环境工程实验指导书.docx
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环境工程实验指导书
实验一印染废水的混凝实验(3学时)
一实验目的
1.通过混凝实验,观察混凝现象,加深对混凝理论的理解。
2.选择和确定某种水样的最佳混凝工艺的方法:
(1)通过本实验,确定某水样最佳混凝剂的类型;
(2)了解水力条件、pH值等对混凝效果的影响。
二实验原理
混凝阶段的处理对象主要是水中的悬浮物和胶体物质。
大颗粒的悬浮物可以通过自身重力作用沉降,但是胶体则是一种稳定的分布状态,自然沉淀很难去除。
书中的胶体颗粒主要是带负电的粘土颗粒,由于静电斥力和水化作用等,使得胶体颗粒具有分散稳定性,其中静电斥力影响最大。
向水中投加混凝剂
(1)使溶液中的离子浓度增加,压缩胶团的扩散层,使ζ电位降低、静电斥力减小,破坏了其双电层的稳定性,胶体得以迅速凝聚。
(2)混凝剂中和了部分胶体颗粒的电荷,破坏了整体的胶体电平衡,使得胶体迅速凝聚。
(3)混凝剂分子一般是直连大分子,在胶粒之间形成了吸附架桥,是胶粒形成大胶团,产生絮凝体,由于重力作用而沉降。
(4)混凝剂的金属盐和形成的网状絮体对胶体颗粒起到一个网捕作用。
消除或降低胶体颗粒的稳定性过程叫脱稳。
脱稳后的胶粒凝聚为较大胶团,大胶团在一定水利条件下形成絮凝体,俗称矾花。
直径越大的矾花越容易沉降。
自混凝剂投加至矾花形成的过程叫混凝。
混凝过程中选择混凝剂是关键。
常见的混凝剂有无机混凝剂,包括铝盐(硫酸铝,明矾,聚合氯化铝)、铁盐(硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁),有机混凝剂,包括人工合成(阴离子型—聚丙烯酸钠,阳离子型—聚乙烯吡烯盐,非离子型—聚丙烯酰胺PAM)和天然高分子(淀粉、树胶、动物胶)。
因此混凝剂很难确定。
在选定混凝剂后需要进一步确定其投加量和pH值影响。
羟基OH-可以促进桥联作用,但过多的羟基又促进颗粒带负电,有些混凝剂需要在酸性条件下水解才能发挥作用。
另外絮凝体的形成还受外界因素如水温、水力条件和沉淀时间等影响。
这些都需要试验确定。
三实验设备和仪器
1.分光光度计
2.六联搅拌器(采用六个机械搅拌器代替)
3.400ml烧杯6个,100ml烧杯6个
4.5ml,10ml移液管各1支
5.玻璃棒2支
6.洗耳球1个
7.50ml去针头注射器1个
四试剂
硫酸铝(Al2(SO4).18H2O)10g/L
三氯化铁FeCl3.6H2O10g/L
盐酸HCl(CR)10%
氢氧化钠NaOH10%
聚丙烯酰胺PAM1mg/L
染液
五实验步骤
1.分别取染料废水200ml至于六个大烧杯中
(1)在上述六个烧杯中分别加入HCl3ml、2ml、1ml;NaOH1ml、2ml、5ml,并用玻璃棒搅拌均匀。
(2)在
(1)的六个烧杯中分别加入10mlAl2(SO4).18H2O溶液,在搅拌器上快速(300-500转/分)搅拌30S,中速(约150转/分)搅拌5min,再慢速(80-100转/分)搅拌5min,最后静置5min。
(3)观察记录矾花的形状及水力条件的影响。
(4)分别取六个烧杯中的上清液测吸光度并做好记录。
2.将1中的Al2(SO4).18H2O替换为FeCl3.6H2O作为混凝剂,重复上述操作。
3.将1中的Al2(SO4).18H2O替换为PAM作为混凝剂,重复上述操作。
六实验结果整理
1.观察现象并记录;
2.做表记录实验数据,并做好数据处理;
3.实验总结分析。
实验二染料废水的活性炭吸附试验(3学时)
一实验目的
1.通过活性炭吸附实验,了解活性炭吸附工艺及其性能。
2.掌握“间歇法”确定活性炭吸附公式中常数的方法。
二实验原理
