环境工程原理实验报告.docx
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环境工程原理实验报告
环境工程原理
实验报告
专业班级:
姓名:
学号:
课程名称:
环境工程原理
指导教师:
环境与资源学院
2015年12月26日
1.板框压滤机过滤实验
1.1实验目的
(1)熟悉板框过滤机的结构和操作法;
(2)测定在恒压过滤操作时的过滤常数;
(3)掌握过滤问题的简化工程处理法。
1.2实验原理
1.2.1过滤原理
过滤是利用能让液体通过而截留固体颗粒的多介质(滤布和滤渣),使悬浮液中的固、液得到分离的单元操作。
过滤操作本质上是流体通过固体颗粒床层的流动,所不同的是,该固体颗粒床层的厚度随着过滤过程的进行不断增加。
过滤操作可分为恒压过滤和恒速过滤。
当恒压操作时,过滤介质两侧的压差维持不变,则单位时间通过过滤介质的滤液量会不断下降。
过滤速率基本程的一般形式为:
恒压过滤时,对上式积分可得:
对上式微分可得:
该式表明dτ/dq~q为直线,其斜率为2/K,截距为2qe/K,为便于测定数据计算速率常数,可用Δτ/Δq替代dτ/dq,则上式可写成:
将Δτ/Δq对q标绘(q取各时间间隔的平均值),在正常情况下,各点均应在同一直线上,直线的斜率为2/K=a/b,截距为2qe/K=c,由此可求出K和qe。
1.2.2板框压滤机结构及运作
板框压滤机主要结构(见图1-1)组成:
(1)机架:
机架是压滤机的基础部件,两端是止推板和压紧头,两侧的大梁将二者连执着起来,大梁用以支撑滤板、滤框和压紧板。
a、止推板:
它与支座连接将压滤机的一端坐落在地基上,厢式压滤机的止推板中间是进料,四个角还有四个,上两角的是洗涤液或压榨气体进口,下两角为出口(暗流结构还是滤液出口)b、压紧板:
用以压紧滤板滤框,两侧的滚轮用以支撑压紧板在大梁的轨道上滚动。
c、大梁:
是承重构件,根据使用环境防腐的要求,可选择硬质聚氯乙烯、聚丙烯、不锈钢包覆或新型防腐涂料等涂覆。
(2)压紧机构:
手动压紧、机械压紧、液压压紧。
a、手动压紧:
是以螺旋式机械千斤顶推动压紧板将滤板压紧。
b、机械压紧:
压紧机构由电动机(配置先进的过载保护器)减速器、齿轮付、丝杆和固定螺母组成。
压紧时,电动机正转,带动减速器、齿轮付,使丝杆在固定丝母中转动,推动压紧板将滤板、滤框压紧。
当压紧力越来越大时,电机负载电流增大,当大到保护器设定的电流值时,达到最大压紧力,电机切断电源,停止转动,由于丝杆和固定丝母有可靠的自锁螺旋角,能可靠地保证工作过程中的压紧状态,退回时,电机反转,当压紧板上的压块,触压到行程开关时退回停止。
c、液压压紧:
液压压紧机构的组成由液压站、油缸、活塞、活塞杆以及活塞杆与压紧板连。
(3)过滤机构:
过滤机构由滤板、滤框、滤布、压榨隔膜组成,滤板两侧由滤布包覆,需配置压榨隔膜时,一组滤板由隔膜板和侧板组成。
隔膜板的基板两侧包覆着橡胶隔膜,隔膜外边包覆着滤布,侧板即普通的滤板。
物料从止推板上的时料进入各滤室,固体颗粒因其粒径大于过滤介质的径被截留在滤室里,滤液则从滤板下的出液流出。
