水污染实验

1水污染控制工程实验.....................................................................................................1实验一颗粒自由沉淀..........................................................................................1实验二混凝实验..................................................................................................8实验三活性炭吸附实验..........................................................................17实验四加压溶气气浮实验.................................................................................22实验五生物接触氧化实验...................................................................................27实验六活性污泥性质的测定...............................................................................33水污染控制工程实验实验一颗粒自由沉淀在污水预处理或物理处理阶段，针对无机较大颗粒物质一般采用沉淀方法来进行处理，典型的构筑物为沉砂池。沉砂池的设置目的就是去除污水中的泥沙、煤渣等相对密度比较大的无机颗粒，以免影响后续构筑物的正常运行。沙粒在沉砂池中的沉淀就属于自由沉淀。一实验目的（1）观察沉淀过程，认识自由沉淀的现象，加深对自由沉淀的理解。（2）初步掌握颗粒自由沉淀的试验方法。（3）进一步了解和掌握自由沉淀规律，根据试验结果绘制时间～沉淀效率（t~E），沉速～沉淀效率（u~E）和Ct/C0～u的关系曲线。二实验原理沉淀是水污染控制中用以去除水中杂质的常用方法。根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀通常可以分成四种不同的类型：自由沉淀、絮凝沉淀、区域沉淀、压缩沉淀。2浓度较稀的、粒状颗粒的沉降称为自由沉淀，其特点是在静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉淀在层流区符合Stokes(斯托克斯)公式。但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒密度很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、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，但其直径应该足够大，一般应使D≥100mm，以免沉淀颗粒受柱壁的干扰。自由沉淀所反映的一般是沙砾、河流等的沉淀特点。具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率E与截留速度u0、颗粒质量分数的关系如下：dpuuPEpi0001)1((1-1)式中E——总沉淀效率；P0——沉速小于ui的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；1-P0——沉速大于或等于ui的颗粒去除百分数；ui——某一指定颗粒的最小沉降速度；u——小于最小沉降速度ui的颗粒沉速。公式推导如下：设在水深为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E=0。实验开始后，不同沉淀时间ti，颗粒最小沉淀速度ui相应为ui＝itH（1-2）3ui此即为ti时间内从水面下沉到取样点的最小颗粒di所具有的沉速。此时取样点处水样悬浮物浓度为Ci，未被去除之颗粒即示意ddi的颗粒所占的百分比为：Pi=0CCi（1-3）因此，被去除的颗粒(粒径d≥di)所占比例为：E0=1－Pi（1-4）实际上沉淀时间ti内，由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成。即沉速u≥ui的那一部分颗粒能全部沉至池底；除此之外，颗粒沉速uui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uui，但是这部分颗粒并不都在水面，而是均匀地分布在整个沉淀柱的高度内。因此只要在水面下，他们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速ui的颗粒由水面降至池底所用的时间ti，那么这部分颗粒也能从水中被去除。沉速uui的那一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.因此若能分别求出各种粒径的颗粒占全部颗粒的百分比,并求出可颗粒在时间ti内能沉到池底的颗粒占本颗粒粒径的百分比,则二者乘积即为此中颗粒粒径在全部颗粒中的去除率。如此分别求出uui的那些颗粒的去除率，并相加后，即可得出这部分颗粒的去除率。为了推求其计算式，我们绘制P～u关系曲线，其横坐标为颗粒沉速u，纵坐标为未被去除颗粒的百分比P，如图所示。由图中可见ΔP=P1-P2=01CC－02CC=021CCC(1-4)故ΔP是当选择的颗粒沉速由u1降至u2时，4整个水中所能多去除的那部分颗粒的去除率，也就是所选择的要去除的颗粒粒径由d1减到d2时水中所能多去除的，即粒径在d1～d2间的那部分颗粒所占的百分比。