《水污染控制工程》实验指导书

1、福建工程学院指导书课程名称：水污染控制工程系 （部）： 环境与设备工程系专 业： 环境工程班 级：姓 名：学 号：实验一自由沉淀实验1实验二絮凝沉淀实验5实验三混凝沉淀实验9实验四静态活性炭吸附试验12实实验五离子父换实验16验实验六活性污泥特性测定实验18项实验七曝气设备清水充氧性能测定实验21目实验八折点加氯消毒实验25附录一紫外可见分光光度计的使用说明29附录二pH计的使用说明30附录三浊度仪的使用说明32附录四电子分析天平的使用说明33实验成绩课内评分30%实验报告评分70%合计得分内容及 格式15%数据处理 及结果30%图表及 曲线15%分析及讨论30%其他10%实验一自由沉淀实验一

2、、实验目的（1）掌握颗粒自由沉淀实验的方法；（2）进一步了解和掌握自由沉淀规律，根据试验结果绘制自由沉淀曲线。去除率沉速曲线（/u曲线）、去除率时间曲线 （丁 t曲线）和未被去除颗粒百分比沉速曲线（Pu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。自由沉淀的特点是：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。悬浮物去除率的累积曲线计算:P)(1 Po)上 dPo u0其中：Y总去除率HR、P未被去除颗粒的百分比us、 U0沉淀速度实验用沉淀柱进行，如右图。初始时，沉淀时间为0,悬浮物浓度为Q,去除率Y=0o设水深为H （实验时为水面到取样口的垂直距离）

3、，在 ti时间能沉到H深度的最小颗粒d的沉速可表不为：ui实际上，沉淀时间ti内，由水中沉至柱底的颗粒是由两部分颗粒组成，即沉速us ui的 那一部分颗粒能全部沉至柱底，同时，颗粒沉速 us ui的颗粒也有一部分能沉到柱底，这部 分颗粒虽然粒径很小，沉速 us ui,但这部分颗粒并不全在水面，而是均匀分布在整个柱内，因此，只要在水面以下，它们下沉至池底所用的时间小于或等于具有沉速ui的颗粒由水面降至池底所用的时间ti ,则这部分颗粒也能从水中被除去。率:C0CiC0在ti时间，取样点处实验水样的悬浮物浓度为C,沉速us ui （d di）的颗粒的去除CC1 1 P,其中，Pi 表示未被去除的颗

4、粒所占的百分比。C0C0C C C C绘制Pui关系曲线，可知 PP1P21 _2, P是当选择的颗粒沉速C0C0C0由u1降至u2,即颗粒粒径有d1减到d2时，此时水中所能多去除的，粒径在d1d2间的那部分颗粒的百分比。当 P无限小时，dP代表了小于d1的某一粒径d占全部颗粒的百分比。这些颗粒能 沉到柱底的条件是：颗粒由水中某一点沉到柱底所用的时间，必须等于或小于具有沉速ui的颗粒由水面沉至柱底所用的时间，即满足：x H H ux一 一,x Ux UiUi由于自由沉淀颗粒均匀分布，又为等速沉淀，故沉速ux Ui的颗粒只有在水深 x以内才能沉到柱底，因此沉到柱底这部分颗粒，占这种颗粒粒径的百分

5、比为,同一粒径颗粒的去H除率为x，令 u0 ui , us ux，贝U - s。HuiHu0由上述分析，dPs反映了具有us的颗粒占全部颗粒的百分比，而 匕则反映了在设计沉速 Uou0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，则上dP反映了设计沉速UoU0时，具有沉速为Us的颗粒所能被去除的部分占全部颗粒的比率。P0这部分沉速Us u0的颗粒的去除率为：s dPP) us dP0 u00 UoP。)Us颗粒的总去除率：（1(1P0)工程中常用去除率公式：U0三、实验装置与设备1、沉淀装置：包括有机玻璃沉淀柱、储水箱、水泵、搅拌装置和配水系统等。2、秒表。3、测定悬浮物的设备：

6、浊度仪、玻璃棒、烧杯等。4、实验用水采用自来水和硅藻土配制。四、实验步骤及记录1、将一定量的硅藻土投入到配水箱中，开动搅拌机，充分搅拌混合，注意混合后浊度不可太高（5070NTU宜），以保证满足自由沉淀的要求。2、取水样200ml （测定初始溶液的浊度为 C）,并且确定取样管内取样口位置（本次实验 取二个取样口）。3、启动水泵将混合液打入沉淀柱到一定高度，停泵，停止搅拌机，并且记录高度值H）,此时沉淀时间t=0。开动秒表，开始记录沉淀时间to4、观察悬浮颗粒沉淀特点、现象。5、当沉淀时间t为5、10、20、30、60、120分钟时，取样口高度分别为 45cnf口80cm,在每个取样口分别取水一

7、次，取样体积7080mL用浊度仪测定相应的浊度( C),记录数据。6、注意：每次取样前应先排出取样口中的积水，减少误差，在取样前需读取沉淀柱中液面的高度H,并记录数据。7、实验记录用表。颗粒自由沉淀实验原始记录原水记录浊度Co：水温：pH直：静沉时间取样口 高度水样编号浊度C (NTU液面局度H (m)545cm80cm1045cm80cm2045cm80cm3045cm80cm6045cm80cm12045cm80cm实验时间实验地点小组成员使用仪器名称及型号五、实验结果整理和分析.基本参数整理实验日期： 水样性质及来源： 沉淀柱直径：d= mm 柱高：H=m根据实验装置绘制沉淀柱草图及管路