滤饼需要榨干时,除用隔膜压榨外,还可用压缩空气或蒸气,从洗涤口通入,气流冲去滤饼中的水份,以降低滤饼的含水率。
图1-1板框压滤机结构
运作式:
由供料泵将悬浮液压入滤室,在滤布上形成滤渣,直至充满滤室。
滤液穿过滤布并沿滤板沟槽流至板框边角通道,集中排出。
过滤完毕,可通入清洗涤水洗涤滤渣。
洗涤后,有时还通入压缩空气,除去剩余的洗涤液。
随后打开压滤机卸除滤渣,清洗滤布,重新压紧板、框,开始下一工作循环。
板框压滤机对于滤渣压缩性大或近于不可压缩的悬浮液都能适用。
适合的悬浮液的固体颗粒浓度一般为10%以下,操作压力一般为0.3~0.6兆帕,特殊的可达3兆帕或更高。
过滤面积可以随所用的板框数目增减。
板框通常为正形,滤框的边长为320~2000毫米,框厚为16~80毫米,过滤面积为1~1200米2。
板与框用手动螺旋、电动螺旋和液压等式压紧。
板和框用木材、铸铁、铸钢、不锈钢、聚丙烯和橡胶等材料制造。
1.3操作步骤
如图1-2所示,板式压滤机操作主要有如下三个步骤。
第一步压紧:
压滤机操作前须进行整机检查:
查看滤布有无打折或重叠现象,电源是否已正常连接。
检查后即可进行压紧操作,首先按一下“启动”按钮,油泵开始工作,然后再按一下“压紧”按钮,活塞推动压紧板压紧,当压紧力到达调定高点压力后,液压系统自动跳停。
图1-2板框压滤机基本操作流程图
第二步进料:
当压滤机压紧后,即可进行进料操作:
开启进料泵,并缓慢开启进料阀门,进料压力逐渐升高至正常压力。
这时观察压滤机出液情况和滤板间的渗漏情况,过滤一段时间后压滤机出液出液量逐渐减少,这时说明滤室滤渣正在逐渐充满,当出液口不出液或只有很少量液体时,证明滤室滤渣已经完全充满形成滤饼。
如需要对滤饼进洗涤或风干操作,即可随后进行,如不需要洗涤或风干操作即可进行卸饼操作。
第三步洗涤或风干:
压滤机滤饼充满后,关停进料泵和进料阀门。
开起洗涤泵或空压机,缓慢开启进洗液或进风阀门,对滤饼进行洗涤或风干。
操作完成后,关闭洗液泵或空压机及其阀门,即可进行卸饼操作。
第四步卸饼:
首先关闭进料泵和进料阀门、进洗液或进风装置和阀门,然后按住操作面板上的“松开”按钮,活塞杆带动压紧板退回,退至合适位置后,放开按住的“松开”按钮,人工逐块拉动滤板卸下滤饼,同时清理粘在密封面处的滤渣,防止滤渣夹在密封面上影响密封性能,产生渗漏现象,至此一个操作期完毕。
1.4分析与讨论
1.4.1在使用板框压滤机是,为什么初期滤液是浑浊的?
答:
板框压滤机所采用的过滤式其机理是滤饼过滤,是使用织物、多材料或膜作为过滤介质,过滤介质只是起着支撑滤饼的作用,随滤饼的形成真正起过滤介质作用的是滤饼本身。
在过滤初期,滤饼没有形成,而部分小颗粒可以进入甚至穿过介质的小,因此,初期滤液是浑浊的。
1.4.2滤浆浓度和过滤压强对K值有什么影响?
答:
K=2k·Δp^(1-s),s为滤屏压缩性指数,对不可压缩滤饼,s=0.。
k=1/(μrc),μ为滤液黏度,r为比阻,c为浓度。
所以一般地讲,滤浆浓度越大,过滤常数K越小,滤浆浓度越小,K越大。
过滤压强Δp越大,过滤常数K也越大,反之则越小。
1.4.3当操作压强增加一倍,其K值是否也增加1倍?
要得到同样的滤液量,其过滤时间是否缩短了1半?
