-. Pb0——一标定时气体的绝对压力，0.1MPa；Tb0———标定时气体的绝对温度，293°TPb——气体的实际绝对压力MPa；Tb——被测气体的实际绝对温度，273°＋t℃；Qb——修正后的气体实际流量，m3／h。5．氧的利用率(13)式中Q——标准状态下（1atmi、293°T时）的气量。（14）Qb、Tb、Pb——意义同前；Pa——1atm；Ta——293°T；0．28kg/m3——标准状态下一立方米空气中所含氧的重量。六、试验结果讨论1．论述曝气在生物处理中的作用。2．曝气充氧原理及其影响因素是什么？3．温度修正、压力修正系数的意义如何？如何进行公式推导？.过滤实验一、实验目的：1、观察过滤及反冲洗现象，加深理解过滤及反冲洗原理。2、熟悉过滤及反冲洗实验的方法。3、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清洁滤层水头损失关系的理解。二、实验原理：过滤原理：滤池净化的主要作用是接触凝聚作用，水中经过絮凝的杂质截留在滤池之中，或者有接触絮凝作用的滤料表面粘附水中的杂质。滤层去除水中杂质的效果主要取决于滤料的总表面积。-55-. 随着过滤时间的增加，滤层截留杂质的增多，滤层的水头损失也随之增大，其增长速度随滤速大小、滤料颗粒的大小和形状，过滤进水中悬浮物含量及截留杂质在垂直方向的分布而定。当滤速大，滤料颗粒粗，滤层较薄时，滤过的水水质很快变差，过滤水质周期较短；如滤速大，滤料颗粒细，滤池中的水头损失增加也很快，这样很快达到过滤压力周期。所以在处理一定性质的水时，正确确定滤速，滤料颗粒的大小，滤料及厚度之间的关系，具有重要的技术意义与经济意义，该关系可通过试验的方法来确定。当水头损失达到极限，使出水水质恶化时就要进行反冲洗。反冲洗的目的是清除滤层中的污物，使滤池恢复过滤能力。冲洗采用自下而上的水流进行。滤料层在反冲洗时，当膨胀率一定，滤料颗粒越大，所需的冲洗强度便越大，水温越高（水的粘滞系数越小），所需冲洗强度也越大。对于不同的滤料，同样颗粒的滤料，当比重大的与比重小的膨胀率相同时，所需的冲洗强度就越大。精确地确定在一定的水温下冲洗强度与膨胀率之间的关系，最可靠的方法是进行反冲洗实验。三、实验仪器及装置：1、过滤及反冲洗实验装置2、光电式浊度仪3、200ml烧杯2个，20ml量筒1个4、钢卷尺、温度计、秒表..四、实验步骤：1、将滤料先进行一定冲洗，冲洗强度加大至12—15L/s﹒m2，时间几分钟，目的是去除滤层内气泡。2、冲洗毕，开初滤水排水阀门，降低柱内水位。将滤柱有关数据计入表1。3、调整定量投药量，使滤速8m/h时投药量符合要求，开始投药。4、通入浑水，开始过滤，滤速8m-55-. /h。开始过滤后的1、3、5、10、20及30min测出水浊度。测进水浊度和温度。5、调整定量投药量，使滤速16m/h时投药量符合要求，开始投药。6、加大滤速至16m/h，加大滤速后的10、20、30min测出水浊度并测定进水浊度。7、将步骤3、4、5、6有关数据计入表2。8、提前结束过滤，用设计规范规定的冲洗强度、冲洗时间冲洗，观察整个滤层是否均已膨胀。冲洗结束时，取冲洗排水测浊度。测冲洗水温，将有关数据记入表3。9、作冲洗强度与滤层膨胀率关系试验。测不同冲洗强度（3、6、9、12、14、16L/(s.㎡)）时滤层膨胀后的厚度，停止冲洗，测滤层厚度。将有关数据记入表4。10、作滤速与清洁滤层水头损失的关系试验。通入清水，测不同滤速（4、6、8、10、12、11、16m/h）时滤层顶部的测压管水位和滤层底部附近的测压管水位、测水温。将有关数据记入表5。.五、实验数据记录及处理表1滤柱有关数据滤柱内径（㎜）滤料名称滤粒粒径（㎝）滤料厚度（㎝）表2过滤纪录滤速（m/h）流量（L/h）投药量（mg/L）过滤时间（Min）进水浊度出水浊度813510203016102030注：混凝剂：；原水水温：要求绘制滤速8m/h、16m/h时初滤水浊度变化曲线？-55-. 设出水浊度不超过3度时，问滤柱运行多少时间出水浊度满足要求？表3冲洗纪录冲洗强度（L/s.㎡）冲洗流量（L/h）冲洗时间（min）冲洗水温(℃)滤层膨胀情况表4冲洗结束时冲洗排水浊度、冲洗强度和滤层膨胀率的关系冲洗强度（L/s.㎡）冲洗流量（L/h）滤层膨胀后厚度（㎝）滤层膨胀率（%）注：冲洗水温：滤层厚度：要求绘制冲洗强度与膨胀率关系曲线。表5滤速与清洁滤层水头损失的关系滤速（m/h）流量（L/h）清洁滤层顶部的测压管水位（㎝）清洁滤层顶部的测压管水位（㎝）清洁滤层的水头损失（㎝）注：水温：要求绘制滤速与清洁滤层水头损失关系曲线。六实验结果讨论1、滤层有空气泡时对过滤、冲洗有何影响？2、当原水浊度一定时，采取哪些措施，能降低初滤水出水浊度？3、冲洗强度为何不宜过大？-55-. 附图：过滤过程示意图：------承托层-----石英砂滤料-----无烟煤滤料-----滤上水头损失活性炭吸附实验活性炭吸附是目前国内外应用较多的一种水处理工艺，由于活性炭种类多、可去除物质复杂，因此掌握“间歇”法与“连续淤法确定活性炭吸附工艺设计参数的方法，对水处理工程技术人员至关重要。一、实验目的1．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。2．掌握用“间歇”法、“连续流”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。二、实验原理活性炭吸附是目前国内外应用较多的一种水处理手段。由于活性炭对水中大部分污染物都有较好的吸附作用，因此活性炭吸附应用于水处理时往往具有出水水质稳定，适用于多种污水的优点。