8、连接图.实验数据整理及分析C(1)未被去除悬浮物百分比：Pi % 100%CoC0 一原水浊度，NTUC 沉淀时间t后，水样浊度，NTU H：(2)相应颗粒讥速：ui mm/sti沉淀高度H (cm)沉淀时间t (min)0510203060120取样编号水样浊度C (NTU未被去除颗粒百分比P颗粒沉速Ui (mm/s)原始数据整理取样口高度 cm(3)以颗粒沉速 Ui为横坐标，以 P为纵坐标，在坐标纸上绘制 Pu关系曲线。u P (4)应用工程公式(1 F0) 一s，利用图解法列表计算不同沉速时，浊度的去除U0率刀。浊度去除率T的计算取样口高度 cm序号U0 ( Ui)P。(P)1- P0P

9、UsUs Pus Pus PU0us P(1 B) s u012345(5)以仍纵坐标，分别以u、t为横坐标，绘制 刀u,t关系曲线。3 .比较两个不同取样口(沉降高度)的水样绘制的曲线差别。六实验结果讨论1、本实验中哪些因素对实验结果影响较大，该如何改进？2、绘制自由沉降曲线的意义？C C3、按照公式L 100%计算不同沉淀时间t的沉淀效率 ，并绘制刀u,刀tCo关系曲线，和本次实验的结果对照分析，指出上述两种整理方法的适用条件。实验二絮凝沉淀实验一、实验目的(1)掌握絮凝沉淀的实验方法。(2)通过实验加深对絮凝沉淀概念、特点的理解。(3)能利用实验数据绘制絮凝沉淀静沉曲线，学会通过曲线求某

10、一深度的颗粒总去除率。 二、实验原理悬浮物浓度不太高，一般在 50500mg/L范围的颗粒沉淀属于絮凝沉淀。絮凝沉淀的特点是沉淀过程中由于颗粒互相碰撞，凝聚变大，沉速不断加大，因此颗粒 沉速实际上是变化的。我们所说的絮凝沉淀颗粒沉速，是指颗粒沉淀平均速度。在平流式沉 淀池中，颗粒沉淀轨迹是一曲线，而不同于自由沉淀的直线运动。在沉淀池内颗粒去除率不 仅与颗粒沉速有关，而且与沉淀有效水深有关。因此沉淀柱不仅要考虑器壁对悬浮物沉淀的 影响，还要考虑柱高对沉淀效率的影响。吟 )(Tn T n 1)H 0静沉中絮凝沉淀颗粒去除率的计算思路与自由沉淀一致，但方法有所不同。自由沉淀采 用累积曲线计算法，而絮

11、凝沉淀采用的是纵深分析法，颗粒去除率按下式计算：T ( T 1 T)( T 2 T 1)H 0H 0计算如图2-1所示。去除率同分散颗粒一样，也分成两部分。(1)全部被去除的颗粒这部分颗粒是指在给定的停留时间(如图2-1中t0),与给定的沉淀有效水深(如图 2-1中H=H)时，两直线相交点等去除率线的刀值，如图中的 邛。即在沉淀时间t=t0,沉降He有效水深H=H时，具有沉速u U0 0的颗粒能全部被去除，其去除率为和to图2-1絮凝沉淀等去除率曲线(2)部分被去除的颗粒同自由沉淀一样，悬浮物在沉淀时虽说有些颗粒较小，沉速较小，不可能从池顶沉到池 h. He底，但是在池底中某一深度下的颗粒，在

12、满足条件即沉到池底所用时间 0时，这部UxUoHe分颗粒也就被去除掉了。当然，这部分颗粒是指沉速u 0的那些颗粒，这些颗粒的沉淀to效率也不相同，也是颗粒大的沉降快，去除率大一些。其计算方法、原理与分散颗粒一样，HHH n这里是用（T 1 T）（ T 2 T1）丁（Tn Tnl）代替了分散颗粒中H oH 0H 0的p0dPo其中，Tn T n 1所反映的就是把颗粒沉速由Uo降到Us时，所能够去0 Uo除的那些颗粒占全部颗粒的百分比。这些颗粒在沉淀时间to时，并不能全部沉到池底，只有符合条件tsq。的那部分颗粒能沉到池底， 即生 上o ,故有曳 色。同自由分散沉淀一Us UoUo H o.一一

13、h u _ .样，由于Us为未知数，故采用h二来代替,工程上多采用等分 Tn Tn 1间的中间水深hiHoH oUoH代替hi,则 且近似地代表了这部分颗粒中能够沉到池底的颗粒所占的百分数。 Ho（Tn T n 1）就是沉速为Us U Uo的这些颗粒的去除量所占全部颗粒的百分比，以此h类推，式汇，（丁0 t n 1）就是Us Uo的全部颗粒的去除率。 Ho三、主要的实验仪器设备1、沉淀装置：包括有机玻璃沉淀柱、储水箱、水泵、搅拌装置和配水系统等。2、秒表。3、测定悬浮物的设备：浊度仪，玻璃棒、烧杯等。4、实验用水采用自来水和硅藻土配置。四、步骤及记录1、将配制好的实验用水倒入水池进行搅拌，待搅

14、匀后取样测定原水的浊度（原水的初始浊度一般为1OO15ONTU。2、开启水泵，打开水泵的上水阀门和各沉淀柱的上水管阀门。3、依次向各沉淀柱内进水，当水位达到溢流孔（或指定液面刻度），关闭进水阀门，同时记录沉淀时间。各沉淀柱的沉淀时间分别为2O、4O、6O、8O、12Omin。4、当达到各柱的沉淀时间时，在每根柱侧上四个取样阀，自上而下地依次取样， 测定水 样的浊度。5、记录数据。絮凝沉淀实验记录表柱号沉淀时间（min）取样点编号浊度（NTU取样点启效水深（cm）备注1201-11151-2801-3451-4102402-11152-2802-3452-4103603-11153-2803-3

