增加实验环境科学专业所开环境工程实验资料模板.docx
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增加实验环境科学专业所开环境工程实验资料模板
环境科学专业所开环境工程实验
实验1 酸性废水过滤中和实验
过滤中和处理酸性废水,是简单易行的中和处理工艺,掌握其测定技术,对选择工艺设计参数及运行管理,具有重要意义。
[目的]
1、了解掌握酸性废水过滤中和原理及工艺。
2、测定顺流式石灰石滤池在不同滤速时的中和效果。
[原理]
机械制造、电镀、化工、化纤等工业生产中排出大量酸性废水,若不加处理直接排入将会造成水体污染。
当前常见的处理方法,有酸、碱污水混合中和,药剂中和,过滤中和。
由于过滤中和法具有设备简单、造价便宜、不需药剂配制与投加系统,耐冲击负荷,故当前生产中应用较多,其中广泛使用的是升流式膨胀过滤中和滤池,其原理发端于化学工业中应用较多的流化床。
由于所用滤料直径很小（d=0.5~3mm）,因此单位容积滤料表面积很大,酸性废水与完全中和反应所需时间大大缩短,故过滤速度可大幅度提高,从而使滤料呈悬浮状态,造成滤料相互碰撞摩擦,这更有利于中和处理后所生成的盐类溶解度小的一类酸性废水。
如
2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO2↑
H2SO4+CaCO3=CaSO4+H2O+CO2↑
由于该工艺反应时间短,并减小了硫酸钙结垢影响石灰石滤料活性问题,因而被广泛地用于酸性废水处理。
由于中和后出水中含有大量CO2,造成出水pH值偏低,为进一步提高废水处理后水中pH值,可采用吹脱法,分别为鼓风曝气式,瓷环填料式,筛板塔式等等。
本实验采用中和原理,经过简易的实验装置测定中和滤池在不同滤速时的中和效果。
[设备及用具]
（设备自制）色谱柱石灰石pH计下口瓶烧杯（1000ml、100ml、10ml）量筒（10ml）秒表 洗瓶止水夹 直尺吸水纸
［装置］
如图1-1
[实验步骤]
1、用硫酸和盐酸配制一定浓度的酸性废水,要求pH值在2.5－6.0之间,装在10L的下口瓶中
2、往色谱柱内加入石灰石,高度约15cm。
3、按图1-1所示装好实验装置。
4、将酸性废水搅拌均匀,测定原始pH值。
5、关闭4#阀,打开1＃、2#阀,让废水进入中和柱,当柱内的液面刚淹过石灰石顶层的表面时,调小进水流速。
6、开3＃阀,调2#阀,调整流速约Vml/min。
（流速是用秒表计量流出10ml废水所需时间来测定）。
7、测定中和处理后的pH值,为第1组实验数据。
再调节2＃阀,按表1-1,改变滤速,测定出水pH值。
8、实验结束后,关闭2#阀,打开4#阀,放掉中和柱内存水。
并用蒸馏水冲洗。
［记录］
中和实验记录表1-1
原水pH值:
。
实验组号
流速（ml/min）
pH
实验组号
流速（ml/min）
pH
一
2
四
8
二
4
五
10
三
6
六
12
[注意事项]
1、配制酸性废水时,加硫酸过程中,应先将瓶内水加到计算位置,而后慢加入所需浓硫酸,并慢慢加以搅动,注意不要烧伤手、脚及衣服。
2、用调整2#阀来调节流速时,注意不要让中和柱内的水溢流出来。
[成果整理]
1、以滤速为横坐标,出水pH值为纵坐标绘制pH－滤速曲线。
如图1-2。
V
pH
图1-2
2、分析实验中所观察到的现象。
[思考题]
1、说明酸性废水处理的意义、原理。
2、分别讨论滤速对出水pH的影响。
3、直流式石灰石滤池处理酸性废水的缺点及存在问题是什么?
4、如果废水中硫酸浓度较高,用石灰石滤床中和可能会产生什么现象?
