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环境科学与工程实验教学中心 1 水污染控制工程实验 指导书 水污染控制工程实验 指导书 环境科学与工程学院 中国海洋大学 环境科学与工程学院 中国海洋大学 环境科学与工程实验教学中心 2 目 录 目 录 实验一实验一 混凝实验混凝实验.3 实验二实验二 过滤实验过滤实验.9 实验三实验三 污泥比阻的测定实验污泥比阻的测定实验.12 实验四实验四 自由沉淀实验自由沉淀实验.16 实验五实验五 活性碳吸附实验活性碳吸附实验.18 实验六实验六 酸性废水过滤中和实验酸性废水过滤中和实验.20 实验七实验七 离子交换软化实验离子交换软化实验.22 实验八实验八 表面曝气充氧实验表面曝气充氧实验.26 实验九实验九 工业污水可生化性实验工业污水可生化性实验.28 实验十实验十 间歇式活性污泥法处理系统实验间歇式活性污泥法处理系统实验.30 实验十一实验十一 活性污泥沉降性能测定活性污泥沉降性能测定.32 参考文献参考文献.34 环境科学与工程实验教学中心 3实验一 混凝实验 实验一 混凝实验 一、实验目的 一、实验目的 1、观察混凝现象及过程，加深对混凝机理的理解，了解混凝效果的影响因素；2、掌握混凝烧杯搅拌实验的方法和一般步骤；3、学会确定一般水体最佳混凝条件的基本方法，包括投药量、pH 值和速度梯度。二、实验原理 二、实验原理 混凝是通过向水中投加药剂使胶体物质脱稳并聚集成较大的颗粒，以使其在后续的沉淀过程中分离或在过滤过程中能被截除。在天然水体中，胶体颗粒带有一定电荷，它们之间的电斥力是胶体稳定性的主要因素。胶体表面的电荷值常用电动电位 表示，又称为 Zeta 电位。Zeta 电位的高低决定了胶体颗粒之间斥力大小和影响范围。一般天然水体中胶体颗粒Zeta 电位约在-30mV 以上，投加混凝剂后，只要该电位降到-15mV 左右即可得到较好的混凝效果。相反，当 Zeta 电位降到零，往往不是最佳混凝状态。投加混凝剂的多少，直接影响混凝效果。由于水质是千变万化的，最佳的投药量也是各不相同的，必须通过实验才能确定。在水体中投加混凝剂，如 Al2(SO4)3、FeCl3，经过水解反应后生成的 Al(III)、Fe(III)化合物对胶体脱稳的效果不仅受到投加混凝剂量、水中胶体颗粒的浓度、水温的影响、还受水的 pH 值影响，如果 pH 过低（小于 4），则混凝效果水解受到限制，形成的化合物中很少有高分子物质存在，絮凝作用较差；如果 pH 值过高（大于 9），会出现溶解现象，生成带负电荷的络合离子，也不能很好地发挥絮凝作用。水的混凝现象及过程比较复杂，混凝的机理随着所采用混凝剂品种、水质条件、投加量、胶体颗粒的性质以及介质环境等因素的不同，一般分为压缩双电层、吸附电中和作用、吸附架桥作用、网捕作用，上述四种混凝机理在水处理过程中不是各自孤立的现象，而往往是同时存在的，只不过随不同的药剂种类、投加量和水质条件而发挥作用程度不同，以某一种作用机理为主。对于水处理中常用的高分子混凝剂来说，主要以吸附架桥机理为主；而无机的金属盐混凝剂则电性中和和吸附架桥作用同时存在；当投量很多时，还会有网捕作用。在投加了混凝剂的天然水中，胶体颗粒脱稳后相互聚结，逐渐变成大的絮凝体，这时，水流速度梯度 G 的大小起着主要的作用。在混凝搅拌实验中，根据碰撞能量的来源不同，可采用式（1-1）和（1-2）来计算 G 值。机械搅拌：pG=（1-1）式中 p 单位体积流体所耗功率（W/m3）；水的动力粘滞系数，可查表。环境科学与工程实验教学中心 4水力搅拌：TghTghG=(1-2)式中 水的运动粘度（m2/s）；h 经混凝设备的水力损失（m）；T 水流在混凝设备中的停留时间（s）；g 重力加速度（m/s2）。从混凝剂与水混合到絮体形成是整个混凝工艺的全过程。根据所发生的作用不同，混凝分为混合和絮凝两个阶段，分别在不同的构筑物或设备中完成。在混合阶段，以胶体的异向凝聚为主，要使药剂迅速均匀地分布到水中以利于水解、聚合及脱稳。这个阶段进行得很快，特别是 Al3+、Fe3+盐混凝剂，所以必须对水流进行强烈、快速的搅拌。要求的控制指标为：混合时间 1030s，2min；搅拌强度以 G 值表示，控制在：7001000s-1。在絮凝阶段，主要以同向絮凝（以水力或机械搅拌促使颗粒碰撞絮凝）为主。同向絮凝效果与速度梯度 G 和絮凝时间 T 有关。由于此时絮体已经长大，易破碎，所以 G 值比前一阶段减小，即搅拌强度或水流速度应逐步降低。