15、453-4104804-11154-2804-3454-41051205-11155-2805-3455-410五、成果整理（1）实验基本参数实验日期： 水样性质及来源： 沉淀柱直径： d= mm柱高：H= m水温： C原水浊度：C0NTU（2）实验数据整理将实验数据进行整理，并计算各取样点的去除率，填入下表。各取样点悬浮物去除率值计算表取样深度123452040608012010cm45cm80cm115cm(3)以沉淀时间t为横坐标，以深度为纵坐标，将各取样点的去除率填在各取样点的坐标上, 如图2-2所示。1?l-i93-1力!中】*1九7才”力-小力-j%一Thr%30406080L20

16、 ;(mu)图2-2 絮凝沉淀柱各取样点去除率(4)在上述基础上，用内插法，绘出等去除率曲线。以10%为一间距，如25% 35% 45%(5)选择某一有效水深 H,过H做x轴平行线，与各去除率线相交，再根据公式计算不同沉 淀时间的总去除率。(6)以沉淀时间t为横坐标，为纵坐标，绘制不同有效水深H的 t关系曲线，及 u曲线。六思考题1、两种不同性质的污水经絮凝沉淀实验后，所得同一去除率的曲线的曲率不同，试分析讨论。2、絮凝沉淀与自由沉淀有何不同，实验方法有何区别？3、实际工程工程中，哪些沉淀属于絮凝沉淀？请举三个例子。实验三混凝沉淀实验一、实验目的（1）通过实验确定实验某水样的最佳投药量；（2）

17、观察絮体（俗称矶花）的形成过程及混凝沉淀的效果，从而加深对混凝理论的理解。二、实验原理水中粒径小的悬浮物以及胶体物质，由于布朗运动，胶体颗粒间的静电斥力和胶体表面 的水化作用，使得胶粒具有分散稳定性，因此水中的胶体颗粒不能靠自由沉淀去除。向水中投加混凝剂后，由于如下原因：混凝剂水解提供大量正电荷，中和胶体颗粒表面负电荷，从而降低颗粒间的排斥能峰，降低胶粒的 E电位，实现胶粒“脱稳”；产生吸附 架桥作用，促进胶体的凝聚；网捕、卷扫作用。从而使胶体颗粒脱稳、相互碰撞、凝聚，形成絮凝体（矶花），然后通过沉淀去除。从胶体颗粒变成较大的矶花是一个连续的过程，为了研究方便一般分为混合和反应两个 阶段。混合

18、阶段主要是原水和混凝剂快速均匀混合，一般来说，该阶段只能产生肉眼难以看 见的微絮凝体；反应阶段主要是微絮凝体相互碰撞，凝并不断变大的过程，该阶段絮体不断 长大形成较大较密实的矶花。混合和反应需要消耗能量，速度梯度G值能反映单位时间单位体积水消耗能量的大小，通过控制速度梯度 G来控制混合和反应的条件。一般情况，混合阶段的G值应大于300500s-1, 时间不超过 30s, G值越大混合时间越短，以保证快速均匀混合。反应阶段的G值平均为 TOC o 1-5 h z 2070s-1,时间为1530min,随着矶花逐渐增大，G值宜逐渐降低，在实际设计中反应阶段G值，开始时可采用100s-1左右，结束时

19、采用 10s-1左右。混合或反应的速度梯度 G值计算式：G其中：P混合或反应设备中水流所消耗的功率，Wv 混合或反应设备中水的体积，m5；科一一水的动力黏度。本次实验采用机械搅拌。搅拌设备是垂直轴上装设的两块桨板，桨板消耗的功率为：Cd L 344P （21）4g其中：L桨板长度，m;2 桨板外缘旋转半径，m;1 桨板内缘旋转半径，m;3相对于水的桨板旋转角速度，采用0.75倍轴转速，r/s ;P 水的密度，kg/m3;g重力加速度， 9.81m/s2；Cd阻力系数，取决于长宽比。阻力系数CDb/L18Cd1.101.151.191.291.402.00、实验设备及药品1、实验器材及设备(1)

20、六联搅拌机，1台；(2)浊度仪，1台；pH计,1 台；温度计，1根；1000mL 量筒,1 个;1000mL烧杯,6 个;100mL烧杯，6 个；5mL移液管，1个；1mL移液管，1个；塑料加液管，6个；医用针筒，2个；洗耳球，2个。1%浓度硫酸铝Al 2(SO4)3溶液。四、实验步骤.测定原水的浊度(初始浊度为5070NTU及pH值。.用1000mL量筒分别取6个水样至6个1000mL烧杯中。注意：取水样要搅拌均匀， 以尽 量减少取样浓度上的误差。.打开电源，升起搅拌桨，将烧杯置于六联搅拌机上，调整烧杯的间距，降下搅拌桨。.对应6个水样，用移液管分别移取 0.3、0.6、0.9、1.5、2.

21、5、4.0mL 1%浓度的Al2(SO4)3 溶液至塑料加液管中，并将加液管固定在六联搅拌机支架上。.先调整转速为200rpm进行快速搅拌，待转速稳定后，将药液加入水样杯中，同时开始 计时，快速搅拌时间为1min;调整转速为80rpm,搅拌时间5min ;然后再调整转速为 50rpm, 搅拌时间10min;停止搅拌，升起搅拌桨，静沉 15min。注意：为了减少药液在加液管里的残留，在第一次加药后，用蒸储水润洗加液管2次，每次约5mL并迅速倒入水样杯中。停止搅拌后，静沉时不要移动水样。.搅拌过程中，注意观察并记录“矶花”形成的过程，“矶花”形成的快慢、外观、大小、密实程度、下沉快慢等。.静沉15

