水污染控制工程实验报告.doc

水 污 染 控 制 工 程
实 验 报 告
（环境工程专业适用）
2014年至 2015 年第 1 学期
班 级 11环境1班
姓 名 吴志鹏
学 号 1110431108
指导教师 高林霞
同 组 者 汤梦迪 刘林峰 吴渊 田亚勇 李茹茹
程德玺
2014年4月
9

目 录
实验一 曝气设备充氧性能的测定 1
实验二 静置沉淀实验 4
实验三 混凝实验 6
实验四 测定污泥比阻实验 10
实验一 曝气设备充氧性能的测定
一、实验目的
1.掌握表面曝气叶轮的氧总传质系数和充氧性能测定方法
2。评价充氧设备充氧能力的好坏。
二、实验原理
曝气是指人为地通过一些机械设备，如鼓风机、表面曝气叶轮等,使空气中的氧从气相向液相转移的传质过程。氧转移的基本方程式为：
dr/dt=KLa（rs-r) （1）
式中dr/dt:氧转移速率，mg/(Lh)；
KLa:氧的总传质系数，h—1；
rs：实验条件下自来水（或污水）的溶解氧饱和浓度，mg/L；
r：相应于某一时刻t的溶解氧浓度mg/L,
曝气器性能主要由氧转移系数KLa、充氧能力OC、氧利用率EA、动力效率Ep四个主要参数来衡量.下面介绍上述参数的求法.
（1)氧转移系数KLa
将（1）式积分，可得
　 1n(rs—r）＝一KLat + 常数 （2）
此式子表明，通过实验测定rs和相应与每一时刻t的溶解氧浓度后，绘制　1n(rs—r)与t关系曲线，其斜率即为KLa.另一种方法是先作r-t曲线，再作对应于不同r值的切线，得到相应的dr/dt，最后作dr/dt与r的关系曲线，也可以求出。
(2)充氧性能的指标
① 充氧能力（OC）：单位时间内转移到液体中的氧量.
表面曝气时：OC（kg/h）= KLat （20℃)rs (标）V (3）
KLat (20℃)= KLat ´ 1.02420-T （T： 实验时的水温)
rs (标)=rs (实验)´1.013´105/实验时的大气压 （Pa）
V:水样体积
② 充氧动力效率（Ep）：每消耗1度电能转移到液体中的氧量。该指标常被用以比较各种曝气设备的经济效率。
Ep（kg/kW·h）=OC/N （4）
式中：理论功率，采用叶轮曝气时叶轮的输出功率（轴功率, kW）。
③ 氧转移效率（利用率,EA）：单位时间内转移到液体中的氧量与供给的氧量之比。
EA= （OC/S)´100％ （5)
S-供给氧,kg/h。
三、实验步骤
在实验室用自来水进行实验。
（1）向模型曝气池注入自来水至曝气叶轮表面稍高处，测出模型池内水体积V（L），并记录.
（2）启动曝气叶轮，使其缓慢转动（仅使水流流动），用溶解氧仪测定自来水温和水中溶解氧r’，并记录。
（3）根据r’值计算实验所需要的消氧剂Na2SO3和催化剂CoCl2的量.
CoCl2