活性炭吸附常用来处理某些工业污水，在有些特殊情况下也用于给水处理。比如当给水水源中含有某些不易去除而且含量较少的污染物时；当某些偏远小居住区尚无自来水厂需临时安装一小型自来水生产装置时，往往使用活性炭吸附装置。但由于活性炭的造价较高，再生过程较复杂，所以活性炭吸附的应用尚具有一定的局限性。-55-. 活性炭吸附就是利用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是由于活性炭内部分子在各个方向都受着同等大小的力而在表面的分子则受到不平衡的力，这就使其它分子吸附于其表面上，此为物理吸附；另一个是由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此为化学吸附。活性炭的吸附是上述二种吸附综合作用的结果。当活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内活性炭吸附的数量等于解吸的数量时，此时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变化，而达到了平衡，此时的动平衡称为活性炭吸附平衡，而此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。活性炭的吸附能力以吸附量q表示。(1)式中q——活性炭吸附量，即单位重量的吸附剂所吸附的物质重，g/g；V——污水体积，L；C0、C——分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质浓度，g/L；X——被吸附物质重量，g；M——活性炭投加量，g；在温度一定的条件下；活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高，两者之间的变化曲线称为吸附等温线，通常用霍兰德利希经验式加以表达。（2）式中q——活供发吸附量，g/g；C——被吸附物质平衡浓度g/L；K、h一一是与溶液的温度，pH值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。K、h值求法如下：通过间歇式活性炭吸附实验测得q、C一一相应之值，将式（2）取对数后变为下式：（3）将q、C相宜值点绘在双对数坐标纸上，所的直线的斜率为截距则为k。如图（3）所示。由于间歇式静态吸附法处理能力低、设备多，故在工程中多采用连续流活性炭吸附法，即活性炭动态吸附法。采用连续流方式的活性炭层吸附性能可用勃哈特（Bohart）和亚当斯(Adams)所提出的关系式来表达。（4）（5）式中t——工作时间，h；V——流速，m/h；D——活性炭层厚度，m；K——速度常数，L/mg·h；N0——吸附容量、即达到饱和时被吸附物质的吸附量，mg//L；C0——进水中被吸附物质浓度，mg/L；CB——允许出水溶质浓度，mg/L。当工作时间t=0时，能使出水浓度小于CB的炭层理论深度称为活性炭层的临界深度，其值由上式t=0推出（6）-55-. 炭柱的吸附容量（N）和速度常数（K），可通过连续流活性炭吸附实验并利用式（5）t～D线形关系回归或作图法求出。三、实验设备及用具1．间歇式活性炭吸附实验装置如图1所示；2．连续流活性炭吸附实验装置如图2所示；3．间歇与连续流实验所需设备及用具：（1）康氏振荡器一台。（2）500mL三角烧杯6个；（3）烘箱；（4）721分光光度计一台，玻璃器皿、滤纸等。（5）有机玻璃炭柱d＝35*1000mm，H＝1.0m；图1间歇式活性炭吸附装置（6）活性炭；（7）配水及投配系统。四、实验步骤及记录1．间歇式活性炭吸附实验（1）自行配置一定浓度的有机染料水，稀释标样，做浓度与吸光度的标准曲线。（2）将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，再将烘干后的活性炭压碎，使其成为能通过200目以下筛孔的粉状炭。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。（3）在六个500mL的三角烧瓶中分别投加0、100、200、300、400、500mg粉状活性炭。图2连续式活性炭吸附装置（4）在每个三角烧瓶中投加同体积的过滤后的污水，使每个烧瓶中的染料浓度与活性炭浓度的比值在0.05～5.0之间（没有投加活性炭的烧瓶除外）。（5）测定水温，将三角烧瓶放在振荡器上振荡，当达到吸附平衡（时间延至滤出液的有机物浓度值（颜色）不再改变）时即可停止振荡。（振荡时间一般为30min以上）。（6）过滤各三角烧瓶中的污水，测定其剩余吸光度值，求出吸附量x。实验记录如表1示。表1活性发间歇吸附实验记录序号原污水出水污水体积(mL)或(L)活性炭投加量(mg)或(g)去除率(%)备注水温℃吸光度值浓度吸光度值浓度2．连续流活性炭吸附实验（1）将某污水过滤或配制一种污水，各项指标并记人表2。（2）在内径为35mm，高为1000mm的有机玻璃管或玻璃管中装人500～750mm-55-. 高的经水洗烘干后的活性炭。表2连续流炭柱吸附实验记录原水吸光度允许出吸光度=原水浓度(mg/L)允许出水浓度CB(mg/L))=进流率q(m3/m2·h)=滤速V(m/h)=炭柱厚D1=D2=D3=水温T(℃)=工作时间出水水质t(h)柱1柱2柱3(3）以每分钟40mL～200mL的流量（具体可参考水质条件而定），按升流或降流的方式运行（运行时炭层中不应有空气气泡）。本实验装置为降流式。实验至少要用三种以上的不同流速V进行。