环境工程三个实验讲义

实验三
一 实验目的
1、wenku.baidu.com解气浮实验系统设备及构成； 2、通过静态实验考察气固比对气浮效果的影响；
气浮实验
3、通过动态实验了解气浮工艺工作过程及操作运行方法。
二 实验原理
气浮净水方法是目前给排水工程中日益广泛应用的一种水处理方法。 该方法主要用于处理水中比重小于或接 近于 1 的悬浮杂质， 如乳化油、羊毛脂、 纤维、以及其他各种有机或无机的悬浮絮体等。因此气浮法在自来水厂、 城市污水处理长以及炼油厂、食品加工厂、造纸厂、印染厂、化工厂等的水处理中都有所应用。 气浮法具有处理效果好、周期短、占地面积小以及处理后的浮渣中固体物质含量较高等优点。但也存在设备 多、操作复杂、动力消耗大的缺点。 气浮法就是使空气以微小气泡的形式出现于水中并慢慢自下而上地上升。 在上升过程中， 气泡与水中污染物质接 触，并把污染物质粘附于气泡上（或气泡附于污染物上）从而形成比重小于水的气水结合物浮升到水面，使污染 物质从水中分离出去。 产生比重小于水的气、水结合物的主要条件是： 1.水中污染物具有足够的憎水性； 2.加入水中的空气所形成气泡的平均直径不宜大于 79 微米； 3.气泡与水中污染物质应有足够的接触时间。 气浮法按水中气泡产生的方法可分为布气气浮、溶气气浮和电气浮等。由于布气气浮一般气泡直径较大，气 浮效果差，而电气浮气泡直径虽不大但耗电较多，因此在目前应用气浮法的工程中，以加压溶气气浮法最多。 加压溶气气浮法就是使空气在一定压力的作用下溶解于水， 并达到饱和状态， 然后使加压水表面压力突然减 到常压，此时溶解于水中的空气便以微小气泡形式从水中逸出来。这样就产生了供气浮用的合格的微小气泡。 加压溶气气浮法根据进入溶气罐的水的来源， 又分为无回流系统与有回流系统加压溶气气浮法， 目前生产中 广泛采用后者其流程如图 1 所示。
加药 量 （%）
体积 （mL ）
压力 （MP a）
（V1） （V2） （mL ） （mL ）
℃ 值 （m L）
注：表中气固比为[g（固体）]即每去除 1 克固体所需的气量。一般为了简化计算也可用 L（气体）/g（悬浮物） ， 计算公式如下：
A/ S
W SS Q
A — 总释气量，L； S — 总悬浮物量，g；
三 实验设备与试剂
温度计 滴定管和架 量筒 烧杯 移液管 三角瓶 容量瓶 分光光度计 蠕动泵 重铬酸钾标准液 重铬酸钾使用液 10%NaOH 溶液
四 实验方法与操作步骤
1.交换过程 (1)含铬废水以一定流速(蠕动泵频率约 60)进入阳离子交换柱和阴离子交换柱； (2)阳离子和阴离子柱冲水后，开启阴离子柱下出水阀； (3)调整实验系统平衡， 观察出水流量， 前 20min 每隔 5min 取一次样， 后 10min 每 2min 取一次， 然后每 1min 取一次，测定出水铬离子浓度，直到出水明显出现颜色为止。 (4)交换结束后关闭所有阀门。 2.反冲洗 反冲洗用自来水，以一定的流速冲洗 15min，反冲洗过程中保证水面没过树脂。 3.再生过程 (1)以 10％的氢氧化钠再生阴柱； (2)用阀门开启度调节再生流速 3L/h 左右， 稳定再生时间 15min。 再生完毕后， 树脂浸泡在再生液中数分钟。 4.清洗过程 清洗过程用自来水分贝以 5L/h 的流量对阳离子柱和阴离子柱同时清洗，稳定清洗 15min，及时监测柱内树 脂层变化和出水 PH 值。 5.Cr 浓度测量方法 使用原子吸收分光光度计测量(具体方法略)。
实验六
一 实验目的
离子交换法处理含铬废水实验
1.加强理解离子交换法的基本原理和理论； 2.掌握离子交换设备的操作； 3.掌握离子交换法处理含铬废水的工艺和测试方法。
二 实验原理
含铬废水主要含有以形态存在的六价铬和少量三价铬离子。经预处理后，可用阳树脂去除三价铬离子 和其他阳离子，用阴树脂去除六价铬离子。其交换反应如下： 三价铬的交换 6RH+Cr2O3→2R3Cr+3H2O 六价铬的交换 2ROH+CrO4 →R2CrO4+2OH
8．量筒 9，移液管