Na2SO3 + 1/2O2 Na2SO4 （6）
（4）根据上式，每去除1mg的溶解氧,需要投加7。9mg Na2SO3。
因此，根据池子体积与自来水的溶解氧浓度,可以计算出Na2SO3 的理论需要量。实际投加量应为理论值的150%～200%.
实际投加量W1 = V´r'´7.9´（150～200％) kg或g
催化剂CoCl2的投加量按维持池子中的钴离子浓度为0。05~0.5 mg/左右, 其计算方法如下：
催化剂CoCl2的投加量W2 = V´ 0.5´ 129.9/58.9
(5)将消氧剂Na2SO3和催化剂CoCl2用水溶解后投放在曝气叶轮处
(6）待溶解氧读数为零时，加快叶轮转速（此时曝气充氧）,定期（0。5~1min）读出溶解氧数值 (r) 并记录，直到溶解氧不变时（此即实验条件下的rs），停止实验。
三、实验装置及试剂
1、实验装置图见下
2、本实验所需要的仪器及药品
1）空压机； 2）曝气简；3)搅拌器；4)秒表；
5）分析天平；6)烧杯;7)亚硫酸钠(Na2SO3·7H2O)；8)氯化钻（CoCl2·6H2O）
图1 曝气设备充氧能力实验装置图
五、实验数据记录
1。实验原始数据记录
(1)记录实验设备及操作条件的基本参数：
① 模型池内径D =34.72cm,高度H =0。28 m,水体积 = 0.0265 m 3
② 水温 16.6 ℃，实验室条件下自来水的r = 7。66 mg·L—1
③ 电动机功率
④ 测定点位置
⑤ 消氧剂Na2SO3投加量 3.2g ,催化剂CoCl2投加量 0。029g .
（2）记录不稳定状态下充氧实验测定得到的溶解氧数值。
t/min
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
r/（mg·L-1）
0.96
1.32
3.21
3.82
4.35
4。69
4.93
5。08
5。2
5。25
5.28
5.28
（rs-r）/（mg·L—1）
6。7
6.34
4。45
3。84
3.31
2.97
2.73
2.58
2.46
2.41
2.38
2.38
表1 不稳定状态下充氧实验记录
六、作图（用坐标纸或者计算机画图粘贴）
(1）以溶解氧浓度r为纵坐标、时间t为横坐标，用上表的数据作r与t的关系曲线.
（2）根据实验曲线r-t计算相应与不同r值的dr/dt，记录与表2
表2 不同r值的dr/dt
r（mg·L—1）
0.96
1。32
3。21
3.82
4。35
4。69
4.93
5。08
5.2
5.25
5.28
5.28
dr/dt（mg·L—1·min-1)
0.48
0.33
0。54
0。48
0.44
0。39
0。35
0.32
0.29
0.26
0。24
0.22
（3）分别以ln(rs—r）和dr/dt为纵坐标、时间t和r为横坐标，绘制出两条实验曲线.
计算KLa
由上可知，两种方法求得KLa分别为0。0482和0.0383，求平均值为0.0433
七．实验分析
这次实验的失误，由于一开始我们没有完全准备好,在操作的过程中，有很多操作不恰当的地方,测溶解氧是由于仪器的原因一些数据没有及时记录到。从而在处理数据的时候存在一些问题.
实验二 静置沉淀实验
一、实验目的
1、了解沉淀原理； 2、观察沉淀过程，求出E—t、与E—u曲线
二、实验原理
在含有离散颗粒的废水静置沉淀过程中，若实验柱内有效水深为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。那些沉速等于或大于u0的颗粒在t0时间可全部除去，而对沉速小于u0的颗粒则只能除去一部分，其去除的比例为u/ u0。去除效率与沉速和深度有关，在不同的选定时段，从不同深度取出水样,测定这部分水样中的颗粒浓度，并用以计算沉淀物的百分数.在横坐标为沉淀时间t、纵坐标为颗粒物的去除效率E、横坐标为沉淀速度u、纵坐标为颗粒物的去除效率E分别可以绘出E-t、与E-u曲线。
三、实验步骤
