水污染实验全解Word文档下载推荐.docx
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ui＝
（1-2）
ui此即为ti时间内从水面下沉到取样点的最小颗粒di所具有的沉速。
此时取样点处水样悬浮物浓度为Ci，未被去除之颗粒即示意d<
di的颗粒所占的百分比为：
Pi=
（1-3）
因此，被去除的颗粒（粒径d≥di）所占比例为：
E0=1－Pi（1-4）
实际上沉淀时间ti内，由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成。
即沉速u≥ui的那一部分颗粒能全部沉至池底；
除此之外，颗粒沉速u<
ui的那一部分颗粒,也有一部分能沉至池底。
这是因为，这部分颗粒虽然粒径很小，沉速u<
ui，但是这部分颗粒并不都在水面，而是均匀地分布在整个沉淀柱的高度内。
因此只要在水面下，他们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速ui的颗粒由水面降至池底所用的时间ti，那么这部分颗粒也能从水中被去除。
沉速u<
ui的那一部分颗粒虽然有一部分能从水中去除,但其中也是粒径大的沉到池底的多,粒径小的沉到池底的少,各种粒径颗粒去除率并不相同.因此若能分别求出各种粒径的颗粒占全部颗粒的百分比,并求出可颗粒在时间ti内能沉到池底的颗粒占本颗粒粒径的百分比,则二者乘积即为此中颗粒粒径在全部颗粒中的去除率。
如此分别求出u<
ui的那些颗粒的去除率，并相加后，即可得出这部分颗粒的去除率。
为了推求其计算式，我们绘制P～u关系曲线，其横坐标为颗粒沉速u，纵坐标为未被去除颗粒的百分比P，如图所示。
由图中可见
ΔP=P1-P2=
－
=
（1-4）
故ΔP是当选择的颗粒沉速由u1降至u2时，整个水中所能多去除的那部分颗粒的去除率，也就是所选择的要去除的颗粒粒径由d1减到d2时水中所能多去除的，即粒径在d1～d2间的那部分颗粒所占的百分比。
因此当ΔP间隔无限小时，则dP代表了直径为小于di的某一粒径d的颗粒占全部颗粒的百分比。
这些颗粒能沉至池底的条件，应是在水中某
图1－1P～u关系曲线点沉至池底所用的时间，必须等于或小于具有沉速
为ui的颗粒由水面沉至池底所用的时间，即应满足
≤
即x≤
（1-5）
由于颗粒均匀分布，又为等速沉淀，故沉速ux<
ui的颗粒只有在x水深以内才能沉到池底.因此能沉到池底的这部分颗粒，占这种颗粒的百分比为
，如图1-1所示，而
=
（1-6）
此即为同一粒径颗粒的去除率。
取u0=ui，且为设计选用的颗粒沉速；
us=ux，则有
（1-7）
由上述分析可见，dPs反映了具有沉速us的颗粒占全部颗粒的百分比，而
则反映了在设计沉速为u0的前提下，具有沉速us（<
u0）的颗粒去除量占本颗粒总量的百分比。
故
dP正是反映了在设计沉速为u0时，具有沉速为us（<
u0）的颗粒所能去除的部分占全部颗粒的比率。
利用积分求解这部分us<
u0的颗粒的去除率，则为
。
故颗粒的去除率为：
E=（1-P0）+
（1-8）
工程中常用下式计算：
E=（1-P0）+
（1-9）
三实验装置与设备
1、沉淀管、储水箱、水泵和搅拌装置
2、秒表，皮尺
3、测定悬浮物的设备：
分析天平，称量瓶，烘箱、滤纸（烘干备用）、漏斗、漏斗架、量筒，烧杯等。
4、污水水样，采用高岭土配置。
图2.1自由沉淀实验装置图
四实验步骤
1．开启水泵，将配水箱中的水打入高位水箱中，并将一定量的高岭土投入到配水箱中，开动搅拌机，充分搅拌。
2．停止搅拌机，启动阀门将混合液流入沉淀管到一定高度，并且记录高度值。
开动秒表，开始记录沉淀时间。
3．取水样100ml（测定悬浮浓度为c0）并且确定取样管内取样口位置。
4．当时间为1、3、5、10、15、20、40、60分钟时，在取样口分别取水100ml，测定悬浮物浓度（ct）。
5、每次取样应先排出取样口中的积水，减少误差，在取样前和取样后皆需测量沉淀管中液面至取样口的高度，计算时取二者的平均值。
6．测定每一沉淀时间的水样的悬浮物浓度固体量。
首先调烘箱至105±
1℃，叠好滤纸放入称量瓶中，打开盖子，将称量瓶放入105℃烘箱中至恒重，称取重量，然后将恒重好的滤纸取出放在玻璃漏斗中，过滤水样，并用蒸馏水冲净，使滤纸上得到全部悬浮性固体。
最后将带有滤渣的滤纸移入称量瓶中，称其悬浮物的重量（还要重复烘干至恒重的过程）
7．悬浮固体计算：
（1-10）
式中：
W1—称量瓶+滤纸重量（g）