吸附是废水治理工艺中最常用的方法之一,多用于浓度高、废水水量小的有机污染物的处理。
吸附是一种界面现象。
其机理可以分为:
物理吸附,指通溶质分子过分子间作用力吸附于吸附剂表面;化学吸附,通过一定的化学反应,通过化学键吸附于吸附剂表面;离子交换。
这三种往往相伴发生。
常用的吸附剂有活性炭、硅藻土、木炭、树脂等。
而活性炭吸附表现出出水水质稳定等优点,常用于饮用水和多种污水处理。
活性炭的吸附机理是通过活性炭的多孔结构对大分子或者颗粒物的吸附,当活性炭表面聚集的分子或颗粒达到一定浓度时,活性炭处于吸附和解吸的平衡状态,此时称为吸附平衡。
达到吸附平衡时活性炭的吸附能力用吸附量q表示
q=V(C0-C)/m
V表示污水体积;C0,C分别表示原水浓度和吸附平衡时污水浓度,m是活性炭投加量
在温度一定的条件下,吸附量q与吸附平衡溶液浓度C之间的关系成为吸附等温线,水处理中常用费兰德李希吸附等温线表示:
q=K*C1/nK吸附常数,n吸附指数
变换后为lgq=lgK+1/nlgC
本实验通过间歇式活性炭吸附试验测定q、C值,将lgq、lgC绘制在坐标上,所得直线斜率即为1/n,截距即为lgK。
本实验用吸光度来测定浓度A=k*C
则q=V(A0-A)/km=C1/n*K=(A/k)1/n*K
q'=V(A0-A)/m=(A/k)1/n*K=A1/n*K
两边取对数得lgq'=1/n*lgA+lgk'其中q'=V(A0-A)/m
将lgq'和lgA绘制在坐标图上,得出直线斜率1/n和截距lgk',从而可以求得n和k'。
三实验设备和仪器
分光光度计
搅拌器
电子天平
400ml烧杯5个,100ml烧杯5个
玻璃棒2根
锥形漏斗2-5个
滤纸
四试剂
染液
粉状活性炭(预处理包装)
五实验步骤
1.分别取0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g活性炭于5个400ml烧杯中;
2.在以上5个烧杯中分别加入400ml染料废水,用搅拌器搅拌20min;
3.将分光光度计预热调零,测定原液的吸光度A0;
4.分别取上述5个烧杯中的滤液,用分光光度计测定其吸光度,分别记A1、A2、A3、A4、A5。
六实验结果整理
1.将数据处理列表并作图
2.求出吸附指数n和k'
3.你的建议?
实验三离子交换树脂交换容量的测定(3学时)
一实验目的
1.加深离子交换基本理论的理解。
2.掌握离子交换树脂容量的测定方法。
二实验原理
离子交换是一种特殊的固体吸附过程,它是由离子交换剂在电介质溶液中进行的。
一般的离子交换剂是一种不溶于水的固体颗粒状物质,它能够从电介质溶液中吸取某种阳离子或阴离子,而把本身所含的另一种相同电荷符号的离子等当量的交换,释放到溶液中去,按照所交换的离子的种类,可以分为阳离子交换和阴离子交换两大类。
阳离子交换树脂以钠离子(钠型)或氢离子(氢型)置换溶液中的阳离子,从而将其去除掉。
置换反应为:
钠型Na2R+M2+——MR+2Na+
氢型H2R+M2+——MR+2H+
(R表示树脂基团M2+表示阳离子)
阴离子置换反应
R(OH)2+A2-——RA+2OH-
强酸性树脂交换能力
阳离子交换能力大小:
Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>NH+>Na+>H+>Li
阴离子交换能力大小:
草酸离子>柠檬酸离子>PO43->SO42->Cl->NO3-
实际上废水通常含有多种阳离子和阴离子,实际交换过程复杂得多。
树脂性能的测定目前尚无统一规定,可根据需要对物理性状和化学性状进行测定。
在应用中,用树脂的交换容量表示可交换的离子量,是树脂的重要技术指标。
树脂的交换容量又分为:
全交换容量、平衡交换容量和工作交换容量。
本实验中测定的是实际工作交换容量。
三实验设备和仪器