因此当ΔP间隔无限小时，则dP代表了直径为小于di的某一粒径d的颗粒占全部颗粒的百分比。这些颗粒能沉至池底的条件，应是在水中某图1－1P～u关系曲线点沉至池底所用的时间，必须等于或小于具有沉速为ui的颗粒由水面沉至池底所用的时间，即应满足xux≤iuH即x≤ixuHu(1-5)由于颗粒均匀分布，又为等速沉淀，故沉速uxui的颗粒只有在x水深以内才能沉到池底.因此能沉到池底的这部分颗粒，占这种颗粒的百分比为Hx，如图1-1所示，而Hx=ixuu(1-6)此即为同一粒径颗粒的去除率。取u0=ui，且为设计选用的颗粒沉速；us=ux，则有ixuu=0uus(1-7)由上述分析可见，dPs反映了具有沉速us的颗粒占全部颗粒的百分比，而0uus则反映了在设计沉速为u0的前提下，具有沉速us(u0)的颗粒去除量占本颗粒总量的百分比。故0uusdP正是反映了在设计沉速为u0时，具有沉速为us(u0)的颗粒所能去除的部分占全部颗粒的比率。利用积分求解这部分usu0的颗粒的去除率，则为dpuups000。故颗粒的去除率为：E=(1-P0)+dpuups000(1-8)5工程中常用下式计算：E=(1-P0)+0uPus(1-9)三实验装置与设备1、沉淀管、储水箱、水泵和搅拌装置2、秒表，皮尺3、测定悬浮物的设备：分析天平，称量瓶，烘箱、滤纸（烘干备用）、漏斗、漏斗架、量筒，烧杯等。4、污水水样，采用高岭土配置。6图2.1自由沉淀实验装置图四实验步骤1．开启水泵，将配水箱中的水打入高位水箱中，并将一定量的高岭土投入到配水箱中，开动搅拌机，充分搅拌。2．停止搅拌机，启动阀门将混合液流入沉淀管到一定高度，并且记录高度值。开动秒表，开始记录沉淀时间。3．取水样100ml（测定悬浮浓度为c0）并且确定取样管内取样口位置。4．当时间为1、3、5、10、15、20、40、60分钟时，在取样口分别取水100ml，测定悬浮物浓度（ct）。5、每次取样应先排出取样口中的积水，减少误差，在取样前和取样后皆需测量沉淀管中液面至取样口的高度，计算时取二者的平均值。6．测定每一沉淀时间的水样的悬浮物浓度固体量。首先调烘箱至105±1℃，叠好滤纸放入称量瓶中，打开盖子，将称量瓶放入105℃烘箱中至恒重，称取重量，然后将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中，称其悬浮物的重量（还要重复烘干至恒重的过程）7．悬浮固体计算：)/(10001000)WW(12LmgVC（1-10）式中：W1—称量瓶+滤纸重量（g）W2—称量瓶+滤纸重量+悬浮物（g）V—水样体积（100ml）7五试验结果整理1.根据不同沉淀时间的取样口距液面平均深度h和沉淀时间t，计算出各种颗粒的沉淀速度ut和沉淀率E，并绘制沉淀时间～沉淀效率和沉速～沉淀效率的曲线2．利用上述资料，计算不同时间t时，沉淀管内未被去除的悬浮物的百分比，即：P＝（ct/c0）×100％以颗粒沉速u为横坐标，以P为纵坐标，绘制u－P关系曲线。3．讨论自由沉淀净沉曲线的意义。表1-1自由沉淀实验记录表取样号取样时间（min）取样体积（mL）沉降柱高度H1（mm）浓度（mg/L）102133455156207408608表1-2自由沉淀实验记录表取样号平均沉降高度H（mm）沉降速度U=H/t(mm/min)水中残余悬浮物浓度（mg/L）水中残留悬浮物浓度与原水悬浮物浓度比P=C/C0沉降效率Ei（%）沉降总效率Ea（%）12345678六实验结果讨论1.自由沉淀效率跟那些因素有关，如何提高自由沉淀的效率？实验二混凝实验混凝沉淀是废水与给水处理中的一种重要处理方法，在自然水体或废水中加入混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离去除。9一实验目的1、通过实验观察混凝现象、加深对混凝沉淀理论的理解；2、掌握确定最佳投药量的方法，选择和确定最佳混凝工艺条件；3、了解影响混凝条件的相关因数。二实验原理混凝的机理主要包括三部分：1）压缩双电层作用；2）吸附架桥作用；3）网捕作用。胶体表面的电荷值常用电动电位ξ表示，又称为Zeta电位。一般天然水中的胶体颗粒的Zeta电位约在-30mV以上，投加混凝剂之后，只要该电位降到-15mV左右即可得到较好的混凝效果。相反，当电位降到零，往往不是最佳混凝状态。因为水中的胶体颗粒主要是带负电的粘土颗粒。胶体间存在着静电斥力，胶粒的布朗运动，胶粒表面的水化作用，使胶粒具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大，若向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，能加速胶体的凝结和沉降。向水中投加的能使水中胶体颗粒脱稳的高价电解质，称之为“混凝剂”。混凝剂可分为无机盐混凝剂和高分子混凝剂。水处理中常用的混凝剂有：三氯化铁、硫酸铝、聚合氯化铝（简称PAC）、聚丙烯酰胺等。本实验使用PAC，它是介于AlCl3和Al(OH)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物，化学通式为[Al2(OH)nCl(6-n)]m其中m代表聚合程度，n表示PAC产品的中性程度。对高分子混凝剂来说，主要以吸附架桥机理为主。而无机的金属盐混凝剂则三种作用同时存在。单位体积水中投加的混凝剂量称为“投药量”，单位为mg/L。混凝剂的投加量除与混凝剂品种有关外，还与原水的水质有关。当投加的混凝剂量过小时，高价电解质对胶体颗粒10的电荷斥力改变不大，胶体难以脱稳，混凝效果不明显；当投加的混凝剂量过大时，则高价反离子过多，胶体颗粒会吸附过多的反离子而使胶体改变电性，从而使胶体粒子重新稳定。因此混凝剂的投加量有一个最佳值，其大小需要通过试验确定。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。三实验装置与设备(一)实验装置混凝实验装置主要是实验六联混凝搅拌机，见图2