1、将低位水箱加满后停止加水；
2、打开搅拌机,使水样搅拌均匀,并测定此时的SS值；
3、打开计量泵将搅拌均匀的水样抽到高位水箱，同时打开各柱的进水阀，当柱内水位达到1.8m时，再关闭计量泵、进水阀,同时开始计时；
4、沉淀到0 min、15 min、30 min、45 min、60min、120min时将中间取样点放掉一定的水样，然后在该样点准确取样20ml；
5、沉降开始后SS的测定步骤：将滤纸标号、烘至恒重，并称量各滤纸重量m1,将所取水样用称至恒重的滤纸进行过滤，再将过滤后的滤纸烘至恒重m2，将各数据填入表1。
四、实验装置图及药品
1、实验设备装置图
2、本实验所需要的试剂
（1)配水及投配系统包括钢板水池、搅拌装置、水泵、配水管、循环水管。
（2）计时用秒表或手表。
（3）玻璃烧杯、移液管盘等.
(4）悬浮物定量分析所需设备:万分之一天平、带盖称量瓶、干燥器、烘箱、抽滤装置、定量滤纸等.
(5)水样可用煤气洗涤污水、轧钢污水、或者模拟废水等。
五、实验数据记录
1。实验主要仪器（名称、厂家和型号）和相应药品
高岭土 秒表 玻璃烧杯 万分之一天平 干燥箱
烘箱 滤纸 循环水管 配水管 钢板水池
搅拌棒 量筒 漏斗
2。实验原始数据记录与处理
表1 E-t、与E-u原始记录数据
原水样SS值 0.105 mg/L
时间/min
采样点指标
0
15
30
45
60
120
M1（mg）
1.0319
1.0266
1。0251
1.0187
1.037
1。0451
m2 (mg）
1.034
1。0421
1。039
1.0349
1。0572
1。0654
SS（mg/L）
0.105
0.775
0。695
0。81
1.01
1。015
E(%)
0
6。381
5。619
6。7143
8。619
8。6667
六、作图(用坐标纸或者计算机画图粘贴）。
根据上面所得数据绘出E—t、与E—u的曲线图
实验三 混凝实验
一、实验目的
1。 观察混凝现象，从而加深对混凝理论的理解；
2. 掌握可编程六联电动搅拌器的使用方法；
3。 了解混凝剂的筛选方法；
4. 掌握混凝工艺条件的确定方法。
二、实验原理
混凝沉淀是将化学药剂投入污水中，经充分混合与反应，使污水中悬浮态（大于100nm）和胶态（1～100nm)的细小颗粒凝聚或絮凝成大的可沉絮体,再通过沉淀去除的工艺过程。
混凝是一种复杂的物理化学现象,其机理主要为压缩双电层作用、吸附架桥作用和网捕絮凝作用.
混凝由混合、絮凝和沉淀三个过程组成.
混合的目的是均匀而迅速地将药液扩散到污水中,它是絮凝的前提.当混凝剂与污水中的胶体及悬浮颗粒充分接触以后，会形成微小的矾花。混合时间很短,一般要求在10~30s内完成混合，最多不超过2min.因而要使之混合均匀，就必须提供足够的动力使污水产生剧烈的紊流。
将混凝剂加入污水中,污水中大部分处于稳定状态的胶体杂质将失去稳定。脱稳的胶体颗粒通过一定的水力条件相互碰撞、相互凝结、逐渐长大成能沉淀去除的矾花,这一过程称为絮凝或反应.要保证絮凝的顺利进行,需保证足够的絮凝时间、足够的搅拌外力，但搅拌强度要远远小于混合阶段。
污水经混凝过程形成的矾花，要通过沉淀去除.
混凝剂的种类较多有：有机混凝剂、无机混凝剂、人工合成混凝剂（阴离子型、阳离子型、非离子型）、天然高分子混凝剂（淀粉、树胶、动物胶）等等.
为了提高混凝效果，必须根据废水中胶体和细微悬浮物的性质和浓度，正确地控制混凝过程的工艺条件。
混凝的效果受很多因素影响：（1)胶体和细微悬浮物的种类、粒径和浓度；（2）废水中阳离子和阴离子的浓度;（3)pH；(4）混凝剂的种类、投加量和投加方式；（5）搅拌强度和时间；（6）碱度；（7)水温等。所以混凝过程的工艺条件通常要用混凝试验来确定。
三、实验步骤
(一）最佳投药量实验步骤
1。 于6个1000ml烧杯中分别放入1000ml水样,置于实验搅拌机平台上。
2. 测定原水温度、浊度及pH值。
