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实验指导书修订版
《水污染控制工程》
实验指导书
环境工程系
二〇一三年三月
实验一颗粒自由沉淀实验
一、实验目的
1.1研究浓度较稀时的单颗粒沉淀规律,加深其对沉淀特点、基本概念的理解。
1.2掌握颗粒自由沉淀试验的方法,并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。
二、实验原理
浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀,其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下降,其沉速在层流区符合斯托克斯(Stocks)公式。
但是由于水中颗粒的复杂性,颗粒粒径、颗粒相对密度很难或无法准确地测定,因而沉降效果、特性无法通过公式求得,而是通过静沉实验确定。
由于自由沉淀时颗粒是等速下沉,下沉速度与沉淀高度无关,因而自由沉淀可在一般沉淀柱内进行,但其直径应足够大,一般D
,以免颗粒沉淀受柱壁干扰。
具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率(
)与截流速度(u0)、颗粒重量百分率的关系如下:
20-1
式中:
——沉淀效率;
——理想沉淀池截流沉速:
——所有沉速小于
的颗粒质量占原水中全部颗粒质量的百分率;
——小于截流沉速的颗粒沉速。
此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算方法。
设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验。
实验开始,沉淀时间为0,此时沉淀柱内悬浮物分布是均匀的,即每个断面上颗粒的数量与粒径的组成相同,悬浮物浓度为C0(mg/L),此时去除率
=0。
实验开始后,不同沉淀时间
,颗粒沉淀速度
相应为:
20-2
式中:
——颗粒沉淀速度,mm/s;
H——取样口至水面高度,mm;
——沉淀时间,min。
此即为
时间内从水面下沉到池底(此处为取样点)的颗粒所具有的沉速。
此时取样点处水样悬浮物浓度为
,未被去除的颗粒所占的百分比为:
20-3
式中:
-悬浮颗粒剩余率;
-原水(0时刻)悬浮颗粒浓度,mg/L;
-
时刻悬浮颗粒浓度,mg/L。
此时被去除的颗粒所占的百分比为:
20-4
式中:
-悬浮颗粒去除率;
、
、
同上。
需要说明的是,实际沉淀时间
时间内,由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成,即沉速
的那一部分颗粒可能全部沉至池底。
除此之外,颗粒沉速
的那一部分颗粒也有一部分能沉至池底。
这是因为,这部分颗粒虽然粒径很小,沉速
,但是这部分颗粒并不都在水面,而是均匀分布在整个沉淀柱的高度内。
因此,只有在水面下它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速
的颗粒由水面降至池底所用的时间
,那么这部分颗粒也能从水中被除去;沉速
的那部分颗粒虽然有一部分能从水中去除,但其中也是粒径大的沉到池底的多,粒径小的沉到池底的少,各种粒径颗粒去除率并不相同。
因此公式(20-4)未包含
的那部分颗粒被去除。
注:
本实验用浊度代替悬浮物浓度进行各种计算。
三、实验仪器及用具
(1)自由沉淀实验装置如图20-1所示。
(2)浊度仪。
图20-1自由沉淀实验装置
1—配水箱;2—水泵;3—搅拌装置;4—1.2m高有效水位沉淀柱;5—0.9m高有效水位沉淀柱;6—水循环用阀;7—配水阀门;8—沉淀柱上水阀门;9—放空阀门;10—取水样阀门;11—溢流管
四、实验步骤
4.1准备实验原水。
取适量硅藻土和自来水配制水样,置于水箱中。
4.2开启循环管路阀门,启动水泵和搅拌装置。
4.3水箱内水质均匀后,开启进水阀,等进水达到预定水高时,关闭进水阀,停水泵。