22、min后，用医用针筒在 6个水样杯中依次取出约100mL的上清液，置于 100mL烧杯中。测定上清液的浊度及pH值，并记录至表格中。五、实验原始数据记录实验原始记录表混凝剂名称混凝剂浓度原水温度原水pH值原水浊度水样体积仪器名称及型号水样编号123456投药量mLmg/L剩余浊度（NTU）沉淀后pH值实验小组人员实验时间六、实验结果整理和分析.以投药量为横座标，以剩余浊度为纵座标，绘制投药量-剩余浊度曲线图。.根据曲线图确定混凝剂的最佳投药量值和最佳适用范围。七、注意事项1、加药的药液量较少时， 可掺点蒸储水摇匀， 以免加液管上沾的药液过多，影响投药量的精确度。2、移取烧杯中的沉淀水上清液时，

23、要在相同的条件下吸取，不要把沉下去的矶花搅起来。八、思考题.在混凝沉淀实验中应注意哪些操作方法，对混凝效果有什么影响。.为什么投药量最大时，混凝效果不一定好？.根据实验结果以及实验中所观察到的现象，简述影响混凝效果的几个主要因素。.参考本实验写出确定最佳 pH值的实验步骤。实验四静态活性炭吸附实验一、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设计参数的方法。二、实验原理活性炭吸附，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。活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附现象，也有化学吸着作用

24、。有一些被吸附物 质先在活性炭表面上积聚浓缩，继而进入固体晶格原子或分子之间被吸附，还有一些特殊物 质则与活性炭分子结合而被吸着。当活性炭对水中所含杂质吸附时，水中的溶解性杂质在活性炭表面积聚而被吸附，同时 也有一些被吸附物质由于分子的运动而离开活性炭表面，重新进入水中，即在吸附的同时存 在解吸现象。当吸附和解吸处于动态平衡状态时，称为吸附平衡，此时被吸附物质在溶液中 的浓度称为平衡浓度。这时活性炭和水(即固相和液相)之间的溶质浓度，具有一定的分布 比值。活性炭的吸附能力以吸附量qe表示如果在一定压力和温度条件下，用m克活性炭吸附溶液中的溶质，被吸附的溶质为x毫克，则单位重量的活性炭吸附溶质的

25、数量qe即为吸附容量。活性炭的吸附能力以吸附容量qe表示。X V(Co Ce) qe -m m式中：qe 活性炭吸附量，即单位重量的活性炭所吸附的物质重量mg/g;x被吸附物质的质量，mg;m活性炭投加量，g;V水样体积，L;G、G 分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的溶质浓度，mg/Loqe的大小除了取决于活性炭的品种之外，还与被吸附物质的性质、浓度、水温、pH值等有关。qe在温度一定的条件下，活性炭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，通常可以用朗格缪尔( Langmuir )经验公式加以表达：qeKCeKCe式中：qe活性炭吸附量，mg/g;Ce被吸

26、附物质平衡浓度，mg/L;KLangmuir常数，与活性炭和被吸附物质之间的亲和度有关；qm 活性炭的最大吸附量，mg/go通常用图解方法求出 K, b的值.为了方便易解，往往将上式变换成线性关系式：Ce 1 Ce qe Kqm qm1 5 qm通过吸附实验测得 G/qe、G相应值，绘制到坐标纸上，得到直线，即可求得斜率为a1-, 一 一 .，一， 一 一，截距为一，则可求得活性炭的等温吸附线的系数K、qm,并可以绘制出活性炭吸附等温线。Kqm三、仪器设备及试剂.恒温振荡器；.电子分析天平，精度 0.0001g ;.可见分光光度计；.温度计；. 250mL三角烧瓶8个，100mL烧杯8个，移液

27、管，漏斗，漏斗架，滤纸。.实验用水：100mg/L亚甲基蓝溶液。四、实验步骤(1)活性炭的准备将活性炭颗粒用蒸储水洗去细粉，并在105 c温度下烘至恒重。(2)绘制亚甲基蓝溶液标准曲线。配置10mg/L亚甲基蓝标准溶液 100mL取1mg亚甲基蓝粉末溶于水中， 用100mL 容量瓶定容至 100mL在不同波长 入下，用分光光度计测定标准溶液的吸光度值A,确定吸光度和波长之间的关系kA。确定产生最大吸光度时的波长Ux,即为实验用波长(660mrm。取0mL 2mL 5mL 10mL 15mL 20mL的亚甲基蓝标准溶液，用比色管定容到25ml,用10mm：匕色皿在分光光度计上测得吸光度。绘制吸光

28、度和亚甲基蓝溶液浓度之间的关系曲线，即标准曲线。(3)配置实验用100mg/L浓度亚甲基蓝溶液 1L：取100mg亚甲基蓝粉末溶于水中，用1000mL容量瓶定容至1L。(4)在8个250mL的三角烧瓶中分别投加 0、50、100、200、300、400、500、600mg粒 状活性炭，再分别加入 100mL亚甲基蓝溶液。(5)在室温下，将三角烧瓶放在振荡器上震荡，计时震荡1h。(6)将震荡后的水样静置 5min ,小心地将上清液倾倒至100mL烧杯中，约倒取 30mL。按表2中上清液取样体积分别移取相应体积的上清液于50mL比色管中，用蒸储水稀释定容至50mL刻度线，盖塞，摇匀。(7)设定分光

29、光度计的波长为660nmi用10mnt匕色皿测定上清液的吸光度。(8)在标准曲线上查出对应的亚甲基蓝溶液的浓度。五、实验原始数据记录：表1标准曲线实验记录初始记录：标准溶液浓度：mg/L ;室温:C加入标准溶液量(mD025101520测定吸光度A修正系数A0表2静态活性炭吸附的原始记录初始记录室温：C, 亚甲基蓝溶液浓度：mg/L ,溶液体积：mL活性炭性能参数活性炭投加量(mg)050100200300400500600上清液取样体积(mD1.01.01.02.02.02.02.02.0稀释倍数吸光度A修正系数A0仪器名称及型号实验小组人员六、实验数据整理及分析：.亚甲基蓝溶液标准曲线的绘

