给水实验讲义【过滤 活性炭吸 自由沉淀 离子交换】.doc

实验一 过滤实验

一、实验目的
1、熟悉砂滤池的构造及工作过程；
2、加深对滤池过滤机理的理解；
3、掌握利用砂滤池去除污水中悬浮物的实验方法。
二、实验原理
过滤通常用在化学混凝和生化处理之后，它是一种使水通过砂、煤粒或硅藻土等多孔介质的床层以分离水中悬浮物的水处理操作过程，其主要目的是去除水中呈分散悬浊状的无机质和有机质粒子，也包括各种浮游生物、细菌、滤过性病毒与漂浮油、乳化油等。
滤池的形式多种多样，以石英砂为滤料的普通快滤池使用历史最久，并在此基础上出现了双层滤料、多层滤料和上向流过滤等。若按作用水头分，有重力式滤池和压力式滤池两类。为了减少滤池的闸阀并便于操作管理，又发展了虹吸滤池、无阀滤池等自动冲洗滤池。所有上述各种滤池，其工作原理、工作过程都基本相似。
滤池的过滤过程是一个复杂的过程，其机理也涉及多种因素，常用的几种解释有：阻力截留、重力沉降、接触絮凝。
随着过滤过程的进行，污物在滤料中不断积累，滤料层内的孔隙由上而下逐渐被堵塞，水流流过滤料层的阻力和水头损失随之逐渐增大，当水头损失达到允许的最大值或出水水质达到某一规定值时，过滤中止。需要对滤池进行反冲洗以除去积聚在滤床内部的污染物。
滤池冲洗主要有三种方法：反冲洗、反冲洗加表面冲洗、反冲洗辅以空气冲洗，反冲洗效果主要取决于冲洗强度和时间。
三、教学重点与难点
教学重点：滤池过滤机理，滤池操作方法，维护要点。
教学难点：滤池操作方法。
四、实验仪器
砂滤池一套、必要的水质分析仪器和玻璃仪器。
五、实验过程（步骤）
1、熟悉实验设备。对照实验设备，熟悉滤池及相应的管路系统，包括配水设备、加药装置、过滤柱、滤池进水阀门、滤池出水阀门、反冲洗进水阀门、反冲洗出水阀门等。
2、配制原水。
3、打开滤池进水阀门，控制流量。
4、观察并测定进出水浊度的变化情况。5min后，结束实验。关闭滤池进水阀和滤池出水阀。
六、实验结果及报告
1、实测并绘制实验设备草图，注明各部分的主要尺寸。
2、计算浊度变化。
实验二 活性炭吸附实验

一、实验目的
1、了解活性炭吸附的特点；
2、观察活性炭对印染废水的色度的去除过程。
二、实验原理
吸附是发生在固－液（气）两相界面上的一种复杂的表面现象，它是一种非均相过程。大多数的吸附过程是可逆的，液相或气相内的分子或原子转移到固相表面，使固相表面的物质浓度增高，这种现象就称为吸附；已被吸附的分子或原子离开固相表面，返回到液相或气相中去，这种现象称为解吸或脱附。在吸附过程中，被吸附到固体表面上的物质称为吸附质，吸附吸附质的固体物质称吸附剂。
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。
活性炭吸附的作用产生于两个方面：一方面是由于活性炭内部分子在各个方面都受着同等大小力而在表面的分子则受到不平衡的力，这就使其他分子吸附于其表面上，此过程为物理吸附；另一方面是由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此过程为化学吸附。活性炭的吸附是上述两种吸附综合作用的结果。当活性炭在溶液中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，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，此时的动态平衡称为活性炭吸附平衡。
三、教学重点与难点
教学重点：吸附机理，实验方案的设计。
教学难点：实验方案的设计
四、实验仪器设备
比色管、连续流活性炭吸附实验装置。
五、实验过程（步骤）
1、配制染色废水
2、设备运行
（1）在活性炭柱中加入颗粒状活性炭
（2）连接好活性炭吸附实验装置
（3）开启进水泵进行活性炭吸附实验
3、水样的测定（目测法测定废水色度）
六、思考题
活性炭吸附达到饱和后能否再次利用？