3. 确定形成矾花所用的最小药剂量。方法是通过慢速搅拌烧杯中的200mL原水,并每次增加1mL混凝剂投加量，直到出现矾花。此时的混凝剂作为形成矾花的最小投加量.
4. 确定实验时的混凝剂投加量。根据步骤3得到矾花最小混凝剂投加量，取其1/4作为1号烧杯的混凝剂投加量，取其2倍作为6号烧杯的混凝剂投加量，用依次增加混凝剂投加量相等的方法求出2～5号烧杯混凝剂投加量,把混凝剂分别加入1~6号烧杯中.
5. 启动搅拌机,快速搅拌半分钟，转速约500r/min；中速搅拌10min，转速约250 r/min；慢速搅拌10min，转速约100 r/min。
6. 关闭搅拌机，静止沉淀10min，用50mL注射针筒抽出烧杯中的上清液(约100mL）放入200mL烧杯中，立刻用浊度测量仪测量浊度(每杯水样测量三次），同时记录于表1中。
(二)最佳pH值实验步骤
1。 确定原水特征（包括原水浊度、pH值、温度）。本实验所用原水和最加投药量实验相同。
2。 调整原水样pH值,用移液管依次向1、2、3号装有水样的烧杯中分别加入2。5、1。4、0.7mL10%浓度的盐酸。依次向5、6装水样的烧杯中分别加入0。6、1。2 mL 10％NaOH，经过搅拌均匀后测定水样的pH，并记入表2.
该步骤也可以采用变化pH的方法，即调整1号烧杯水样使pH等于3，其它水样的pH依次增加一个单位。
3．用移液管向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂。(投加剂量按照最佳投药量实验中得出的最佳投药量而确定）。
4。 启动搅拌机,快速搅拌半分钟，转速约500 r/min；中速搅拌10min，转速约250 r/min；慢速搅拌10min，转速约100 r/min。
5。 关闭搅拌机，静止沉淀10min,用50mL注射针筒抽出烧杯中的上清液（约100mL）放入200mL烧杯中，立刻用浊度测量仪测量浊度（每杯水样测量三次），同时记录于表2中.
(三）混凝阶段最佳水流速度梯度实验步骤
1。 按照最佳pH实验和最佳投药量实验所得出的混凝最佳pH及最佳投药量，分别向6个装有1000mL水样的烧杯中加入相同剂量的盐酸(或氢氧化钠)和混凝剂，置于实验搅拌机平台上.
2。 启动搅拌机，快速搅拌1分钟,转速约500 r/min；随后1~6号号烧杯分别以50 r/min、100 r/min、200 r/min、300 r/min、350 r/min、400 r/min搅拌20分钟。
3。 关闭搅拌机，静止沉淀10min，用50mL注射针筒抽出烧杯中的上清液(约100mL）放入200mL烧杯中，立刻用浊度测量仪测量浊度（每杯水样测量三次）,同时记录于表3中。
注意事项
（1）整个实验采用同一水样，而且取水样时要搅拌均匀，要一次量取，以尽量减少取样浓度上的误差.
（2）要充分冲洗加药管，以免药剂沾在加药管上太多，影响投药量的精确度。
(3）取反应后上清液时,要用相同的条件取，不要把沉下去的矾花搅起来。
四、实验装置与试剂
1、实验装置图
2、实验所需要的试剂
（1) 无级调速六联搅拌机1台. (2） pH计1台.
（3） 光电浊度计1台。 (4） 温度计1支，秒表1块。
(5） l000mL烧杯6个。 （6） 1000毫升量筒1个。
（7） 1mL、2mI 、 5mL，10mL移液管各1支。
（8) 200ml烧杯1个，吸耳球等。 （9） 1％FeCl3溶液500mL。
(10) 实验用原水(配制）。 ’
（11) 注射针筒. (12） 10%的NaOH溶液和10％HCl溶液500mL各1瓶
五、实验数据记录
1.实验原始数据记录
（一） 最佳投药量实验结果记录
把原水特征、混凝剂投加情况、沉淀后的浊度记入表1。
表1 最佳投药量实验记录
原水温度 20 0C；浊度52.0;pH 7.54 ；使用混凝剂的种类、浓度 FeCL31/100
水样编号
1
2
3
4
5
6 7 8
混凝剂加入量（ml）
2。5
6
9。5
13
16。5
20
矾花形成时间（min）