主要控制指标为：平均值 G2070s-1，平均 GT 值11041105。在本实验中，G 的值可以直接由搅拌器显示板读出。三、实验装置及药品 三、实验装置及药品 1、六联搅拌仪 1 台、光电浊度仪 1 台；2、酸度计 1 台；3、温度计 1 支；4、1000mL 烧杯 6 个，250mL 烧杯 6 个；5、1000mL 量筒 1 个；6、1mL 移液管 2 支，2mL 移液管 1 支，5mL 移液管 1 支；7、50mL 注射针筒 4 支；8、浓度 10g/L 的硫酸铝溶液 9、浓度 10g/L 的三氯化铁溶液 10、浓度 10g/L 的聚合氯化铝A12(OH)mC16-m 11、浓度 10%的盐酸溶液 12、浓度 10%的氢氧化钠溶液 四、实验步骤 四、实验步骤 本实验内容分为最佳投药量、最佳 pH 值、最佳水流速度梯度三部分。在进行最佳投药量实验时，先选定一种搅拌速度变化方式和 pH 值，求出最佳投药量。然后，按照最佳投药环境科学与工程实验教学中心 5量求出混凝剂最佳 pH 值。最后，根据最佳投药量和最佳 pH 值，求出最佳的速度梯度。（一）最佳投药量的确定（一）最佳投药量的确定 1、在 6 个 1000mL 的烧杯中分别加入 1000mL 原水，置于实验用搅拌仪平台上，使搅拌叶片位于烧杯正中，注意保持各烧杯中叶片的位置相同。2、分别测定原水水样的温度、浊度和 pH 并记录。如果有条件还可测定其 电位或胶体颗粒数目。3、初步确定水样中能形成矾花的近似最小混凝剂用量。方法如下：在另外一烧杯中，装入200mL 原水，慢慢搅动烧杯中的水样，并且每次增加 0.5mL 的混凝剂投加量，直至出现矾花为至，这时的混凝剂投加量为形成矾花的最小投加量。4、确定实验时的混凝剂投加量。方法如下：分别向 6 个烧杯中投加混凝剂，使它们的浓度变化接近最小混凝剂投加量的 25%200%。也可以根据原水的浊度，参考经验数据确定投加量范围。5、熟悉搅拌器的操作，按要求调整搅拌器的运行参数。混合搅拌转速：100160r/min;混合时间：13min，可取 2min；絮凝搅拌转速：2040r/min（太快会打碎矾花，太慢会使矾化沉淀）；絮凝时间：1030min，可取 15min。把选择好的转速和时间在调节器上预设好，检查确定水样已配制好后准备开始实验。6、按混合搅拌速度开动搅拌机，当预定的混合时间到达后，立即按预定的絮凝搅拌速度，降低搅拌机转速。在预定的絮凝时间到达后，关闭搅拌机。注意记录过程中各矾花出现的时间及矾花尺寸、松散程度等现象。7、轻轻将搅拌叶片从烧杯中提出，注意不要扰动水样，静止沉淀 20min，注意观察记录各烧杯中矾花沉降情况。8、沉淀时间到达后分别从各烧杯中用 50mL 注射针筒取其上清夜（澄清水样）共 100mL左右（可分 3 次取）于 200mL 烧杯中，测定各自的剩余浊度并记录(每杯水样测定三次)。根据结果确定最佳混凝剂投药量。（二）最佳（二）最佳 pH 确定 确定 1、将 6 个 1000mL 的烧杯中分别加入 1000mL 原水（与确定最佳投药量所用水样相同）。2、分别测定原水水样的温度、浊度和 pH 并记录。如果有条件还可测定其 电位或胶体颗粒数目。3、调整原水 pH，使其分别呈不同的酸碱度。用移液管分别取不同量的酸、碱溶液加入 6个烧杯中使其 pH 分别为 2、4、6、8、10、12。4、将调节好的 6 个 1000mL 的烧杯置于实验用搅拌机平台上，使搅拌叶片位于烧杯正中，注意保持各烧杯中叶片的位置相同。环境科学与工程实验教学中心 65、分别选择好混合转速和时间及絮凝搅拌转速和时间。混合搅拌转速：100160r/min;混合时间：13min，可取 2min；絮凝搅拌转速：2040r/min（太快会打碎矾花，太慢会使矾化沉淀）；絮凝时间：1030min，可取 15min。6、用移液管向 4 个烧杯中加入相同数量的混凝剂（投加量应是按照上一步骤确定的混凝剂最佳投加量），按混合搅拌速度开动搅拌机，当预定的混合时间到达后，立即按预定的絮凝搅拌速度，降低搅拌机转速。在预定的絮凝时间到达后，关闭搅拌机。7、轻轻将搅拌叶片从烧杯中提出，注意不要扰动水样，静止沉淀 20min，注意观察记录各烧杯中矾花沉降情况。8、沉淀时间到达后分别从各烧杯中用 50mL 注射针筒取其上清夜（澄清水样）共 100mL左右（可分 3 次取）于 200mL 烧杯中，测定各自的剩余浊度并记录(每杯水样测定三次)和 pH 并记录。