400ml烧杯2个
1000ml容量瓶1-3个
20ml移液管1支
250ml锥形瓶1-3个
碱式滴定管架1套
漏斗1只
滤纸
pH试纸(1-14,5.5-9.0)若干
四试剂
阳离子交换树脂
CaCl2溶液(1N)
HCl溶液(0.1N)
标准NaOH溶液(0.1N)
酚酞试剂(1%)
五实验步骤
1.在加有3g阳离子交换树脂的烧杯中加入300mlHCl溶液,剧烈搅拌10min,使树脂酸化完全、充分。
2.将上述混合物过滤,使阳离子交换树脂存在于滤纸上,并用蒸馏水冲洗。
3.将带有阳离子将换树脂的漏斗插在容量瓶上,用CaCl2溶液进行离子交换。
用pH试纸测其滴下的滤液,当pH=6-7时,停止加入CaCl2溶液。
4.将容量瓶中的滤液用水稀释至1000ml,且混合均匀。
5.用移液管移取50ml稀释后的滤液于锥形瓶中,加入1-2滴酚酞试剂,用标准NaOH溶液标定。
当溶液变红时停止滴定,记录所用NaOH溶液的体积。
(步骤5重复3次,取3次所用NaOH溶液体积的平均值)
六实验结果整理
1实验数据记录
V1
V2
V3
V
滤液体积(ml)
NaOH溶液体积(ml)
2.计算交换容量
工作交换容量
其中,N——NaOH溶液的当量浓度
V——NaOH溶液的用量(ml)
W——树脂质量(g)
实验四铁碳内电解实验(3学时)
一实验目的
1.了解铁炭内电解作用的原理。
2.比较铁炭内电解在不同pH值下的处理效果。
二实验原理
铁碳内电解的原理是在电解质溶液中,铁颗粒和碳颗粒构成微小原电池正极和负极,发生氧化还原反应,使染料等有机物被氧化还原破坏生色基团。
铁碳内电解机理很复杂,归纳起来主要有以下几点:
(1)氢的还原作用
从电极反应中得到的新生态氢具有较大的活性,能与印染废水中许多组分发生氧化还原作用,破坏共轭体系中的发色结构,使偶氮基断裂,硝基还原为胺基等促使断链、脱色。
(2)铁离子的混凝作用
从阳极得到的Fe2+在氧和碱性条件下会生成Fe(OH)2和Fe(OH)3。
这两种物质均是高效混凝剂,特别是氢氧化铁具有良好的脱色作用。
(3)铁的还原作用
铁是活泼金属,在酸性条件下,它的还原能力能是某些有机物被还原为还原态,例如将硝基还原为胺基。
而生成的Fe2+能使偶氮染料的发色基团还原降解。
(4)电化学腐蚀
铁碳合金在废水中形成为电池回路,发生电解反应:
阳极Fe:
Fe-2e——Fe2+E0(Fe2+/Fe)=-0.44V
阴极C:
2H++2e——2[H]——H2E0(H+/H2)=0V
有氧气时:
O2+4H++4e——2H2OE0(O2)=1.23V(酸性条件)
O2+2H2O+4e——4OH-E0(O2/OH-)=0.40V(中性或碱性条件)
在废水处理时,生成的Fe2+对废水处理具有重要意义,它能将废水中的染料分子降解,并能生成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀,其吸附、捕集、架桥的作用。
三实验设备和仪器
搅拌器
分光光度计
400ml烧杯6个
电子天平
5ml移液管1支
锥形漏斗
滤纸
玻璃棒1根
四试剂
染液
铁粉
碳粉
HCl溶液(1mol)
NaOH溶液(1mol)
五实验步骤
1.用分光光度计测原水吸光度。
2.将称取的0.2g碳粉,2g铁粉,0.2g碳粉+2g铁粉分别加入3只盛有200ml染液的烧杯中,搅拌10min。
3.在加有铁粉的烧杯中分别加入片碱少许,使pH值9-10(约1小片),并搅拌10min后过滤,测滤液的吸光度。
4.称取3份0.2g碳粉+2g铁粉分别加入3只盛有200ml染液的烧杯中,并将pH值分别调至2~3,6,8~9,搅拌10min。
在3只烧杯中分别加入片碱1小片,并搅拌10min,过滤后测其吸光度。
六实验结果整理
1.数据记录
原水