30、制(1)实验数据整理标准曲线实验记录整理初始记录：标准溶液浓度：mg/L室温：加入标准溶液量(mD025101520亚甲基蓝溶液浓度 C (mg/L)测定吸光度A修正系数A0修正吸光度A =A- A0(2)以亚甲基蓝溶液浓度 C为横坐标，修正后吸光度 A为纵坐标，绘制标准曲线 AC曲线。.绘制吸附等温线(1)实验数据整理，根据修正吸光度A ,在标准曲线上查得对应的亚甲基蓝溶液浓度G,计算亚甲基蓝的吸附量 印，计算ce /q e。静态活性炭吸附的实验数据整理初始亚甲基蓝溶液浓度 G:mg/L溶液体积V:L活性炭里m (mg)050100200300400500600吸光度A修正吸光度A稀释倍数吸

31、附后亚甲基蓝溶液浓度 Ce (mg/L)活性炭吸附容量：V(C0 Ce) ,/、qe (mg/g)mCece /q e，一，14,1,1 一(2)绘制G /q e G关系曲线，其斜率为,截距为,求得qm和K。qmKq m七、思考题1、吸附等温线有什么现实意义？2、活性碳投加量对于吸附平衡浓度的测定有什么影响，该如何控制?3、实验结果受哪些因素影响较大，该如何控制？实验五离子交换实验强酸性阳离子交换树脂交换容量的测定一、实验目的.加深对强酸性阳离子交换树脂交换容量的理解。.掌握测定强酸性阳离子交换树脂交换容量的方法。二、实验原理离子交换软化法在水处理工程中有广泛的应用。强酸性阳离子交换树脂的使用

32、也很普遍。 如表4-1所示，以强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂为例，强酸性阳离子交换树脂的性能参数很 多，其中交换容量是交换树脂最重要的性能，它能定量地表示树脂交换能力的大小。强酸性阳离子交换树脂的性能参数表树脂类型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂项目参数或描述项目参数外观棕黄至棕褐色球状颗粒下限粒度1%功能基团磺酸基湿视密度0.77 0.87g/mL含水量45 53%湿真密度1.24 1.28g/mL体积全交换容量1.0mmol/ml 或 或.0 eq/L有效粒径0.40 0.60mm范围粒度(0.3151.25mm) 95%磨后圆球率90%主要用途所有水处理的软化、除盐系统。树脂交换容量在理论上可

33、以从树脂单元结构式粗略地计算出来，以强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂为例，其单元结构式中共有8个C原子、8个HM子、3个O原子、1个S原子，其分子量等于8 12.011 8 1.008 3 15.9994 1 32.06 184.2,只有强酸基团磺酸基 SOH中 的H遇水电离形成 5离子可以交换，即每184.2g干树脂只有1g可交换离子。所以，每克干树脂 具有可交换离子1/184.2 =0.00543e =5.43me。扣除交联剂所占份量（按 8项量计），则强酸 干树脂交换容量应为 5.43 92/100 = 4.99 me/g。此值与实际测量值差别不大。0.01 X7 （732#）强酸性苯乙烯系

34、阳离子交换树脂交换容量规定为4.2 me/g （干树脂）。强酸性阳离子交换树脂交换容量测定前需经过预处理，即经过酸、碱轮流浸泡，以除去 树脂表面的可溶性杂质。测定阳离子交换树脂交换容量常采用碱滴定法，用酚酬:作指示剂， 按下式计算交换容量：_ N ?V, 一一，E 国/*人目“ me/g （干氢树脂）W固体含量式中N NaO标准溶液的摩尔浓度，mol/L ;V NaO标准溶液白用量，mL;W样品湿树脂重，go、实验设备与装置1、电子分析天平，精度0.0001g。2、烘箱1台。3、干燥器1个。4、250mLE角烧瓶2个、10mLs液管2支、50m喉杯2个。5、碱式滴定装置1套。四、实验步骤及记录

35、.树脂的预处理取样品约10g以2NI酸(或1N盐酸)及1N NaO唯流浸泡，即按酸碱酸碱酸顺序 浸泡5次，每次2h,浸泡液体积约为树脂体积的 23倍。在酸碱互换时应用 200ml去离子水进 行洗涤。5次浸泡结束后用去离子水洗涤至中性。.固体含量的测定用小烧杯称取2份约1.0000g的经过预处理的树脂样品，将其中一份放入105110c烘箱中约2个小时，烘干至恒重后放入干燥器中冷却至室温，称重，记录干燥后的树脂重。.交换容量的测定将另一份约1.0000g的样品置于250mia角烧瓶中，用量筒投加 0.5N NaCl溶液100mLM动5 分钟，放置2h后加入1%酚酬:指示剂3滴，用标准0.1N Na

36、OHB准溶液进行滴定，至呈微红色 15 秒不褪，即为终点。记录 NaO柝准溶液的浓度及用量。五、实验原始记录强酸性阳离子交换树脂交换容量测定原始记录烧杯1重量W (g)烧杯2重量W (g)样品1湿树脂重W(g)样品2湿树脂重W (g)干燥后树脂+烧杯重W(g )NaO嘛准溶?浓度N ( mol/L )干燥后的树脂重W(g)NaOHn准溶液的用量V (ml.)六、实验数据整理和分析.根据实验测定数据计算树脂固体含量。树脂固体含量=W1 100%W.根据实验测定数据计算树脂交换容量。树脂交换容量:N ?VW,固体含量me/g七、思考题1、测定强酸性阳离子交换树脂交换容量为何用强碱液NaO滴定？2、