（三）混凝阶段最佳速度梯度确定（三）混凝阶段最佳速度梯度确定 1、按照最佳 pH 值实验和最佳投药量实验所得出的最佳混凝 pH 值和投药量，分别向 6个装有 1000mL 水样的烧杯中加入相同剂量的盐酸 HCl(或氢氧化钠 NaOH)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 300r/min。随即把其中 5 个烧杯移到别的搅拌机上，1 号烧杯继续以 20r/min 转速搅拌 20 分钟。其它各烧杯分别用 55r/min、90r/min、125r/min、160r/min、200r/min 搅拌 20 分钟：3、关闭搅拌机，静置 10 分钟，分别用 50mL 注射针筒抽出烧杯中的上清液(共抽 3 次约100mL)放入 200mL 烧杯中，立即用浊度仪测定浊度(每杯水样测定三次)，并记录。4、测量搅拌桨尺寸。五、注意事项 五、注意事项 1、混凝现象的记录：包括各烧杯中矾花出现的时间（以投药或絮凝反应开始的时间为标准）及停止搅拌时矾花粒度的描述。如矾花过细或分辨不清时，可用“雾状”、“中等粒度”，“密实”、“松散”或“无矾花”等做适当的描述。2、如果由一组实验结果得不出最佳的 pH 及混凝剂用量，应通过实验结果分析对混凝剂用量或 pH 的变化作出结论，或者进行另一组混凝实验。六、实验数据记录 六、实验数据记录（一）最佳投药量实验结果整理（一）最佳投药量实验结果整理 1、把原水特征、混凝剂投加情况、沉降后的剩余浊度记录于表 1 中。环境科学与工程实验教学中心 72、以上清液的浊度为纵坐标、混凝剂投加量为横坐标，绘出剩余浊度与混凝剂投加量关系曲线，并从图上求出最佳混凝剂投加量。表表 1 最佳混凝剂投加量实验记录最佳混凝剂投加量实验记录 第_小组 姓名_ 实验日期_ 水样名称_ 原水水温_C 浊度_度 pH_ 原水胶体颗粒 Zeta 电位_mV 使用混凝剂种类及浓度_ 水样编号 1 2 3 4 5 6 混凝剂投加量(mg/L)矾花形成时间(min)剩余水 浊度（度）1 2 3 平均 备注 1 快速搅拌 min 转速 r/min 2 慢速搅拌 min 转速 r/min 3 沉淀时间 min （二）最佳 pH 值实验结果整理（二）最佳 pH 值实验结果整理 1、把原水特征、混凝剂投加量、酸碱投加情况、沉淀后的剩余浊度记录于表 2 中。2、以上清液的浊度为纵坐标、水样 pH 值为横坐标，绘出剩余浊度与 pH 值关系曲线，并从图上求出所投加混凝剂量的混凝最佳 pH 值及其适用范围。表表 2 最佳最佳 pH 值实验记录值实验记录 第_小组 姓名_ 实验日期_ 水样名称_ 原水水温_C 浊度_度 pH_ 原水胶体颗粒 Zeta 电位_mV 使用混凝剂种类及浓度_ 水样编号 1 2 3 4 5 6 HCl 投加量(mL)NaOH 投加量(mL)pH 值 混凝剂投加量(mL)剩余水 浊度（度）1 2 3 平均 备注 1 快速搅拌 min 转速 r/min 2 慢速搅拌 min 转速 r/min 3 沉淀时间 min （三）混凝阶段最佳速度梯度实验结果整理 1、把原水特征、混凝剂投加量、pH 值、搅拌速率记录入表 3 中。2、以上清液浊度为纵坐标、速度梯度 G 值为横坐标绘出浊度与 G 关系曲线，从曲线总求出与最佳混凝剂投加量适宜的 G 值范围。环境科学与工程实验教学中心 8表表 3 最佳混凝剂投加量实验记录最佳混凝剂投加量实验记录 第_小组 姓名_ 实验日期_ 水样名称_ 原水水温_C 浊度_度 pH_ 原水胶体颗粒 Zeta 电位_mV 使用混凝剂种类及浓度_ 水样编号 1 2 3 4 5 6 混凝剂投加量(mg/L)矾花形成时间(min)快速搅拌 速度(r/min)时间(min)速度(r/min)时间(min)速度梯度G 值 快速 慢速 平均 上清液浊度（度）1 2 3 平均 环境科学与工程实验教学中心 9实验二 过滤实验 实验二 过滤实验 一、实验目的 一、实验目的 1、熟悉滤池实验设备和实验方法；2、观察滤池反冲洗情况（滤料的水力筛分及滤料层膨胀与冲洗强度）；3、观察滤料层水头损失增长情况，加深对过滤原理的理解。二、实验原理 二、实验原理 经澄清过或沉淀后的水体，进入单层过滤池后，水体自上而下流经过滤层。水体在滤层孔隙中曲折流动时在滤料层的接触凝聚，机械筛滤、沉淀的作用下，使得水体中细微颗粒和悬浮杂质被截留下来，滤后清水得以收集。随着过滤时间的增加，被截留下来的杂质也就越多。