（4）在每一流速运行稳定后，每隔10～30min由各炭柱取样，测定出水COD值，至出水中浓度达到进水中浓度的0.9～0.95为止。并将结果记于表3中。五、实验数据整理1．间歇式活性炭吸附实验（1）按表1记录的原始数据进行计算。（2）按（1）式计算吸附量q。（3）利用q～c相应数据和式（2），经回归分析求出K、n值或利用作图法，将C和相应的q值在双对数坐标纸上绘制出吸附等温线，直线斜率为、截距为K.。值越小活性炭吸附性能越好，一般认为当=0.1～0.5时，水中欲去除杂质易被吸附；>2时难于吸附。当较小时多采用间歇式活性炭吸附操作；当较大时，最好采用连续式活性炭吸附操作。2．连续流活性炭吸附实验（1）求各流速下K、N0值1）将实验数据记入表3，并根据t～C关系确定当出水溶质浓度等于CB时各柱的工作时间t1、t2、t3。2）根据式（5）以时间ti为纵坐标，以炭层厚Dt为横坐标，点绘t、D值，直线截距为斜率为N0/C0·V。如图4示。3）将已知C0、CB、V等值代入，求出流速常数K和吸附常量N0值。4）根据式（6）求出每一流速下炭层临界深度值D0值。5）按表（3）给出各滤速下炭吸附设计参数K、D0、N0值，或绘制成如图5所示的图，以供活性炭吸附设备设计时参考。-55-. 图3吸附等温线图4t～D曲线表3活性炭吸附实验结果流速V(m/h)N0(mg/L)K(L/mg·h)D0(m)图5V～N0、V～K、V～D0关系曲线六、实验结果讨论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？2.连续流的升流式和降流式运动方式各有什么缺点？...气浮实验气浮实验是研究比重近于1或小于1的悬浮颗粒与气泡粘附上升，从而起到水质净化作用的规律，测定工程中所需的某些有关设计参数，选择药剂种类、数量等，以便为设计运行提供一定的理论依据。一、实验目的-55-. 1．进一步了解和掌握气浮净水方法的原理及其工艺流程。2．掌握气浮法设计参数“气固比”的测定方法及整个实验的操作技术。二、实验原理气浮净水方法是目前给排水工程中日益广泛应用的一种水处理方法。该法主要用于处理水中比重小于或接近于1的悬浮杂质，如乳化油、羊毛脂、纤维、以及其它各种有机或无机的悬浮絮体等。因此气浮法在自来水厂、城市污水处理厂以及炼油厂、食品加工厂、造纸厂、毛纺厂、印染厂、化工厂等的水处理中都有所应用。气浮法具有处理效果好、周期短、占地面积小以及处理后的浮渣中固体物质含量较高等优点。但也存在设备多、操作复杂、动力消耗大的缺点。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，并把污染物质粘附于气泡上（或气泡附于污染物上）从而形成比重小干水的气水结合物浮升到水面，使污染物质从水中分离出去。产生比重小于水的气、水结合物的主要条件是：l．水中污染物质具有足够的增水性。2．加人水中的空气所形成气泡的平均宜径不宜大于70微米，3．气泡与水中污染物质应有足够的接触时间。气浮法按水中气泡产生的方法可分为布气气浮、溶气气浮和电气浮几种。由于布气气浮一般气泡直径较大，气浮效果较差，而电气浮气泡直径虽不大但耗电较多，因此在目前应用气浮法的工程中，以加压溶气气浮法最多。加压溶气气浮法就是使空气在一定压力的作用下溶解于水，并达到饱和状态，然后使加压水表面压力突然减到常压，此时溶解于水中的空气便以微小气泡的形式从水中逸出来。这样就产生了供气浮用的合格的微小气泡。加压溶气气浮法根据进人溶气罐的水的来源，又分为无回流系统与有回流系统加压溶气气浮法，图1有回流系统加压容气气浮法目前生产中广泛采用后者。其流程如图1所示。1-加压泵2-容气灌3-减压阀4-气浮池5-浮渣槽6-贮水池7-回流水影响加压溶气气浮的因素很多，如空气在水中溶解量，气泡直径的大小，气浮时间、水质、药剂种类与加药量，表面活性物质种类、数量等。因此，采用气浮法进行水质处理时，常；需通过实验测定一些有关的设计运行参数。本实验主要介绍由加压溶气气浮法求设计参数“气固比”的实验方法。（一）、气固比实验气固比A/S乃是设计气浮系统时经常使用的一个基本参数，是空气量与固体物数量的比值，无量纲。定义为：对于上述的有回流系统的加压溶气气浮法，其气固比可表示如下：l．气体以重量浓度C（mg/L）表示时：(1)2．气体以体积浓度Sa（cm3/L）表示时：-55-. (2)式中C1、C2——分别为系统中2、7处气体于水中浓度，mg／L；R——回流比S0——进水悬浮物浓度，mg／L；——水中空气溶解量；以cm3/L计,C=——空气容重，当20℃，l个大气压时，=1164mg/L；p——溶气罐内压力；MPaf——比值因素，在溶气罐内压力为P=(0.2～0.4)MPa，温度为20℃时，f≈0.5。气固比不同，水中空气量不同，不仅影响出水水质（SS值），而且也影响成本费用。本实验是改变不同的气固比A/S，，测出水SS值，并绘制出A/S～出水SS关系曲线。由此可根据出水SS值确定气浮系统的A／S值，如图2、3所示。图2A/S～SS曲线图3A/S～浮渣曲线三、实验装置见图4。四、实验步骤及数据记录l．将某污水加药混凝沉淀，然后取压力溶气罐2/3倍体积的上清液加人压力溶气罐。2．开进气阀门使压缩空气进人加压溶气罐，待罐内压力达到预定压力（一般为0.3～0.4MPa）关进气阀并静置10分钟，使罐内水中溶解空气达到饱和。3．测定加压溶气水的释气量以确定加压溶气水是否合格（一般释气量与理论饱和值之比为0.9以上即可）。4．