水污染控制工程实验报告.docx
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水污染控制工程实验报告
水污染控制工程
实验报告
（环境工程专业适用）
2014年至2015年第1学期
班级11环境1班
姓名吴志鹏
学号1110431108
指导教师高林霞
同组者汤梦迪刘林峰吴渊田亚勇李茹茹
程德玺
2014年4月
实验一曝气设备充氧性能的测定
一、实验目的
1.掌握表面曝气叶轮的氧总传质系数和充氧性能测定方法
2.评价充氧设备充氧能力的好坏。
二、实验原理
曝气是指人为地通过一些机械设备,如鼓风机、表面曝气叶轮等,使空气中的氧从气相向液相转移的传质过程。
氧转移的基本方程式为：
dρ/dt=KLa（ρs-ρ）
（1）
式中dρ/dt：
氧转移速率，mg/（Lh）；
KLa：
氧的总传质系数，h-1；
ρs：
实验条件下自来水（或污水）的溶解氧饱和浓度，mg/L；
ρ：
相应于某一时刻t的溶解氧浓度mg/L，
曝气器性能主要由氧转移系数KLa、充氧能力OC、氧利用率EA、动力效率Ep四个主要参数来衡量。
下面介绍上述参数的求法。
（1）氧转移系数KLa
将
（1）式积分，可得
1n（ρs—ρ）＝一KLat+常数
（2）
此式子表明，通过实验测定ρs和相应与每一时刻t的溶解氧浓度后，绘制 1n（ρs—ρ）与t关系曲线，其斜率即为KLa。
另一种方法是先作ρ-t曲线，再作对应于不同ρ值的切线，得到相应的dρ/dt，最后作dρ/dt与ρ的关系曲线，也可以求出。
（2）充氧性能的指标
①充氧能力（OC）：
单位时间内转移到液体中的氧量。
表面曝气时：
OC（kg/h）=KLat（20℃）ρs（标）V（3）
KLat（20℃）=KLat⨯1.02420-T（T:
实验时的水温）
ρs（标）=ρs（实验）⨯1.013⨯105/实验时的大气压（Pa）
V：
水样体积
②充氧动力效率（Ep）：
每消耗1度电能转移到液体中的氧量。
该指标常被用以比较各种曝气设备的经济效率。
Ep（kg/kW·h）=OC/N（4）
式中：
理论功率，采用叶轮曝气时叶轮的输出功率（轴功率,kW）。
③氧转移效率（利用率，EA）：
单位时间内转移到液体中的氧量与供给的氧量之比。
EA=（OC/S）⨯100%（5）
S—供给氧，kg/h。
三、实验步骤
在实验室用自来水进行实验。
（1）向模型曝气池注入自来水至曝气叶轮表面稍高处，测出模型池内水体积V（L），并记录。
（2）启动曝气叶轮，使其缓慢转动（仅使水流流动），用溶解氧仪测定自来水温和水中溶解氧ρ'，并记录。
（3）根据ρ'值计算实验所需要的消氧剂Na2SO3和催化剂CoCl2的量。
Na2SO3+1/2O2Na2SO4（6）
（4）根据上式，每去除1mg的溶解氧，需要投加7.9mgNa2SO3。
因此，根据池子体积与自来水的溶解氧浓度，可以计算出Na2SO3的理论需要量。
实际投加量应为理论值的150%~200%。
实际投加量W1=V⨯ρ'⨯7.9⨯（150~200%）kg或g
催化剂CoCl2的投加量按维持池子中的钴离子浓度为0.05~0.5mg/左右,其计算方法如下:
催化剂CoCl2的投加量W2=V⨯0.5⨯129.9/58.9
（5）将消氧剂Na2SO3和催化剂CoCl2用水溶解后投放在曝气叶轮处
（6）待溶解氧读数为零时，加快叶轮转速（此时曝气充氧），定期（0.5~1min）读出溶解氧数值（ρ）并记录，直到溶解氧不变时（此即实验条件下的ρs），停止实验。
三、实验装置及试剂
1、实验装置图见下
2、本实验所需要的仪器及药品
1）空压机；2）曝气简；3）搅拌器；4）秒表；
5）分析天平；6）烧杯；7）亚硫酸钠（Na2SO3·7H2O）；8）氯化钻（CoCl2·6H2O）
图1曝气设备充氧能力实验装置图
五、实验数据记录
1.实验原始数据记录
（1）记录实验设备及操作条件的基本参数：
①模型池内径D=34.72cm，高度H=0.28m，水体积=0.0265m3
②水温16.6℃，实验室条件下自来水的ρ=7.66mg·L-1
③电动机功率
④测定点位置