水头损失也随之而增加，达到规定值时应停止过滤反冲洗滤层。反冲洗滤层的目的是使滤层在短时间内恢复工作能力。三、实验装置及器皿 三、实验装置及器皿 1、过滤装置如图 1 所示 过滤反冲洗装置工艺图空压机投药瓶配药槽低位水箱水泵微型泵自来水气体取样口跌水混合槽回低位水箱至地沟过滤柱溢流口排污口至地沟测压板 图图 1 实验装置工艺流程图实验装置工艺流程图 2、浊度仪 1 台；3、温度计 1 支；4、1000mL 和 l 00mL 量筒各 1 个；5、酸度计 1 台；6、硫酸铝（质量分数 1%）；7、聚丙烯酰胺（质量分数 0.1%）；8、三氧化铁（质量分数1%）环境科学与工程实验教学中心 10四、实验步骤 四、实验步骤 1、熟悉实验设备、澄清水来水、冲洗水来水、排水管道系统、转子流量计等。2、用自来水对滤层进行反冲洗测膨胀率（10、30、50）时的流量，并测定水温。方法：膨胀率%10000=LLLe（1）关闭滤层放空阀门；（2）在水位刻度板上读出滤料层膨胀前的厚度 L0；（3）将已给定的 e 分别带入上式；（4）将已知的 L0代入上式后，分别求出滤料层膨胀后的厚度 L 值并将此值分别记录在报告书内；（5）微开滤池反洗流量计阀门。待滤层上升到所确定好的 L 值高度时（滤层应稳定 1min后），即可测得相应的反洗水流量值。3、关闭滤池阀反洗流量计阀。打开滤池出水阀门，同时打开池子出水虹吸破坏管止水夹。4、待池内水位下降到某个衡定水位时（即池子出水管不在出水时为止），此后在水位刻度板上读出各测压管中水位高 H0值。5、打开池子进水流量计阀门，以 60L/h 的流量。流入池内开始过滤，记录运行时间。6、以后每隔 15 分钟分别测定进水流量、流速、进出水浊度，各测压管中的水位高，即可得到水头损失值：HH0H（cm）7、当滤池水头损失达到 0.20.3 米或出水浊度大于 3 度时。记录运行时间，关闭进水流量计阀门，停止过滤。8、自上而下依次打开各穿透管阀门，并自管内取出适当同体积水样。分别测定其水样浊度值，当水样浊度大于 5 度 时，说明该段厚度的滤层已被穿透；若水样浊度小于 5 度时，说明滤层还可以继续进行过滤。9、打开滤池反冲洗水流量计阀门，反洗池子 5min。10、打开滤池放空阀门，放空池内水体。五实验结果 五实验结果 1、计算并填写记录表格。2、绘制过滤层水头损失与过滤时间关系曲线。3、绘制冲洗强度与滤料层膨胀关系曲线。4、写出实验过程心得体会及存在问题。六、实验数据记录 六、实验数据记录 日期：滤池直径：cm，断面面积：cm2 原水及处理过程：环境科学与工程实验教学中心 11pH：；水温 表表 1 滤池反冲洗测定表滤池反冲洗测定表 反冲时间(min)冲洗水温度(C)冲洗水流量(L/h)冲洗强度（L/(m2s)滤层膨胀前高度（m）滤层膨后高度(m)膨胀率 e(%)反洗后排水浊度(NTU)表表 2 过滤记录表过滤记录表 运行时间（min）进水流量（L/h）滤速（m/h）浊度（NTU）池内水面（m）水头测定管中水位（cm）进水 出水1 点 2 点 3 点 4 点 表表 3 滤层穿透深度测定表滤层穿透深度测定表 运行时间(min)进水流量(L/h)滤速(m/h)进水浊度(NTU)穿透管出水浊度(NTU)穿透管距离滤层顶部距离(cm)1 点2 点3 点 4 点 1 点2 点 3 点 4 点 01020304050607002468101214过滤时间(min）水头损失（cm）图图 4 水头损失与过滤时间的关系水头损失与过滤时间的关系 0102030405060708090024681012141618冲洗强度(L/(m2.s)膨胀率(%)图 5 膨胀率与冲洗强度的关系 环境科学与工程实验教学中心 12实验三 污泥比阻的测定实验 实验三 污泥比阻的测定实验 一、实验目的 一、实验目的 1、通过实验掌握污泥比阻的测定方法；2、掌握用布氏漏斗实验选择混凝剂；3、掌握确定污泥的最佳混凝剂投加量。二、实验原理 二、实验原理 污泥比阻是表示污泥过滤特性的综合性指标，它的物理意义是单位重量的污泥在一定压力下过滤时在单位过滤面积上的阻力。求此值的作用是比较不同的污泥（或同一种污泥加入不同量的混凝剂后）的过滤性能。污泥比阻愈大，过滤性能愈差。过滤时滤液体积 V（mL）与推动力 P（过滤时的压强降 g/cm2），过滤面积 F（cm2），过滤时间 t（s）成正比，而与过滤阻力 R（cm.S2/mL），滤液粘度（g/(cm.s)成正比。)