将500mL已加药并混合好的某污水倒人图4气固比试验装置反应量简（加药量按混凝实验定），并测原污1-压力容气罐2-减压阀3-加压水进口4-入流阀5-排气阀6-反应量筒7-压力表8-排气阀9-压缩空气进气阀10-搅拌棒水中的悬浮物浓度。.-55-. 5．当反应桶内已见微小絮体时，开减压阀（或释放器）按预定流量往反应量筒内加溶气水（其流量可根据所需回流比而定），同时用搅拌棒搅动半分钟，使气泡分布均匀。6．观察并记录反应筒中随时间而上升的浮渣界面高度并求其分离速度。7．静止分离约10—30分钟后分别记录清液与浮渣的体积。8．打开排放阀门分别排出清液和浮渣，并测定清液和浮渣中的悬浮物浓度。9．按几个不同回流比重复上述实验即可得出不同的气固比与出水水质SS值。记录见表1、表2。表1气固比与出水水质记录表内容实验号原污水压力溶气水出水浮渣水温℃pH值体积VemL加药名称加药量%悬浮物mg/L体积mL压力Mpa释气量mL气固比A/S回流比R悬浮物mg/L去除率%体积V1mL体积V2mL悬浮物mg/L注：进水浊度：清水浊度：表1气固比为[g（气体）/g（固体）]即每去除1克固体所需的气量。一般为了简化计算也可用L（气体）/g（悬浮物），计算公式如下：式中A——总释气量，L；S——总悬浮物量，g；a——单位溶气水的释气量，mL/L水；W——溶气水的体积，L；SS—一原水中的悬浮物浓度，mg／L；Q——原水体积，L。五、实验数据处理1．绘制气固比与出水水质关系曲线，并进行回归分析。2．绘制气固比与浮渣中固体浓度关系曲线。离子交换软化实验离子交换软化法在水处理工程中有广泛的应用。强酸性阳离子交换树脂的使用也很普遍。作为水处理工程技术人员应当掌握这种树脂交换容量（即全交换容量）的测定方法并了解软化水装置的操作运行。-55-. 强酸性阳离子交换树脂交换容量的测定一、实验目的1．加深对强酸性阳离子交换树脂交换容量的理解。2．掌握测定强酸性阳离子交换树脂交换容量的方法。二、实验原理交换容量是交换树脂最重要的性能，它定量地表示树脂交换能力的大小。树脂交换容量在理论上可以从树脂单元结构式粗略地计算出来。以强酸性苯乙烯系阳离于交换树脂为例，其单元结构式为：单元结构式中共有8个碳原子、8个氢原子、3个氧原子、一个硫原子，其分子量等于8×12.011＋8×1.008＋3×15．9994＋1×32.06＝184.2，只有强酸基因SO3H对中的H遇水电离形成H+离子可以交换，即每184.2g干树脂中只有1克当量可交换离子。所以，每克干树脂具有可交换离子1/184.2＝0.00543e＝5.43me。扣去交联剂所占份量（按8％重量计），则强酸干树脂交换容量应为5.43×92/100=4.99me/g。此值与实际测定值差别不大。0.01×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂交换容量规定为≥4.2me/g（干树脂）。强酸性阳离子交换树脂交换容量测定前需经过预处理，即经过酸碱轮流浸泡，以去除树脂表面的可溶性杂质。测定阳离子交换树脂容量常采用碱滴定法，用酚酞作指示剂，按下式计算交换容量：（干氢树脂）（3－93）式中N——NaOH标准溶液的当量浓度；V—一NaOH标准溶液的用量，mL；W——样品湿树脂重，g。三、实验设备及用具1．天平万分之一克精度1架2．烘箱1台3．干燥器1个4．三角烧瓶250mL2个5．秒液管10mL2支四、实验步骤及记录1．强酸性阳离子交换树脂的预处理取样品约10g以2N硫酸（或1N盐酸）及1NNaOH轮流浸泡，即按酸一碱一酸一碱一酸顺序浸泡5次，每次两小时，浸泡液体积约为树脂体积的2～3倍。在酸碱互换时应用200mL无离子水进行洗涤。5次浸泡结束用无离子水洗涤至溶液呈中性。2．测强酸性阳离于交换树脂团体含量％称取双份1.0000g的样品，将其中一份放入105～110℃烘箱中约2小时，烘干至恒重后放入氯化钙干燥器中冷却至室温，称重，记录干燥后的树脂重。-55-. 固体含量=干燥后的树脂重×100/样品重3．强酸性阳离子交换树脂交换容量的测定将一份1.0000g的样品置于250mL三角烧瓶中，投加0.5NNaCl溶液100mL摇动5分钟，放置两小时后加人l％酚酞指示剂3滴，用标准0.10000NNaOH溶液进行滴定，至呈微红色15秒钟不退，即为终点。记录NaOH标准溶液的当量浓度及用量。表1强酸性阳离子交换树脂交换容量测定记录湿树脂样品重W(g)干燥后的树脂重W1（g）树脂固体含量(%)NaOH标准溶液的当量浓度NaOH标准溶液的用量V(mL)交换容量me/g干氢树脂五、实验数据整理1．根据实验测定数据计算树脂固体含量。2．根据实验测定数据计算树脂交换容量。六、实验结果讨论1．测定强酸性阳离子交换树脂的交换容量为何用强碱液NaOH滴定？2．写出本实验有关化学反应式。软化实验一、实验目的1．熟悉顺流再生固定床运行操作过程。2．加深对钠离子交换基本理论的理解。二、实验原理当含有钙盐及镁盐的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的Ca2+及Mg2+离子便与树脂中的可交换离子（Na+或H+）交换．使水中Ca2+、Mg2+含量降低或基本全部去除，这个过程叫做水的软化。树脂失效后要进行再生，即把树脂上吸附的钙、镁离子置换出来，代之以新的可交换离子。钠离子交换用食盐（NaCl）再生、氢离子交换用盐酸（HCI）或硫酸（H2SO4）再生。基本反应式如下：1．钠离子交换：软化：再生：2．氢离子交换：交换-55-. 再生；钠离子交换的最大优点是不出酸性水，但不能脱碱。本实验采用钠离子交换。三、实验设备及用具1．软化装置二套，如图1，2．100mL量简1个、秒表1块（控制再生液流量用）；3．