环境工程专业专业实验教学讲义(水污染控制部分)_1st

实验一
一、实验目的
活性炭吸附
（六价铬在活性炭上的吸附）
活性炭处理工艺是运用吸附的方法以去除异味， 某些离子以及难生物降解的有机污 染物。在吸附过程中，活性炭比表面积起着主要作用。除此外，pH 的高低、温度的变 化和被吸附物质的分散程度也对吸附速度有一定影响。 本实验的目的是： （1）加深理解六价铬在活性炭上的吸附基本原理； （2）掌握活性炭吸附公式中常数的确定方法。 二、实验原理 活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附现象，也有化学吸附作用，当活性炭对 水种所含杂质吸附时，水中的溶解性杂质在活性炭表面积聚而被吸附，与此同时也有一 些被吸附物质由于分子运动而离开活性炭表面，重新进入水中，即同时发生解吸现象。 当吸附和解吸处于动态平衡状态时，称为吸附平衡。这时活性炭和水相之间的溶质浓度 具有一定的分布比值。此时，单位重量的活性炭所吸附溶质数量称为吸附容量 qe，可表 示为： qe = x / m = (c0 - ce)v/m 式中：m—吸附剂投加量 (g)； x—吸附剂吸附的溶质总量 (mg)； c0—废水中原始溶质浓度 (mg/L)； ce—吸附达平衡时水中的溶质浓度 (mg/L) v—废水体积 (mL)。 qe 值的大小除了决定于活性炭的品种之外、还与被吸附物质的性质、浓度、水温和 pH 值有关。一般说来，当被吸附的物质能够与活性炭发生结合反应，被吸附物质又不 容易溶解于水而受到水的排斥作用，且活性炭对被吸附物质的亲和作用力强，被吸附物 质的浓度又较大时，qe 值就比较大。在废水处理中通常用 Freundlich 表达式来比较不同 温度和不同溶液浓度时的吸附容量，即 qe = KCe1/n 这是一个经验式，通常用图解方法求出 K、n 值：将上式变换成线性对数关系式为： ㏒ qe = ㏒ K + 1/n ㏒ Ce 式中：K—与吸附比表面、温度有关的常数； n—与温度有关的常数。 三、实验水样：含铬电镀废水 (mg/g)
X0 0
(2-3-2)
u dx，这样，总去除率： u0
ET = (1-x0) +

X0
0
dx = (1-x0) +
1 X0 u dx u 0 0 u dx = (1-x0) + u0
(2-3-3)
式中的 x0 可根据 u0 值由图 2-3-1 所示的颗粒沉速分布曲线上查到； 而第二项的积分 部分则为图上阴影部分面积，可用图解积分法求得。
间歇式吸附实验记录表
项目 杯号 1 2 3 4 5
水样体积 mL
活性炭加量 g
C0 mg/L
Ce mg/L
IgCe
qe
Igqe
3. 作图：以 Igqe 为纵坐标，IgCe 为横坐标绘出 Freundlich 吸附等温线。 4. 从吸附等温线上求出 k、n 值，代入 Freundlich 表达式，写出 Freundlich 吸附等 温式。 六、实验结果讨论 1、对实验中观察到的现象和实验结果及实验中存在的问题，提出你的见解； 2、分析实验中影响测定结果的因素； 3、为何要进行“空白试验值”的测定。 附
4
5、放去多余的水，使水面高于树脂 1～2 cm，用 10%NaOH 进行再生，调节再生液 流量维持在 5mL/min。 6、再生结束后，用蒸馏水进行清洗。 五、实验结果整理 原水含铬浓度 交换 再生 mg/L 实验日期 年 月 日
取样时间（分） 取样浓度（mg/l） 取样时间（分） 取样浓度（mg/l）
环境工程专业 专业实验教学讲义
昆明理工大学 环境科学与工程学院
目
录
实验一 活性炭吸附 ........................................................................................... 1 实验二 离子交换 ............................................................................................... 4 实验三 实验四 废水静置沉降 ..................................................................................... 6 化学混凝 ........................................................................................... 10
给出交换曲线和再生曲线，标明穿透点，耗竭点。 六、实验结果讨论 1、对实验中观察到的现象和实验结果以及实验中存在的问题，提出你的意见和看 法。 2、铬的脱除率如何计算，受什么因素影响。 3、交换柱的效率如何计算，受什么因素影响。
5
实验三
一、实验目的
废水静置沉降