实验2曝气设备清水充氧性能测定
曝气是活性污泥系统的一个重要环节,它的作用是向池内充氧,保证微生物生化作用所需之氧,同时保持池内微生物、有机物、溶解氧,即泥、水、气三者的充分混合,为微生物降解创造有利条件。
因此了解掌握曝气设备充氧性能,不同污水充氧修正系数α、β值及其测定方法,不但对工程设计人员、而且对污水处理厂（站）运行管理人员也至关重要。
另外,二级生物处理厂（站）中,曝气充氧电耗占全厂动力消耗的60-70%,因而高效省能型曝气设备的研制是当前污水生物处理领域面临的一个重要课题。
因此本实验是水处理实验中的一个重要项目。
[目的要求]
1、加深理解曝气充氧的机理及影响因素
2、了解掌握曝气设备清水充氧性能测定的方法
3、学习曝气设备氧总转移系数及其它各项评价指标的计算方法。
[实验原理]
本实验是将一定容量清水从不含氧的状态下强制曝气充氧到接近饱和的程度。
空气中的氧向水中转移的时候,在气水接触面的两侧分别存在气体边界层（气膜）和液体边界层（液膜）。
氧的转移就是气液双膜内进行分子扩散,在膜外进行对流扩散的过程。
由于对流扩散的阻力比分子扩散的阻力小得多,因此氧的转移阻力基本在双膜上,这就是比较常见的双膜理论。
根据这样的理论,氧的转移速率方程式为:
──单位时间内氧的转移速度;
阀
出水口
阀
蓄水槽
水泵
曝气柱
取样口（80cm）
水位线（160cm）
Ф14.2cm
溢流口
空压机
气体流量计
KLa──氧总转移系数（L/min）
Cs──试验条件下水样的饱和溶解氧浓度（mg/L）
Ct──相应于某一时刻t水样的溶解氧浓度（mg/L）
将上式移项,积分得
令Da=Cs–C1,Dt=Cs–C2并整理成下式
式中Da──实验开始时,水中亏氧值,mg/L;
Dt──实验后某一时间亏氧值,mg/L;
t──实验后某一时间。
以lg（Da/Dt）为纵坐标,时间t为横坐标作图可得一直线,其斜率为Kla/138.2,则Kla可求出。
[实验材料和用品]
（1）有机玻璃曝气柱、水泵、蓄水池。
（2）空压机、气体流量计。
（3）溶解氧测定仪、烧杯
（4）时钟。
（5）无水亚硫酸钠、氯化钴、蒸馏水等
[实验装置]
[实验步骤]
1、向曝气柱中注满清水至有效高度,在1/2水位高处取水样测定水中的溶解氧,并计算柱内溶解氧含量G=DO×V（换算到克）。
2、脱氧:
计算投药量
a.以无水亚硫酸钠作脱氧剂
化学量比值:
按此反应,每去除1mg/L的溶解氧需投加7.9mg/L的Na2SO3,则投药量N=G×7.9×（1.1~1.5）,1.1~1.5为脱氧而取的安全系数。
b.氯化钴作催化剂理论上投加量为0.5mg/l,实验中应保证大于1.5mg/l。
将称得的药剂用温水化开,由顶端加入,5min后测水中的溶解氧。
3、当水中的溶解氧为零后,打开气泵曝气,控制气量0.35m3/h,并记录时间;开始每隔1分钟在水柱的1/2高度取一次样,测定溶解氧值,连续取样,达到接近实验水温时的饱和溶解氧值时停止取样;随后关闭进气阀门。
[实验数据及整理]
水深m,实验柱容积L,T,Cs,供气量m3/h,
Na2SO3投量g,CoCl2投量g。
序号
T
（min）
t2
Na2SO3的
消耗数V/ml
Ct
（mg/l）
Dt=Cs–Ct
（mg/l）
Da/Dt
lgDa/Dt
tlgDa/Dt
1
2
3
4
…
∑t2
∑tlgDa/Dt
1．计算中Kla值
（1）用最小二乘法计算Kla值,将上表中有关数据列入下列公式求出Kla值。
（2）图解法。
以上表中的t为横坐标,lgD/D为纵坐标作图,可得一经过原点的直线,其斜率为Kla/138.2,则Kla可求出。
2．求充氧量R0
式中
T为实验水温
9.17──20℃时、101.325kPa下纯水的饱和溶解氧,mg/l;
V──实验柱内水体积,L。
3．求氧的利用率Ea
（1）计算供氧量S
S=Gs0.211.429（kgO2/h）
（2）计算氧利用率
式中0.21──氧在空气中的体积比;
1.429──氧的密度,kg/m3;
Gs──转子流量计供所量读数,m3/h。
4.求动力效率Ep
[kgO2/kW·h]
式中（kW）
R──空气密度,1.024kg/m3;
Gs──转子流量计供所量读数,m3/h。
附表氧的饱和溶解度
t℃
Gs
t℃
Gs
t℃
Gs
6
12.48
16
9.95
24
8.53
8
11.37
17
9.74
25
8.39
10
11.33
18
9.54
26
8.22
11
11.08
19
9.35
27
8.07
12
1083
20
9.17
28
7.92
13
10.60
21
8.99
29
7.77
14
10.37
22
8.83
30
7.63
15
10.15
23
8.68
思考题
1、论述曝气在生物处理中的作用。
2、曝气充氧原理及其影响因素是什么?
3、氧总转移系数KLa的意义是什么?
4、曝气设备充氧性能指针为何均是清水?
标准状态下的值是多少?
实验3颗粒自由沉淀实验
颗粒自由沉淀实验是研究浓度较稀时的单颗颗粒的沉淀规律。
一般是经过沉淀柱静沉实验,获取颗粒沉淀曲线。
它不但具有理论指导意义,而且也是给水排水处理工程中,某些构筑物如给水与污水的沉砂池设计的重要依据。
[目的]
1．加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解。
2．掌握颗粒自由沉淀实验的方法,并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。
[原理]
1
2
3
5
6
12
13
14
11
10
9
7
4
图3—1自由沉淀静沉实验装置
1、3—配水管上闸门;2—水泵循环管上闸门4—水泵;5—水池
6—搅拌机;7—循环管;8—配水管;9—进水管10—放空管闸门
11—沉淀性;12—标尺;13—溢流管;14—取样口
8
H
h
图7-1
浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀,即分散性颗粒的沉降称为自由沉淀,其特点是静沉过程中颗粒互不凝聚干扰、等速下沉。
下沉过程中颗粒的物理性质（形状、大小、比重）不发生变化。
自由沉淀所反映的一般是砂砾、河泥等的沉淀特点各种不同沉淀的总效率公式为
在一水深为H的沉淀柱内进行上述实验。
见图7-1,经过不同的沉淀时间能够求得不同的沉淀速度u,即。
经过确定的沉淀时间t0能够求得沉淀速度u0,对于沉速≥u0瓣颗粒可在t0时被全部去除。
对于沉速以P0代表沉淀对于沉速[设备及用具]
1．有机玻璃管沉柱一根,工作水深即由溢口至取样口距离。
每根沉降柱上设溢流管,取样管（40cm、80c
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