过3~5分钟后,开动秒表记录时间,沉淀实验开始。
4.4当时间为0min、2min、5min、10min、15min、30min、40min、60min时,取水样测浊度(注意:
取水样时,需先放掉一些水,以便冲洗取样口处的沉淀物),每次取30ml,在每次取样前后读出水面高度。
相关数据记录如表20-1和20-2所列。
表20-1颗粒自由沉降实验记录取样口高度为0.5m
静沉时间t/min
水样浊度/NTU
取样前取样口至水面高度H前/mm
取样前取样口至水面高度H前/mm
0
2
5
10
15
20
40
60
表20-2颗粒自由沉降实验记录取样口高度为1.0m
静沉时间t/min
水样浊度/NTU
取样前取样口至水面高度H前/mm
取样前取样口至水面高度H前/mm
0
2
5
10
15
20
40
60
五、成果整理
5.1计算悬浮物去除率
、悬浮物剩余率p、沉淀速度u,将结果填入表20-3和20-4。
5.2据表20-3和20-4中数据,绘制t-
曲线、u-
曲线、u-P曲线。
表20-3颗粒自由沉淀实验成果表取样口高度为0.5m
取样口至水面高度
H=(H前+H后)/2
静沉时间t/min
悬浮物去除率
/%
悬浮物剩余率p/%
沉降速度u/(mm/s)
2
5
10
15
30
40
60
表20-4颗粒自由沉淀实验成果表取样口高度为1.0m
取样口至水面高度
H=(H前+H后)/2
静沉时间t/min
悬浮物去除率
/%
悬浮物剩余率p/%
沉降速度u/(mm/s)
2
5
10
15
30
40
60
六、思考题
6.1绘制自由沉淀静沉曲线的方法和及意义。
6.2比较取样口高度分别为0.5m、1.0m的两组数据,并分析之。
实验一静置沉淀
一、实验目的:
观察沉淀过程,求出沉淀曲线。
沉淀曲线包括:
沉淀时间t与沉淀效率E的关系曲线和颗粒沉速u与沉淀效率E的关系曲线。
二、实验原理:
在含有分散性颗粒的废水静置沉淀过程中,设试验筒内有效水深为H,通过不同的沉淀时间t可求得不同的颗粒沉淀速度u,u=H/t。
对于指定的沉淀时间t0可求得颗粒沉淀速度u0。
对于沉淀速率等于或大于u0可在t0时全部除去。
而对于沉速u 沉淀开始时可以认为悬浮物在水中的分布是均匀的。 随着沉淀历时的增加,悬浮物在筒内的分布变为不均匀。 严格来说经过沉淀时间t后,应将试验筒内有效水深H的全部水样取出,测出其悬浮物含量,来计算t时间内的沉淀效率。 但是这样工作量太大,而且每个试验筒只能求一沉淀时间的沉淀效率。 可近似将取样口装在H/2处,认为该处水样的悬浮物浓度代表整个有效水深内悬浮物的平均浓度,其误差是允许的,而试验及测定工作量可大为简化,在一个试验筒内就可多次取样,完成沉淀曲线的试验。 三、实验水样: 生活污水,造纸/高炉煤气洗涤等工业废水或粘土配水。 四、主要实验设备: 1.沉淀试验筒(直径¢100毫米,工作有效水深(由溢出口下缘到筒底的距离)1500毫米。 2.真空抽滤装置或过滤装置。 (过滤机、滤纸) 3.悬浮物及浊度定量分析所需设备,包括万分之一天平,浊度仪,带盖称量瓶,干燥器,烘箱等。 五、实验步骤: 1.将水样倒入搅拌筒中,用泵循环搅拌约5分钟,使水样中悬浮物分布均匀。 2.用泵将水样输入沉淀试验筒内,在输入过程中,从筒内取样三次,每次约100毫升(取样后要准确记下水样体积)。 在、此水样的悬浮物浓度即为实验水样的原始浓度C0 3.当废水升到溢出口,溢流管流出水后,关紧沉淀试验筒底部的阀门,停泵,记下沉淀开始时间。 4.观察静置沉淀现象。 5.隔5、10、20、30、60、90、120分钟,从试验筒中部取样两次,每次约100毫升左右(准确记下水样体积)。 取水样前要先排出取样管中的积水约10毫升左右,取水样后测量工作水深的变化。 6.将每一种沉淀时间的两个水样做平行试验,用滤纸抽滤(滤纸应当是已经在烘箱内烘干后称量过的),过滤后,再把滤纸放入已准确称量的的带盖称量瓶内在105~110℃烘箱内烘干后称量滤纸的增重即为水样中悬浮物的重量。 浊度使用光电浊度仪测定。 