W2—称量瓶+滤纸重量+悬浮物（g）
V—水样体积（100ml）
五试验结果整理
1.根据不同沉淀时间的取样口距液面平均深度h和沉淀时间t，计算出各种颗粒的沉淀速度ut和沉淀率E，并绘制沉淀时间～沉淀效率和沉速～沉淀效率的曲线
2．利用上述资料，计算不同时间t时，沉淀管内未被去除的悬浮物的百分比，即：
P＝（ct/c0）×
100％
以颗粒沉速u为横坐标，以P为纵坐标，绘制u－P关系曲线。
3．讨论自由沉淀净沉曲线的意义。
表1-1自由沉淀实验记录表
取样号
取样时间
（min）
取样体积
（mL）
沉降柱高度H1
（mm）
浓度
（mg/L）
1
2
3
4
5
15
6
20
7
40
8
60
表1-2
自由沉淀实验记录表
平均沉降高度H
沉降速度
U=H/t
（mm/min）
水中残余悬浮物浓度（mg/L）
水中残留悬浮物浓度与原水悬浮物浓度比
P=C/C0
沉降效率Ei
（%）
沉降总效率Ea（%）
六实验结果讨论
1.自由沉淀效率跟那些因素有关，如何提高自由沉淀的效率？
实验二混凝实验
混凝沉淀是废水与给水处理中的一种重要处理方法，在自然水体或废水中加入混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离去除。
1、通过实验观察混凝现象、加深对混凝沉淀理论的理解；
2、掌握确定最佳投药量的方法，选择和确定最佳混凝工艺条件；
3、了解影响混凝条件的相关因数。
混凝的机理主要包括三部分：
1）压缩双电层作用；
2）吸附架桥作用；
3）网捕作用。
胶体表面的电荷值常用电动电位ξ表示，又称为Zeta电位。
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，当电位降到零，往往不是最佳混凝状态。
因为水中的胶体颗粒主要是带负电的粘土颗粒。
胶体间存在着静电斥力，胶粒的布朗运动，胶粒表面的水化作用，使胶粒具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大，若向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，能加速胶体的凝结和沉降。
向水中投加的能使水中胶体颗粒脱稳的高价电解质，称之为“混凝剂”。
混凝剂可分为无机盐混凝剂和高分子混凝剂。
水处理中常用的混凝剂有：
三氯化铁、硫酸铝、聚合氯化铝（简称PAC）、聚丙烯酰胺等。
本实验使用PAC，它是介于AlCl3和Al（OH）3之间的一种水溶性无机高分子聚合物，化学通式为[Al2（OH）nCl（6-n）]m其中m代表聚合程度，n表示PAC产品的中性程度。
对高分子混凝剂来说，主要以吸附架桥机理为主。
而无机的金属盐混凝剂则三种作用同时存在。
单位体积水中投加的混凝剂量称为“投药量”，单位为mg/L。
混凝剂的投加量除与混凝剂品种有关外，还与原水的水质有关。
当投加的混凝剂量过小时，高价电解质对胶体颗粒的电荷斥力改变不大，胶体难以脱稳，混凝效果不明显；
当投加的混凝剂量过大时，则高价反离子过多，胶体颗粒会吸附过多的反离子而使胶体改变电性，从而使胶体粒子重新稳定。
因此混凝剂的投加量有一个最佳值，其大小需要通过试验确定。
水力条件对混凝效果有重大的影响，水中投加混凝剂后，胶体颗粒发生凝聚而脱稳，之后相互聚集，逐渐变成大的絮凝体，最后长大至能发生自然沉淀的程度。
在此过程中，必须严格控制水流的混合条件，在凝聚阶段，要求在投加混凝剂的同时，使水流具有强烈的混合作用，以便所投加的混凝剂能在较短时间内扩散到整个被处理水体中，起压缩双电层作用，降低胶体颗粒的
电位，而是其脱稳，此阶段所需延续的时间仅为几十秒钟，最长不超过2min。
絮凝（混合）阶段结束以后，脱稳的颗粒即开始相互接触、聚合。
此阶段要求水流具有由强至弱的混合强度。
以一方面保证脱稳的颗粒间相互接触的机率，另一方面防止已形成的絮体被水力剪切作用而打破，一般要求混合速度由大变小，通常可用G值和GT值来反映沉淀的效果，G值一般控制在70～20，GT值为104-105之间为宜。
（一）实验装置
混凝实验装置主要是实验六联混凝搅拌机，见图2-1。
搅拌机上装有电机的调速设备，电源采用稳压电源。
图2-1混凝实验装置示意图图（六联搅拌器）
（二）实验设备及仪器仪表
1．混凝六联搅拌器ZR4-6型1台
3．光电式浊度仪GDS-3型1台
4．酸度计pH－3型1台
5．烧杯200mL1个
6．量筒1000mL1个
7，移液管1、2.5、10mL各2支
