排水实验报告.docx
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排水实验报告
β值的测定
一、实验目的
(1)了解α,β的意义。
(2)掌握非耗氧生物污水α,β的测定方法。
二、实验原理
影响氧转移的主要因素有:
①曝气水水质;②曝气水水温;③氧分压;④气液之间的接触面积和接触时间;⑤水的紊流程度等。
而曝气水的水质对氧转移造成的影响主要表现在以下两个方面:
(1)由于待曝气充氧的污水中含有各种各样杂质,如表面活性剂、油脂、悬浮固体等,它们会对氧的转移产生一定的影响,特别是在两活性物质这类两亲分子会集结在气、液接触面上,阻碍氧的转移。
相对于清水,污水曝气充氧得到的氧转移系数
会比清水中的氧总转移系数KLa低,为此引入修正系数α
(1)
式中
——清水中氧总转移系数(l/min);
——在相同曝气设备,相同条件下,污水中氧总转移系数(l/min)。
(2)由于污水中含有大量盐分,它会影响氧在水中的饱和度,相对于相同条件的清水而言,污水中氧的饱和度
要比清水中的氧饱和度
低,为此引入修正系数β
(2)
式中
——清水中氧的饱和度(mg/l);
——相同曝气设备、相同条件下,污水中氧的饱和度(mg/l)。
转移速度可以由下式表示,即
(3)
其中,
,
,
同上。
本次实验将采用间歇非稳态实验方法,即在相同条件下按照对清水实验的方法,分别对清水和污水进行充氧实验,利用实验得出的数据应用公式计算出α,β值。
应当指出的是,由于是对比实验,所以,应严格控制清水实验和污水实验的基本实验条件,如水温、氧分压、水量、供气量等,以保证数据可靠。
三、实验设备及仪器
(1)实验装置为φ=12cmH=2.0m的曝气筒,如图1所示;
(2)空气压缩机;
(3)转子流量计、温度计、秒表(计时钟);
(4)碘量法测定溶解氧时所需药品及容器(有条件可采用溶解氧测定仪);
(5)实验用水样(可为实际生产中初沉池的进水或出水,也可自行配制)。
四、实验用试剂
(1)脱氧剂:
无水亚硫酸钠;
(2)催化剂:
氯化钴0.1mg/l。
五、实验步骤及记录
(1)分别将待曝气污水和清水注入曝气筒1.8m处。
(2)分别从两个曝气筒取样测溶解氧浓度,计算脱氧剂无水亚硫酸钠和催化剂氯化钴的投加量。
(3)将所称得脱氧剂用温水化开,加入曝气筒中,并加入一定量的催化剂充分混合,反应大约10min左右。
(4)待池内溶解氧降为0后,打开空压机,调节气量,同时向两个曝气筒内曝气,并开始计时,当时间为1,2,3,4,5,7,9,11,13,15…取样测定溶解氧浓度,直至溶液中溶解氧浓度稳定(即饱和)为止,并将清水中饱和值记为
及污水中的饱和值记为
。
(5)记录数据至表1中。
表1曝气对比实验数据记录
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
清水
4.98
10.65
11.19
11.26
11.27
11.27
11.37
11.38
11.39
污水
5.39
9.12
10.76
11.22
11.26
11.30
11.31
11.32
11.32
11.34
11.34
11.36
11.37
六、实验数据及结果整理
(1)分别列表2,绘制半对数曲线
,利用图解法求出
及
。
表2曝气实验系数测定的计算数据
t/min
Ct/(mg/L)
t/min
Ct/(mg/L)
清
水
实
验
0
4.98
0
1
10.65
2.159
2
11.19
3.467
3
11.24
3.755
4
11.26
3.898
5
11.27
3.978
6
11.37
5.770
7
11.38
6.463
8
11.39
9
污
水
实
验
0
5.39
0
1
9.12
0.977
2
10.76
2.283
3
11.22
3.686
4
11.26
3.996
5
11.30
4.448
6
11.31
4.602
7
11.32
4.784
8
11.32
4.784
9
11.34
5.295
10
11.34
5.295
11
11.36
6.394
12
11.37
由图像斜率得KLa=0.773,KLa’=0.483
(2)应用公式计算α
所以α=0.625
(3)应用公式计算β
所以β=0.998
七、思考题
(1)简述α,β的意义。
答:
修正系数α的物理意义是KLa(废水)与KLa(清洁水)之比,即α与废水气液膜之间的阻力呈反比。
由于待曝气充氧的污水中含有各种各样杂质,如表面活性剂、油脂、悬浮固体等,它们会对氧的转移产生一定的影响,特别是在两活性物质这类两亲分子会集结在气、液接触面上,阻碍氧的转移。
相对于清水,污水曝气充氧得到的氧转移系数
会比清水中的氧总转移系数KLa低,为此引入修正系数α。
修正系数β用于修正污水中所含的大量盐分对氧在水中的饱和度的影响,相对于相同条件的清水而言,污水中氧的饱和度
要比清水中的氧饱和度
低,为此引入修正系数β对正确测定污水中氧的饱和度
,给出一定的指导。
(2)α,β值各受何影响?