沉淀水浊度（NTU）
38。5
22.6
26
18.5
10.7
9.2
沉淀水浊度(NTU）
38。4
23。2
25。5
18。7
8.1
8.6
沉淀水浊度(NTU）
36。2
23。6
23
17
6。3
9.2
备 注
1
快速搅拌
min 转速 r/min
2
中速搅拌
min 转速 r/min
3
慢速搅拌
min 转速 r/min
4
沉淀时间

(二)最佳pH值实验结果记录
把原水特征，混凝剂加注量，酸减加注情况及沉淀水浊度记录入表2中。
表2 最佳pH值实验记录
原水温度 200C 原水浊度 56。0;使用混凝剂的种类、浓度 16。5mL FeCL31/100
水样编号
1
2
3
4
5
6 7 8
10%HCl投加量（ml）

10％NaOH投加量(ml）

pH值

混凝剂加注量（ml)
2.5
6
9。5
13
16.5
20
沉淀水浊度（NTU）
38.5
22.6
26
18。5
10.7
9。2
沉淀水浊度（NTU）
38.4
23。2
25.5
18.7
8。1
8。6
沉淀水浊度(NTU）
36.2
23。6
23
17
6.3
9。2
备 注
1
快速搅拌
min 转速 r/min
2
中速搅拌
min 转速 r/min
3
慢速搅拌
min 转速 r/min
4
沉淀时间 （min）

(三）混凝阶段最佳速度梯度实验结果记录
把原水特征，混凝剂加注量，pH及搅拌速度记录入表3中。
水样编号
1
2
3
4
5
6
7
8
pH值
7.54
7。54
7。54
7.54
7。54
7。54