200000钢卷尺1个；4．测硬度所需用品及测定方法详见水质分析书籍；5．食盐数百克。四、实验步骤及记录1．熟悉实验装置，搞清楚每条管路、每个阀门的作用；图1软化装置2．测原水硬度，测量交换柱内径及树脂层高度；1-软化柱2-阳离子交换树脂3-转子流量计4-软化水箱5-定量投再生液瓶6-反洗进水管7-反洗排水管8-清洗排水管9-排气管3．将交换柱内树脂反洗数分钟，反洗流速采用15m八，以去除树脂层的气泡。4．软化。运行流速采用15m巾，每隔10min测一次水硬度，测两次并进行比较。5．改变运行流速。流速分别取20、25、30m/h，每个流速下运行5min，测出水硬度。6．反洗。冲洗水用自来水．反洗流速采用15m/h，反洗时间15min。反洗结束将水放到水面高于树脂表面10cm左右。7．根据软化装置树脂工作交换容量（e/L），树脂体积（L），顺流再生钠离子交换NaCl耗量(100～120g/e)以及食盐NaCl含量（海盐NaCI含量≥80～93％），计算再生一次所需食盐量。配制浓度10％的食盐再生液。8．再生。再生流速采用3～5m/h。调节定量投再生液瓶出水阀门开启度大小以控制再生流速。再生液用毕时，将树脂在盐液中浸泡数分钟。9．清洗。清洗流速采用15m/h，每5min测一次出水硬度，有条件还可测氯根，直至出水水质符号要求时为止。清洗时间约需50min。10．清洗完毕结束实验，交换柱内树脂应浸泡在水中。-55-. 表2原水硬度及实验有关数据原水硬度（以CaCO3计）(mg/L)交换柱内径(cm)树脂层高度(cm)树脂名称及型号表3交换实验记录运行流速(m/h)运行流量(L/h)运行时间(min)出水硬度（以CaCO3计(mg/L)）15152025301010555表4反洗记录反洗流速(m/h)反洗流量(L/h)反洗时间(min)表5再生记录再生一次所需食盐量(kg)再生一次所需浓度10%的食盐再生液（L）再生流速(m/h)再生流量(mL/s)表6清洗记录清洗流速(m/h)清洗流量(L?h)清洗历时(min)出水硬度（以CaCO3计(mg/L)）1515151551050注意事项1．反冲洗时注意流量大小，不要将树脂冲走。2．再生溶液没有经过过滤器，宜用精制食盐配制。五、实验数据整理1．绘制不同运行流速与出水硬度关系的变化曲线。2．绘制不同清洗历时与出水硬度关系的变化曲线。六、实验结果讨论1．本实验钠离子交换运行出水硬度是否小于0.05me/L？影响出水硬度的因素有哪些?2．影响再生剂用量的因素有哪些？再生液浓度过高或过低有何不利？-55-. 絮凝沉淀实验絮凝沉淀实验是研究浓度一般的絮状颗粒的沉淀规律。一般是通过几根沉淀柱的静沉实验，获取颗粒沉淀曲线。不仅可借此进行沉淀性能对比、分析，而且也可作为污水处理工程中某些构筑物的设计和生产运行的重要依据。一、实验目的1．加深对絮凝沉淀的特点，基本概念及沉淀规律的理解。2．掌握絮凝实验方法，并能利用实验数据绘制絮凝沉淀静沉曲线。二、实验原理悬浮物浓度不太高，一般在600～700mg/L以下的絮状颗粒的沉淀属于絮凝沉淀，如给水工程中混凝沉淀，污水处理中初沉池内的悬浮物沉淀均属此类。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。我们所说的絮凝沉淀颗粒沉速，是指颗粒沉淀平均速度。在平流沉淀池中，颗粒沉淀轨迹是一曲线，而不同于自由沉淀的直线运动。在沉淀池内颗粒去除率不仅与颗粒沉速有关，而且与沉淀有效水深有关。因此沉淀柱不仅要考虑器壁对悬浮物沉淀的影响，还要考虑柱高对沉淀效率的影响。静沉中絮凝沉淀颗粒去除率的计算基本思想与自由沉淀一致，但方法有所不同。自由沉淀采用累积曲线计算法，而絮凝沉淀采用的是纵深分析法，颗粒去除率按下式计算。（1）计算如图1示。去除率同分散颗粒一样，也分成两部分：（1）全部被去除的颗粒部分。这部分颗粒是指在给定的停留时间（如图中T1），与给定的沉淀池有效水深（如图中H=Z0）时，两首线相交点的等去除率线的E值，如图中的E＝E2。即在沉淀时间t=T1，，沉降有效水深H=Z0时具有沉速的那些颗粒能全部被去除．其去除率家为E2。（2）部分被去除的颗粒部分图1絮凝沉降等去除率曲线同自由沉淀一样，悬浮物在沉淀时虽说有些颗粒较小，沉速较小，不可能从池顶沉到池底，但是在池体中某一深度下的颗粒，在满足条件即沉到池底所用时间时，这部分颗粒也就被去除掉了。当然，这部分颗粒是指沉速-55-. 的那些颗粒，这些颗粒的沉淀效率也不相同．也是颗粒大的沉淀快，去除率大些。其计算方法、原理与分散颗粒一样，这里是用代替了分散颗粒中的式中，所反映的就是把颗粒沉速由u0降到us时，所能多去除的那些颗粒占全部颗粒的百分比。这些颗粒，在沉淀时间t0时，并不能全部沉到池底，而只有符合条件ts≤t0的那部分颗粒能沉到池底，，故有。同自由分散沉淀一样，由于us为未知数，故采用近似计算法，用在来代替，工程上多采用等分间的中点水深Zi代替hi，则近似地代表了这部分颗粒中能沉到池底的颗粒所占的百分数。由上推论可知，就是沉速为us≤u≤u0的这些颗粒的去除量所占全部颗粒的百分比，以次类推，式就是的全部颗粒的去除率。三、实验设备及用具1．沉淀柱：有机玻璃沉淀柱，内径D≥100mm，高H=3.6m，沿不同高度设有取样口，如图2所示。管最上为溢流孔，管下为进水孔，共五套。2．配水及投配系统：钢板水池、搅拌装置、水泵、配水管。3．定时钟、烧杯、移液管、瓷盘等。4．悬浮物定量分析所需设备及用具：万分之一分析天平，带盖称量瓶、干燥皿、烘箱、滤抽装置、定量滤纸等。5．水样：城市污水、制革污水、造纸污水或人工配制水样等。