(mLRPFtV=（1）过滤阻力包括滤渣阻力Rz和过滤层阻力Rg构成，而阻力R随滤渣层的厚度增加而增大，过滤速度则减少，因此将（1）式改写成微分形式：)(gZRRPFdtdV+=（2）由于 Rs比 RZ相对说较小，为简化计算，姑且忽略不计。FVCPFPFdtdV=（3）式中 单位体积污泥的比阻；滤渣厚度 C 获得单位体积滤液所得的滤渣体积。如果滤渣干重代替滤渣体积，单位重量污泥的比阻代替单位体积污泥的比阻，则（3）式可改写为：CVPFdtdV2=（4）式中：污泥比阻，在 CGS 制中，其量纲为（S2/g），在工程单位制中其量纲为（cm/g）。在定压下，在积分界线由 0 到 t 及 0 到 V 内对（4）式积分，可得：VPFCVt=22 （5）（5）式说明在定压下过滤，Vt与 V 成直线关系，其斜率为：环境科学与工程实验教学中心 1322PFCVVtb=CbKCbPF=22 （6）因此，为求得污泥比阻，需要在实验条件下，求出 b 及 C。b 的求法可在定压下（真空度保持不变）通过测定一系列的 tV 数据，用图解法求斜率入图 1 所示。C 的求法：根据定义 ydyQCQQC)(0=（7）式中：C 的单位为滤饼干重(g)/(mL 滤液)Q0污泥量，mL；Qy滤液量，mL；Cd滤饼固体浓度，g/m。根据液体平衡 Q0Qy Qd；根据固体平衡 Q0C0=QyCy+QdCd；式中 C0污泥固体浓度，g/mL；Cy污泥固体浓度，g/mL；Qd污泥固体滤饼量，mL。可得：dydyCCCCQQ=)(00 （8）代入（7）式，化简后得：00CCCCCdd=（9）mnb=n/m=tga 图 1 图解法求 b 示意图 环境科学与工程实验教学中心 14上述求 C 值的方法，必须量测滤饼的厚度方可求得，但在实验过程中量测滤饼厚度是很困难的且不易量准，故改用测滤饼含水比的方法，求 C 值。ffiiCCCCC=1001001 C 的单位为滤饼干重(g)/mL 滤液 式中：Ci100g 污泥中的干污泥量；Cf100g 滤饼中的干污泥量。例如：污泥含水比为 97.7%，滤饼含水率为 80 mLgC/026.048.38120201003.23.21001=一般认为比阻在 1091010S2/g 的污泥算作难过滤的污泥，比阻在（0.50.9）109S2/g的污泥算作中等，比阻小于 0.4109S2/g 的污泥容易过滤。投加混凝剂可以改善污泥的脱水性能，使污泥的比阻减小。对于污泥混凝剂如 FeCl3、Al2(SO4)3等投加量，一般为污泥干重的 510高分子混凝剂如聚丙烯酰胺、碱式氯化铝等，投加量一般为干污泥重的 1。三、实验设备与试剂 三、实验设备与试剂 1、比阻实验装置；2、秒表、滤纸；3、烘箱；4、FeCl3、Al2(SO4)3；5、布氏漏斗 四、实验步骤 四、实验步骤 1、测定污泥的含水率，求出其固体浓度 C0。2、配制浓度均为 10g/L 的 FeCl3溶液和 Al2(SO4)3溶液。3、用 FeCl3混凝剂调节污泥（每组加一种混凝剂量），加量分别为干污泥重的 0（不加混凝剂），2，4，6，8；10。4、在布氏漏斗上（直径 6585mm）放置滤纸，用水湿润，贴近周底。5、开动真空泵，调节真空压力，大约比实验压力下 1/3（实验时真空压力采用 266mmHg或 532mmHg）关掉真空泵。6、加入 100mL 需实验的污泥于布氏漏斗中，开动真空泵，调节真空压力至实验压力；达到此压力后，开始起动秒表，并记下开动时计量管内的滤液 V0。7、每隔一定时间（开始过滤时间可每隔 10 秒或 15 秒，滤速减慢后可隔 30 秒或 60 秒）记下计量管内相应的滤液量。8、一直过滤至真空破坏，如真空长时间不破坏，则过滤 20 分钟后即可停止。9、关闭阀门取下滤饼可放入称量瓶内称重。10、称重后的滤饼于 105的烘箱内烘干称重。11、计算出滤饼的含水比，求出单位体积滤液的固体量 C。环境科学与工程实验教学中心 1512、量取加 Al2(SO4)3混凝剂的污泥（每组的加量与 FeCl3量相同）及不加混凝剂的污泥，按实验步骤 211 分别进行实验。五、实验结果及整理 五、实验结果及整理 1、测定并记录实验基本参数 实验日期 ；原污泥的含水率 及固体浓度 C0 ；实验真空度 mmHg；不加混凝剂的滤饼的含水率 ；加混凝剂的滤饼的含水率 2、将布氏漏斗实验所得实验数据按照表 1 记录并计算。3、以 t/V 为纵坐标，V 为横坐标作图，求 b。4、根据原污泥的含水率及滤饼的含水率求出 C。5、列表计算比阻值（表 2 比阻计算表）。