本科实验讲义修改版word

本科实验讲义-修改版word-————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：本科教学实验讲义环境工程基础实验厦门大学环境科学与工程系熊小京主编2009年2月(2012年2月修改版)简介一、性质、目的与任务本课程是与环境工程基础理论课相配套、为环境科学与工程专业的学生而设置的实验教学。

内容是在参考国内外最新的研究与应用成果，同时结合教学实践课程的特点而制定。

为了使实验内容与手段更具有代表性，先进性和实用性，所选用的实验方法，实验装置既有传统的处理工艺，又有近年国内外流行的新工艺。

重点培养学生独立思考，独立设计以及动手操作的综合实验技能，对加深学生对环境工程基础理论的理解和提高学生的实践技能具有重要意义。

二、基本要求针对所定的环境工程基础实验项目，每个学生必须按照下述规定内容及要求进行实验课的学习。

1.混凝沉淀实验：要求认识几种混凝剂，掌握其配制方法。

观察混凝现象，从而加深对混凝理论的理解。

2.过滤及反冲洗实验：观察过滤及反冲洗现象，加深理解过滤及反冲洗原理。

了解过滤及反冲洗模型试验设备的组成与构造。

了解进行过滤及反冲洗模型试验的方法。

测定滤池工作的主要技术参数并掌握观测方法。

3.曝气生物滤池处理含氨氮废水实验：了解生物的硝化反应过程原理，充分认识曝气生物滤池的工作原理，在好氧条件下，通过考察贝壳填料对氨氮的去除效果，加深对生物膜法处理含氨氮废水工艺的理解。

4.膜生物反应器处理垃圾渗滤液实验：了解活性污泥对垃圾渗滤液的降解原理，掌握膜生物反应器的基本工作原理，在好氧条件下，通过考察对氨氮的去除特性，加深对膜生物反应器处理垃圾渗滤液工艺的理解。

5.电解法处理印染废水实验：了解电解法处理印染废水的基本原理。

学会组装电解法处理装置及其操作。

通过考察不同电解电压及电极板间的距离条件下，电解池中的色度变化情况，初步探讨影响电解法处理效果的因素。

6.厌氧生物滤池对偶氮染料的降解实验：认识印染、染料废水生物降解原理及生物滤池的工作原理。

了解不同进水条件对染料脱色效果的影响。

7.活性炭处理印染废水实验：了解活性炭吸附印染废水的基本原理；通过考察不同实验条件下，脱色率的变化情况，初步探讨影响活性炭处理染料废水的主要因素，并确定最优的吸附条件。

8.离子交换法处理硬水实验：了解用离子交换法处理硬水原理和方法；. 了解离子交换树脂的一般使用方法；掌握测定水的硬度的方法。

9.包埋固定化凝胶小球对废水中染料的吸附实验：了解包埋固定化凝胶小球的制作方法及其对污染物的处理原理；认识包埋固定化凝胶小球对废水中染料的吸附特性。

三、安排及考核本实验的开课专业为环境科学与环境工程专业，授课时间为十周，考核方式为实验报告的形式。

四、主要参考资料1.国家环保局编《水和废水监测分析方法》2.黄君礼主编《水分析化学》3.张可方主编《水处理实验技术》4.张自杰主编《环境工程手册》实验一混凝沉淀实验1实验目的通过混凝沉淀试验，了解混凝机理，并掌握确定最佳投药量的方法。

2实验原理混凝作用原理包括三部分：1）压缩双电层作用；2）吸附架桥租用；3）网捕作用。

这三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。

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。

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。

3实验仪器和试剂3.1实验仪器（1）浊度仪一台；（2）混凝试验搅拌仪；（3）沉淀桶（500mL烧杯）6个；（4）100mL取样瓶6个；（5）乳胶管或塑料软管（直径5~8mm）15~20cm；（6）100mL烧杯1个；（7）100mL量筒1个；（8）500mL量筒1个；（9）10mL 量筒1个；3.2 实验试剂混凝剂：聚合氯化铝PAC；原水4实验步骤1)制备原水：事先用高岭土配制浊度为50 NTU左右的浑水，静沉1天以上，取上清液备用。

（实验员完成）2)称取混凝剂（PAC）3g溶于1L自来水中，浓度为3g/L。

3)取600mL原水倒入与搅拌仪配套的沉淀桶中。

4)根据原水体积，按照投加量30、50、80、120、160、200mg/L计算加药量，并换算成混凝剂溶液的体积量。

5)设置搅拌仪程序：（1）转速400转/分，搅拌1.5 min ；（2）转速150转/分，继续搅拌5 min；（3）转速60 转/分，继续搅拌5 min；（4）转速0转/分钟，沉淀15min6)用量筒量取步骤（3）计算的混凝剂量，快速加入沉淀桶中。