1000mL 1、2.5、10mL
1个 各2支
10．注射针筒、温度计、秒表、卷尺等。
四 实验方法与操作步骤
混凝实验分为最佳投药量、最佳 pH 值、最佳水流速度梯度三部分．在进行最佳投药量实验时，先选定一种 搅拌速度变化方式和 pH 值，求出最佳投药量。然后按照最佳投药量求出混凝最佳 pH 值。最后根据最佳投药量、 最佳 pH 值，求出最佳的速度梯度，在混凝实验中所用的实验药剂可参考下列浓度进行配制： 1 精制硫酸铝 Al2(SO4)3·18H2O 2 三氯化铁 FeCl3·6H2O 3 聚合氯化铝[A12(OH)mC16-m] 4 化学纯盐酸 HCI 5 化学纯氢氧化钠 NaOH 最佳投药量实验步骤 1、确定原水特征，即测定原水水样混浊度、pH 值、温度。如有条件，测定胶体颗粒的 Zeta 电位。 2、确定形成矾花所用的最小混凝剂量。方法是通过慢速搅拌(或 50r/min)烧杯中 200mL 原水，并每次增加 0.5mL 混凝剂投加量，直至出现矾花为止。这时的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量。 3、用 6 个 1000mL 的烧杯，分别放入 1000mL 原水，置实验搅拌机平台上。 4、确定实验时的混凝剂投加量。根据步骤 2 得出的形成矾花最小混凝剂投加量，取其 1／4 作为 1 号烧杯的 混凝剂投加量，取其 2 倍作为 6 号烧杯的混凝剂投加量，用依次增加混凝剂投加量相等的方法求出 2-5 号烧杯混凝剂投加量、把混凝剂分别加入 1-6 号烧杯中。 5、启动搅拌机，快速搅拌半分钟、转速约 300r/min：中速搅拌 6 分钟，转速约 100r/min；慢速搅拌 6 分钟、 转速约 50r/min。如果用污水进行混凝实验，污水胶体颗粒比较脆弱，搅拌速度可适当放慢。 6、关闭搅拌机、抬起搅拌桨、静止沉淀 5 分钟，用 50mL 注射针筒抽出烧杯中的上清液(共抽三次约 100mL) 放入 200mL 烧杯内，立即用浊度仪测定浊度，(每杯水样测定三次)，记入表 1-1 中。 注意事项： 1、在最佳投药量、最佳 pH 值实验中，向各烧杯投加药剂时希望同时投加，避免因时间间隔较长各水样加药 后反应时间长短相差太大，混凝效果悬殊。 2、在最佳 pH 实验中，用来测定 pH 的水样，仍倒入原烧杯中。 3、在测定水的浊度、用注射针筒抽吸上清液时，不要扰动底部沉淀物。同时，各烧杯抽吸的时间间隔尽量 减小。 浓度 10g/L 浓度 10g/L 浓度 10g/L 浓度 10% 浓度 10%
6+
五 实验报告记载及数据处理
柱子直径(cm) 废水原始浓度 c0(mg/L) 不同时间的废水 Cr 浓度
6+
阴树脂高度(cm) 废水流速(mL/min)
22-
2ROH+Cr2O7 →R2Cr2O7+2OH
-
经阳柱、阴柱处理后，废水中的三价铬和六价铬转移到树脂上，树脂上的 H+和 OH-被置换下来结合成水。 树脂失效后，阳柱用一定浓度的 HCl 或 H2SO4 再生，阴柱用一定浓度的 NaOH 再生，反应式如下： R3Cr+3HCl→3RH+CrCl3 R2CrO4+2NaOH→2RH+Na2CrO4 R2Cr2O7+4NaOH→2ROH+2Na2CrO4+H2O
五 实验报告记载及数据处理 实验结果记录格式
实验小组号: 姓名: 混凝剂: 原水浊度: 原水 PH: 最小混凝剂量(ml): 混凝剂浓度: 原水温度: 相当于(mg/l): 实验日期:
水样编号 投药量 mg/l 初出矾花时间 矾花沉淀情况 剩余浊度
1
2
表 1-1 最佳混凝剂投加量 3 4
5
6
六 实验结论
式中：
— 单位溶气水的释气量，mL / L水；
W — 溶气水的体积，L； SS — 原水中的悬浮物浓度，mg / L； Q — 原水体积，L。
表 2 浮渣高度与分离时间记录表 t（min） h（cm） H-h（cm） V2（L） V2/V1×100% 实验数据处理 1、绘制气固比与出水水质关系曲线，并进行回归分析。 2、绘制气固比与浮渣中固体浓度关系曲线。