37、强酸性阳离子交换树脂的预处理的目的是什么？为何要按酸-碱-酸-碱-酸顺序浸 泡树脂？3、写出本实验有关的化学反应方程式。实验六活性污泥特性测定实验、实验目的（1）加深对活性污泥沉降比，污泥指数和污泥浓度的理解。（2）掌握活性污泥几个主要性能指标的测定和计算方法。二、实验原理活性污泥是人工培养的生物絮凝体，它是由好氧微生物及其吸附的有机物组成的。活性 污泥具有吸附和分解废水中的有机物（也有些可利用无机物质）的能力，显示出生物化学活 性。在生物处理废水的设备运转管理中，除用显微镜观察外，下面几项污泥性质是经常要测 定的。这些指标反映了污泥的活性，它们与剩余污泥排放量及处理效果等都有密切关系。污泥沉

38、淀比（SV% 指曝气池混合液在量筒内静置30分钟后，所形成沉淀污泥的体积占原混合液的体积百分率。污泥浓度（MLSS 指单位体积曝气池混合液中所含污泥的干重，即混合液悬浮固体 浓度，单位为 g/L或mg/L。污泥指数（SVI）污泥容积指数，指曝气池混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所占容积，单位为 mL/go SVI值能较好的反映活性污泥的松散程度（活性）和凝聚、沉淀性能。一般SVI在100左右为宜。SV（%）SVI -（- 10 （mL/g）MLSS污泥灰分一一干污泥经灼烧后（600 C）剩下的灰分。污泥灰分灰分质量干污泥质量100%挥发性污泥浓度（MLVSS 指单位体积曝气池混合液中所含挥发

39、性污泥的干重，即混合液挥发性悬浮固体浓度，单位为 g/L。MLVSS干污泥质量灰分质量1001000 (g/L)在一般情况下，MLVSSMLSS勺比值较固定，对于生活污水处理池的活性污泥混合液，其比值常在0.75左右。三、实验装置与设备1、过滤装置1套（包括漏斗1个，漏斗架1个，烧杯1个，定量滤纸若干，玻璃棒 1个）；2、60mrm量瓶 1个；3、100mLs 筒 1 个；4、镣子1把;5、增蜗1个;6、电子分析天平1台；7、烘箱1台；8、马弗炉1台四、实验步骤及记录1、污泥沉降比（SV%的测定 将100mLs筒洗净烘干，采用虹吸法在曝气池中取混合均匀的泥水混合液100mL （V）,静置，并同

40、时开始计时；观察活性污泥凝聚沉淀过程，并在第 1、2、3、5、10、15、20、30分钟分别记录污泥 界面以下的污泥容积； 沉降30分钟后污泥体积V2与原混合液体积（100mD之比即为污泥沉降比；2 、污泥浓度（MLSS的测定将定量滤纸置于称量瓶中放入 105c烘箱中干燥至恒重（约2h）,冷却至室温称量并 记录W;将该滤纸展开放在漏斗上，将测定过污泥沉降比的100mLt筒内的污泥连同上清液倒入漏斗，进行过滤，用蒸储水润洗量筒，润洗液也倒入漏斗；过滤后，用镣子将载有污泥的滤纸移入称量瓶中，再放入烘箱（105 C）中烘干至恒重（约3h）,冷却至室温称量并记录 W;、活性污泥灰分的测定瓷塔蜗放在马弗

41、炉（600 C）中烘干至恒重，冷却称重并记录 W;将经过步骤 后的污泥和滤纸一并放入瓷塔期中，先在普通电炉上加热碳化，然后放入马弗炉内（600C ）中灼烧40分钟，取出后放入干燥器内冷却至室温，称重并记录W;、实验记录用表。表1活性污泥静沉情况记录静沉时间（min）123510152030污泥体积（mL）表2活性污泥性能参数测定实验原始记录混合液体积VmL静沉30min后污泥体积 V2mL称里瓶+滤纸质里W1g称里瓶+滤纸+干污泥质里 Wg瓷堪期质量Wg滤纸灰分Wg瓷塔蜗+滤纸灰分+污泥灰分质量 W4g小组成员使用仪器名称及型号五、实验结果整理和分析.基本参数整理实验日期： 混合液来源：混合液

42、体积：V=mL.实验数据整理及分析、一 V (1)污泥沉降比(SV% : SV% = 100%V(2)干污泥质量W2 Wi (g)(3)污泥浓度(MLSS : MLSS W一W 1000 (g/L)V(4)污泥指数(SVI)： SVI SV迎 10(mL/g)MLSS(5)绘出100mLt筒中污泥容积随沉淀时间的变化曲线(6)污泥灰分质量 W4 W3 W5 (g)(7)污泥灰分 W W W 100%W2 W1(8)挥发性污泥浓度(MLVSS： MLVSS ”2WW4W幽 1000 (g/L)V六实验结果讨论1、通过实验测定的活性污泥的性能指标，判断活性污泥的性能。2、活性污泥的各项性能指标有什

43、么意义。3、污泥沉降比和污泥指数二者有什么区别和联系。实验七曝气设备清水充氧性能测定实验一、实验目的(1)加深理解曝气充氧的机理及影响因素(2)掌握曝气设备清水充氧性能测定的方法。(3)测定曝气设备的氧的总转移系数& (20)0二、实验原理曝气是人为的通过一些设备向水中加速传递氧的过程。常用的曝气设备分为机械曝气和鼓风曝气两大类。无论哪种曝气设备，其充氧过程均属于传质过程，氧传递机理为双膜理论， 它的主要内容是：在气液两相接触界面两侧存在着气膜和液膜，它们处于层流状态，气体分 子从气相主体以分子扩散的方式经过气膜和液膜进入液相主体，氧转移的动力为气膜中的氧 分压梯度和液膜中的氧的浓度梯度，传递