-55-. 图2絮凝沉淀试验装置示意1-水泵2-水池3-搅拌装置4-配水管闸门5-水泵循环管闸门6-各沉淀柱进水闸门7-各沉淀柱放水闸门8-溢流孔9-放水管10-取样口表1絮凝沉淀实验记录表实验日期水样柱号（号）沉淀时间(min)取样点编号（号）SS(mg/L)SS平均值(mg/L)取样点有效水深(m)备注1201-11-21-31-41-52402-12-22-32-42-53603-13-23-33-43-54804-14-24-34-44-551205-15-25-35-45-5四、实验步骤及记录1．将欲测水样倒入水池进行搅拌，待搅匀后取样测定原水悬浮物浓度SS值。2．开启水泵，打开水泵的上水闸门和各沉淀柱上水管闸门。3．放掉存水后，关闭放空管闸门，打开沉淀柱上水管闸门。4．依次向l—5沉淀往内进水，当水位达到溢流孔时，关闭进水闸门，同时记录沉淀时间。5根沉淀柱的沉淀时间分别为20、40、60、80、120min。5．当达到各柱的沉淀时间时，在每根柱上，自上而下地依次取样，测定水样悬浮物的浓度。-55-. 6．记录见表1。注意事项1．向沉淀柱进水时，速度要适中，既要防止悬浮物由于进水速度过慢而絮凝沉淀．又要防止由于进水速度过快，沉淀开始后柱内还存在紊流，影响沉淀效果。2．由于同时要由每个柱的5个取样口取样，故人员分工、烧杯编号等准备工作要做好，以便能在较短的时间内，从上至下准确地取出水样。3．测定悬浮物浓度时，一定要注意两平行水样的均匀性。4．注意观察、描述颗粒沉淀过程中自然絮凝作用及沉速的变化。五、实验整数据理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d=柱高H=水温℃原水悬浮物浓度SS0（mg／L）绘制沉淀柱及管路连接图2．实验数据整理将表1实验数据进行整理，并计算各取样点的去除率E，列成表了2。表2各取样点悬浮物去除率E值计算沉淀时间(min)取样深度（m）12345204060801200.61.21.82.43.03．以沉淀时间t为横坐标，以深度为纵坐标，将各取样点的去除率填在各取样点的坐标上，如图3.所示。4．在上述基础上，用内插法，绘出等去除率曲线。E最好是以5％或10％为一间距，如25％、35％、45％或20％、25％、30％。5．选择某一有效水深H，过H做x轴平行线，与各去除率线相交，再根据公式（1）计算不同沉淀时间的总去除率。6．以沉淀时间t为横坐标，E为纵坐标，绘制不同有效水深H的E～t关系曲线，及E～u曲线。图3各取样点去除率-55-. 六、实验结果讨论1．观察絮凝沉淀现象，并叙述与自由沉淀现象有何不同，实验方法有何区别。2．两种不同性质之污水经絮凝实验后，所得同一去除率的曲线之曲率不同，试分析其原因．并加以讨论。3．实际工程中，哪些沉淀属于絮凝沉淀。-55-. 固体废物的处理与处置好氧堆肥模拟实验一、实验目的有机固化废物的堆肥化技术是一种最常用的固体废物生物转换技术，是对固体废物进行稳定化、无害化处理的重要方式之一。能过本实验，达到以下目的：1)加深对好氧堆肥化的了解。2)了解好氧堆肥化过程的各种影响因素和控制措施。二、实验原理好氧堆肥化是在有氧条件下，依靠好氧微生物的作用来转化有机废物。有机废物中的可溶性有机物质可透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收，不溶性的胶体有机物质则先吸咐在微生物体外，依靠策生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动进行分解代谢和合成代谢，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并释放生物生长、活动所需要的能量；把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物繁殖，产生更多的生物体。三、实验装置与设备实验装置与设备与图所示。-55-. 实验设备规格表如下:序号名称型号规格备注1空气压缩机Z-0．29/72缓冲器H/Φ=380mm/260mm最高压力0.5MPa3转子流量计LZB-6，量程0-0.6m3/h20℃，101.3MPa4温度计量程0-100℃6注射器5．5mL8反应器主体H/Φ=480mm/390mm有机玻璃12温控仪0-50℃四、实验步骤1)将约40KG厨余垃圾进行破。2)取少量厨余垃圾称重后，沥除水分，放入烘箱中烘干。再称重后，计算垃圾含水率。3)将破碎后的垃圾投加到反应器中，一组控制供气流量1m3/（h.t），另一组控制供气流量3m3/（h.t）。4)在堆肥开始第1、3、5、8天，分别取样测定堆体的含水率，记录堆体中央的温度，从气体取样口取样测定O2、CO的浓度。五、实验结果整理记录实验主体设备的尺寸、实验温度、气体流量等基本参数。实验数据记录表如下：项目供气流量1m3/（h.t）供气流量1.5m3/（h.t）含水率温度O2CO含水率温度O2CO第1天第5天第9天第13天六、实验结果讨论:1.分析影响堆肥过程堆体含水率的主要因素。2.分析堆肥中通气量对堆肥过程的影响。3.绘制堆体温度随时间变化的曲线。固体废物的采样和制样一、实验目的和意义固体废物主要来源于人类的生产和消费活动。由于经济的迅速发展和人口的急剧增长，固体废物产量迅速增长，成分也日趋庞杂，污染问题已经成为世界性环境公害之一。-55-. 如果要进行固体废物的试验与分析，首先要进行试样的采样和制样。由于固体废物量大、种类繁多且混合不均，因此，与水质及大气试验分析相比，从废物这样的不均匀的批量中采集有代表性的试样的确很难。