⑤消氧剂Na2SO3投加量3.2g，催化剂CoCl2投加量0.029g。
（2）记录不稳定状态下充氧实验测定得到的溶解氧数值。
t/min
2
4
6
8
1
22
24
ρ/（mg·L-1）
0.96
1.32
3.21
3.82
4.35
4.69
4.93
5.08
5.2
5.25
5.28
5.28
（ρs-ρ）/（mg·L-1）
6.7
6.34
4.45
3.84
3.31
2.97
2.73
2.58
2.46
2.41
2.38
2.38
表1不稳定状态下充氧实验记录
六、作图（用坐标纸或者计算机画图粘贴）
（1）以溶解氧浓度ρ为纵坐标、时间t为横坐标，用上表的数据作ρ与t的关系曲线。
（2）根据实验曲线ρ-t计算相应与不同ρ值的dρ/dt，记录与表2
表2不同ρ值的dρ/dt
ρ（mg·L-1）
0.96
1.32
3.21
3.82
4.35
4.69
4.93
5.08
5.2
5.25
5.28
5.28
dρ/dt（mg·L-1·min-1）
0.48
0.33
0.54
0.48
0.44
0.39
0.35
0.32
0.29
0.26
0.24
0.22
（3）分别以ln（ρs-ρ）和dρ/dt为纵坐标、时间t和ρ为横坐标，绘制出两条实验曲线。
计算KLα
由上可知，两种方法求得KLα分别为0.0482和0.0383，求平均值为0.0433
七．实验分析
这次实验的失误，由于一开始我们没有完全准备好，在操作的过程中，有很多操作不恰当的地方，测溶解氧是由于仪器的原因一些数据没有及时记录到。
从而在处理数据的时候存在一些问题。
实验二静置沉淀实验
一、实验目的
1、了解沉淀原理；2、观察沉淀过程，求出E-t、与E-u曲线
二、实验原理
在含有离散颗粒的废水静置沉淀过程中，若实验柱内有效水深为H，通过不同的沉淀时间t，可求得不同的颗粒沉淀速度u，u=H/t。
对于指定的沉淀时间t0可求得颗粒沉淀速度u0。
那些沉速等于或大于u0的颗粒在t0时间可全部除去，而对沉速小于u0的颗粒则只能除去一部分，其去除的比例为u/u0。
去除效率与沉速和深度有关，在不同的选定时段，从不同深度取出水样，测定这部分水样中的颗粒浓度，并用以计算沉淀物的百分数。
在横坐标为沉淀时间t、纵坐标为颗粒物的去除效率E、横坐标为沉淀速度u、纵坐标为颗粒物的去除效率E分别可以绘出E-t、与E-u曲线。
三、实验步骤
1、将低位水箱加满后停止加水；
2、打开搅拌机，使水样搅拌均匀，并测定此时的SS值；
3、打开计量泵将搅拌均匀的水样抽到高位水箱，同时打开各柱的进水阀，当柱内水位达到1.8m时，再关闭计量泵、进水阀，同时开始计时；
4、沉淀到0min、15min、30min、45min、60min、120min时将中间取样点放掉一定的水样，然后在该样点准确取样20ml；
5、沉降开始后SS的测定步骤：
将滤纸标号、烘至恒重,并称量各滤纸重量m1，将所取水样用称至恒重的滤纸进行过滤，再将过滤后的滤纸烘至恒重m2，将各数据填入表1。
四、实验装置图及药品
1、实验设备装置图
2、本实验所需要的试剂
（1）配水及投配系统包括钢板水池、搅拌装置、水泵、配水管、循环水管。
（2）计时用秒表或手表。
（3）玻璃烧杯、移液管盘等。
（4）悬浮物定量分析所需设备：
万分之一天平、带盖称量瓶、干燥器、烘箱、抽滤装置、定量滤纸等。
（5）水样可用煤气洗涤污水、轧钢污水、或者模拟废水等。
五、实验数据记录
1.实验主要仪器（名称、厂家和型号）和相应药品
高岭土秒表玻璃烧杯万分之一天平干燥箱
烘箱滤纸循环水管配水管钢板水池
搅拌棒量筒漏斗
2.实验原始数据记录与处理
表1E-t、与E-u原始记录数据
原水样SS值0.105mg/L
时间/min
采样点指标
M1（mg）
1.0319
1.0266
1.0251
1.0187
1.037
1.0451
m2（mg）
1.034
1.0421
1.039
1.0349
1.0572
1.0654
SS（mg/L）
0.105
0.775
0.695
0.81
1.01
1.015
E（%）
0
6.381
5.619
6.7143
8.619
8.6667
六、作图（用坐标纸或者计算机画图粘贴）。