0.2g碳粉
2g铁粉
铁碳pH2~3
铁碳pH6
铁碳pH8~9
A
2.现象分析
实验五混凝法处理未知生活污水(4学时)
一实验目的
1.掌握常规水质分析操作。
2.熟悉混凝法操作。
二实验原理
生活污水是城市污水的主要来源,是污水厂处理的主要对象。
混凝法适合去除污水中的悬浮物,这有利于富含有机物的悬浮物沉降,从而降低COD、色度和SS等指标。
处理污水前,我们需要了解污水的常规指标。
COD的测定通常采用国标法,即通过重铬酸钾、硫酸硫酸银消解法,比较耗时。
色度的测定有铂钴比色法和稀释倍数法,铂钴比色法相对准确,但是试剂繁琐而且比较昂贵。
稀释倍数法操作简单,基本不需要什么试剂,但是方法粗糙,测量结果不太准确。
本实验中采用稀释倍数法测量色度变化。
SS的测量可以采用浊度仪测量,在没有浊度仪的情况下,可以采用过滤法测量。
过滤时使用一定孔径的玻璃滤膜抽滤,或者使用密实的滤纸过滤,然后采用烘干至恒重的方法测量过滤产物的重量。
此外还可以通过分光光度计测量微生物含量和可(难)生化降解有机物含量。
三实验设备和仪器
分光光度计(配石英比色皿)
比色管
水里循环真空泵
布氏漏斗(慢速滤纸)
烘箱
分析天平
搅拌器(3台)
400ml烧杯(6个)
玻璃棒
移液管(1ml,5ml,10ml各一支)
洗耳球
四试剂
未知生活污水
硫酸铝(Al2(SO4).18H2O)10g/L
三氯化铁FeCl3.6H2O10g/L
氢氧化钠NaOH10%
五实验步骤
1.取原水用稀释倍数法测定色度,用光度计测定OD600、UV254,用过滤法测定SS等常规指标。
2.选择合适的混凝剂对未知生活污水进行混凝处理。
3.取处理后的上清液测定色度、OD600、UV254、SS等指标。
六实验结果整理
对比处理前后未知生活污水的指标变化,分析混凝处理的效果,求出对应指标去除率。
实验六污泥性能参数的测定(4学时)
一实验目的
1.掌握污泥沉降比、干湿密度的测定。
2.加深了解污泥的性能参数。
二实验原理
活性污泥由四部分物质组成:
①具有活性的微生物群体(Ma)②微生物自身氧化的残留物质(Me)原污水挟入的不能为微生物降解的惰性有机物质(Mi)④原污水挟入的无机物质(Mii)。
混合液悬浮固体浓度MLSS=Ma+Me+Mi+Mii,表示的混合液中污泥的浓度。
污泥沉降比SV%是混合液在量筒内静止30min后形成沉淀污泥的容积所形成的沉淀所占的容积的百分率,能够相对反应污泥浓度和污泥的絮凝、沉降性能。
,称为污泥指数,能更好的反应污泥的絮凝和沉降性能。
三实验设备和仪器
水力循环真空泵
布氏漏斗(定性滤纸)
烘箱
分析天平
25或50ml称量瓶
100ml量筒
小剪刀
四试剂
活性污泥(好氧段)
五实验步骤
1.将干净的100ml量筒用蒸馏水冲洗甩干。
2.取100ml均匀的活性污泥至量筒,并开始计时。
3.观察污泥絮凝和沉淀的过程与特点,并记录1,3,5,7,10,15,20,25,30min的下沉污泥容积。
4.将30min的污泥界面下的容积确定为沉降比。
5.过滤后测定污泥湿重。
6.采用恒重法测定污泥干重。
(注意:
测量前请将称量瓶、滤纸都烘干称重,滤纸剪去铺满布氏漏斗底部大小,剪下部分不要扔掉了)
7.记录好数据。
六实验结果整理
根据整理的实验数据,计算SV%,MLSS,SVI等污泥性能参数,评价污泥的絮凝沉淀性能。
并察看污泥干燥前后体积变化。
实验七水处理工艺参观(4学时)
一实验目的
了解过滤、气浮、电解、SBR、接触氧化、生物转盘等一些工艺设备的构造组成。
二实验内容
参观过滤、气浮、颗粒自由沉降、SBR,生物活性碳工艺等实验室演示设备,了解常用环境工程设备的原理和构造。
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