混凝剂加注量（ml）
16.5
16。5
16。5
16.5
16.5
16.5

快速搅拌
中速搅拌
慢速搅拌
速度梯度G/s-1
沉淀水浊度(NTU)
速度/r·min—1
500
500
500
500
500
500

时间/min
1
1
1
1
1
1

速度/r·min—1
——
-—
200
300
350
400

时间/min
——
--
20
20
20
20

速度/r·min—1
50
100
-—
——
—-
—-

时间/min
20
20
—-
-—
-—
—-

快速

中速

慢速

平均
15.5
39。3
99。7
172。1
211。7
253.4

1
—2.9
—0。4
6.4
2.4
4
4。8

2
-0.1
-0。4
6
2.5
4.1
4

3
-0.9
-0。7
6.2
2.6
3。6
1

平均
-1。3
—0。5
6.2
2。5
3.9
3.3

六、数据整理及结果分析(用坐标纸绘制或者计算机画图粘贴）
（1）以沉淀水浊度为纵坐标，混凝剂加注量为横坐标,绘制浊度与药剂投加量关系曲线，并从图中求出最佳混凝剂投加量。
（2）以沉淀水浊度为纵坐标,水样pH值为横坐标绘出浊度与pH值关系曲线，从图上求出所投加混凝剂的混凝最佳pH值及其适宜范围。
（3）以沉淀水浊度为纵坐标、速度梯度G为横坐标，绘出浊度与速度梯度G的关系曲线，并从图上求出混凝阶段适宜的速度梯度G。
由上图可知选取浊度最低的投加量为最佳投加量，所以最佳投加量为16。5mL
由上图可知，当PH为7。35时,浊度最小,即混凝效果最好，此时的投加量为16.5Ml，没有投加酸和碱。
由图可知，混凝阶段适宜的速度梯度为15.5S——1
七．实验分析
实验中存在较大的误差，在每次取的水样的状态都不是一样的，
而且每一桶的水样上下的浊度也看起来不一样，从而影响了最后的结果。
实验四 测定污泥比阻实验
一、实验目的
1.了解污泥比阻的含义；2.掌握测定污泥比阻的实验方法。
二、实验原理
污泥比阻为单位过滤面积上单位干重滤饼所具有的阻力。
原理：在过滤过程中,滤饼的厚度随时间的增加而增加，滤液量也不断增加，二者成一定比例。过滤推动力为外压克服滤饼和过滤介质的阻力后的压力差.污泥比阻越大，过滤越难，它可用来判断污泥机械脱水性能的综合指标，越大越难机械脱水.
只有当污泥的比阻>(1~3。9）×1012m/kg时,对机构脱水较为经济。为了降低污泥的比阻，采用向污泥中投加混凝剂、助凝剂的化学调节法，使污泥凝聚，提高其脱水性。
通过分析可以得出卡们方程： （1）
式中：v—滤液体积 m3 t—过滤时间 s
p—过滤压力 kg/m2 A-过滤面积 m2
u—滤液动力粘度 kg.s/m2
w—过滤单位体积的滤液在过滤介质上截留的干固体重量 kg/m3
r—比阻 m/kg 单位过滤面积上单位干重滤饼所具有的阻力
Rf—过滤介质阻抗 1/ m2
上式如以v—t/v作图如下：
欲求r，则先作图求b，计算如下：
由定义：w=（Q0—Qf)。Ck/Qf
液体物料平衡关系：Q0＝Qf+Qk （2)
固体物物料平衡关系：Q0.C0＝Qf.Cf+Qk.Ck （3）
式中：Q0、C0—原污泥量(mL)与原污泥中固体物浓度 g/mL；
Qf、Cf-滤液量（mL）与滤液中固体物浓度 g/mL
Qk、Ck—滤饼量（mL）与滤饼中固体物浓度 g/mL
由（2）、(3）式得 ，代入w定义中，因Cf≈0 所以， w=C0.Ck/ (Ck— C0）。
三、实验步骤
1。 将一滤纸编号，在105~110℃烘箱中烘干至恒重，并称其质量为m1;
2. 在布氏滤斗中放置已称重得滤纸，用蒸馏水喷湿
3. 开启真空泵,把量筒中抽成负压，使滤纸紧贴滤斗，关闭真空泵；
4. 把100mL化学调节好得污泥倒入滤斗中，再次开启真空泵，使压力恒定；
5. 控制通气阀使压力表维持恒定的压力，进行污泥脱水过程；
6. 记录5个不同时间的滤液量；
7. 当滤饼上出现龟裂片或者滤液达到80mL时滤液的体积V1,停止试验，并以此衡量污泥脱水性能；
8. 轻轻取下滤纸，放入烘干箱中烘干至恒重，称其质量为m2，计算Ck=(m2-m1）/V1（或80mL),与C0=(m2-m1）/100mL。
四、实验装置图
1、实验装置图
图 污泥比阻实验装置
2、实验所需要的试剂
1）活性污泥 ，100ml；2)滤纸；3)量筒100ml,2个等。
五、实验数据记录
1。实验原始数据记录
滤液量与时间记录表
T/min
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
滤液量/mL
9
11。5
23.3
25.2
31
39.7
45。3
51
57
63
78。5
3。实验数据处理
t/V-V的关系与C0,Ck
V/mL
9
11。5
23.3
25。2
31
39.7
45。3
51
57
63
78.5
T/V（min.mL—1)
0。111
0。173
0.129
0.158
0。161
0.151
0.155
0。157
0。158
0。159
0.141
C0
0.083
0。083
0.083
0.083
0.083
0。083
0。083
0。083
0.083
0.083
0。083
Ck
0.106
0。106
0.106
0.106
0.106
0。106
0.106
0。106
0。106
0.106
0.106
六、作图（用坐标纸或者计算机画图粘贴）与计算。
1。绘制t/V-V图,求出b值，由w、u、p、A求出污泥比阻r。
由图可知，斜率b为0.0002，w为0。383，A为50。24cm2,u是100Pa.s,P是0。03Mpa，求得r为2.34x105m/kg.
七、实验分析
实验误差主要是因为,我们组所用的污泥太粘稠,一是没有达到要求的澄清水的量，二是在抽滤的过程中较难得到滤液，这个实验抽滤了好久，隔一段时间测出的数据变化不明显，进而影响了实验。