6、以比阻为纵坐标混凝剂投加量为横坐标作图求出最佳投加量。六、注意事项 六、注意事项 1、检查计量管与布氏漏斗之间是否漏气。2、滤纸称重烘干，放到布氏漏斗内，要先用蒸馏水湿润，而后再用真空泵抽吸一下，滤纸要贴紧不能漏气。3、污泥倒入布氏漏斗内部分滤液流入计量筒，所以正常开始实验时，记录量筒内滤液体积。4、污泥中加混凝剂后应充分混合。5、在整个过滤过程中，真空度后始终保持一致。表 1 布氏漏斗实验所得数据 时间（s）计量管滤液量 Vn（mL）滤液量（mL）VVnV0t/V（s/mL）备注 0 V0 表 2 比阻值计算表 污 泥 含 水 比%污 泥 固 体 浓 度 g/cm3 混 凝 剂 用 量%tg=n/m=b s/cm 22PFK=皿+滤纸重g皿+滤纸滤饼湿重g皿+滤纸滤饼干重g滤饼含水比%单位 体积 滤液 的固 体量 C g/cm3 比 阻 值 S2/g 布氏 漏斗 直径 D cm 过滤面积Fcm2面积平方F2cm4滤液粘度 g/(cms)真空压力P g/cm2K 值Scm3 环境科学与工程实验教学中心 16实验四 自由沉淀实验 实验四 自由沉淀实验 一、实验目的 一、实验目的 1、了解和掌握自由沉淀的规律，根据实验结果绘制时间-沉淀率（t-E），沉速-沉淀率（u-E）和ucc0t的关系曲线；2、通过实验，掌握颗粒自由沉淀的实验方法；3、加深理解沉淀的基本概念和杂质的沉降规律。二、实验原理 二、实验原理 沉淀是借重力作用从液体中去除固体颗粒的一种过程。根据液体中固体物质的浓度和性质，可将沉淀过程分为自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀和压缩沉淀等四类。本实验对污水中非絮凝性固体颗粒自由沉淀的规律进行了研究探讨。设水深为 h，在 t 时间能沉到 h 深度颗粒的沉速 u=h/t。根据给定的时间 t0，计算出颗粒的沉速 u0。凡是沉淀速度等于或大于 u0的颗粒，在 t0时都可全部去除。设原水中悬浮物浓度为c0(mg/L)，则与沉淀历时 ti相对应的悬浮物沉淀效率百分率为%100cccE0t0=其中，不同沉淀时间 ti时，沉淀柱未被去除的悬浮物百分比为%100ccP0ii=沉淀实验时，可算出 H 对应的时间 t 的颗粒沉速为()s/mmtHuiii=从而可绘出 u-E、t-E 及 u-P 的曲线，其形式见图 100 残余颗粒百分比%沉淀速度 u/(mm/s)去除率%沉淀速度 u/(mm/s)沉淀时间 min 去除率%二、实验装置及材料 二、实验装置及材料 1、自由沉淀实验装置（含 PVC 配水箱 1 个、不锈钢潜水泵 1 台、搅拌混合器 1 套等）；2、沉淀柱尺寸：100 mm1500 mm 3、测定悬浮物的器材：分析天平，具塞称量瓶、烘箱、滤纸、漏斗、量筒、烧杯等 环境科学与工程实验教学中心 174、自配水样 三、实验步骤 三、实验步骤 1、打开 PVC 配水箱的阀门和进气阀门，曝气搅拌使配水混合均匀，取混合水样 100mL，测定其悬浮物浓度 C0。2、将混合水样注入自由沉淀柱，水位高度为 130cm，立即计时，当时间为 1min、3 min、5 min、10 min、15 min、20 min、40 min、60 min 时，在高度为 10cm 的取样口分别取样 100mL，测其悬浮位浓度（Ct）。记录沉淀柱内液面高度。3、测定每一沉淀时间的水样悬浮物固体量。悬浮性固体的测定方法如下：先调烘箱至（1051，叠好滤纸放入称量瓶中，打开盖子，将称量瓶放入 105的烘箱烘至恒重。4、然后将已恒重好的滤纸取出放在玻璃漏斗中，过滤水样，并用蒸馏水冲净，使滤纸上得到全部悬浮性固体，最后将带有滤渣的滤纸移入称量瓶，烘干至恒重。悬浮性固体计算 悬浮性固体含量()()L/mgV101000c12=式中 1 称量瓶+滤纸质量，g；2 称量瓶+滤纸+悬浮性固体的质量，g；V 水样体积，100mL。四、实验结果分析及讨论 四、实验结果分析及讨论 1、实验基本参数及实验数据记录 实验日期 水样性质及来源 沉淀柱直径 D=柱高 H=水温/原水 SS 浓度（mg/L）沉 淀 时间 min 滤 纸编号 称量瓶 编号 称 量 瓶+滤 纸质量/g 取 样 体 积mL 瓶纸+SS质量 g 水样 SS质量/g C0/(mg/L)Ci/(mg/L)沉 淀 高度 H/cm0 1 3 5 10 15 20 40 60 2、绘出沉淀时间与去除率的关系图；3、沉淀速度与去除率的关系；4、沉淀速度与残余颗粒百分比%。