水控试验指导文档格式.docx
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分析天平,称量瓶,烘箱、滤纸、漏斗、漏斗架、量筒,烧杯等。
4、污水水养,采用高岭土配置。
四实验步骤
1.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.取水样200ml(测定悬浮浓度为c0)并且确定取样管内取样口位置。
2.启动水泵将混合液打入沉淀管到一定高度,停泵,停止搅拌机,并且记录高度值。
开动秒表,开始记录沉淀时间。
3.当时间为1、3、5、10、15、20、40、60分钟时,在取样口分别取水200ml,测定悬浮物浓度(ct)。
4、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。
5.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℃,跌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)
6.悬浮固体计算:
ω1—称量瓶+滤纸重量(g)
ω2—称量瓶+滤纸重量+悬浮物(g)
V—水样体积(100ml)
四试验结果整理
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~沉淀率和沉速~沉淀率的曲线
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。
实验二混凝实验
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值、水流速度梯度等因素.
通过本实验希望达到下述目的;
(1)学会求得一般天然水体最佳混凝条件(包括投药量、pH值,水流速度梯度)的基本方法;
(2)加深对混凝机理的理解。
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,致使水中这种含浊状态稳定。
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。
(一)实验装置
混凝实验装置主要是实验搅拌机。
搅拌机上装有电机的调速设备,电源采用稳压电源。
(二)实验设备及仪器仪表
1.混凝试验搅拌机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.磁力搅拌器1台
6.烧杯200mL1个
7.量筒1000mL1个
8,移液管1、2.5、10mL各2支
9.注射针筒、温度计、秒表、卷尺等。
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。
如有条件,测定胶体颗粒的Zeta电位。
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。
(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。
(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。
六实验结果讨论
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?
附录:
实验结果记录格式
实验小组号:
实验日期:
姓名:
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1-1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
矾花沉淀情况
剩余浊度
表1-2最佳pH
盐酸ml
烧碱ml
水样PH
表1-3最佳速度梯度
搅拌速度
实验三曝气设备充氧能力的测定
活性污泥法处理过程中曝气设备的作用是使空气,活性污泥和污染物三者充分混合,使活性污泥处于悬浮状态,促使氧气从气相转移到液相,从液相转移到活性污泥上,保证微生物有足够的氧进行物质代谢。
由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素之一,因此,工程设计人员和操作管理人员常需通过实验测定氧的总传递系数KLa、评价曝气设备的供氧能力和动力效率。
通过本实验希望达到下述目的:
(1)掌握测定曝气设备的氧总传递系数和充氧能力的方法;
(2)对比表面曝气器在不同位置下的曝气效果;
(3)了解各种测试方法和数据整理方法的特点。
评价曝气设备充氧能力的试验方法有两种:
(1)不稳定状态下进行试验,即试验过程水中溶解氧浓度是变化的,由零增到饱和浓度;
(2)稳定状态下的试验,即试验过程水中溶解氧浓度保持不变。
试验可以用清水或在生产运行条件下进行。
下面分别介绍各种方法的基本原理。
(一)不稳定状态下进行试验
在生产现场用自来水或曝气池出流的上清液进行试验时,先用亚硫酸钠(或氮气)进行脱氧,使水中溶解氧降到零,然后再曝气,直至溶解氧升高到接近饱和水平。
假定这个过程中液体是完全混和的,符合一级动力学反应,水中溶解氧的变化可用式
(1)表示
(1)
——氧转移速率(mg/L.h);
KLa——氧的总转递系数(1/h);
可以认为是一混和系数,其倒数表示使水中的溶解氧由C变到Cs所需要的时间,是气液界面阻力和界面面积的函数。
Cs——试验条件下自来水(或污水)的溶解氧饱和浓度(mg/L);
C——相应于某一时刻t的溶解氧浓度(mg/L).
将式
(1)积分得
(2)
式
(2)表明,通过试验测得Cs和相应于每一时刻t的溶解氧C值后,绘制1n(Cs一C)与t的关系曲线,其斜率即KLa。
另一种方法是先作C与t关系曲线,再作对应于不同C值的切线得到相应的dC/dt,最后作dC/dt与C关系曲线,也可以求得KLa。
(二)稳定状态下进行试验
如果能较正确地测定活性污泥的呼吸速率,也可以在现场生产运行条件下,通过稳定状态下的充氧试验测定曝气设备的充氧能力。
试验时先停止进水和回流污泥,使溶解氧浓度稳定不变,并取出混合液测定活性污泥的呼吸速率,由于溶解氧浓度稳定不变,dC/dt=0,即
(3)
式(3)表明,测得r、Csw和C后,可以计算KLa。
微生物呼吸速率r,可以用瓦勃呼吸仪或本实验中所采用的简便方法进行测定(详见实验步骤)。
由于溶解氧饱和浓度、温度、污水性质和搅动程度等因素都影响氧的传递速率,在实际应用中为了便于比较,须进行压力和温度校正,把非标准条件下的KLa转换成标准条件(20℃,760毫米汞柱)下的KLa,通常采用以下的公式计算
(4)
T——试验时的水温(℃);
KLa(T)——水温为T时测得的总传递系数(h-1):
KLa(20)——水温20℃时的总传递系数(h-1).
