综合实验一(B)实验指导书(水质工程学)

综合实验一（B）实验指导书苏州科技学院环境科学与工程学院中心实验室2013年7月学生实验守则水质工程学实验目的在于将书本上所学的理论知识，通过实验验证增强动手能力、掌握操作技能、测量方法和培养分析实验数据、整理实验成果及编写实验报告的能力。进行水质工程学实验必须遵守：一、遵守上课时间，不得迟到及无故缺课。因故不能上课者必须及时请假并进行补课。二、实验课前必须预习实验讲义中有关内容，了解本次实验的目的、要求、仪器设备、实验原理、实验步骤、记录表格等。三、进入实验室内必须严肃认真、不得喧哗。不得乱动其它与本实验无关的仪器设备。四、开始实验之前，要先对照实物了解仪器设备的使用方法，弄清实验步骤，做好实验前的准备工作，然后再进行实验。实验小组成员应互相配合，精心操作、细心观察、认真进行数据测量。五、实验过程中应按照教师要求及时对所测量的数据进行认真整理，以便检验实验的正确性。六、爱护仪器设备和其它公共财物，如有损坏，应查清责任，立即向指导教师报告，视损失情况酌情赔偿。七、实验完毕应报告指导教师，经许可后将仪器设备恢复原状后，方可离开实验室。八、实验报告应力求书写工整，图表清晰，成果正确。并写上同实验小组成员的名称，以便教师检验。如有不符合要求者，应重做。目录实验一混凝实验…………………………………………………1实验二自由沉淀实验……………………………………………7实验三过滤试验………………………………………………11实验四离子交换实验…………………………………………161实验一混凝实验分散在水中的胶体颗粒带有负电荷，同时在布朗运动及表面水化作用下，处于稳定状态，不能依靠其自身的重力而发生自然下沉，而向这种水中投加混凝剂，通过电性中和或吸附架桥作用，而使胶粒脱稳，颗粒相互凝聚在一起形成矾花。混凝处理的效果不仅与混凝剂的投量有关，同时还与被处理水的PH、水温及处理过程中的水力条件等因素有密切的关系。一、实验目的：1、掌握水和废水混凝处理中最佳混凝条件（投药量、PH及水力条件）的确定方法2、加深对混凝机理的理解3、了解混凝过程中凝聚和絮凝的作用及其表现特征4、了解絮体的产生及其聚集增大的基本过程5、深入理解不同混凝剂混凝效果的差别及PH值对混凝效果的影响二、实验原理：胶体颗粒带有一定的电荷，它们之间的静电斥力是胶体颗粒长期处于稳定的分散悬浮状态的主要原因，胶粒所带的电荷即电动电位称电位，电位的高低决定了胶体颗粒之间斥力的大小及胶体颗粒的稳定性程度，胶粒的电位越高，胶体颗粒的稳定性越高。胶体颗粒的电位通过在一定外加电压下带电颗粒的电泳迁移率计算：2HDK式中：K——微粒形状系数，对于圆球体6K；——系数，为3.1416；——水的粘度（Pa·S），（此取SPa110）；——颗粒电泳迁移率（cmVsm///）；H——电场强度梯度（V/cm）；D——水的介电常数D水=8.1。通常，电位一般值在10-200mv之间，一般天然水体中胶体颗粒的电位约在-30mv以上，投加混凝剂以后，只要该电位降至-15mv左右，即可得到较好的混凝效果，相反，电位降为0时，往往不是最佳混凝效果。投加混凝剂的多少，直接影响混凝的效果。投加量不足或投加量过多，均不能获得良好的混凝效果。不同水质对应的最优混凝剂投加量也各不相同，必须通过实验的方法加以确定。向被处理水中投加混凝剂（如Al2(SO4)3）后，生成Al(Ⅲ)化合物对胶体颗粒的脱稳效果不仅受投量、水中胶体颗粒的浓度影响，同时还受水PH的影响。若PH＜4，则混凝剂的水解受到限制，其水解产物中高分子多核多羟基物质的含量很少，絮凝作用很差；如水PH＞8-10,它们就会出现溶解现象而生成带负电荷，不能发挥很好混凝效果的络合离子。水力条件对混凝效果有重大的影响，水中投加混凝剂后，胶体颗粒发生凝聚而脱稳，之后相互聚集，逐渐变成大的絮凝体，最后长大3至能发生自然沉淀的程度。