环境科学与工程实验教学中心 18实验五 活性碳吸附实验 实验五 活性碳吸附实验 一、实验目的 一、实验目的 1、加深理解吸附的基本原理。2、通过实验取得必要的数据，计算吸附容量 qe，并绘制吸附等温线。3、利用绘制的吸附等温线确定费氏吸附参数 K，1/n。二、实验原理 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方法。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。活性炭吸附是物理吸附和化学吸附综合作用的结果。吸附过程一般是可逆 的，一方面吸附质被吸附剂吸附，另一方面，一部分已被吸附的吸附质，由于分子热运动的结果，能够脱离吸附剂表面又回到液相中去。前者为吸附过程，后者为解吸过程。当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，则吸附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，此时的动态平衡称为吸附平衡，此时吸附质在溶液中的浓度称为平衡浓度 Ce。活性炭的吸附能力以吸附量 q（mg/g）表示。所谓吸附量是指单位重量的吸附剂所吸附的吸附质的重量。本实验采用粉状活性炭吸附水中的有机染料，达到吸附平衡后，用分光光度法测得吸附前后有机染料的初始浓度 C0 及平衡浓度 Ce，以此计算活性炭的吸附量 qe。mVCCmxqee)(0=式中：C0水中有机物初始浓度（mg/L）Ce水中有机物平衡浓度（mg/L）m活性炭投加量（g）V废水量（L）qe活性炭吸附量（mg/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，二者之间的关系曲线为吸附等温线。以 lgCe为横坐标，lgqe 为纵坐标，绘制吸附等温线，求得直线斜率 1/n、截距 lgK。neeKCq1=参数 K 主要与吸附剂对吸附质的吸附容量有关，而n1是吸附力的函数。三、实验装置及化学药品 三、实验装置及化学药品 1、可调速搅拌器；2、烧杯 1000 ml；3、721 型分光光度计；4、pH 计或精密 pH 试纸、温环境科学与工程实验教学中心 19度计；5、大小烧杯、漏斗；6、粉状活性炭；7、：100mg/L 活性艳蓝 KN-R 染料废水；8、0.45 微米的滤膜。四、实验步骤及实验内容 四、实验步骤及实验内容 1、明确废水的最大吸收波长，吸取 100mg/L 的有机染料液于 10ml 比色管中，配制 0.00，5.00，10.00，15.00，20.00，25.00，30.00mg/L 的标准系列，以水为参比，测其吸光度，绘制标准曲线。2、依次称活性炭 50，100，150，200，250，300mg 于 6 个 1000ml 烧杯中，加入配制的染料水 600mL，置于搅拌机上，以 200r/min 转速搅拌 15min。3、取下烧杯，静置 15min。4、用小烧杯接取上述滤液，初滤液弃去不用，接取约 20mL 二次滤液，测定吸光度并根据标准曲线计算吸光度。五、实验数据记录及分析 五、实验数据记录及分析 1、列表记录实验数据；2、绘制吸附等温线；3、确定费氏吸附参数 K 和n1，并讨论所用活性炭的吸附性能。环境科学与工程实验教学中心 20实验六 酸性废水过滤中和实验 实验六 酸性废水过滤中和实验 一、实验目的 一、实验目的 1、测定升流式石灰石膨胀过滤设备中和除酸的效果；2、测定吹脱设备中去除水中游离 CO2的效果。二、实验原理 二、实验原理 某些工厂生产过程中产生酸性废水，当其通过具有中和性能的滤料（石灰石、白云石、大理石等），使酸性废水以一定的速度滤过填料层时进行中和反应，从而使废水得到中和。本实验是配制的含硫酸废水，采用粒径 0.53mm 的石灰石，用升流式过滤设备中和含酸废水，再通吹脱设备，去除中和后废水中的 CO2，使废水 pH 值在 6.06.6 之间，化学反应如下：CaCO3+H2SO4CaSO4+H2O+CO2 滤池出水含有大量溶解 CO2，使污水仍呈酸性，pH 值在 5 左右，经过曝气吹脱后 pH 值可升高至 6 以上。三、实验装置及试剂 三、实验装置及试剂 1、酸性废水中和吹脱实验装置 1 套，包括耐酸泵、高位水箱、低位水箱、转子流量计、中和后取样口、过滤中和柱、吹脱装置、转子气体流量计、压缩空气进口、吹脱后出水口。