根据上面所得数据绘出E-t、与E-u的曲线图
实验三混凝实验
一、实验目的
1.观察混凝现象，从而加深对混凝理论的理解；
2.掌握可编程六联电动搅拌器的使用方法；
3.了解混凝剂的筛选方法；
4.掌握混凝工艺条件的确定方法。
二、实验原理
混凝沉淀是将化学药剂投入污水中，经充分混合与反应，使污水中悬浮态（大于100nm）和胶态（1～100nm）的细小颗粒凝聚或絮凝成大的可沉絮体，再通过沉淀去除的工艺过程。
混凝是一种复杂的物理化学现象，其机理主要为压缩双电层作用、吸附架桥作用和网捕絮凝作用。
混凝由混合、絮凝和沉淀三个过程组成。
混合的目的是均匀而迅速地将药液扩散到污水中，它是絮凝的前提。
当混凝剂与污水中的胶体及悬浮颗粒充分接触以后，会形成微小的矾花。
混合时间很短，一般要求在10～30s内完成混合，最多不超过2min。
因而要使之混合均匀，就必须提供足够的动力使污水产生剧烈的紊流。
将混凝剂加入污水中，污水中大部分处于稳定状态的胶体杂质将失去稳定。
脱稳的胶体颗粒通过一定的水力条件相互碰撞、相互凝结、逐渐长大成能沉淀去除的矾花，这一过程称为絮凝或反应。
要保证絮凝的顺利进行，需保证足够的絮凝时间、足够的搅拌外力，但搅拌强度要远远小于混合阶段。
污水经混凝过程形成的矾花，要通过沉淀去除。
混凝剂的种类较多有：
有机混凝剂、无机混凝剂、人工合成混凝剂（阴离子型、阳离子型、非离子型）、天然高分子混凝剂（淀粉、树胶、动物胶）等等。
为了提高混凝效果，必须根据废水中胶体和细微悬浮物的性质和浓度，正确地控制混凝过程的工艺条件。
混凝的效果受很多因素影响：
（1）胶体和细微悬浮物的种类、粒径和浓度；
（2）废水中阳离子和阴离子的浓度；（3）pH；（4）混凝剂的种类、投加量和投加方式；（5）搅拌强度和时间；（6）碱度；（7）水温等。
所以混凝过程的工艺条件通常要用混凝试验来确定。
三、实验步骤
（一）最佳投药量实验步骤
1.于6个1000ml烧杯中分别放入1000ml水样，置于实验搅拌机平台上。
2.测定原水温度、浊度及pH值。
3.确定形成矾花所用的最小药剂量。
方法是通过慢速搅拌烧杯中的200mL原水，并每次增加1mL混凝剂投加量，直到出现矾花。
此时的混凝剂作为形成矾花的最小投加量。
4.确定实验时的混凝剂投加量。
根据步骤3得到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500r/min；中速搅拌10min，转速约250r/min；慢速搅拌10min，转速约100r/min。
6.关闭搅拌机，静止沉淀10min，用50mL注射针筒抽出烧杯中的上清液（约100mL）放入200mL烧杯中，立刻用浊度测量仪测量浊度（每杯水样测量三次），同时记录于表1中。
（二）最佳pH值实验步骤
1.确定原水特征（包括原水浊度、pH值、温度）。
本实验所用原水和最加投药量实验相同。
2.调整原水样pH值，用移液管依次向1、2、3号装有水样的烧杯中分别加入2.5、1.4、0.7mL10%浓度的盐酸。
依次向5、6装水样的烧杯中分别加入0.6、1.2mL10%NaOH，经过搅拌均匀后测定水样的pH，并记入表2。
该步骤也可以采用变化pH的方法,即调整1号烧杯水样使pH等于3,其它水样的pH依次增加一个单位。
3．用移液管向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂。
（投加剂量按照最佳投药量实验中得出的最佳投药量而确定）。
4.启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约500r/min；中速搅拌10min，转速约250r/min；慢速搅拌10min，转速约100r/min。
5.关闭搅拌机，静止沉淀10min，用50mL注射针筒抽出烧杯中的上清液（约100mL）放入200mL烧杯中，立刻用浊度测量仪测量浊度（每杯水样测量三次），同时记录于表2中。
（三）混凝阶段最佳水流速度梯度实验步骤
1.按照最佳pH实验和最佳投药量实验所得出的混凝最佳pH及最佳投药量，分别向6个装有1000mL水样的烧杯中加入相同剂量的盐酸（或氢氧化钠）和混凝剂，置于实验搅拌机平台上。