7.计算不同沉淀时间t的水样中的悬浮物浓度和浊度,沉淀效率E,以及相应的颗粒沉速u。 画出E~t和E~u的关系曲线。 8.实验记录表格 序号 取样时间 水样体积与水深 浊度 悬浮固体浓度 干燥前重量 干燥后重量 悬浮固体浓度 1 原水 2 5min 3 10min 4 20min 5 30min 6 60min 7 90min 8 120min 六、对试验报告的要求: 1.试验数据记录及沉淀曲线绘制。 2.分析试验所得结果。 3.分析不同工作水深的沉淀曲线,如应用到设计沉淀池,须注意什么问题? 沉淀效率E= 实验二废水脱色实验 一、实验目的 1.了解脱色实验原理,学习废水脱色技术方法。 2.通过混凝法和高级氧化法去除废水中色度的实验,加深理解净水原理。 3.通过比较试验确定最佳脱色剂及其用量,比较H2O2投药前后净化效果。 二、实验设备与材料 1.混凝实验搅拌仪。 2.测定色度、COD等所用的仪器设备。 3.实验水样可用生产装置的原水样来实验,也可用染料与自来水配制成一种或多种不同色度的水样进行实验。 三、实验步骤 1.混凝法脱色试验 (1)混凝脱色剂比较实验 取3个500ml烧杯,加200ml原水样,以AlCl3、Al2(SO4)3和FeSO4为混凝脱色剂,按药量1g/l加入,快搅1分钟,慢搅5分钟,静置20分钟,观察现象,比较三种脱色剂的净水效果,确定最佳脱色剂。 实验记录表格1 脱色剂 Al2(SO4)3 AlCl3 FeSO4 原水色度 出水色度 去除率(%) (2)脱色剂投加量实验 取6个500ml烧杯,加200ml原水样,按药量20,40,100,150,200,800mg/l加入选定的脱色剂,快搅1分钟,慢搅5分钟,静置20分钟,观察现象,测定色度,确定最佳投药量。 实验记录表格2 加药量(mg/l) 20 40 100 200 800 原水色度 出水色度 去除率(%) 色度 脱色剂浓度(mg/L) 图1色度与脱色剂浓度(mg/L)之间的关系 (3)pH值对色度去除的影响实验 配制1: 10的盐酸溶液和1M氢氧化钠溶液,调整水样pH值至3,4,5,6,7,8,9,10,用pH计测定pH。 每份水样加入步骤 (2)所确定的最佳投药量的脱色剂,快搅1分钟,慢搅5分钟,静置20分钟,观察现象,测定色度,确定最佳pH值。 色度 pH 图2色度与pH之间的关系 2.高级氧化技术脱色试验 取2个500ml烧杯,加200ml原水样,加入按以上步骤确定的最佳用量的脱色剂,调整最佳pH值,以其中一个烧杯为参比,另一个烧杯中加入微量H2O2,快搅1分钟,慢搅5分钟,静置20分钟,观察现象,测定色度。 四、实验记录及结论 对你的结果进行分析和评价,比较混凝脱色与高级氧化脱色原理与净水效果的不同。 实验三酸性废水处理实验 一、实验目的 测定升流式石灰石过滤设备在不同滤速下中和酸性水的效果。 二、实验设备 1.石灰石过滤设备: 有机玻璃柱,内径70毫米,高2.5米,内装石灰石滤料,粒径0.5~3毫米,起始装填高度约1米。 2.塑料水槽一个,L×B×H=36×36×40cm 3.塑料泵一台 4.转子流量计、pH计及滴定用玻璃器皿等。 水 水 三、实验步骤 1.在0.2~1.2L/min范围内选定六个实验滤速,进行中和实验。 2.在塑料水槽中自配盐酸溶液,浓度1.5-2克/升。 用泵循环,使盐酸浓度均匀。 3.将盐酸水用泵打入石灰石过滤设备,用截门调节滤速。 待稳定流动15~20分钟后,取中和后出水样(取满,不留空隙),测进、出水的pH值。 每个项目作三次平行实验,求平均值。 4.观察酸性废水中和过程出现的现象。 5.调节截门,改变滤速重复上述步骤。 实验记录表格 滤速(L/min) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 进水pH 出水pH 去除率 四、实验报告 1.画出实验设备流程草图。 2.综合六组实验的结果,整理出试验记录及曲线(以滤速为横坐标,去除率为纵坐标),比较滤速对酸性废水中和效果的影响。 3.分析实验现象及结果。 