通过废水的自由沉降实验，绘制出废水沉降曲线，即沉降效率 E 与沉降时间 t 和沉 降效率 E 与沉降速度 u 的关系曲线，以及分散颗粒沉速分布曲线，并将后者转换为 ET —t 和 ET—u 的形式。 二、实验原理 在含有离散型颗粒的废水静置沉降过程中，设沉降柱内有效水深为 H，通过不同的 沉降时间 t，可求得不同的颗粒沉降速度 u，即： u＝H / t (2-3-1) 对于指定的沉降时间 t，可求得相应的最小颗粒沉速 u0。沉速 u＞u0 的颗粒在 t0 时 间内能全部被除去， 而对于沉速 u＜u0 的颗粒只有一部分能被去除， 且按 u / u0 的比例被 去除。 以 X 代表沉速≤u0 的颗粒占全部悬浮颗粒的百分数，其值由下式计算： X = c / c0 × 100 % 式中：c0—废水中原始悬浮物浓度（mg/L） ； c—水样中悬浮物浓度（mg/L） 与 u0 对应的 X 值为 X0，则沉速≥u0 而被去除颗粒的百分数为（1- X0） 。设沉速≤ u0 的颗粒中具有某种粒径的颗粒占全部悬浮颗粒的百分数为 dx， 其中能被去除的分率为 u／u0，则这种粒径的颗粒能被去除的百分数为 u／u0 dx。考虑到这种颗粒的不同粒径， 则这类颗粒能被去除的部分占悬浮物总量的百分数为
ET－t E－t
ET－t E－u 0
0
沉降时间t
沉降速度u
图2-3-2 沉降曲线
为了简化计算，在实际应用曲线中通常由 u = h / t 计算各沉降时间对应的沉速 u， 并用下式计算相应的沉降效率 E： E = ( c0 - c ) / c0 × 100% 式中 C 和 C0 意义同前。 然后，绘制 E—t 和 E—u 关系曲线（图 3-10-2） 。这种方法被认为由于没有考虑到 沉速＜u0，但在指定的沉降时间 t0 内仍能被去除的颗粒，从而使计算得到的去除率比实 际偏低。当然，这是一个值得有待探讨的问题。 上述试验宜采用中点取样法，这是因为在沉降开始时，可以认为悬浮物在沉降柱内 呈均匀分布， 但随着沉降历时的增加， 悬浮物在沉降柱内逐步出现上稀下浓的垂直变化。 用沉降柱中点处水样中的悬浮物浓度近似代表整个沉降柱有效水深内悬物的平均浓度，
6
x＝f(u)
X0
u·dx
dx
u+dx
图2-3-1 分散颗粒沉速分布曲线
在沉速分布曲线图的横轴上由右到左选取不同的 u0 值， 在曲线上查出相应的 x0 值。 按公式(2-3-3)求出与各 u0 值对应的 ET 值。据此，可绘出 ET—t 和 ET—u 关系曲线如图 2-3-2。
沉降效率E(%)
沉降效率实验所用活性炭放在蒸馏水中浸泡 24 h， 然后放在 103℃烘箱内烘干 24 h 备用。 2. 取废水样，测定原始六价铬含量 C0 值。 3. 根据 C0 的大小，在 6 个三角烧杯中分别放入不同重量的粉状活性炭 6 份。 4. 在装有不同重量粉状活性炭的 6 个三角烧杯中分别加入 150 mL 含铬电镀废水， 放入振荡器中振荡 30 分钟~60 分钟。 5. 过滤各三角烧杯中的水样，并测定 Ce 值。 6. 测定原水样的 pH 及温度，记入下表中。 五、实验结果整理 1. 实验操作基本参教 实验日期 年 月 C0 = pH = ℃ mL min 日 mg／L 含铬电镀废水浓度： 含铬电铲废水的： 含铬电镀废水温度为： 水样体积： 振荡时间： 活性炭性质： 2. 吸附实验的测定结果见下表
3
实验二
一、实验目的
离子交换
离子交换法广泛用于各种工业用水和废水的处理， 处理中应用离子交换法进行水处 理时；需根据离子交换树脂的性能设计交换设备、决定运行周期和再生处理，本实验的 目的是： 1）加深对离子交换基本理论的理解； 2）了解树脂性能，学会离子交换树脂交换容量的测定； 3）掌握离子交换法处理含铬废水的操作。 二、实验原理 当交换树脂与废水接触时，树脂中的交换离子与水中的铬酸根离子发生交换，从而 使水中有害离子得以净化。 CrO4 2- + 2ROH ＝ R2CrO4 + 2OHCr2O7 2- + 2ROH = R2Cr2O7 + 2OH树脂失效后，可用 NaOH 溶液进行再生，使交换能力恢复得以再用： R2CrO4 + 2NaOH = Na2CrO4 + 2ROH R2Cr2O7 + 2NaOH = R2CrO4 + Na2CrO4 +H2O R2CrO4 + 2NaOH = Na2CrO4 + 2ROH 三、实验仪器 1、离子交换柱（用 25 mL 滴定管代替） ； 2、10%H2SO4； 3、10 %NaOH 溶液； 4、含铬电镀废水； 5、分光光度计； 6、量筒、烧杯等。 四、实验步骤 1、在离子交换柱中下部用一小团棉花作垫层，上面装经转型处理后的树脂 3mL。 2、用蒸馏水进行反洗使树脂膨胀 50%，放出多余的水，使水面维持在高出树脂顶 部 1～2 cm。 3、交换前先校正废水流量，使其保持在 15 mL/min；稳定后移入交换柱中进行交换 处理实验，一直到耗竭点出现，在交换中，开初每隔 5～15min 取样一次；约三次后， 再每隔 30min 取样一次。取样液浓度与原始液浓度基本接近即认为交换完毕（溶液的分 析方法与吸附同） 。 4、停止进废水，用蒸馏水冲洗，洗去残留废液。