答:
对不可压缩滤饼,当操作压强增加一倍,其K值也增加1倍。
由恒压过滤公式:
q2+2qqe=Kt可得,保持同样的滤液量,其过滤时间缩短了一半。
2.活性炭吸附实验
2.1实验目的
(1)通过实验埋解沾性炭对污染物的吸附去除
(2)掌握用静态吸附法确定活性炭等温吸附式的法
2.2实验原理
活性炭吸附是目前国外应用比较多的一种水处理手段。
由于活性炭对水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废水,在有些特殊情况下也用于水处理。
活性炭吸附利用活性炭固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用,达到净化水质的目的。
活性炭的吸附作用产生于两个面,一是物理吸附,指的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;另一个是化学吸附,指活性炭与被吸附物质之间的化学作用。
活性炭的吸附是上述两种吸附综合作用的结果。
当活性炭在溶液中的吸附和解析处于动态平衡状态时,成为吸附平衡,此时,被吸附的物质的溶液中的浓度和再活性炭表面的浓度均不再变化,而此时被吸附的物质在溶液中的浓度成为平衡浓度,活性炭的吸附能力以吸附容量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(mg/g);
V——污水体积(L);
C0,C——为吸附前原水和吸附平衡时污水中的物质的质量浓度(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与吸附平衡时的质量浓度C之间关系曲线称为吸附等温线。
在水处理工艺中,通常用Freundlich吸附等温线来表示活性炭吸附性能。
其数学表达式为:
式中:
K——与吸附比表面积、温度有关的系数;
n——与温度有关的常数;
q——活性炭吸附量,即单位质量的吸附剂所吸附的物质量(mg/g)
C——吸附平衡时污水中的物质的质量浓度(g/L)。
K,n求法是通过间歇式活性炭吸附实验测得q,c相应之值,将上式取对数后变换为下式:
相应值绘在双对数坐标上,所得直线斜率为1/n,截距为K。
将q、C相应值点绘在双对数坐标纸上,所得直线的斜率为1/n,截距则为K,如下图:
2.3实验设备及用具
1)恒温振荡器一台
2)12个三角瓶500ml
3)COD测定器
4)活性炭粉末
5)废水
2.4步骤及记录
1)在6个250mL的锥形瓶中分别投加0mg、100mg、200mg、300mg、400mg、500mg粉状活性炭。
2)在每个三角烧瓶中投加150ml废水,
3)测定水温,将三角烧瓶放在15℃振荡器上振荡30min,基本可达到吸附平衡,停止振荡。
4)8000r/min离心10分钟后取3mL上清液,加入1mL0.500moL/L重铬酸钾,6mL硫酸银-硫酸混合液,在167.8℃的消解仪上消解15分钟。
5)静置15min,吸取上清液。
测定COD值,记录实验数据,求出吸附量q。
2.5实验结果整理
实验记录数据如表2-1
表2-1活性炭吸附试验原始数据表
序号
样品详情
吸光度
#
消解组空白对照
0.011
0
无活性炭投加
0.226
1
投加100g活性炭
0.23
2
投加200g活性炭
0.216
3
投加300g活性炭
0.076
4
投加400g活性炭
0.
因消解组空白对照组的吸光度不为0,因此,各组需要减去消解组空白对照所得吸光度,由标准曲线(图2-1)可以分析得到各自吸光度所对应的COD值,详见表2-2。
图2-1COD高量程标准曲线
而q为单位质量的吸附剂所吸附的物质量,因此根据吸附前后COD值的变化和所加废水的量可求得各组对应的活性炭吸附量,详见表2-2。
表2-2活性炭吸附处理数据表
序号
吸光度(Abs)
COD(mg/L)
COD去除值(mg/L)
活性炭吸附量q(mg/kg)
0
0.215
678.0
-
-
1
0.219
691.3
-13.3
-19.95
2
0.205
644.7
33.3
24.98
3
0.065
.0
500.0
250.00
4
0.
121.3
556.7
208.76
5
0.092
268.0
410.0
123.00
实验中,加入100mg活性炭的样品所计算出的q若为负值,说明活性炭明显的吸附了溶剂,因此,只能舍去此值。
根据Freundlich变形公式,可求出lgC与lgq数值(详见表2-3),并画出等温曲线图(图2-2).
表2-3Freundlich拟合所用的lgC与lgq数据表
序号
COD(mg/L)
活性炭吸附量q(mg/kg)
lnq
lnC
2
644.7
24.98
3.2181
6.4688
3
.0
250.00
5.5215
5.1818
4
121.3
208.76
5.3375
4.7983
5
268.0
123.00
4.8122
5.5910
图2-2Freundlich等温吸附线
由图2-2可知,拟合直线的斜率为-1.3863,截距为12.361,lgq与lgC曲线的直线拟合相关系数为:
R2=0.9003,相关性不算很好。
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