水污染控制工程实验讲义徐师大24页word资料.docx
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水污染控制工程实验讲义徐师大24页word资料
水污染控制工程
“师”之概念，大体是从先秦时期的“师长、师傅、先生”而来。
其中“师傅”更早则意指春秋时国君的老师。
《说文解字》中有注曰：
“师教人以道者之称也”。
“师”之含义，现在泛指从事教育工作或是传授知识技术也或是某方面有特长值得学习者。
“老师”的原意并非由“老”而形容“师”。
“老”在旧语义中也是一种尊称，隐喻年长且学识渊博者。
“老”“师”连用最初见于《史记》，有“荀卿最为老师”之说法。
慢慢“老师”之说也不再有年龄的限制，老少皆可适用。
只是司马迁笔下的“老师”当然不是今日意义上的“教师”，其只是“老”和“师”的复合构词，所表达的含义多指对知识渊博者的一种尊称，虽能从其身上学以“道”，但其不一定是知识的传播者。
今天看来，“教师”的必要条件不光是拥有知识，更重于传播知识。
实验讲义
单靠“死”记还不行,还得“活”用,姑且称之为“先死后活”吧。
让学生把一周看到或听到的新鲜事记下来,摒弃那些假话套话空话,写出自己的真情实感,篇幅可长可短,并要求运用积累的成语、名言警句等,定期检查点评,选择优秀篇目在班里朗读或展出。
这样,即巩固了所学的材料,又锻炼了学生的写作能力,同时还培养了学生的观察能力、思维能力等等,达到“一石多鸟”的效果。
《环境工程》教研组编
我国古代的读书人,从上学之日起,就日诵不辍,一般在几年内就能识记几千个汉字,熟记几百篇文章,写出的诗文也是字斟句酌,琅琅上口,成为满腹经纶的文人。
为什么在现代化教学的今天,我们念了十几年书的高中毕业生甚至大学生,竟提起作文就头疼,写不出像样的文章呢?
吕叔湘先生早在1978年就尖锐地提出:
“中小学语文教学效果差,中学语文毕业生语文水平低,……十几年上课总时数是9160课时,语文是2749课时,恰好是30%,十年的时间,二千七百多课时,用来学本国语文,却是大多数不过关,岂非咄咄怪事!
”寻根究底,其主要原因就是腹中无物。
特别是写议论文,初中水平以上的学生都知道议论文的“三要素”是论点、论据、论证,也通晓议论文的基本结构:
提出问题――分析问题――解决问题,但真正动起笔来就犯难了。
知道“是这样”,就是讲不出“为什么”。
根本原因还是无“米”下“锅”。
于是便翻开作文集锦之类的书大段抄起来,抄人家的名言警句,抄人家的事例,不参考作文书就很难写出像样的文章。
所以,词汇贫乏、内容空洞、千篇一律便成了中学生作文的通病。
要解决这个问题,不能单在布局谋篇等写作技方面下功夫,必须认识到“死记硬背”的重要性,让学生积累足够的“米”。
徐州师范大学化学化工学院
实验一混凝实验
主题词：
混凝混凝剂投药量
主要操作：
搅拌测定浊度
一、实验目的
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、水流速度梯度等因素。
通过本实验希望达到下述目的：
（1）观察混凝现象及过程，了解混凝的净水机理及影响混凝的重要因素；
（2）掌握求得某水样最佳混凝条件（投药量、pH）的基本方法。
二、实验原理
水中粒径小的悬浮物以及胶体物质，由于微粒的布朗运动，胶体颗粒间的静电斥力和胶体的表面作用，致使水中这种浑浊状态稳定。
化学混凝的处理对象主要是废水中的微小悬浮物和胶体物质。
根据胶体的特性，在废水处理过程中通常采用投加电解质、不同电荷的胶体或高分子等方法破坏胶体的稳定性，然后通过沉淀分离，达到废水净化效果的目的。
关于化学混凝的机理主要有以下四种解释。
1、压缩双电层机理
当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。
加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。
由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。
颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚。
2、吸附电中和机理
异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚；大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，ξ电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。
3、吸附架桥机理
吸附架桥作用是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的现象。
4、沉淀物网捕机理
当采用铝盐或铁盐等高价金属盐类作凝聚剂时，当投加量很大形成大量的金属氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中的胶粒，水中的胶粒以这些沉淀为核心产生沉淀。
这基本上是一种机械作用。
向水中投加混凝剂后，由于：
①能降低颗粒间的排斥能峰，降低胶粒的ζ电位，实现胶粒“脱稳”；②同时也能发生高聚物式高分子混凝剂的吸附架桥作用；③网捕作用，而达到颗粒的凝聚。
消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫做脱稳。
脱稳后的胶粒，在一定的水力条件下，才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。
直径较大且较密实的矾花容易下沉。
自投加混凝剂直至形成较大矾花的过程叫混凝。
在混凝过程中，上述现象常不是单独存在的，往往同时存在，只是在一定情况下以某种现象为主。
三、实验设备与试剂
1.智能型混凝试验搅拌仪1台。
2.PHS-2型酸度计1台。
3.HACH2100N浊度仪1台。
4.烧杯（200mL，7个）
5.移液管（1mL，2mL，5mL，10mL，各1支）
6.洗耳球1个，配合移液管移药用。
7.量筒（1000mL，1个，量原水体积）