2.启动搅拌机，快速搅拌1分钟，转速约500r/min；随后1~6号号烧杯分别以50r/min、100r/min、200r/min、300r/min、350r/min、400r/min搅拌20分钟。
3.关闭搅拌机，静止沉淀10min，用50mL注射针筒抽出烧杯中的上清液（约100mL）放入200mL烧杯中，立刻用浊度测量仪测量浊度（每杯水样测量三次），同时记录于表3中。
注意事项
（1）整个实验采用同一水样，而且取水样时要搅拌均匀，要一次量取，以尽量减少取样浓度上的误差。
（2）要充分冲洗加药管，以免药剂沾在加药管上太多，影响投药量的精确度。
（3）取反应后上清液时，要用相同的条件取，不要把沉下去的矾花搅起来。
四、实验装置与试剂
1、实验装置图
2、实验所需要的试剂
（1）无级调速六联搅拌机1台。
（2）pH计1台。
（3）光电浊度计1台。
（4）温度计1支，秒表1块。
（5）l000mL烧杯6个。
（6）1000毫升量筒1个。
（7）1mL、2mI、5mL，10mL移液管各1支。
（8）200ml烧杯1个，吸耳球等。
（9）1％FeCl3溶液500mL。
（10）实验用原水（配制）。
’
（11）注射针筒。
（12）10％的NaOH溶液和10％HCl溶液500mL各1瓶
五、实验数据记录
1.实验原始数据记录
（一）最佳投药量实验结果记录
把原水特征、混凝剂投加情况、沉淀后的浊度记入表1。
表1最佳投药量实验记录
原水温度200C；浊度52.0；pH7.54；使用混凝剂的种类、浓度FeCL31/100
水样编号
1
2
3
4
5
678
混凝剂加入量（ml）
2.5
6
9.5
13
16.5
20
矾花形成时间（min）
沉淀水浊度（NTU）
38.5
22.6
26
18.5
10.7
9.2
沉淀水浊度（NTU）
38.4
23.2
25.5
18.7
8.1
8.6
沉淀水浊度（NTU）
36.2
23.6
23
17
6.3
9.2
备注
1
快速搅拌
min转速r/min
2
中速搅拌
min转速r/min
3
慢速搅拌
min转速r/min
4
沉淀时间
（二）最佳pH值实验结果记录
把原水特征，混凝剂加注量，酸减加注情况及沉淀水浊度记录入表2中。
表2最佳pH值实验记录
原水温度200C原水浊度56.0；使用混凝剂的种类、浓度16.5mLFeCL31/100
水样编号
1
2
3
4
5
678
10%HCl投加量（ml）
10%NaOH投加量（ml）
pH值
混凝剂加注量（ml）
2.5
6
9.5
13
16.5
20
沉淀水浊度（NTU）
38.5
22.6
26
18.5
10.7
9.2
沉淀水浊度（NTU）
38.4
23.2
25.5
18.7
8.1
8.6
沉淀水浊度（NTU）
36.2
23.6
23
17
6.3
9.2
备注
1
快速搅拌
min转速r/min
2
中速搅拌
min转速r/min
3
慢速搅拌
min转速r/min
4
沉淀时间（min）
（三）混凝阶段最佳速度梯度实验结果记录
把原水特征，混凝剂加注量，pH及搅拌速度记录入表3中。
水样编号
1
2
3
4
5
6
7
8
pH值
7.54
7.54
7.54
7.54
7.54
7.54
混凝剂加注量（ml）
16.5
16.5
16.5
16.5
16.5
16.5
快速搅拌
中速搅拌
慢速搅拌
速度梯度G/s-1
沉淀水浊度（NTU）
速度/r·min-
00
500
500
时间/min
1
1
1
1
1
1
速度/r·min-1
--
--
2
时间/min
--
--
20
20
20
20
速度/r·min-1
50
100
--
--
--
--
时间/min
20
20
--
--
--
--
快速
中速
慢速
平均
15.5
39.3
99.7
172.1
211.7
253.4
1
-2.9
-0.4
6.4
2.4
4
4.8
2
-0.1
-0.4
6
2.5
4.1
4
3
-0.9
-0.7
6.2
2.6
3.6
1
平均
-1.3
-0.5
6.2
