水污染控制工程实验报告

1、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 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：

2、 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，h-1；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d

3、r/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

4、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

5、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

6、)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 mgL-1 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

7、.323.213.824.354.694.935.085.25.255.285.28（rs-r）/（mgL-1）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（mgL-1）0.961.323.213.824.354.694.935.085.25.255.285.28dr/dt（mgL-1min-1）0.480.

8、330.540.480.440.390.350.320.290.260.240.22（3）分别以ln（rs-r）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E-t、与E-u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

9、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

10、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。

11、(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)1.0341.04211.0391.034

12、91.05721.0654SS(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E-t、与E-u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

13、。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

14、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

15、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

16、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 10%NaOH，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

17、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

18、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

19、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

20、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

21、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）10%NaOH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

22、 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/rmin-1500500500500500500时间/min111111速度/rmin-1-200300350400时间/min-20202020速度/rmin-150100

23、-时间/min2020-快速中速慢速平均15.539.399.7172.1211.7253.41-2.9-0.46.42.444.82-0.1-0.462.54.143-0.9-0.76.22.63.61平均-1.3-0.56.22.53.93.3六、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

24、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15.5S-1七实验分析 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

25、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

26、具有的阻力 Rf过滤介质阻抗 1/ m2上式如以v-t/v作图如下：欲求r，则先作图求b，计算如下：由定义：w=(Q0-Qf).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