为什么?
答:
影响α的因素:
a、污水中含有各种各样杂质,如表面活性剂、油脂、悬浮固体等,它们会对氧的转移产生一定的影响
b、α受到水质、污染物浓度、污染物种类、水温等影响,因为α是KLa(废水)与KLa(清洁水)之比,与废水气液膜之间的阻力呈反比。
c、如果污染物浓度较高,按照双膜理论,其气膜与液膜之间的阻力较大,与废水气液膜之间的阻力呈反比的α就会变小。
d、污染物种类也会影响到α,比如污水中微生物会在曝气过程中消耗掉大量氧气,使α变大,而悬浮物的存在可能会起一种载体的作用,加大了气液膜的接触表面,使氧的传递速率加快,使KLa值变大,相应修正系数α值也比较大。
影响β的因素:
a、污水中含有大量盐分,它会影响氧在水中的饱和度。
b、β受到水质、盐分的种类和浓度、温度等的影响。
c、水质越差,污水中氧的溶解饱和度越低,所以β越低。
d、温度也影响到水中氧的溶解饱和度也降低,造成β变小。
温度对氧的溶解和分子间作用力有一定的影响,从而对氧的转移有一定的影响。
耗氧速度也有一定的影响,因为耗氧速度影响水中氧的浓度分布,从而对水中氧的转移有一定的促进作用。
基本实验条件:
如水温、氧分压、水量、供气量等对他们都有一定的影响,因为对氧的转移和氧的溶解饱和度有一定的影响。
八、注意事项:
1.药品称量完必须迅速加到水中,防治药品迅速反应,达不到除氧的目的。
2.加入药品后,要不断的搅拌,使药品与水充分混合反应。
3.溶解氧测定仪探头的位置对实验的影响较大,测定时应避免气泡与探头直接接触,探头应保持与被测溶液有一定的相对速度。
实验小感:
此实验项目为我组主要负责,曝气充氧中我们要注意安全,爬梯放置仪器且进行搅拌,搅拌过程中会有测定指数回升的现象,应等读数相对稳定后再进行试验。
此外溶解氧测定仪由于受外界影响存在一定的误差,且实验过程中可能会产生醚。
实验二、废水可生化性
一、实验目的
工业废水中所含有机物,有的不易为微生物所降解,有的则对微生物有毒害作用。
为了合理选择废水处理方法,或者为了确定进入生化处理构筑物的有毒物质允许浓度,都要进行废水可生化实验。
鉴定废水可生化性方法很多,采用华勃氏呼吸仪(以下简称华呼仪)测定废水的生化呼吸线是一种较有效的方法。
本实验的目的在于:
1.熟悉华呼仪的基本构造及操作方法;
2.理解内源呼吸线及生化呼吸线基本含义;
3.分析不同浓度含酚废水的生物降解性能及生物毒性。
二、实验原理
微生物处于内源呼吸阶段时,耗氧速率恒定不变。
微生物与有机物接触后,其呼吸消耗氧的特性反应了有机物被氧化分解;一般耗氧量大,耗氧速率高,即说明该有机物被降解,反之亦然。
测定不同时间的内源呼吸耗氧与有机物接触后的生化呼吸耗氧量,可得内源呼吸线及生化呼吸线,通过比较即可判定废水可生化性。
当生化呼吸线位于内源呼吸线上时,废水中有机物一般可被微生物生化分解;当两线重合时,有机物可能是不能被微生物分解。
但它对微生物的生命活动尚无抑制作用;当生化呼吸线位于内源呼吸线下时,则说明有机物对微生物的生命活动有了明显的抑制作用。
华呼仪的工作原理是,在恒温及不断搅拌的前提下,使一定量的菌种及废水在定容的反应瓶中接触反应,微生物耗氧将使反应瓶中氧的分压降低(释放的CO2用KOH液吸收),测定分压变化,即可推算出耗氧量。
三、实验设备
华呼仪一台,离心机一台,活性污泥培养及驯化装置一套,测酚装置一套。
四、实验步骤
1.活性污泥的培养,驯化及预处理:
(1)取已建污水厂活性污泥或带菌土壤为菌种,在间歇式培养瓶中以含酚合成废水为营养,曝气或搅拌,以培养活性污泥。
(2)每天停止曝气一小时,沉淀后去除上清液,加入新鲜含酚合成废水,并逐步提高含酚浓度,达到驯化合成污泥的作用。
(3)当活性污泥数量足够,且对含酚具有相当去除能力后即认为其培养和驯化已告完成。
停止投加营养,空曝24小时,使其处于内源呼吸状态。
(4)上述活性污泥在3000转/分的离心机上离心十分钟,倾去上清液,加蒸馏水洗涤,在电磁搅拌器上搅拌均匀后再离心;反复三次用pH=7的磷酸盐缓冲溶液稀释,配制成所需浓度的活性污泥悬浊液。