实验四生物膜法污水净化实验 一、实验目的 通过生物膜法单体水处理实验,掌握生物膜净水技术原理,学习巩固水污染控制工程、环境监测、仪器分析等课程理论和实验技能。 二、实验原理 ⑴水质因子测定: BOD5: 采用稀释倍数法,其原理为: 将水样注满培养瓶,塞好后应不透气,将瓶置于恒温条件下培养5天。 培养前后分别测定溶解氧浓度,由两者的差值可算出每升水消耗掉氧的质量,即BOD5值。 浊度: 采用光电浊度计测定。 ⑵生物接触氧化工艺的处理原理: 原水均匀沿固定的接触介质表面的生物膜流过,由于浓度差的作用,有机物会从原水中转移到附着水层中去,进而被生物膜所吸附。 空气中的氧→原水→生物膜。 微生物对有机物进行氧化分解和同化合成,产生的二氧化碳和其它代谢产物一部分溶入附着水层,一部分吸附到空气中去,如此循环往复,使废水中的有机物不断减少,从而得到净化。 三、实验仪器 ⑴分析仪器 培养瓶、培养箱、光电浊度计。 ⑵处理设备装置 生物接触氧化池1座。 四、实验步骤 ①实验启动 将培养好的活性污泥注入生物接触氧化池水箱,加入生活污水,搅拌均匀后开启进水泵,整套实验系统即开始运行。 运行 调节进水流量大小,以BOD5和浊度为主要监测指标,测定不同流量条件下污水的净化效率。 绘制流量-BOD5、流量-浊度关系曲线。 计算工艺处理效率。 实验记录表格 流量 0.5L/min 1L/min 2L/min 进水浊度(NTU) 出水浊度(NTU) 浊度去除率 进水BOD(mg/L) 出水BOD(mg/L) BOD去除率 五、思考题 ①生物接触氧化工艺净化水质的原理是什么? ②简述生物膜结构与净水机理。 ③与活性污泥法相比,生物膜法在水处理中有何优点? 实验五活性污泥法污水净化实验 一、实验目的 通过活性污泥法污水处理实验,掌握活性污泥净水技术原理,学习巩固水污染控制工程、环境监测、仪器分析等课程理论和实验技能。 二、实验原理 ⑴水质因子测定: ①CODCr: 采用重铬酸钾法。 ②浊度: 采用光电浊度计测定。 ③溶解氧: 采用手持式溶解氧测定仪测定。 ⑵活性污泥法工艺的处理原理: 活性污泥法是在人工充氧条件下,对污水和各种细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体进行连续混合培养,形成有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状活性污泥。 利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用,以分解去除污水中的有机污染物。 工艺流程如下: 污水和活性污泥一起进入曝气池形成混合液,压缩空气通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置,以细小气泡的形式进入污水中,目的是增加污水中的溶解氧含量,并使混合液处于剧烈搅动的悬浮状态。 溶解氧、活性污泥与污水互相混合、充分接触,微生物在氧充足的条件下,吸附和吸收废水中有机物,并氧化分解,形成二氧化碳和水,一部分供给自身的增殖繁衍。 活性污泥反应进行的结果,污水中有机污染物得到降解而去除,活性污泥本身得以繁衍增长,污水则得以净化处理。 三、实验仪器 ⑴分析仪器 全套COD测试装置、光电浊度计、溶解氧仪。 ⑵处理设备装置 曝气池1座。 四、实验步骤 ①实验启动 将培养好的活性污泥注入曝气池水箱,加入生活污水,搅拌均匀后开启进水泵,整套实验系统即开始运行。 运行 调节曝气量大小,以CODCr为主要监测指标,测定不同溶解氧条件下污水的净化效率。 绘制溶解氧-CODCr关系曲线。 计算工艺处理效率。 实验记录表格 溶解氧(mg/L) 2 3 4 进水COD(mg/L) 出水COD(mg/L) COD去除率 五、思考题 ①活性污泥法工艺净化水质的原理是什么? ②简述活性污泥组成与净水机理。 ③与生物膜法相比,活性污泥法在污水处理中有何优点?
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