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1、综合实验一（A）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月学生实验守则本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，
2、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（设计综合型）3实验二 过滤实验 8实验三 加压溶气气浮实验13实验四 自由沉淀实验 18实验一 混凝实验（设计综合型）分散在水中的胶
3、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、实验目的和要求：目的：1、掌握水处理实验设计的一般方法；2、掌握混凝工艺基本原理，了解针对实际废水采用混凝工艺的参数确定与优化；3、掌握水和废水混凝处理的最佳混凝条件（投药量、pH及水力条件）的确定方法；4、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。5、要求掌握的技能和知识点：
4、水处理实验方案的编制要点，浊度仪、pH仪的正确使用和操作；水样和药剂的配置、取样方法；实验数据记录、整理和分析方法；混凝工艺最佳药剂、最佳投药量等控制条件的获取方法。要求：1、提交实验方案：学生查阅相关资料，提出实验方案，方案中须包括：（1）选择实验废水的种类（给定）；（2）混凝工艺对该废水的主要去除对象（COD、PH、SS、浊度等）及相关分析方法、效能评价指标；（3）选取三种及以上的混凝药剂进行效果对比，列出最佳药剂、最佳投药量以及适宜pH等控制条件的实验方法与步骤；（4）实验中可能碰到的现象及问题；（5）方案提交指导教师（任务布置后2-3天），讨论和论证后，指导教师签字认可后，确定时间（预
5、约）展开实验。2、提交实验报告：含实验步骤，实验原始记录数据（见附表），数据分析及图表，实验结论，思考题答案等。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，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，胶粒的位越高，胶体颗粒的稳定性越高。胶体颗粒的位通过在一定外加电压下带电颗粒的电泳迁移率计算：式中：微粒形状系数，对于圆球体； 系数，为3.1416； 水的粘度（PaS），（此取）；颗粒电泳迁移率（）； 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
6、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。不同水质对应的最佳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后，生成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pH4，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pH8-10,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
7、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，
8、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。三、实验内容：（1）废水领取或配制、混凝剂配制；（2）最佳混凝剂的选择；（3）混凝剂最小投量的确定； （4）混凝剂最佳投量的确定；（5）最佳pH的确定；（6）混凝水力条件的控制（G值和GT值的计算）；（7）对实验数据绘制表格，并进行分析。四、实验仪器、装置：1实验装置混凝装置主要是六联搅拌机，如下图1-l所示。1电机 2烧杯 3搅拌桨 4传动齿轮图1-1 混凝搅拌机装置示意图搅拌机上装有电机的调速设备，电源采用稳压电源。2实验设备及仪器仪表 (1) 光电式浊度仪 1台 (2) 1000m1烧杯 6个(3) 1000ml量筒 1个(
9、4) 温度计 1支(5) 秒表 1块(6) 吸管(1m1、2ml、5ml、10ml) 各1支(7)硫酸铝、硫酸亚铁混凝剂（10g/l） 各500ml(8) NaOH、HCL溶液 各100ml(9) 小试管 6支(10) 精密pH试纸 各种范围，若干五、注意事项（1）注意观察混凝过程中的矾花的生成和长大；（2）投加混凝剂时，应严格保证同时向各烧杯投加，并使烧杯的水力条件一致；（3）抽取上清液测定时注意不要将下层矾花带入，导致测定误差。六、实验思考题（1）试根据实验结果说明混凝剂投量对混凝效果的影响。（2）在实际工程中是如何实现混凝对水力条件的要求的。（3）对自己的实验过程加以分析，指出可以改进的