因所需时间较长,此步骤由教师进行。
2.溶解氧的测量
(1)取100ml活性污泥与150ml自来水混合均匀,置于仪器内充氧反应,每30s读一次数记录与表1中。
(2)取100ml活性污泥与150ml生活污水混合均匀,置于仪器内充氧反应,每30s读一次数记录与表2中。
(3)取100ml活性污泥与150ml工业废水混合均匀,置于仪器内充氧反应,每30s读一次数记录与表3中。
注意:
(1)应先向中央小杯加入10%KOH溶液,并将折成皱褶状的滤纸放于杯口,以扩大对CO2的吸收面积,但不得使KOH溢出中央小杯。
(2)加入活性污泥悬浮液及合成废水的动作尽可能迅速,使各反应瓶反应开始时间不相差太多。
4.在测压管磨砂接头上涂羊毛脂,塞入反应瓶瓶口,以牛皮筋拉紧使密封。
然后放入华呼仪的恒温水槽中(水温预调至20℃)使测压管闭管与大气相通,振摇5分钟,使反应瓶内温度与水浴一致。
5.调节各测压管闭管中检压液的液面到刻度150mm处,然后迅速关闭各管顶部的三通,使之与大气隔断。
记录各测压管中检压液液面读数(此值应在150mm附近)。
再开启华呼仪,振摇开关,此时为华呼仪测氧实验开始时刻。
6.在开始实验的0.25、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0小时,关闭振摇开关,调整各测压管闭管至150mm处并记录开管液面读数。
注意:
读数及记录操作应尽可能迅速,作为温度及压力对照的1、2两瓶应分别在第一个及最后一个读数,以修正操作时间的影响(即从测压管2开始读数,然后3、4、5、……,最后读1号)。
读数,记录全部操作完成后,即迅速开启振摇开关,使实验继续进行。
待测压管示数降至50mm以下时,需开启闭管顶部三通放气,再将闭管液位调至150mm,并记录此时开管液位高度。
7.停止实验后,取下反应瓶及测压管,擦净瓶口及塞上的羊毛脂,倒去反应瓶中液体,用清水冲洗后置于肥皂水中煮沸,再用清水冲洗后以洗液浸泡过夜,洗净后置于55℃烘箱内烘干待用。
五、结果计算与分析
表1:
内源呼吸测定:
时间(min)
DO测定值(mg/L)
耗氧量(mg/L)
时间(min)
DO测定值(mg/L)
耗氧量(mg/L)
0
15.10
0.00
0.5
14.67
0.43
1.0
14.10
1.00
1.5
13.90
1.20
2.0
13.99
1.11
2.5
14.08
1.02
3.0
14.25
0.85
3.5
14.40
0.7
4.0
14.60
0.5
4.5
14.78
0.32
5.0
14.98
0.12
5.5
15.13
-0.03
6.0
15.30
-0.2
6.5
15.40
-0.3
7.0
15.47
-0.37
7.5
15.52
-0.42
8.0
15.54
-0.44
8.5
15.56
-0.46
9.0
15.54
-0.44
9.5
15.50
-0.4
10.0
15.47
-0.37
10.5
15.42
-0.32
11.0
15.37
-0.27
11.5
15.30
-0.2
12.0
15.25
-0.15
12.5
15.18
-0.08
13.0
15.11
-0.01
13.5
15.06
0.04
14.0
15.01
0.09
14.5
14.94
0.16
15.0
14.87
0.23
15.5
14.82
0.28
16.0
14.76
0.34
16.5
14.74
0.36
17.0
14.69
0.41
17.5
14.66
0.44
18.0
14.62
0.48
18.5
14.60
0.5
19.0
14.56
0.54
19.5
14.53
0.57
20.0
14.50
0.6
20.5
14.48
0.62
21.0
14.45
0.65
21.5
14.33
0.77
22.0
14.30
0.8
22.5
14.25
0.85
23.0
14.23
0.87
23.5
14.20
0.9
24.0