为满足试难或分析的要求，对采集的样品还必须进行一正宗的处理，即固体废物的制样。通过本实验达到以下要求：（1）了解固体废物采样和制样的目的和意义（2）掌握固体废物的采样、制样的基本方法（3）根据固体废物的性质及分析需要，学会制定采样和制样的方案。二、实验原理固体废物是一种由多种物质组成的异质混合体，应根据固体废物的性质及实验分析要求进行采样和制样。（1）份样数的确定份样数是由一批固体废物中的一个点或一个部分按规定量取出的样品个数，可由公式法或查表法确定。当已知份样间的标准偏差和允许误差时，可按下式计算份样数。n(t•s/△)0.5式中，n——必要的份样数s——份样间的标标准偏差△——采样允许误差t——选定置信水平下的概率度取n→∞时的t值作为最初t值，依次计算出n的初值。用对应于n初值的t值代入，不断迭代，直到算得的n值不变，此n值即为必要的份样数。当份样间的标准偏差和允许误差未知时，可按表2-1至表2-3经验确定份样数。表1批量大小与最少份样数单位：固体（t）；液体（1kL）批量大小最小份样数/个批量大小最小份样数/个批量大小最小份样数/个批量大小最小份样数/个〈15≥10030≥3020≥500060≥110≥50040≥5025≥1000080≥515≥100050表2贮存容器数量与最少份样数容器数量最小份样数/个容器数量最小份样数/个容器数量最小份样数/个容器数量最小份样数/个1~3所有344~5177~865~1255~61001~13319~104~644~5730~10008~9217~3436~7表3人口数量与生活垃圾分析用量最少份样数人口数量/万人〈5050~100100~200>200最小份样数/个8162030.(2)量的确定按表4确定每个份样应采的最小质量。所采的每个份样量应大致相等，其相对误差不大于20%。表中要求的采样铲容量为保证在一个地点或部位能够取到足够数量的份样量。-55-. 对于液态打废物的份样量以不小于100mL的采样瓶（或采样器）所盛量为宜。表4份样量和采样铲容量最大粒度/mm最小份样量/kg采样铲容量/mL最大粒度/mm最小份样量/kg采样铲容量/mL>1503020~402800100~150151600010~20130050~10057000<100.512540~5031700（1）采样技术①简单随机采样法当对一批废物了解很少，且采取的份样比较分散也不影响分析结果时，对其不做任何处理，不进行分类也不进行排队，而是按照其原来的状况从中随机采取份样。②系统采样法在一批废物以运送带管道等形式边疆排出的移动过程中，按一定的质量或时间间隔采份样，份样间的间隔按下式计算。T≦Q/n或T′≦60Q/G•n式中，T——采样质量间隔，t；T′——采样时间间隔，min；Q——批量，t；n——份样数；G——每小时排出量，t/h。采第一个份样时，不准在第一间隔的起点开始，可在第一间隔内任意确定。③分层采样法一批废物分次排出或某生产工艺过程的废物间歇排出过程中，可分n层采样，根据每层的质量，按比例采取份样。第i层采样份数按下式计算。ni=nQL/Q式中，ni——第i层应采样份数；n——份样数；QL——第i层废物质量，t；Q——批量，t。④两段采样法简单随机采样、系统采样、分层采样都是一镒就直接从批废物中采取份样，称为单阶段采样。当一批废物由许多车、桶、箱、袋等容器盛装时，由于各容器件比较分散，所以要分阶段采联。首先从批废物总容器件数N0中随机抽取ni件容器，然后再从ni件的每一件容器中采n2个份样。推荐当N0≦6时，取n1=N0；当N0>6时，按下式计算n1≥3×N01/3(小数进整数)推荐第二阶段的采样数n≥3,即n1件容器中的每个容器均随机采上、中、下最少各3个份样。(4)采样点对于堆存、运输中的固态固体废物和大池（坑、塘）中的液态固体废物，可按对角线形、梅花形、棋盘形、蛇形等点分布确定采样点（采样位置）。-55-. 对于粉末状、小颗粒的固体废物，可按垂直方向，事实上浓度的部位确定采样点（采样位置）。对于容器内的固体废物，可按上部（表面下样当于总体积的1/6深处）、中部（表面下相当于总体积的1/2深处）、下部（表面下相当于总体积的5/6深处）确定采样点（采样位置）。根据采样方式（简单随机采样、系统采样、分层采样、两段采样等）确定采样点（采样位置）。(5)制样制样的目的是从采取的小样或大样中获取最佳量、最代表性，能满足试验或分析要求的样品。固态废物样品制备包括以下四个不同操作。1)粉碎经破碎和研磨以减小样品的粒)度。用机械方法或人工方法破碎研磨，使样品分阶段达到相主尖排料的最大粒度。2)筛分使样品保证95%以上处于某一粒度范围。根据粉碎阶段排料的最大粒度，选择相应的筛号，分阶段筛出一定粒度范围的样品。3)混合使样品达到均匀，用机械设备或人工转堆法，使过筛的一定粒度范围的样品充分混合，以达到均匀分布。4)缩分将样品缩分成两面三刀份或多份，以减少样品的质量。样品的缩分可以采用圆锥四分法，即将样品置于清洁、平整不吸水的台面（地板革）上，堆成圆锥形，每铲至圆锥的顶端落下，使均匀地沿堆尖散落，不可使圆锥中心错位，反复转堆至少三次，使其充分混匀，然后将圆锥顶端轻轻压平，摊开物料后，用十字人分样板自上压下，分成四等份，任取对角的两等份，重复操作数次，直到不秒于1kg试样为止。液态废物制样主要为混匀、缩分。缩分采用二分法，每次减量一半，直到试验分析用量的10倍为止。三、实验用具固体废物的采样工具包括：尖头钢铲；尖头镐；采样铲（采样器）；具盖采样桶或内衬塑料的采样袋等。四、实验步骤1.采样前准备。