7)开启搅拌仪，按照设定程序运行。

8)程序结束后，用乳胶管吸取每个沉淀桶中上清液50~100mL。

9)用浊度仪测定上清液浊度，并进行记录。

5结果与讨论以投药量为横坐标，上清液浊度为纵坐标绘制不同混凝剂混凝沉淀图，从图中求出最低浊度时混凝的投加量。

若无此点，则改变加药量继续试验，或得出结论：该种水利用此种混凝剂进行混凝沉淀无法满足要求。

注意事项：混凝包括混合与凝聚，混合过程（即混凝剂刚加入水中的混合过程）要求快速，之后则要不断减慢速度，使脱稳胶体粒子相互凝聚。

混合过程大约要在1~2分钟内完成，而凝聚过程则大约需要20~30分钟，沉淀过程则大约需要1个小时。

试验室烧杯试验可适当缩短试验时间。

6思考题1.选择混凝剂种类及确定其投加量时应考虑哪些因素？2.混凝操作过程中应注意哪些问题？实验二过滤处理实验1实验目的通过过滤试验，了解砂滤池的过滤特性。

2实验原理自然界水中的胶体颗粒，由于其颗粒尺寸较小，常悬浮在水中，形成悬浊液或浑浊液。

通过混凝沉淀的方法虽然可以去除大部分悬浮胶体，但由于沉淀时间不是很长，并非所有的胶体颗粒都能从水中去除，少部分细小的胶体颗粒仍然存在于水中，使水产生浑浊度。

饮用水标准规定，水的浊度应小于1度（NTU），然而通过混凝沉淀处理，其出水最多只能达到3~5度，因此，需要通过过滤的方法进一步降低水的浊度。

目前水处理中常用的过滤方法是利用颗粒滤料（如石英砂）组成过滤床，当水通过滤床时，水中杂质被滤床截留，水得到澄清。

过滤是利用滤料表面的吸附性将水中脱稳胶体颗粒吸附截留，而并非人们所想象的利用滤料空隙的“筛滤”作用截留悬浮物。

因为滤床能截留掉水中比滤料空隙尺寸更小的悬浮物。

由于过滤是利用滤料表面的吸附性吸附截留水中的胶体颗粒的，而滤料本身表面带有负电性，因此要求待过滤的水必须是经过混凝处理后的水，如经过混凝沉淀处理后的出水。

因此过滤是与混凝分不开的。

水处理的常规工艺就是：混凝——沉淀——过滤。

当原水浊度较低时，可将经过混凝后的水直接进行过滤而省去沉淀过程，这就是“直接过滤”过程。

过滤效果与滤床性质直接相关。

滤床的性质可用滤料材质、滤料直径和滤床深度来描述。

目前常用的滤料材质有石英砂、无烟煤、人造陶粒等。

根据目前的研究，滤料材质对过滤效果的影响不显著，而滤料颗粒直径与滤床深度对过滤效果影响较大。

滤料颗粒越细小，则出水水质越好，但同时所消耗的能量（水头损失）也越大；滤床深度越深，过滤出水水质也越好，过滤周期也越长，但同样所消耗的能量（水头损失）也越大。

影响过滤效果的因素除滤床的性质外，还有水温、原水浊度、混凝条件、滤速（单位面积滤池单位时间内所过滤的水量）等因素有关，其中混凝条件与滤速是主要控制因素。

只有经过较好条件的混凝处理，过滤才有明显的效果。

滤速对过滤至关重要，在整个过滤过程中，要求滤速基本保持恒定，否则会严重影响出水水质。

滤速过小，则单位滤池面积的产水量小，效率低；滤速过大，则过滤周期过短，浊质很容易穿透滤层，甚至不能正常运转。

水处理中的常规滤速范围大约为6~12m/h。

当过滤结束后，要对滤池进行反冲洗，使滤池恢复净水能力，然后再开始下一轮的过滤过程。

滤池的反冲洗是利用洁净的滤后水反向通过滤床，使滤料膨胀起来，将截留在滤床中的悬浮杂质冲出滤床，使滤料恢复洁净。

一般的反冲洗时间大约需要10~15分钟时间。

3 实验仪器和试剂3.1 实验仪器1)数显浊度仪，2)多功能实验机1套（包括过滤柱、水箱等）3)取样瓶若干3.2 实验试剂1)混凝剂2)高岭土4实验步骤4.1原水配制事先将100~150克高岭土溶入1000mL自来水中，并用磁力搅拌器连续搅拌24小时以上待用。

将储水箱中注满自来水，并开启循环搅拌泵，使水循环搅拌。

取一定量（约100mL）高龄土溶液，徐徐到入储水箱中，不断循环直至混合均匀。

取少许水样测定其浊度，调整原水浊度直到达到所要求的原水浊度为止。

4.2混凝剂配制：取一定量的混凝剂，配制约1L左右的10%的混凝剂溶液，待用。

4.3过滤操作1)开启提升泵，调整进水阀，使进水满足过滤流量要求。

2)开启加药泵，调整转速，使其达到规定的加药量。

3)开启出水阀，控制阀门开启度，使其出水流量达到规定值（按滤速要求和滤柱截面积计算过滤流量），开始过滤。

4)记录过滤开始时间。

5)采集出水水样约100mL左右。

6)立即读取各测压管水位，并记录。

7)用浊度仪测定水样浊度，并记录。

8)随时观察出水流量和过滤柱上水位。

当出水流量发生变化时，微调出水阀使出水流量保持恒定。

当滤层上水位下降过多时，及时调整进水阀，使其保持较高的水位。

9)间隔一段时间，重复步骤（5）~（7），直到过滤结束。

当过滤出水浊度超过3NTU，或当出水阀已开至最大，但过滤流量仍下降到规定流量的80%时即可结束过滤。

10)不定期测量出水温度。

11)过滤刚开始的30分钟至1小时内，由于出水浊度变化较大，可每间隔10分钟取样1次，之后当出水稳定后，则可每间隔30分钟取样1次。

当出水浊度明显上升时，说明浊质即将穿透滤层，此时可每间隔10分钟取样1次，直至过滤结束。

12)关闭加药泵，关闭提升泵，结束过滤。

13)过滤结束后，用自来水反冲洗滤柱20分钟以上，直至出水干净为止。

反冲洗强度以滤层全部膨胀起来为准。

5结果与讨论以过滤时间为横坐标，出水浊度为纵坐标绘制出水浊度曲线图。

绘制1NTU 的水平线，与出水浊度曲线交汇于两点A和B，此两点间的时间间隔即为有效过滤时间。