14.15
0.95
24.5
14.11
0.99
25.0
14.10
1
25.5
14.08
1.02
26.0
14.03
1.07
26.5
14.02
1.08
27.0
13.98
1.12
27.5
13.98
1.12
表2:
工业废水可生化实验数据
时间(min)
DO测定值(mg/L)
耗氧量(mg/L)
时间(min)
DO测定值(mg/L)
耗氧量(mg/L)
0
17.91
0
0.5
17.85
0.06
1.0
17.54
0.37
1.5
17.21
0.7
2.0
16.91
1
2.5
16.55
1.36
3.0
16.27
1.64
3.5
15.99
1.92
4.0
15.72
2.19
4.5
15.53
2.38
5.0
15.56
2.35
5.5
15.21
2.7
6.0
15.05
2.86
6.5
14.93
2.98
7.0
14.83
3.08
7.5
14.72
3.19
8.0
14.64
3.27
8.5
14.57
3.34
9.0
14.49
3.42
9.5
14.44
3.47
10.0
14.39
3.52
10.5
14.36
3.55
11.0
14.32
3.59
11.5
14.30
3.61
12.0
14.27
3.64
12.5
14.25
3.66
13.0
14.22
3.69
13.5
14.21
3.7
14.0
14.16
3.75
14.5
14.15
3.76
15.0
14.11
3.8
15.5
14.10
3.81
16.0
14.09
3.82
16.5
14.09
3.82
17.0
14.08
3.83
17.5
14.07
3.84
18.0
14.04
3.87
18.5
14.03
3.88
19.0
14.01
3.9
19.5
13.99
3.92
20.0
13.99
3.92
20.5
14.00
3.91
表3:
生活污水可生化实验数据
时间(min)
DO测定值(mg/L)
耗氧量(mg/L)
时间(min)
DO测定值(mg/L)
耗氧量(mg/L)
0
16.10
0
0.5
16.10
0
1.0
16.10
0
1.5
16.02
0.08
2.0
15.89
0.21
2.5
15.65
0.45
3.0
15.31
0.79
3.5
15.13
0.97
4.0
15.00
1.1
4.5
14.87
1.23
5.0
14.77
1.33
5.5
14.68
1.42
6.0
14.59
1.51
6.5
14.50
1.6
7.0
14.45
1.65
7.5
14.39
1.71
8.0
14.32
1.78
8.5
14.29
1.81
9.0
14.26
1.84
9.5
14.21
1.89
10.0
14.17
1.93
10.5
14.15
1.95
11.0
14.10
2
11.5
14.09
2.01
12.0
14.06
2.04
12.5
14.06
2.04
13.0
14.04
2.06
13.5
14.03
2.07
14.0
14.02
2.08
14.5
13.99
2.11
15.0
13.97
2.13
15.5
13.96
2.14
16.0
13.95
2.15
16.5
1392
2.18
17.0
13.94
2.16
17.5
13.93
2.17
18.0
13.90
2.2
18.5
比较微生物呼吸曲线与微生物内源呼吸曲线,两曲线位于微生物内源呼吸曲线上部,表明废水中的有机污染物能被微生物降解,耗氧速率大于内源呼吸时的耗氧速率,经一段时间曲线将渐渐与内源呼吸线平行。
表明基质的生物降解已基本完成,微生物进人内源呼吸阶段;黑色曲线与微生物内源呼吸曲线重合,表明废水中的有机污染物不能被微生物降解,但也未对微生物产生抑制作用,微生物维持内源呼吸。
由对比实验得工业废水和生活废水均可生化,其中工业废水更适用于生物降解。
六、问答题
利用生化曲线为何能判定某种污水可生化性?