44、的阻力存在于气膜和液膜中，而且主要是存在于液 膜中。曝气系统的理论充氧能力是指标准状态下(20C, 1.01 M05Pa),水中氧浓度为0的条件下，曝气系统向清水传输氧的速率，氧转移系数KLa (20)0它的倒数单位是时间，表示将满池水从溶解氧为0充到饱和值时所需要的时间，因此KLa (20)是反映氧传递速率的一个重要指标。影响氧转移的因素有曝气水水质、曝气水水温、氧分压、气液之间的接触面积和时间、水的絮流程度等。在实验中，这些条件对充氧性能都有影响，以此需要引入压力和温度修正 系数。氧转移的基本方程式为：dCdtKLa& Cb)Dl AXL V式中dC 液体中溶解氧浓度变化速率，kgO/ (

45、m3h);dt TOC o 1-5 h z Cs液膜处饱和溶解氧浓度，mg/L;Q 液相主体中溶解氧浓度，mg/L;KLa氧总转移系数，1/h ;dl氧分子在液膜中的扩散系数，m/h ；222A气放两相接触界面面积，m;Xl 液膜厚度，mV 曝气液体积，m3。由于液膜厚度 Xl及两相接触界面面积 A很难确定，因而用氧总转移系数Ka值代替。Ka值与温度、水絮动性、气液接触面面积等有关。它指的是在单位传质动力下，单位时间内向 单位曝气液体中充入氧量，它是反映氧转移速度的重要指标。整理得到曝气设备氧总转移系数KLa值计算式，即KLa，ln-0t t0 CsCt TOC o 1-5 h z 式中G 曝

46、气池内液体饱和溶解氧浓度，mg/L;Co曝气初始时，曝气池内溶解氧浓度(一般取t=0时，Co=0mg/L), mg/L;C t时刻曝气池内溶液溶解氧浓度，mg/L;t 、10曝气时间，min。曝气设备充氧性能测定实验，主要有是间歇非稳态法和连续稳态法两种。目前常用的是 间歇式非稳态法，即向池内注满所需水后，将待曝气的水用无水亚硫酸钠为脱氧剂，氯化钻 为催化剂，脱氧至溶解氧值为0后开始曝气，溶解氧浓度逐渐升高，曝气后每隔一定时间t测定水中溶解氧浓度。水中溶解氧浓度 C为时间t的函数，通过计算公式计算 Ka值，也可以Cs C0以ln 0为纵坐标，t为横坐标，绘制直线，通过图解法求得直线斜率即为KL

47、a值。Cs Ct三、主要的实验材料及仪器设备1、无水亚硫酸钠；2、氯化钻(CoCl2?6HO);3、1000mLs 筒；4、水桶；5、电子天平；6、曝气装置；7、溶氧仪。四、步骤及记录1、用1000mL量筒量取5L自来水至水桶内，记录体积V (L);2、用溶氧仪测定水中的溶解氧浓度，记录DO(mg/L)3、计算加药量：桶内溶解氧含量：G DO V(g)1000脱氧剂投加量(无水亚硫酸钠)根据反应方程式2Na2SO3 O2 2Na2SO4 ,投加量 g (1.11.5) 8 G (g)(结晶水亚硫酸钠)根据反应方程式2Na2SO3 7H 2O O2 2NazSO4+14件O,投加量 g (1.1

48、 1.5) 16 G (g)其中1.11.5值为脱氧完全而取的系数。催化剂的投加量(氯化钻)：投加浓度为1.6mg/L。4、将脱氧剂和催化剂一并投入水中，用玻璃棒轻轻搅拌，同时测定水中溶解氧浓度，当溶解氧值降为0时，打开曝气装置开始曝气，并同时开始计时。5、每隔1min (前三个间隔)和 0.5min (后几个间隔)测定池内溶解氧值，直至池内溶 解氧值不再增长(饱和)为止。随后关闭曝气装置。6、记录数据清水曝气充氧实验记录表水样体积L水温TC初始溶解氧浓度Cmg/L饱和溶解氧CSmg/L氯化钻用量g无水亚硫酸钠用量g仪器名称及型号测量时间t (min)1233.544.555.566.5溶解氧

49、浓度C(mg/L)测量时间t (min)77.588.599.51010.511溶解氧浓度C(mg/L)实验时间实验地点实验小组成员五、数据结果整理(1)计算氧总转移系数 KLa通过公式计算Ka值氧总转移系数&计算t-t0(min)C mg/LCs-C(mg/L)CsCs CtCs ln Cs Ct1t t0Ka ( T)C C 以ln0为纵坐标，t为横坐标，绘制直线，通过图解法求得直线斜率即为KaCs Ct值。可以试比较两种方法获得的KLa值有什么不同。(2)计算温度修正系数 K,根据KLa (T),求氧总转移系数 降(20)K1.024(20T)K KLa (T)1.024(2 ( t)(

50、3)曝气装置的充氧能力E3、El K La(20)Cs kgO2/ (hm)(4)动力效率EpElEp kg/ (kw h) N式中N理论功率。(5)氧利用率EaEaEL V 100%Q 0.28式中V曝气池体积，m5;Q标准状态下的气量,Qb Pb TaTb Pa式中 Pa1atmTa293T六思考题1、曝气充氧原理及其影响因素是什么？2、温度修正、压力修正系数的意义如何3、氧总转移系数 KLa的意义是什么？实验八 折点加氯消毒实验一、实验目的（ 1 ）掌握折点加氯消毒的实验技术；（ 2 ） 通过实验，探讨某含氨氮水样与不同氯量接触一定时间的情况下， 水中游离性余氯、化合性余氯及总余氯与投氯