8．注射针筒、温度计、秒表、卷尺等。
9．原水箱
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浓度10g/L
2三氯化铁FeCl3·
6H2O浓度10g/L
3聚合氯化铝[A12（OH）mC16-m]浓度10g/L
4化学纯盐酸HCI浓度10%
5化学纯氢氧化钠NaOH浓度10%
（一）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。
2．确定形成矾花所用的最小混凝剂量。
方法是通过搅拌（或150r/min,5min）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。
（二）最佳pH值实验步骤
1．取6个1000mL烧杯分别放入1000mL原水，置于实验搅拌机平台上。
2．确定原水特征，测定原水浑浊度、pH值，温度．本实验所用原水和最佳投药量实验时相同。
3．调整原水pH值，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1.5、1.0、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0.5、1.0mL10％浓度的氢氧化钠。
该步骤也可采用变化pH值的方法，即调整1号烧杯水样使其pH值等于3，其它水样的pH值（从1号烧杯开始）依次增加一个pH值单位。
4．启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约300r/min。
随后从各烧杯中分别取出50mL水样放入三角烧杯，用pH仪测定各水样pH值记入表1-2中。
5．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）．
8．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。
7．关闭搅拌机，静置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烧杯中，立即用浊度仪测定浊度（每杯水样测定三次），记入表1-2中。
（三）混凝阶段最佳速度梯度实验步骤
按照最佳pH值实验和最佳投药量实验所得出的最佳混凝pH值和投药量，分别向6个装有1000mL水样的烧杯中加入相同剂量的盐酸HCl（或氢氧化钠NaOH）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300r/min。
随即把其中5个烧杯移到别的搅拌机上，1号烧杯继续以20r/min转速搅拌20分钟。
其它各烧杯分别用55r/min、90r/min、125r/min、160r/min、200r/min搅拌20分钟：
3．关闭搅拌机，静置10分钟，分别用50mL注射针筒抽出烧杯中的上清液（共抽三次约100mL）放入200mL烧杯中，立即用浊度仪测定浊度（每杯水样测定三次），记入表1-3中；
4．测量搅拌桨尺寸。
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。
五实验结果整理
（一）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。
2．以沉淀水浊度为纵坐标，混凝剂加注量为横坐标．绘出浊度与药剂投加量关系曲线，并从图上求出最佳混凝剂投加量。
表2-1确定最佳混凝剂
项目
原水浊度：
原水温度：
原水pH值：
混凝剂名称
Al2（SO4）3
FeCl3
聚合氯化铝
形成矾花时最佳投量/mL
浊度（NTU）
平均
表2-2最佳混凝剂投加量
水样编号
投药量mg/l
初矾花时间
矾花沉淀情况
剩余浊度
（二）最佳pH值实验结果整理
1．把原水特征、混凝剂加注量，酸碱加注情况，沉淀水浊度记入表。
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值及其适用范围。
表2-3最佳pH
盐酸ml
烧碱ml
水样PH
（三）混凝阶段最佳速度梯度实验结果整理
1．把原水特征、混凝剂加注量、pH值、搅拌速度记入表。
2．以沉淀水浊度为纵坐标，速度梯度G值为横坐标绘出浊度与G值关系曲线，从曲线中求出所加混凝剂混凝阶段适宜的G值。
表2-4最佳速度梯度
搅拌速度
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?