2、0.1000mol/L 氢氧化钠标准溶液；3、1甲基橙指示剂；4、碳酸钠标准溶液；5、1酚酞指示剂；6、终点标准贮备液（滴定时比较终点颜色用）：称取 2 克 CoCl26H2O和 2.01 克 CuSO45H2O 溶于 250 毫升容量瓶内，加入 2 毫升比重为 1.19 的盐酸，并加蒸馏水稀释至刻度；7、终点标准使用溶液：吸取 10 毫升终点标准贮备液，加于 100 毫升容量瓶中，用被测定的水样稀释至 100mL，倾入锥形瓶中备用。四、实验步骤 四、实验步骤 1、在内衬塑料的低位水箱中，配制硫酸溶液，浓度不大于 2.0g/L，用耐酸泵循环，使硫酸溶液混合均匀。2、开动耐酸泵，将配好的硫酸溶液提升到高位塑料水箱，然后用阀门调整中和过滤柱的流量使其达到所规定流速，第一组滤速 45m/h，第二组滤速 60m/h。（两组流速同时调整，以免互相干扰）。同时，取总进水样约 300mL，参定 pH 和酸度。5 分钟后，取中和出水水样约 300mL，测 pH 和酸度、游离 CO2的含量，每个测定项目平行作两次取其平均值。3、观察酸性废水中和过程出现的现象。4、中和后出水引到吹脱设备，开动空气压缩机，用阀门调整风量（约在 50m3/(m2h)），进行吹脱，中和出水取样后 3 至 10min，再取吹脱后水样约 300 毫升，测定 pH 值、游离环境科学与工程实验教学中心 21CO2的含量，每个测定项目平行作两次取其平均值。酸度测定方法：取 50mL 水样，加甲基橙指示剂 3 滴，用 0.1000mol/L 氢氧化钠溶液滴定由桔红色变为桔黄色为止，酸度计算如下式：酸度(CA1000)/V (mol/L)式中：C氢氧化钠溶液的摩尔浓度；A氢氧化钠溶液用量（mL）；V水样体积（mL）。游离 CO2的测定：取水样 50mL 于锥形瓶中，加酚酞指示剂 4 滴，迅速用碳酸钠标准溶液滴定，每次滴下碱液，轻微振荡，至溶液呈淡品红色，与终点标准使用溶液颜色一样，或生产的后色至少30 秒钟内不褪色为止，记录结果，计算如下：游离 CO2(A100)/V (mg/L)式中：AN/22 碳酸钠溶液用量（mL）；V水样体积（mL）。五、实验数据记录 五、实验数据记录 表 1 酸度测定和 CO2测定记录 项 目 pH 值 速度测定 CO2测定 水 样 量 mL NaOH 溶液消耗 mL 酸度mol/L水 样 量 mL Na2CO3溶液消耗 mL CO2浓度mg/LA1 mL A2 mL 平均 AmL B1 mL B2 mL 平均 B mL 中和前 中和后 中和吹 脱后 表 2 酸性过滤中和实验数据汇总 柱 号 原水 水量 气流 石灰石滤料 中和过滤后出水 中和过滤吹脱后出水 酸度(moL/L)pH 值 转子 流量 计读 数(L/h)滤速(m/h)转子 流量 计读 数(m3/h)装填高度cm膨胀高度cm膨胀率%酸度mol/LpH值CO2浓度中和效率%酸度 mol/L pH 值 CO2 浓度 中和效率%六、思考题 六、思考题 1用过滤中和法处理碱性废水的滤料有那些？2过滤中和法（滤料为石灰石即 CaCO3）处理硫酸酸性废水的浓度范围是多大？为什么？环境科学与工程实验教学中心 22实验七 离子交换软化实验 实验七 离子交换软化实验 一、实验目的。一、实验目的。1、巩固和加深对离子交换工艺的基本原理的理解；2、通过室内给定条件，定量地研究阳离子交换树脂离子交换的变化规律。二、实验原理 二、实验原理 离子交换树脂是由空间网状结构骨架（母体）与附着在骨架上的众多活性基团所构成的不溶性高分子化合物，属于有机离子交换剂的一种。离子交换工艺就是利用不溶性的电解质（树脂）所携带的可交换集团与溶液中的另一种电解质进行化学反应。由于不同类型的树脂与不同的阴阳离子的亲和力的不同，因此利用离子交换树脂工艺可以选择性的去除水中的离子。对软化来说，就是利用一些特制的离子交换剂所具有的可交换基团（钠离子、氢离子等）与水中的钙、镁离子进行交换反应，达到去除硬度的目的。离子交换反应与其它反应一样遵守质量作用定律和当量定律。离子交换反应的实用价值就在于其为可逆反应，即树脂离子交换达到饱和后可以利用逆反应进行再生，将树脂所吸附的离子用再生药剂置换下来，代之以需要的可交换基团。所以，离子交换反应存在一个反应平衡，平衡向哪一个方向移动取决于所给条件，也决定了交换是否能够顺利进行。以钠型树脂的离子交换软化为例。交换 2R-Na+Ca2+R2-Ca+2Na+再生 常用的阳离子交换树脂可以从取代位于后边的离子，钙镁离子与阳离子交换树脂的亲和力大于钠，所以显然可以用