在此过程中，必须严格控制水流的混合条件，在凝聚阶段，要求在投加混凝剂的同时，使水流具有强烈的混合作用，以便所投加的混凝剂能在较短时间内扩散到整个被处理水体中，起压缩双电层作用，降低胶体颗粒的电位，而是其脱稳，此阶段所需延续的时间仅为几十秒钟，最长不超过2min。絮凝（混合）阶段结束以后，脱稳的颗粒即开始相互接触、聚合。此阶段要求水流具有由强至弱的混合强度。以一方面保证脱稳的颗粒间相互接触的机率，另一方面防止已形成的絮体被水力剪切作用而打破，一般要求混合速度由大变小，通常可用G值和GT值来反映沉淀的效果，G值一般控制在70～20，GT值为104-105之间为宜。三、实验仪器、装置实验搅拌机示意图1——电机2——烧杯3——搅拌桨4——传动齿轮六联搅拌器、光电式浊度仪、1000ml烧杯6个、吸管（1ml、2ml、45ml）各6支、10L水桶1个、秒表、Al2(SO4)3混凝剂（10g/l）500ml、NaOH溶液、HCL溶液、滴管、精密PH试纸、普通滤纸若干、200ml烧杯6只、50ml注射器1个、原水水样1桶四、实验内容以及步骤：（A）、确定最佳混凝剂和最小投药量1、测定原水特征（水温、PH、浊度）2、取2个800ml烧杯，将其置于搅拌仪上，向烧杯中各注入600ml原水，启动搅拌仪，使搅拌仪处于慢速搅拌状态，向烧杯中投加已配置的Al2(SO4)3和Fecl3混凝剂，直至杯中出现矾花为止，此时的混凝剂投量即为形成矾花的最小投量。静沉10分钟，观察矾花的形成，并判断最佳混凝剂。（B）、测定最佳投药量1、取6个800ml烧杯并依次分别编号（1～6）并将他们按顺序安放在搅拌仪上。2、根据A确定的混凝剂的最小投量，取最小投量的41为1号杯的投加量；取最小投加量的4倍作为6号杯的投加量。2～5烧杯为最小投量的21、1.0、1.5、2.0倍。3、各组用吸管一一对应将上述混凝剂量移入6个编号（1～6）的小试管中，备用。4、开启搅拌仪，使其使用搅拌的快速而剧烈的混合状态，同时将3中所备的混凝剂一一对应加入烧杯中，并同时开始计时，进行快速混合，转速约300r/min，1min快速混合结束后，调节搅拌仪转速5至中速，转速约150r/min，3min。最后慢速搅拌，转速为50r/min，8min。5、关闭搅拌仪，静置5min，用50ml注射器，分别从烧杯中取上清液，立即永光电式浊度仪分别测定水浊度，并记录。6、分析浊度与投加量的关系，找出相应的最佳投药量。（C）、测定最佳的PH值1、取6个烧杯编号（1～6），分别装600ml原水水样，然后分别用10％得HCL和NaOH溶液将原水的PH值分别调至3，4，5，7，8，9。2、取6个小试管分别装入最佳投药量的混凝剂，备用。3、将调节PH后的6个水样（800ml烧杯）置于搅拌仪上，开启搅拌仪，同时分别将相同数量的最佳投药量的混凝剂加入各个水样中，并开始计时，安最佳投药量实验的操作步骤重复。4、关闭搅拌机，静置5min，用50ml注射器分别从各烧杯中取出上清液，立即永光电浊度仪分别测定其水浊度。5、作出PH与出水浊度之间的关系，试确定最佳PH值。五、实验记录：（A）、原水浊度________mg/L，原水PH________，Al2(SO4)3最小投药量_____mlFecl3最小投药量_____ml选定的最佳混凝剂________（B）、测定最佳投药量6最佳投药量记录表水样编号123456混凝剂投量（mg/L）出水浊度（mg/L）根据上表知，最佳投药量为_______ml。作出水浊度对投加量的曲线图：（C）、测定最佳PH值最佳PH值记录表水样编号123456PH值出水浊度（mg/L）根据上表知，最佳PH值约为_______。作出水浊度对PH值的曲线图：六、成果及误差分析7实验二自由沉淀实验沉淀是水污染控制中用以去除水中杂质的常用方法。沉淀可分为四种基本类型：即自由沉淀；絮凝沉淀；成层沉淀；压缩沉淀。自由沉淀实验主要确定悬浮固体的去除效率与时间的关系，从而推求沉淀速度与去除效率的关系。本实验有两种方法，第一种为测定沉淀柱底部不同历时累计沉泥量方法，找出去除率与沉速的关系；第二种为通过水平取样口，测定不同时段下的去除率。