为了使采集的样品具有代表性，在采集之前要调查研究生产工艺过程、废物类型、排放数量、堆积历史、危害程度和综合利用情况。如休集有害废物则应根据其有害特性采取相应的安全措施。2.据固体废物的特性确定采样份样数和份样量。安排采样方法及布设采样点。3.采样，同时认真填写采样记录表。五、试验数据处理与记录固体废物采样和制样记录表如表5和表6所示。表5固体废物采样记录表采样时间：年月日采样地点：样品名称废物来源份样数采样法份样量采样人采样现场简述废物产生过程简述采样过程简述-55-. 样品可能含有的主要主害成份样品保存方式及注意事项表6固体废物制样记录表制样时间：年月日制样地点：样品名称送样人样品量制样人制样目的样品性状简述制样过程简述样品保存方式及注意事项垃圾渗沥液中氯化物的测定一、实验目的掌握用硝酸银滴定法测定水中氯化物的原理和方法。二、实验原理在中性或弱碱性溶液中，以铬酸钾为指示剂，用硝酸银滴定氯化物时，由于氯化银的溶解度小于铬酸银的溶解度，水样中的氯离子首先被完全沉淀后，铬酸银才以铬酸银形式沉淀出来，产生砖红色物质，指示氯离子滴定的终点。反应如下：Ag++Cl-=AgCl↓（白色）2Ag++CrO42-=Ag2CrO4↓（砖红色）沉淀形成的快慢与铬酸根离子的浓度有关。且必须加入中量的指示剂。由于稍过量的硝酸银与铬酸钾形成铬酸银沉淀的终点较难判断，所以需要用蒸馏水做空白滴定，以做对照判断（使终点色调一致）。1.干扰及消除溴化物、碘化物和氰化物均能起与氯化物相同的反应。硫化物、硫代硫酸盐和亚硫酸盐干扰测定，可用过氧化氢处理予以消除；正磷酸盐含量超过25mg/L时发生干扰；铁含量超过10mg/L时终点模糊，可用对苯二酚还原成亚铁消除干扰；少量有机物的干扰可用高锰酸钾处理消除。当废水中有机物含量高或色度大，难以辨别滴定终点时，采用加入氢氧化铝进行沉降过滤法去除干扰。2.测定范围本法适用的浓度范围为10-500mg/L。三、试验仪器150mL锥形瓶；50mL棕色酸式滴定管。1.试剂1)氯化钠标准溶液；将基准试剂氯化钠置于坩埚中，在500-600℃加热40-50min。冷却后，称取8.24g溶于蒸馏水，并稀释至1000mL。吸取10-55-. mL，用水定容至100mL。此溶液每mL含0.5mg氯化物。1)硝酸银标准溶液：称取2.395g硝酸银溶于蒸馏水，并稀释至1000mL，贮存于棕色瓶中。用氯化钠标准溶液标定其准确浓度，步骤如下：吸取25mL氯化钠标准溶液置于锥形瓶中，加水25mL。另取一锥形瓶，取50mL水做为空白。将上述两个锥形瓶各加入1mL铬酸钾指示液，在不断摇动下用硝酸银标准溶液滴定，至砖红色沉淀刚出现时为止。2)铬酸钾指示液：称取5g铬酸钾溶于少量水中，滴加上述硝酸银至有红色沉淀生成，摇匀，静置12h，然后过滤，用水将滤液稀释到100mL。3)酚酞指示液：称取5g酚酞溶于50mL95%乙醇中，加入50mL水，再滴加0.05mol/L氢氧化钠溶液使溶液呈微红色。4)0.05mol/L硫酸溶液。5)0.2%氢氧化钠溶液：称取0.2g氢氧化钠溶于水中，并稀释至100mL。6)氢氧化铝悬浮液：称取125g硫酸钾铝溶于1000mL蒸馏水中加热至60℃，然后边搅拌喧缓缓加入55mL氨水。放置约1h后，移至一个大瓶中，用倾泻法反复洗涤沉淀物，直到洗涤液不含氯离子为止，加水到悬浮液体积约为1000mL。7)30%过氧化氢。8)高锰酸钾。9)95%乙醇四、操作步骤1、水样预处理1)若水样带有颜色，则取150mL水样置于250mL锥形瓶中，或取适当的水样稀释至150mL。加入2mL氢氧化铝悬浮液，振荡过滤，弃去最初滤液20mL。2)若水样有机物含量高或色度大，用上述方法不能消除其影响时，可采用蒸干后灰化法预处理。取适量废水样在坩埚中，调节pH值至8-9，在水浴上蒸干，置于马福炉中在600℃灼烧1h。取出冷却后，加10mL水使其溶解，移入锥形瓶中，调节pH值至7左右，稀释到50mL。3)若水样中含有硫化物、亚硫酸盐或硫代硫酸盐，则加氢氧化钠溶液将水调节至中性或弱碱性，加入1mL30%过氧化氢，摇匀。1min后，加热至70-80℃，以除去过量的过氧化氢。4)若水样中的高锰酸盐指数超过15mg/L，可加入少量高锰酸钾晶体，煮沸，加入数滴乙醇以除去多余的高锰酸钾，再进行过滤。2、水样测定1)取50mL水样或经过预处理的水样（若氯化物含量高，可取适量水样用水稀释至50mL）置于锥形瓶中。2)如水样的pH值在6.5-10.5时，可直接测定，超出此范围的水样应以酚酞作指示剂，用0.05mol/L硫酸溶液或0.2%氢氧化钠溶液调节pH值至8左右。3)加入1mL铬酸钾溶液，用硝酸银标准溶液滴定到砖红色沉淀刚刚出现，即为终点。3、空白试验以50mL水代替水样做空白试验，操作步骤同2水样测定。a)计算氯化物的含量可按下式计算：氯化物=（V2-V1）×c×35.45×1000/V式中，V1——蒸馏水消耗硝酸银标准溶液的体积，mL；-55-. V2——水样消耗硝酸银标准溶液的体积，mL；c——硝酸银标准溶液的浓度，mol/L；V——水样体积，mL。35.45——氯离子摩尔质量，g/mola)注意事项1、滴定不能在酸性溶液中进行。在酸性介质中CrO42-按下式反应而使浓度大大降低，影响等当点时Ag2CrO4的生成。2CrO42-+2H+→2HCrO4→Cr2O72-+2H2O滴定也不能在强碱性介质中进行，因为Ag+将形成AgO2沉淀。2．铬酸钾溶液的浓度影响终点到达的迟早。在50-100mL被滴定液加入5%铬酸钾溶液1mL，使CrO42-为2.6×10-3-5.2×10-3mol/L。在滴定终点时，硝酸银加入量略过终点，误差不超过0.1%，可用空白测定消除。-55-.'