8.混凝剂：
聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁铝（PAFS）、聚丙烯酰胺（PAM）等；浓度1%或10g/L
9.盐酸、氢氧化钠（浓度10%）
10.注射针筒
11.实验用原水（取河水或用黏土和自来水配成水样20L，静沉6h，其上清液为实验用原水）
四、实验步骤
混凝实验分为最佳投药量、最佳pH、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，求出最佳投药量。
然后按照最佳投药量求出混凝最佳pH。
最后根据最佳投药量、最佳pH，求出最佳的速度梯度。
1.最佳投药量实验步骤
（1）确定原水特征，即测定原水水样浑浊度、pH、温度。
（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800mL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800mL原水，置于混凝试验搅拌仪平台上。
（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1/2，3/4，1，3/2，2倍作为2～6号烧杯的混凝剂投加量。
加药时，把混凝剂分别加到仪器上1～6号加药管中，这样可以保证同时加药。
（5）启动搅拌机，快速搅拌30s，转速约300r/min；中速搅拌6min，转速约100r/min；慢速搅拌6min，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，静置沉淀5min，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中。
2.最佳pH实验步骤
（1）用6个1000mL的烧杯，分别放入800mL原水，置于混凝试验搅拌仪平台上。
（2）调整原水pH，用移液管依次向1号，2号，3号装有水样的烧杯中分别加入1.5mL，1.0mL，0.5mL10%浓度的盐酸。
依次向5号，6号装有水样的烧杯中分别加入0.5mL，1.0mL10%浓度的氢氧化钠。
（3）启动搅拌机，快速搅拌30s，转速约300r/min。
用酸度计测定各水样的pH，记入表2中。
（4）利用仪器的加药管，向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂（最佳剂量采用实验1中得出的最佳投药量结果）。
（5）启动搅拌机，快速搅拌30s，转速约300r/min；中速搅拌6min，转速约100r/min；慢速搅拌6min，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，静置沉淀5min，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2中。
注意事项：
①在最佳投药量、最佳pH实验中，向各烧杯投加药剂时要求同时投加，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。
五、实验结果整理
1.最佳投药量实验结果整理
（1）把原水特征、混凝剂投加情况、沉淀后的剩余浊度记入表1中。
（2）以剩余浊度为纵坐标，投药量为横坐标，绘制剩余浊度与投药量关系曲线，从曲线上可求得不大于某一剩余浊度的最佳投药量值。
2.最佳pH实验结果整理
（1）把原水特征、混凝剂投加情况、酸碱加注情况、沉淀后的剩余浊度记入表2中。
（2）以剩余浊度为纵坐标，水样pH为横坐标，绘制剩余浊度与pH关系曲线，从图上求出所投加混凝剂的混凝最佳pH及其适用范围。
实验结果记录
实验小组号姓名实验日期
混凝剂混凝剂浓度
原水浊度原水pH原水温度
最小混凝剂量（mL）相当于（mg/L）
表1最佳混凝剂投加量
水样编号
1
2
3
4
5
6
投药量（mg/L）
初矾花时间（min）
矾花沉淀情况
剩余浊度（NTV）
表2最佳pH
水样编号
1
2
3
4
5
6
HCl（mL）
NaOH（mL）
水样pH
剩余浊度（NTV）
六、思考题
1.根据实验结果以及实验中所观察到的现象，简述影响混凝的几个主要因素。
2.为什么最大投药量时，混凝效果不一定好?
3.根据最佳投药量实验曲线，分析沉淀水浊度与混凝剂投加量的关系。
实验二自由沉淀实验
主题词：
自由沉淀去除率沉淀柱颗粒
主要操作：
取样测定悬浮物含量
一、实验目的
（1）加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解；
（2）掌握颗粒自由沉淀的实验方法；
（3）对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。
二、实验原理
浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀，其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉速在层流区符合Stokes（斯笃克斯）公式。
悬浮物浓度不太高，一般在600~700mg/L以下的絮状颗粒的沉淀属于絮凝沉淀，沉淀过程中由于颗粒相互碰撞，凝聚变大，沉速不断加大，因此颗粒沉速实际上是一变速。
浓度大于某值的高浓度水，颗粒的下沉均表现为浑浊液面的整体下沉。
这与自由沉淀、絮凝沉淀完全不同，后两者研究的都是一个颗粒沉淀时的运动变化特点，（考虑的是悬浮物个体），而对成层沉淀的研究却是针对悬浮物整体，即整个浑液面的沉淀变化过程。
成层沉淀时颗粒间相互位置保持不变，颗粒下沉速度即为浑液面等速下沉速度。
该速度与原水浓度、悬浮物性质等有关而与沉淀深度无关。
但沉淀有效水深影响变浓区沉速和压缩区压实程度。
为了研究浓缩，提供从浓缩角度设计澄清浓缩池所必需的参数，应考虑沉降柱的有效水深。
此外，高浓度水沉淀过程中，器壁效应更为突出，为了能真实地反映客观实际状态，沉淀柱直径一般要≥200mm
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