水污染控制工程实验报告.doc

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9目 录实验一 曝气设备充氧性能的测定1实验二 静置沉淀实验4实验三 混凝实验6实验四 测定污泥比阻实验10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： dr/dt=KLa（rs-r) （1）式中dr/dt:氧转移速率，mg/(Lh)；KLa:氧的总传质系数，h1；rs：实验条件下自来水（或污水）的溶解氧饱和浓度，mg/L；r：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(rsr）一KLat + 常数 （2）此式子表明，通过实验测定rs和相应与每一时刻t的溶解氧浓度后，绘制1n(rsr)与t关系曲线，其斜率即为KLa.另一种方法是先作r-t曲线，再作对应于不同r值的切线，得到相应的dr/dt，最后作dr/dt与r的关系曲线，也可以求出。(2)充氧性能的指标 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)rs (标）V (3）KLat (20)= KLat 1.02420-T （T： 实验时的水温)rs (标)=rs (实验)1.013105/实验时的大气压 （Pa）V:水样体积 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/kWh）=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）。 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r，并记录。（3）根据r值计算实验所需要的消氧剂Na2SO3和催化剂CoCl2的量.CoCl2Na2SO3 + 1/2O2 Na2SO4 （6）（4）根据上式，每去除1mg的溶解氧,需要投加7。9mg Na2SO3。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 = Vr7.9（150200) 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。050.5 mg/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。51min）读出溶解氧数值 (r) 并记录，直到溶解氧不变时（此即实验条件下的rs），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(Na2SO37H2O)；8)氯化钻（CoCl26H2O）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： 模型池内径D =34.72cm,高度H =0。28 m,水体积 = 0.0265 m 3 水温 16.6 ，实验室条件下自来水的r = 7。66 mgL1 电动机功率 测定点位置 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/min24681012141618202224r/（mgL-1） 0.961.323.213.824.354。694.935。085。25。255.285.28（rs-r）/（mgL1）6。76.344。453。843.312.972.732.582.462.412.382.38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r为纵坐标、时间t为横坐标，用上表的数据作r与t的关系曲线.（2）根据实验曲线r-t计算相应与不同r值的dr/dt，记录与表2表2 不同r值的dr/dtr（mgL1）0.961。323。213.824。354。694.935。085.25.255.285.28dr/dt（mgL1min-1)0.480.330。540。480.440。390。350.320.290.260。240.22（3）分别以ln(rsr）和dr/dt为纵坐标、时间t和r为横坐标，绘制出两条实验曲线.计算KLa由上可知，两种方法求得KLa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Et、与Eu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0 min、15 min、30 min、45 min、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1 E-t、与E-u原始记录数据原水样SS值 0.105 mg/L 时间/min采样点指标015304560120M1（mg）1.03191.02661。02511.01871.0371。0451m2 (mg）1.0341。04211。0391.03491。05721。0654SS（mg/L）0.1050.7750。6950。811.011。015E(%)06。3815。6196。71438。6198。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Et、与Eu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（1100nm)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1030s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25号烧杯混凝剂投加量,把混凝剂分别加入16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250 r/min；慢速搅拌10min，转速约100 r/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。2 mL 10NaOH，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500 r/min；中速搅拌10min，转速约250 r/min；慢速搅拌10min，转速约100 r/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500 r/min；随后16号号烧杯分别以50 r/min、100 r/min、200 r/min、300 r/min、350 r/min、400 r/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） 1FeCl3溶液500mL。(10) 实验用原水(配制）。 （11) 注射针筒. (12） 10%的NaOH溶液和10HCl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 20 0C；浊度52.0;pH 7.54 ；使用混凝剂的种类、浓度 FeCL31/100 水样编号123456 7 8混凝剂加入量（ml）2。569。51316。520矾花形成时间（min）沉淀水浊度（NTU）38。522.62618.510.79.2沉淀水浊度(NTU）38。423。225。518。78.18.6沉淀水浊度(NTU）36。223。623176。39.2备 注1快速搅拌 min 转速 r/min2中速搅拌 min 转速 r/min3慢速搅拌 min 转速 r/min4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。5mL FeCL31/100 水样编号123456 7 810%HCl投加量（ml）10NaOH投加量(ml）pH值混凝剂加注量（ml)2.569。51316.520沉淀水浊度（NTU）38.522.62618。510.79。2沉淀水浊度（NTU）38.423。225.518.78。18。6沉淀水浊度(NTU）36.223。623176.39。2备 注1快速搅拌 min 转速 r/min2中速搅拌 min 转速 r/min3慢速搅拌 min 转速 r/min4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12345678pH值7.547。547。547.547。547。54混凝剂加注量（ml）16.516。516。516.516.516.5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/rmin1500500500500500500时间/min111111速度/rmin1-200300350400时间/min-20202020速度/rmin150100-时间/min2020-快速中速慢速平均15.539。399。7172。1211。7253.412.90。46.42.444。82-0.1-0。462.54.143-0.9-0。76.22.63。61平均-1。30。56.22。53.93.3六、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15.5S1七实验分析 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(13。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 m3 t过滤时间 s p过滤压力 kg/m2 A-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vt/v作图如下：欲求r，则先作图求b，计算如下：由定义：w=（Q0Qf)。Ck/Qf 液体物料平衡关系：Q0Qf+Qk （2) 固体物物料平衡关系：Q0.C0Qf.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Cf0 所以， w=C0.Ck/ (Ck C0）。三、实验步骤 1。 将一滤纸编号，在105110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/min1234567891011滤液量/mL911。523.325.23139.745。351576378。53。实验数据处理t/V-V的关系与C0,CkV/mL911。523.325。23139.745。351576378.5T/V（min.mL1)0。1110。1730.1290.1580。1610.1510.1550。1570。1580。1590.141C00.0830。0830.0830.0830.0830。0830。0830。0830.0830.0830。083Ck0.1060。1060.1060.1060.1060。1060.1060。1060。1060.1060.106六、作图（用坐标纸或者计算机画图粘贴）与计算。1。绘制t/V-V图,求出b值，由w、u、p、A求出污泥比阻r。由图可知，斜率b为0.0002，w为0。383，A为50。24cm2,u是100Pa.s,P是0。03Mpa，求得r为2.34x105m/kg.七、实验分析 实验误差主要是因为,我们组所用的污泥太粘稠,一是没有达到要求的澄清水的量，二是在抽滤的过程中较难得到滤液，这个实验抽滤了好久，隔一段时间测出的数据变化不明显，进而影响了实验。