气压对溶解氧饱和浓度的影响为
(5)
当采用表面曝气时,可以直接运用式(5),不须考虑水深的影响。
采用鼓风曝气时,空气扩散器常放置于近池底处,由于氧的溶解度受到进入曝气池的空气中氧分压的增大和气泡上升过程氧被吸收分压减少的影响,计算溶解氧饱和值时应考虑水深的影响,一般以扩散器至水面二分之一距离处的溶解氧饱和浓度作为计算依据。
计算方法如下
1.平均静水压力
(6)
——上升气泡受到的平均静水压力(kPa);
H——扩散器以上的水深(m)。
2.气泡内氧所占的体积比
由于气泡上升过程中部分的氧溶解于水,所以当气泡从池底上升到水面时,气泡中氧的比例减少,其数值为
(7)
——气泡上升到水面时,气泡内氧的比例;
——在池底时,气泡中氧的比例,21%(体积比);
——扩散设备的空气利用系数。
池底到池面气泡内氧的比例的平均值为
3.氧的平均饱和浓度
(8)
Cs(标)、——标准条件下氧的饱和浓度(mg/L);
P——标准大气压,等于101.325kPa。
(三)充氧能力和动力效率
充氧能力可以用下式表示
OC=KLa(20)Cs(标)V(kgO2/h)(9)
V——曝气池体积(m3)。
动力效率常被用以比较各种曝气设备的经济效率,计算公式如下
(11)
OC——标准条件下的充氧能力(kgO2/h);
N——采用叶轮曝气时,N为轴功率(kW)。
采用射流曝气时,计算氧转移效率:
S为20℃的供氧量:
Q(20)--20℃时空气量(米3/时),
Qt——转子流量计上读数(米3/时);
P0——标准状态时空气压力(一个大气压);
T0——标准状态时空气绝对温度;
P——实验条件下空气压力;
T——实验条件下空气的绝对温度。
上述方法适用于完全混和型曝气设备充氧能力的测定。
推流式曝气池中KLa、Csw是沿池长方向变化的,不能采用上述方法进行测定。
实验装置的主要部分为泵型叶轮、射流曝气设备和模型曝气池。
为保持曝气叶轮转速在实验期间恒定不变,电动机要接在稳压电源上。
实验设备和仪器仪表
1.模型曝气池硬塑料制1个
高度H=36cm,直径D=29cm
2.泵型叶轮铜制1个
直径d=12cm
3,电动机单向串激电机1台
220V2.5A
4.直流稳压电源YJ44型1台
0~30V0~2A
5.溶解氧测定仪1台
6.电磁搅拌器1台
7.卷尺 1个
8.秒表1块
9.烧杯200mL3个
10.计算器(自带)
1.确定曝气池内测定点(或取样点)位置。
通常在平面上测定点可以布置在三等分池子半径的中点和终点,在立面上布置在离池面和池底0.3m处,以及池子一半深度处,共取12个测定点(或9个测定点)。
但本实验模型较小,故可以仅确定一个测定点,无需布置9~12个测定点。
2.曝气池内注入自来水,水面没过叶轮5cm左右,测定曝气池内水的体积,并测定水中溶解氧。
3.计算CoCl和Na2SO3的需要量
从上而反应式可以知道,每去除1mg溶解氧需要投加7.9mgNa2SO3。
根据池子的容积和自来水(或污水)的溶解氧浓度可以算出Na2SO3的理论需要量。
实际投加量应为理论值的150~200%。
W1——Na2SO3的实际投加量(mg);
V——曝气池体积(m3或L)。
催化剂氯化钴的投加量,按维持池子中的钴离子浓度为0.05~0.5mg/L左右计算,(用温克尔法测定溶解氧时建议用下限)计算方法如下
W2——CoCl2的投加量(mg)
4.将Na2SO3和CoCI2溶解后直接投入在曝气池内,缓慢搅拌1~2分钟使Na2SO3扩散至完全混合。
5.待溶解氧降到零并达到稳定时,开始正常曝气,计时每隔10~15秒测定溶解氧浓度,并作记录,直到溶解氧达饱和值时结束试验。
6.重复试验一次,投加适量Na2SO3搅拌,并将溶解氧降至零后,将水面高度下降到叶轮表面,正常曝气每隔5秒记录溶解氧浓度,直至饱和。
(1)溶解氧测定仪需在指导下正确操作,用完后用蒸馏水仔细冲洗探头,并用吸水纸小心吸干探头膜表面的水珠,盖上探头套待用。
(2)注意实验期间要保证供气量恒定。
1记录实验设备及操作条件的基本参数
实验日期:
年月日
模型曝气池内径D=m高度H=体积V=L
水温℃室温℃气压(kPa)
实验条件下自来水的Csmg/L
CoCl2投加量(g)
Na2SO3投加量(g)
2记录不稳定状态下充氧试验测得的溶解氧值,并进行数据整理。
3以溶解氧浓度C为纵坐标,时间t为横坐标,作C与t关系曲线。
4根据C与t实验曲线计算相应于不同C值的dC/dt,以1n(Cs—C)和dC/dt为纵坐标,时间t为横坐标,绘制出二条实验曲线。
5分析在不同埋深高度下叶轮曝气的KLa及充氧能力。
1比较数据整理方法,哪一种误差小些?