实验三 自由沉淀实验
一、实验目的
1、 观察沉淀过程，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，求出沉淀曲线。
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公式。
由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒比重很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得，而是要通过静沉实验确定。
由于自由沉淀时颗粒是等速下沉，下沉速度与沉淀高度无关，因而自由沉淀可在一般沉淀柱内进行，但其直径应足够大，一般应使D≥100mm以免颗粒沉淀受柱壁干扰。
一般来说，自由沉淀实验可按以下两个方法进行：
（一） 底部取样法
底部取样法的沉淀效率通过曲线积分求得。设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验，如图1所示。将取样口设在水深H处，实验开始时（t=0），整个实验筒内悬浮物颗粒浓度均为C0。分别在t1、t2、……、tn时刻取样，分别测得浓度为C1、C2、……Cn。那么，在时间恰好为t1、t2、……、tn时，沉速为h/t1=u1、h/t2=u2、……、h/tn=un的颗粒恰好通过取样口向下沉，相应地这些颗粒在高度H中已不复存在了。记pi=Ci/C0，则1-pi代表时间ti内高度H中完全去除的颗粒百分数，pj-pk（k>j≥i）代表沉速位于uj和uk之间的颗粒百分数，在时间ti内，这部分颗粒的去除百分数为，当j、k无限接近时，。这样，在时间ti内，沉淀柱的总沉淀效率。实际操作过程中，可绘出p-u曲线并通过积分求出沉淀效率。
（二） 中部取样法
与底部取样法不同的是，中部取样法将取样口设在沉淀柱有效沉淀高度（H）的中部。
实验开始时，沉淀时间为0，此时沉淀柱内悬浮物分布是均匀的，即每个断面上颗粒的数量与粒径的组成相同，悬浮物浓度为C0（mg/l），此时去除率E=0。
实验开始后，悬浮物在筒内的分布变得不均匀。不同沉淀时间ti，颗粒下沉到池底的最小沉淀速度ui相应为。严格来说，此时应将实验筒内有效水深H的全部水样取出，测量其悬浮物含量，来计算出ti时间内的沉淀效率。但这样工作量太大，而且每个实验筒只能求一个沉淀时间的沉淀效率。为了克服上述弊病，又考虑到实验筒内悬浮物浓度随水深的变化，所以我们提出的实验方法是将取样口装在H/2处，近似地认为该处水样的悬浮物浓度代表整个有效水深内悬浮物的平均浓度。我们认为这样做在工程上的误差是允许的，而实验及测定工作也可以大为简化，在一个实验筒内就可以多次取样，完成沉淀曲线的实验。假设此时取样点处水样水样悬浮物浓度为Ci，则颗粒总去除率。而则反映了ti时未被去除的颗粒（即d<di的颗粒）所占的百分比。
三、实验水样
硅藻土自配水。
四、主要实验设备
沉淀实验筒[直径φ140mm，工作有效水深（由溢出口下缘到筒底的距离）为2000mm；
五、实验步骤
1、 将水样倒入搅拌筒中，用泵循环搅拌约5分钟，使水样中悬浮物分布均匀；
2、 用泵将水样输入沉淀实验筒，在输入过程中，从筒中取样两次，每次约20ml（若以SS为评价指标时，取样量应提高到100ml并在取样后准确记下水样体积）。此水样的悬浮物浓度即为实验水样的原始浓度C0；
3、 当废水升到溢流口，溢流管流出水后，关紧沉淀实验筒底部阀门，停泵，记下沉淀开始时间。
4、 观察静置沉淀现象；
5、 隔5、10、20、30、45分钟，从实验筒底部取样口或中部取样口取样，每次约20ml。取水样前要先排出取样管中的积水约10ml左右，取水样后测量工作水深的变化；
6、 将水样测其浊度。
7、 计算不同沉淀时间t的水样中的浊度，沉淀效率E，以及相应的颗粒沉速u，并画出E-t和E-u的关系曲线。
六、对实验报告的要求
实验纪录及画出沉淀曲线。
七、思考题
1、自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有何区别？
2、绘制自由沉淀特性曲线的方法及意义。

实验四 离子交换实验
一、实验目的
1、加深对离子交换基本理论的理解。
2、学会交换设备操作方法。
二、实验水样
水样采用一定浓度的自配染料废水。
三、实验步骤
1、进水。
2、测定原水及出水中染料废水的色度。
五、实验结果
计算离子交换对污水色度的去除率。

5