一、实验目的：1、初步了解用累计沉泥量方法计算杂质去除率的原理和基本实验方法；2、比较该方法与累计曲线（或重深分析曲线）法的共同点；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：若在以水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验（见下图2－1）实验开始时，沉淀时间为零，水样中悬浮物浓度为C0mg/l，此时沉淀去除率为零。当沉淀时间为t1时，能够从水面到达和通过取样口段面的颗粒沉速为101tHu，而分布在h1高度内沉速小于u01的颗粒也能通过取样口断面。但是h1高度以上的沉速小于u01的颗粒又平移到了h1高度内，所以在t1时取样所测得的悬浮物中仅不含有沉速大于、等于8u01的颗粒。令t1时取样浓度为C1，即得到小于沉速101tHu的悬浮物浓度为C1。01CC是沉速小于u01的悬浮物占所有悬浮物的比例。令0101pCC，便可依次得到u02、p02、u03、p03……，把u0、p0绘成曲线就得到了不同沉速的累计曲线。利用u0和p0的关系曲线刻意求出不同临界沉速的总去除率。按照这样的实验方法，取样时应该取到沉淀柱整个断面，否则若只取到靠近取样口周围的部分水样，误差较大。同时绘制的u0与p0关系曲线应有尽量多的点。无疑这是一种非常麻烦且精度不高的方法。取样口h1图2－1自由沉淀示意图如果把取样口移到底部（如图2－2），直接测定累计沉泥量Wt,则是计算总去除率的较好方法。例如，取t1＝10分钟，测得底部累计沉泥量W1，而W1与原水样中悬浮物含量W0之比就是临界沉速为910tHu时的总去除率。同样，这种方法也适用于凝聚沉淀，它避免了重深分析法中比较繁琐的测定、作图、计算过程。取样口三、实验装置与设备沉淀实验装置示意图沉淀柱、溶液调配箱、水泵、烧杯、浊度仪、蒸馏水四、实验步骤：101、启动水泵，把调配好的水样送入沉淀柱。待沉淀柱内水位上升到2m时，关闭沉淀柱进水阀门，关闭水泵。2、从沉淀柱取样口，用烧杯取适量水样，立即用浊度仪测量此时浊度。3、经过10、20、30、40、50分钟，分别从取样口取样一次，测量其浊度。该浊度代表该瞬时液面的剩余浊度。时间越长浊度越小。4、由沉淀时间与相应的浊度推算相应的沉速。由各时间的剩余浊度与原水浊度求得去除率。确定沉降速度与去除率的关系，并作曲线表示。5、由曲线得到所给表面负荷率对应的去除百分率。五、实验记录：原水浊度：_________mg/l时间（min）01020304050浊度（mg/L）)(000CCpimin)/(cmtHvii绘制残余颗粒百分数与沉速之间的关系曲线：六、成果及误差分析：11实验三过滤试验过滤是通过滤料去除水中杂质从而使水得到澄清的工艺过程。过滤不仅可以去除水中细小悬浮颗粒杂质，而细菌病毒有机物也会随浊度降低而被去除。本实验采用石英砂为滤料。一、实验目的：1、掌握清洁滤料层过滤时水头损失的变化规律及其计算方法；2、了解不同原水（清洁水、原混水及经混凝后的混水）过滤时，滤料层中水头损失变化规律的区别及其原因；3、深化理解滤速对处理出水水质的影响；4、进一步深化理解过滤的基本机理；5、深入理解反冲洗强度与滤料层膨胀高度间的关系。二、实验原理：1、过滤本实验采用单层均匀石英砂滤料进行过滤实验，过滤过程中，原水从过滤柱的上部流入，依次经过滤料层、承托层、配水区、集水区，从滤柱的底部流出，在清水过滤过程中，主要考察清洁滤料层随过滤速度的变化，其各滤料层的水头损失变化情况。过滤过程中滤料层内始终保持清洁状态，因而在同一过滤速度下，各滤料层内的水头损失不随过滤时间的变化而变化。在原混水的过滤过程中，滤料层通过对混水中杂质的机械截留时间而使水中杂质得以去除，滤料层中的水头损失将随时间的延长而增加。在经混凝后的混水果率过程中，水中的杂质主要通过接触絮凝的途径而从水中得以去除，其滤料层中水头损12失的变化规律类似于原混水过滤，但其随过滤时