10、地方。实验二 过滤实验过滤是具有孔隙的滤料截留水中杂质从面使水得到澄清的工艺过程。 砂滤是一种最主要的应用于生产实际的水处理工艺，它不仅可以去除水中细小的悬浮颗粒杂质，而且能有效地去除水中的细菌，病毒及有机污染物质，降低水的出水浊度。本实验采用石英砂作为滤料，进行清水、原混水及经混凝后的混水过滤实验及反冲洗实验。一、实验目的通过本实验希望达到以下目的： (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)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) 掌握混凝出水经过滤后的改变； (4)进一步深化
11、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，过滤的原水从过滤柱的上部流入，依次流经滤料层、承托层、 配水区及集水区， 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作用而使水中的杂质得到去除，滤料层中的水头损失将随过滤时间的延长而逐渐增加；在经混凝后的混水过滤过程中，水中的杂
12、质主要通过接触絮凝的途径而从水中得以去除，其滤料层中水头损失的变化规律类似于原混水过滤，但其随过滤时间的延长而增加的速度要比原混水过滤时快，且其出水水质要比前者好 在过滤过程中，随滤料层截污量的增加，滤层的孔隙度m减小，水流穿过砂层缝隙的流速增大，导致滤料层水头损失的增加。均匀滤料层的水头损失H可用下式进行计算：式中：K无因次数，通常取45；do-滤料粒径(cm)；v过滤速度(cms)；L0滤料层厚度(cm)；水的运动粘滞系数(cm2s)；滤料颗粒球形度系致(为0.3左右)；m滤料层的孔隙度（=1-G/V/ ，其中G为滤料重量、V为滤料层体积、 为容重）上式中第一项为粘滞项，第二项为动力项，根
13、据过滤速度大小的不同，各项所占的比例也不同 2反冲洗为了保证过滤后的出水水质及过滤速度，但过滤一段时间后，需要对滤料层进行反冲洗，以使滤料层在短时间内恢复其工作能力。反冲洗的方式有多种多样，其原理是一样的。反冲洗开始时，承托层、滤抖层未完全膨胀，相当于滤池处于反向过滤状态。 当反冲洗强度增加后，可使滤料层处于完全膨胀、流化的状态。为使滤料层中截留的杂质在短时间内彻底清洗干净，必须使滤料层处于完全的膨胀状态。但滤料层的膨胀高度大小与反冲洗强度及反冲洗的用水量等都有密切的关系。因而，为在短时间、少水量的前提下获得最佳的反冲洗效果，需研究反冲洗强度与滤料层膨胀率之间的关系。根据滤料层膨胀前后的厚度，
14、可用下式计算出滤料层的膨胀率e:e=(L0-L)/L0100%式中：L滤料层膨胀后的厚度（cm） e滤料层膨胀率（%）三实验装置与设备1实验装置本实验采用如下图2-1所示的实验装置。过滤时，清水来自自来水管，混水来自水箱；1、滤料层 2、承托层 3、水泵 4、水泵进水阀、5、过滤进水阀 6、过滤出水阀 7、过滤出水流量计8、放空阀 9、测压管阀10、反冲洗进水阀 11、反冲进水流量计2实验设备，仪器及药品 (1) 过滤柱(有机玻璃，具体尺寸见实验装置) 1套(2) 反冲洗进水、过滤出水流量计（具体型号见装置） 各1个（3）测压板 1块（4）测压管(玻璃管102m) 6根（5）卷尺(02.0m)
15、 1把（6）浊度仪(光电式) 1台（7）秒表 1块四、实验步骤： 采用衡水头变滤速的过滤方法，过滤开始前，先测定衡水位的水面高度，并进行记录。1、清水过滤（1）、打开水泵进水管、水泵开关及各测压管开关；（2）、打开过滤进水阀门，调节25l/h，待测压管中水位稳定后，读取各测压管中的水位值，并加以记录；（3）、增大过滤流量，使进水流量依次为50 l/h、100 l/h、150 l/h、200 l/h、250 l/h，重复步骤（2），进行读数和记录；（4）、关闭过滤进水阀门，关闭水泵及各测压管；（5）、用卷尺测量各测压管间滤料层的厚度及滤料层的总高度，记录；（6）、根据测定结果作出滤速与各测压管水
16、头损失值间的关系曲线并进行分析。2、混水过滤实验方法同清水过滤。3、滤柱反冲洗实验（1）、量出滤料层的原厚度；（2）、开启水泵，慢慢开启反冲洗进水阀门，调至反冲进水流量为1000 l/h,使滤料层膨胀完全膨胀，待滤料层表面稳定后，记录此时的滤料层高度；（3）、重复（2）降低反冲洗进水流量，使反冲洗进水量依次为900 l/h 、800 l/h 、700 l/h 、600 l/h 、500 l/h 、400 l/h 、300 l/h，待滤料层表面稳定后，记录对应的滤料层高度。（4）、作出反冲洗流量与滤料层膨胀率之间的关系曲线并加以分析。五实验思考题 1 本实验中，滤柱测压管口的间距是相等的。请结合
17、实验结果分析说明在清水过滤过程中各测压管问的水头损失是基本相等的，面在原混水和经混凝的原水的过滤过程中各测压管间滤料层的水头损失是不同的原因。2 结合过滤的基本原理，请你分析过滤过程中，滤料层对水中杂质的去除机理。3你认为本实验是否存在什么问题?可作怎样的改进?实验三 加压溶气气浮实验 在水污染控制工程中，固液分离是一种十分重要的水处理方法。气浮法即是一种常用于分离水和废水中比重小于或接近于1、难以通过自然重力沉淀的方法去除的细小悬浮颗粒及胶体颗粒的固液分离方法。例如，天然水中藻类及胶体颗粒的去除，工业废水和城市污水中短纤维及石油微粒的去除等。有时还用于去除水和废水中溶解性的污染物质，如表面活