实验三活性炭吸附实验
活性炭吸附是目前国内外应用较多的一种水处理工艺，由于活性炭种类多、可去除物质复杂，因此掌握“间歇”法与“连续淤法确定活性炭吸附工艺设计参数的方法，对水处理工程技术人员至关重要。
一、实验目的
1．通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作。
2．掌握用“间歇”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。
二、实验原理
活性炭吸附是目前国内外应用较多的一种水处理手段。
由于活性炭对水中大部分污染物都有较好的吸附作用，因此活性炭吸附应用于水处理时往往具有出水水质稳定，适用于多种污水的优点。
活性炭吸附常用来处理某些工业污水，在有些特殊情况下也用于给水处理。
比如当给水水源中含有某些不易去除而且含量较少的污染物时；
当某些偏远小居住区尚无自来水厂需临时安装一小型自来水生产装置时，往往使用活性炭吸附装置。
但由于活性炭的造价较高，再生过程较复杂，所以活性炭吸附的应用尚具有一定的局限性。
活性炭吸附就是利用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。
活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是由于活性炭内部分子在各个方向都受着同等大小的力而在表面的分子则受到不平衡的力，这就使其它分子吸附于其表面上，此为物理吸附；
另一个是由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此为化学吸附。
活性炭的吸附是上述二种吸附综合作用的结果。
当活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内活性炭吸附的数量等于解吸的数量时，此时被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不再变化，而达到了平衡，此时的动平衡称为活性炭吸附平衡，而此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。
活性炭的吸附能力以吸附量q表示。
（1）
式中q——活性炭吸附量，即单位重量的吸附剂所吸附的物质重，g/g；
V——污水体积，L；
C0、C——分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质浓度，g/L；
X——被吸附物质重量，g；
M——活性炭投加量，g；
在温度一定的条件下；
活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高，两者之间的变化曲线称为吸附等温线，通常用霍兰德利希经验式加以表达。
（2）
式中q——活供发吸附量，g/g；
C——被吸附物质平衡浓度g/L；
K、h一一是与溶液的温度，pH值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。
K、h值求法如下：
通过间歇式活性炭吸附实验测得q、C一一相应之值，将式
（2）取对数后变为下式：
（3）
将q、C相宜值点绘在双对数坐标纸上，所的直线的斜率为
截距则为k。
如图（3）所示。
三、实验设备及用具
1．间歇式活性炭吸附实验装置如图1所示；
图1间歇式活性炭吸附装置
2．间歇与连续流实验所需设备及用具：
（1）康氏振荡器一台。
（2）500mL三角烧杯6个；
（3）烘箱；
（4）721分光光度计一台，玻璃器皿、滤纸等。
（5）有机玻璃炭柱d＝35*1000mm，H＝1.0m；
（6）活性炭；
（7）配水及投配系统。
四、实验步骤及记录
1．间歇式活性炭吸附实验
（1）自行配置一定浓度的有机染料水，稀释标样，做浓度与吸光度的标准曲线。
（2）将活性炭放在蒸馏水中浸24小时，然后放在105℃烘箱内烘至恒重，再将烘干后的活性炭压碎，使其成为能通过200目以下筛孔的粉状炭。
因为粒状活性炭要达到吸附平衡耗时太长，往往需数日或数周，为了使实验能在短时间内结束，所以多用粉状炭。
（3）在六个500mL的三角烧瓶中分别投加0、100、200、300、400、500mg粉状活性炭。
（4）在每个三角烧瓶中投加同体积的过滤后的污水，使每个烧瓶中的染料浓度与
活性炭浓度的比值在0.05～5.0之间（没有投加活性炭的烧瓶除外）。
（5）测定水温，将三角烧瓶放在振荡器上振荡，当达到吸附平衡（时间延至滤出液的有机物浓度值（颜色）不再改变）时即可停止振荡。
（振荡时间一般为30min以上）。
（6）过滤各三角烧瓶中的污水，测定其剩余吸光度值，求出吸附量x。
实验记录如表1示。
表1活性发间歇吸附实验记录
序号
原污水
出水
污水体积（mL）或（L）
活性炭投加量（mg）或（g）
去除率（%）
备注
水温℃
吸光度值
五、实验数据整理
（1）按表1记录的原始数据进行计算。
（2）按
（1）式计算吸附量q。
（3）利用q～c相应数据和式
（2），经回归分析求出K、n值或利用作图法，将C和相应的q值在双对数坐标纸上绘制出吸附等温线，直线斜率为
、截距为K.。
值越小活性炭吸附性能越好，一般认为当
=0.1～0.5时，水中欲去除杂质易被吸附；
>
2时难于吸附。
当
较小时多采用
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