2试考虑如何测定推流式曝气池内曝气设备的KLa。
3Cs值偏大或偏小对实验结果的影响如何?
实验四过滤实验
一、实验目的
过滤是具有孔隙的物料层截留水中杂质从而使水得到澄清的工艺过程.常用的过滤方式有砂滤、硅藻土涂膜过滤,烧结管微孔过滤,金属丝编织物过滤等.过滤不仅可以去除水中细小悬浮颗粒杂质、而且细菌病毒及有机物也会随浊度降低而被去除。
本实验按照实际滤他的构造情况。
内装石英砂滤料或陶瓷滤料、利用自来水进行清洁砂层过滤和反冲洗实验.
通过实验希望达到下述目的:
(1)掌握清洁砂层过滤时水头损失计算方法和水头损失变化规律;
(2)掌握反冲洗滤层时水头损失计算方法.
二、实验原理
为了取得良好的过滤效果,滤料应具有一定级配。
生产上有时为了方便起见,常采用0.5mm和1.2mm孔径的筛子进行筛选。
这样就不可避免地出现细滤料(或粗滤料)有时过多或过少现象.为此应采用一套不同筛孔的筛子进行筛选,并选定d10、d80值,从而决定滤料级配。
在研究过滤过程的有关问题时,常常涉及到孔限度的概念,其计算方法为
m——滤料孔隙(率)度(%);
Vn——滤料层孔隙体积(cm3);
V——滤料层体积(cm3)
Vc——滤料层中滤料所占体积(cm3);
G——滤料重量(在105℃下烘干)(g);
γ——滤料重度(g/cm3)。
滤层截污量增加后,滤层孔隙度m减小,水流穿过砂层缝隙流速增大,于是水头损失增大。
为了保证滤后水质和过滤滤速,当过滤一段时间后,需要对滤层进行反冲洗,使滤料层在短时间内恢复工作能力。
反冲洗的方式有多种多样,其原理是一致的。
反冲洗开始时承托层、滤料层未完全膨胀,相当于滤池处于反向过滤状态,这时滤层水头损失可用式
(2)计算。
当反冲洗速度增大后,滤料层完全膨胀,处于流态化状态。
根据滤料居膨胀前后的厚度便可求出膨胀度(率)
L——砂层膨胀后厚度(cm);
L0——砂层膨胀前厚度(cm);
膨胀度e值的大小直接影响了反冲洗效果。
而反冲洗的强度大小决定了滤料层的膨胀度。
三、实验装置与设备
(一)实验装量
本实验采用如图1所示的实验装置。
过滤和反冲洗水来自高位水箱。
高位水箱的容积(图中未注出)为2×
1.5×
1.5m,高出地面10m。
图6-1过滤试验装置示意图
1.过滤柱2.滤料层3.承托层4.转子流量计5.过滤进水阀门6.反冲洗进水阀门7.过滤出水阀门8.反冲洗出水管9.测压板10测压管
1.过滤柱有机玻璃d=100mmL=2000mm1根
2.转子流量计LZB—25型1个
3.测压板长×
宽3500×
500m21块
4.测压管玻璃管Φ10×
1000mm6根
5.筛子孔径0.2—2mm,中间不少于4档1组
6.量筒1000m1,l00ml各1个
7.容量瓶、比重瓶、干燥器、钢尺、温度计等。
四、实验步骤
(一)清洁砂层过滤水头损失实验步骤
1.开启阀门6冲洗滤层lmin。
2.关闭阀门6,开启阀门5、7快滤5分钟使砂面保持稳定。
3.调节转子流量计,使出水流量约50L/h,待测压管中水位稳定后,记下滤柱最高最低两根测压管中水位值。
4.增大过滤水量、使过滤流量依次为100、150、200、250、300L/H左右,分别测出滤柱最高最低两根测压管中水位值,记入表1中。
5.量出滤层厚度L。
6.按步骤1-5,再重复做两次。
(二)滤层反冲洗实验步骤
1.量出滤层厚度L0,慢慢开启反冲洗进水阀门6,调整反冲洗转子流量计为250L/h,使滤料刚刚膨胀起来,待滤层表面稳定后,记录反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L。
2.开大反冲洗转子流量计,变化反冲洗流量依次为500L/h、750L/h、1000L/h、1250L/h、1500L/h。
按步骤1测出反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L。
3.改变反冲洗流量直至砂层膨胀率达100%为止。
测出反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L,记入表2。
4.按步骤1-3,再重复做两次。
1.反冲洗滤柱中的滤料时,不要