图 1 有回流系统加压溶气气浮法 1-加压泵；2-溶气罐；3-减压阀；4-气浮池；5-浮渣槽；6-贮水池；7-回流水
五 实验报告记载及数据处理
（一）气固比实验 表 1 气固比与出水水质记录表 原污水 实 验 号 体 水 p 温 H 积 Ve 加 药 名 称 悬浮 物 （mg /L） 压力溶气水 气 释气量 （mL） 固 比 A/S 回 流 比 R 出水 去 悬浮物 （mg/L ） 除 率 （% ） 体积 浮渣 体积 悬浮 物 （mg /L）
七 思考题
1 、根据最佳投药量实验曲线，分析沉淀水浊度与混凝剂加注量的关系。 2 、本实验与水处理实际情况有哪些差别?如何改进? 注意事项： 1、 混凝一般分慢速搅拌和快速搅拌阶段，其搅拌速度和搅拌时间可根据实 验自行确定； 2、 实验过程中需记录水样的名称及浊度、pH 值、温度等参数，同时记录所 类和浓度以及混凝时的水流速度梯度等； 3、 水样的浊度应取多次测量的平均值； 4、 在最佳 pH 值实验中，用来测定 pH 值的水样，仍倒入原烧杯中； 5、 在测定水的浊度用注射管抽吸上清液时，不要扰动底部沉淀物。同时，各烧杯抽吸的时间间隔应尽量减 小。 使用混凝剂或助凝剂的种
实验五
一 实验目的
混凝实验
分散在水中的胶体颗粒带有电荷，同时在布朗运动及其表面水化膜作用下，长期处于稳定分散状态，不能用 自然沉淀法去除。向这种水中投加混凝剂后，可以使分散颗粒相互结合聚集增大，从水中分离出来。 由于各种原水有很大差别，混凝效果不尽相同．混凝剂的混凝效果不仅取决于混凝剂投加量，同时还取决 于水的 pH 值、水流速度梯度等因素。通过本实验希望达到下述目的： 1、了解混凝的现象及过程，净水作用及影响混凝的主要因素； 2、学会求得一般天然水体最佳混凝条件(包括投药量、pH 值，水流速度梯度)的基本方法； 3、了解助凝剂对混凝效果的影响，加深对混凝机理的理解。
二 实验原理
胶体颗粒带有一定电荷， 它们之间的电斥力是胶体稳定性的主要因素。 胶体表面的电荷值常用电动电位 ξ表示，又称为 Zeta 电位。Zeta 电位的高低决定了胶体颗粒之间斥力的大小和影响范围。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 Zeta 电位降到零，往往不是最佳混凝状态。 投加混凝剂的多少，直接影响混凝效果。水质是千变万化的，最佳的投药量各不相同，必须通过实验方可确 定。 在水中投加混凝剂如 Al2(SO4)3、FeCl3 后，生成的 Al(III)、Fe(III)化合物对胶体的脱稳效果不仅受投加的 剂量、水中胶体颗粒的浓度、水温的影响，还受水的 pH 值影响。如果 pH 值过低（小于 4） ，则混凝剂水解受到 限制，其化合物中很少有高分子物质存在，絮凝作用较差。如果 pH 值过高（大于 9-10） ，它们就会出现溶解现 象，生成带负电荷的络合离子，也不能很好地发挥絮凝作用。 投加了混凝剂的水中，胶体颗粒脱稳后相互聚结，逐渐变成大的絮凝体，这时，水流速度梯度 G 值的大小起 着主要的作用。在混凝搅拌实验中，水流速度梯度 G 值可按下式计算： (1-1) 式中： P—搅拌功率（J/s）； μ—水的粘度（Pa·s）； V—被搅动的水流体积（m ）； 本实验 G 值可直接由搅拌器显示板读出。 当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加助凝剂以提高混凝效果。助凝剂通常是高分子物质，作用机 理是高分子物质的吸附架桥，它能改善絮凝体结构，促使细小而松散的絮粒变得粗大而结实。
3
三 实验设备与试剂
(一)实验装置 混凝实验装置主要是实验搅拌机。搅拌机上装有电机的调速设备，电源采用稳压电源。 (二)实验设备及仪器仪表 1．混凝试验搅拌机 ZR4-6 型 3．光电式浊度仪 4．酸度计 5．磁力搅拌器 6．烧杯 7. 烧杯 200mL 1000mL GDS-3 型 pH－3 型 1 台 1台 1台 1台 1个 6个