18、性物质和放射性物质等。由于悬浮颗粒的性质和浓度，微气泡的数量和尺寸等多种因素对气浮效果都有不同程度的影响，因而气浮处理工艺系统的设计运行参数常需通过试验来确定。 一、实验目的通过气浮实验，可以达到以下目的：(1) 深化对加压溶气气浮工艺系统及其各部分的组成，运行过程及其操作和控制要点，溶气水释放的表现特征及浮渣的形成的理解；(2)加深对悬浮颗粒浓度、操作压力、气固比与澄清效果间的关系的理解。二、实验原理 目前以部分回流加压溶气气浮工艺应用最为广泛。 进行气浮时，用水泵将污水抽送至压力为24个大气压的溶气罐中，同时通过负压带入空气。空气在罐内溶解于加压的经处理后的回流水中，然后使经过溶气的水(溶
19、气水)通过减压阀(或释放器)进入气浮池，此时由于压力的突然降低，溶解于加压的清水或经处理后的回流水中的空气便以微气泡的形式从水中释放出来微细气泡在上升的过程中附浊于经投药混凝后形成的悬浮(絮体)颗粒上，使颗粒的密度减小，上浮到气浮池的表面与水分离，而使杂质从水中得以去除。 由斯托克斯(Stokes)公式V=g(水一颗粒)d2(18)可知，粘附于悬浮颗粒上的气泡越多，颗粒与水的密度之差(水颗粒)就越大，颗粒的上升速度就越快，从而固液分离的效果也越好。水中悬浮颗粒的浓度越高，气浮时所需要的微细气泡量越多，通常以气固比（AS)表示单位重量悬浮颗粒所需要的空气量。气固比(A/S)与操作压力、悬浮固体的
20、浓度及其性质等有关。对活性污泥进行气浮处理时，AS通常在0.0050.6之间，变化范围较大。气固比可按下式进行计算： AS=1.3Sa(fP-1)Qr/QSi A/S气固比（g释放的空气/g悬浮固体）；Si进水悬浮固体浓度（mg/l）Qr回流加压水量(ld) Q处理污水量(ld)；Sa某一温度时的空气溶解度(查下表)；P绝对压力（Pa）(=p+10l.32101.32)； p表压(kPa)；f压力为P时空气在水中的溶解系数，通常采用0.50.75；1.31ml空气的重量（mg） 在一定范围内，气浮效果是随(AS)的增大而提高的，即 (AS)越大，出水中的SS浓度越低，而浮渣中的SS浓度越高。三
21、、实验装置与设备1实验装置 气浮实验装置的工艺流程如下图所示，由贮水池、加压水泵、溶气罐、溶气水释放器、气浮池等组成。2实验设备及仪器仪表1) 原水池（PVC板制） 1个；2) 加压水泵（自吸式，扬程2530m）1台3) 溶气罐（UPVC,100、H1.0m）4) 精密压力表（0.59MPa,6kgf/cm2） 5) 释放器（TS-1型）6) 气浮池（有机玻璃制）7) 转子流量计8) 温度计（050） 9) 硫酸铝混凝剂(化学纯)溶液（10%）10) 精密pH试纸（各种范围）11) 浊度仪（光电式）12) 100m1、1000m1量筒13) 500m1、1000m1烧杯14) 20ml、50m
22、l移液管四、实验内容及步骤 1、实验准备(1) 仪器设备的调试(2) 水样的配置(3) 混凝剂的配置2、投加混凝剂(1) 在原水池内加入一定量的原废水(2) 测定原废水有浊度、温度及pH值； (3) 将配制好的混凝剂按水量的一定比例加入原水池内；(4) 进行人工搅拌一定时间；(5) 开启加压水泵，将废水打入溶气罐内；(6) 待溶气罐内压力达到3kgfcm2左右时，开启气浮池进水流量计和空气流量计，并调节到一定量的气水比；(7) 溶气水通过气浮池进水流量计后进入气浮池内；(8) 在气浮池进水的同时，观察池内微气泡的形成状态和水面浮渣层的形成情况；(9) 待气浮池水满后，关闭进水水泵和阀门；(10
23、) 一定时间后，从出水管取一定体积出水，测定其浊度；(11) 记录实验操作过程，记录测定结果，进行分析。五、实验思考题1) 试述气浮处理过程中溶气罐的工作压力对气浮效果的影响。2) 投加混凝剂和不投加混凝剂(其它条件相同)的气浮处理效果有何差别?为什么?3) 试根据实验操作过程说明释气量、气固比的概念并分析它们对处理效果的影响。实验四、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
24、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21）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，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
25、取样所测得的悬浮物中仅不含有沉速大于、等于u01的颗粒。令t1时取样浓度为C1，即得到小于沉速的悬浮物浓度为C1。是沉速小于u01的悬浮物占所有悬浮物的比例。令，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。自由沉淀示意图如果把取样口移到底部（如上图），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
26、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。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、浊度仪四、实验步骤：1、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。6、绘制残余颗粒百分数与沉速之间的关系曲线，并进行分析。五、思考题（1）、请简述沉淀过程的变化。（2）、何为表面负荷？说明表面负荷率对沉淀效果的影响。 23