微生物内源呼吸曲线:
当微生物进入内源呼吸期时,耗氧速率恒定。
耗氧量与时间呈正比,在微生物呼吸曲线图上表现为一条过坐标原点的直线,其斜率即表示内源呼吸时耗氧速率。
比较微生物呼吸曲线与微生物内源呼吸曲线:
曲线a位于微生物内源呼吸曲线上部,表明废水中的有机污染物能被微生物降解。
耗氧速率大于内源呼吸时的耗氧速率,经一段时间曲线a与内源呼吸线几乎平行,表明基质的生物降解已基本完成,微生物进人内源呼吸阶段,曲线b与微生物内源呼吸曲线重合,表明废水中的有机污染物不能被微生物降解,但也未对微生物产生抑制作用,微生物维持内源呼吸。
曲线C位于微生物内源呼吸曲线下端,耗氧速率
小于内源呼吸时的耗氧速率,表明废水中的有机污染物不能被微生物降解,而且对微生物具有抑制或毒害作用。
微生物呼吸曲线一旦与横坐标重合,则说明微生物的呼吸已停止。
将微生物呼吸曲线图的横坐标改为基质浓度,则变为另一种可生化性判定方法——耗氧曲线法。
该种判定方法与其他方法相比。
操作简单、实验周期短。
可以满足大批量数据的测定。
但必须指出,用此种方法来评价废水的可生化性,必须对微生物的来源、浓度、驯化和有机污染物的浓度及反应时间等条件作严格的规定,加之测定所需的仪器在国内的普及率不高。
实验小感:
废水可生化实验中要注意时间的掐算需准确,且测量时难免会遇到读数的跳动,注意数据的选择和取舍。
拓展:
废水可生化性评价技术探讨
1、好氧呼吸参量法
(1)水质指标评价法
(2)微生物呼吸曲线法
(3)CO2生成量测定法
2、微生物生理指标法
(1)脱氢酶活性指标法
(2)三磷酸腺苷(ATP)指标法
3、拟实验法
(1)培养液测定法
(2)模拟生化反应器法
4、合模型法
实验三(国标重铬酸钾法)COD标准测定法
1、实验目的
用国标法测定污水、雨水中COD。
2、实验原理
在强酸性溶液中,准确加入过量的重铬酸钾标准溶液,加热回流,将水样中还原性物质(主要是有机物)氧化,过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂,用硫酸亚铁铵标准溶液回滴,根据所消耗的重铬酸钾标准溶液量计算水样化学需氧量。
三、实验仪器和试剂
仪器:
1、250mL全玻璃回流装置。
如取水样在30mL以上,用500mL全玻璃回流装置。
2、加热装置(电炉)。
3、5mL或50mL酸式滴定管、锥形瓶、移液管、容量瓶等。
试剂:
1、重铬酸钾标准溶液(c1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L):
称取预先在120度烘干2小时的基准或优质纯重铬酸钾12.258g溶于水中,移入1000mL容量瓶内,稀释至标线,摇匀。
2、试亚铁灵指示液:
称取1.485g邻菲罗啉(C12H8N2.H2O)、0.695g硫酸亚铁(FeSO4.7H2O)溶于水中,稀释至100mL,贮于棕色瓶内。
3、硫酸亚铁铵标准化溶液[c(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O约等于0.1mol/L]:
称取39.5g硫酸亚铁铵溶于水中,边搅拌边缓慢加入20mL浓硫酸,冷却后移入1000mL容量瓶中,加水稀释至标线,摇匀。
临用前,用重铬酸钾标准溶液标定。
标定方法:
准确吸取10.00mL重铬酸钾标准溶液于500mL锥形瓶中,加水稀释至110mL左右,缓慢加入30mL浓硫酸,混匀。
冷却后,加入3滴试亚铁灵指示液(约0.15ml),用硫酸亚铁铵溶液滴定,溶液的颜色由黄色经蓝绿色
c=(0.2500·10.00)/V
式中c——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度,mol/L;
V——硫酸亚铁铵标准溶液的用量,ml。
4、硫酸-硫酸银溶液:
于500mL浓硫酸中加入5g硫酸银。
放置1—2天,不时摇动使其溶解。
5、硫酸汞:
结晶或粉末。
四、实验过程
(1)、取20.00mL混合均匀的水样(或适量水样稀释至20.00mL)置250mL磨口的回流锥形瓶,准确加入10.00ml0.25mol/L重铬酸钾标准溶液及数粒洗净的玻璃珠或沸石,连接磨口回流冷凝管,从冷凝管上口慢慢地加入30ml硫酸--硫酸银溶液,轻轻摇动锥形瓶使溶液混匀,加热回流2小时(自开始沸腾时计时)。
(2)、冷却后,用90mL水从上部慢慢冲洗冷凝管壁,取下锥形瓶。
溶液总体积不得少于140mL,否则因酸度太大,滴定终点不明显。
(3)、溶液再度冷却或,加三滴试亚铁灵指示剂,用硫酸亚铁铵标准溶液滴定,溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点,记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。
(4)、测定水样的同时,以20.00mL蒸馏水,按同样操作步骤作空白试验。
记录滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量。
注:
测定范围为50mg/L——700mg/L。
五、实验数据计算