2.5
3.9
3.3
六、数据整理及结果分析（用坐标纸绘制或者计算机画图粘贴）
（1）以沉淀水浊度为纵坐标，混凝剂加注量为横坐标，绘制浊度与药剂投加量关系曲线，并从图中求出最佳混凝剂投加量。
（2）以沉淀水浊度为纵坐标，水样pH值为横坐标绘出浊度与pH值关系曲线，从图上求出所投加混凝剂的混凝最佳pH值及其适宜范围。
（3）以沉淀水浊度为纵坐标、速度梯度G为横坐标，绘出浊度与速度梯度G的关系曲线，并从图上求出混凝阶段适宜的速度梯度G。
由上图可知选取浊度最低的投加量为最佳投加量，所以最佳投加量为16.5mL
由上图可知，当PH为7.35时，浊度最小，即混凝效果最好，此时的投加量为16.5Ml,没有投加酸和碱。
由图可知，混凝阶段适宜的速度梯度为15.5S--1
七．实验分析
实验中存在较大的误差，在每次取的水样的状态都不是一样的，
而且每一桶的水样上下的浊度也看起来不一样，从而影响了最后的结果。
实验四测定污泥比阻实验
一、实验目的
1.了解污泥比阻的含义；2.掌握测定污泥比阻的实验方法。
二、实验原理
污泥比阻为单位过滤面积上单位干重滤饼所具有的阻力。
原理：
在过滤过程中，滤饼的厚度随时间的增加而增加，滤液量也不断增加，二者成一定比例。
过滤推动力为外压克服滤饼和过滤介质的阻力后的压力差。
污泥比阻越大，过滤越难，它可用来判断污泥机械脱水性能的综合指标，越大越难机械脱水。
只有当污泥的比阻>（1～3.9）×1012m/kg时，对机构脱水较为经济。
为了降低污泥的比阻，采用向污泥中投加混凝剂、助凝剂的化学调节法，使污泥凝聚，提高其脱水性。
通过分析可以得出卡们方程：
（1）
式中：
v—滤液体积m3t—过滤时间s
p—过滤压力kg/m2A—过滤面积m2
u—滤液动力粘度kg.s/m2
w—过滤单位体积的滤液在过滤介质上截留的干固体重量kg/m3
r—比阻m/kg单位过滤面积上单位干重滤饼所具有的阻力
Rf—过滤介质阻抗1/m2
上式如以v-t/v作图如下：
欲求r，则先作图求b，计算如下：
由定义：
w=（Q0-Qf）.Ck/Qf
液体物料平衡关系：
Q0＝Qf+Qk
（2）
固体物物料平衡关系：
Q0.C0＝Qf.Cf+Qk.Ck（3）
式中：
Q0、C0—原污泥量（mL）与原污泥中固体物浓度g/mL；
Qf、Cf—滤液量（mL）与滤液中固体物浓度g/mL
Qk、Ck—滤饼量（mL）与滤饼中固体物浓度g/mL
由
（2）、（3）式得
，代入w定义中，因Cf≈0所以，w=C0.Ck/（Ck-C0）。
三、实验步骤
1.将一滤纸编号，在105～110℃烘箱中烘干至恒重，并称其质量为m1；
2.在布氏滤斗中放置已称重得滤纸，用蒸馏水喷湿
3.开启真空泵，把量筒中抽成负压，使滤纸紧贴滤斗，关闭真空泵；
4.把100mL化学调节好得污泥倒入滤斗中，再次开启真空泵,使压力恒定；
5.控制通气阀使压力表维持恒定的压力，进行污泥脱水过程；
6.记录5个不同时间的滤液量；
7.当滤饼上出现龟裂片或者滤液达到80mL时滤液的体积V1，停止试验，并以此衡量污泥脱水性能；
8.轻轻取下滤纸，放入烘干箱中烘干至恒重，称其质量为m2，计算Ck=（m2-m1）/V1（或80mL）,与C0=（m2-m1）/100mL。
四、实验装置图
1、实验装置图
图污泥比阻实验装置
2、实验所需要的试剂
1）活性污泥，100ml；2）滤纸；3）量筒100ml，2个等。
五、实验数据记录
1.实验原始数据记录
滤液量与时间记录表
T/min
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
滤液量/mL
9
11.5
23.3
25.2
31
39.7
45.3
51
57
63
78.5
3.实验数据处理
t/V-V的关系与C0,Ck
V/mL
9
11.5
23.3
25.2
31
39.7
45.3
51
57
63
78.5
T/V（min.mL-1）
0.111
0.173
0.129
0.158
0.161
0.151
0.155
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