51、量之间的关系。二、实验原理水中加氯作用主要有三个方面：（ 1 ）原水中不含氨氮时，向水中投加氯能够生成次氯酸和次氯酸根，反应式如下：_ _ _ _ _ -Cl2 H2O HOCl - H Cl_ _ _ _ _HOCl - H OCl次氯酸和次氯酸根均有消毒作用，但前者消毒效果较好。 HOCl 是中性分子，可以扩散倒细菌内部破坏细菌的酶系统，妨碍细菌的新陈代谢，导致细菌死亡。水中的HOCl和OCl称为游离性氯。（ 2 ）当水中含有氨氮时，加氯后生成次氯酸和氯胺，反应式如下：Cl 2H 2OHOCl - H ClNH 3 HOCl NH 2Cl H 2ONH 2Cl HOCl NHCl 2 H2

52、ONHCl 2 HOCl NCl3 H2O次氯酸和氯胺均有消毒作用，次氯酸、一氯胺、二氯胺和三氯胺（又名三氯化氮）在水中均可能存在，它们在平衡状态下的含量比例取决于氨氮的相对浓度、pH值和温度。当pH78时，3mol氯与1mol氨氮作用生成1mol三氯胺，氯与氨氮（以 N计）的重量比 为大于10 ： 1，并出现游离氯，同时随着投氯量的不断增加，水中游离氯越来越多。水中有氯胺时，依靠水解生成次氯酸起消毒作用，消毒作用比较缓慢，接触时间不能小于 2h。水中的NHCl、NHC2, NC13称为化合性氯。化合性氯消毒效果不如游离性氯。（ 3 ）氯还能与水中的含碳物质，铁、锰、硫化氢及藻类起氧化作用。水

53、中含有氨氮和其他消耗氯的物质时，投氯量与余氯量的关系可以参见折点加氯曲线。O A加氯量(mg/L)图8-1折点加氯曲线QAa,投氯量太少，氯完全被消耗，余氯量为0。AB段，余氯主要为一氯胺。一氯胺与次氯酸作用，部分生成二氯胺，部分产生下面反应：NH2Cl HQCl N2 3HCl H2QBC段，一氯胺和余氯均逐渐减少，二氯胺逐渐增加。C点，余氯值最少，称为折点。CD炎，C点后出现三氯胺和游离性氯，随着加氯量的增加游离性余氯越来越多。按大于折点的量来投加氯称为折点加氯。其有两个优点，一是可以去除水中大多数产生 臭和味的物质，二是有游离性余氯，消毒效果好。本实验采用 N,N-二乙基-1,4-苯二月

54、堂(DPD滴定法来测定水中的游离氯和总氯。游离氯测定的原理是在pH为6.2-6.5条件下，游离氯与 DPD&成红色化合物，用硫酸亚铁钱标准溶 液滴定至红色消失。 总氯测定的原理是在 pH为6.2-6.5条件下，存在过量碘化钾时， 单质氯、 次氯酸、次氯酸盐和氯胺与DPD反应生成红色化合物，用硫酸亚铁钱标准溶液滴定至红色消失。本测定方法的检出限(以 Cl2计)为0.02mg/L ,测定范围(以 Cl2计)为0.085.0mg/L 。三、实验仪器设备及试剂1、实验仪器设备20L水桶1个；50mL比色管若干；10mL酸式滴定管1支；1000mL烧杯 12 个；250mL锥形瓶若干；温度计1支；5mL

55、移液管，1个；2mL移液管，1个；1mL移液管，1个；50mL和100mL胖肚移液管，各1个;(11)洗耳球，2个；1000mL容量瓶1个。2、试剂1麻度氨氮溶液100mL1%K 氮溶液 100mL(3)约1% (以有效率氯含量计)浓度次氯酸钠溶液100mL(4)碘化钾(AR)固体；(5)缓冲溶液(pH=6.5) 500mL;1g/L DPD 溶?夜 200mL2.5g/L硫代乙酰胺溶液50mL2.8mmol/L硫酸亚铁钱溶液 1L3、水样取自来水20L,加入1%t度氨氮2mL,混匀，即为实验用水，其氨氮含量约为1mg/L。四、实验步骤1、测量原水水温2、水样配置分别取1000mL原水置于12

56、个1000mL烧杯中。投加约1麻度的次氯酸钠溶液，投加量分别为0、0.2、0.5、0.8、1.0、1.4、1.8、2.0、2.2、2.5、3.0、3.5mL,计算每个烧杯中的加氯量(mg/L)。用玻璃棒快速搅拌，混匀，静置 2h。2h后测定水样中的游离氯、化合氯和总余氯的量。3、余氯的测定游离氯的测定 取烧杯中100mL水样放入250mL锥形瓶中，立即加入 10mL缓冲溶液， 5mLDP的液，迅速混合，立即用硫酸亚铁钱溶液滴定至无色，记录硫酸亚铁俊溶液用量A。总氯的测定取烧杯中100mL水样放入250mL锥形瓶中，加入1g左右的碘化钾固体， 加入10mL缓冲溶液，5mLDPDm夜，迅速混合，静

57、置2min后，用硫酸亚铁钱溶液滴定至无色， 2分钟内如还有红色出现，则再滴定至无色，记录硫酸亚铁俊溶液用量B。取烧杯中100mL水样放入250mL锥形瓶中，加入1mL硫代乙酰胺，加入10mL缓冲溶液， 5mLDPDt液，迅速混合，静置 2min后，用硫酸亚铁钱溶液滴定至无色，记录硫酸亚铁俊溶 液用量C。注意：如果100mL水样中含氯量超过测定范围，则水样应进行适当稀释。4、次氯酸钠溶液含氯量的测定用移液管移取1.0mL的约1%浓度的次氯酸钠溶液与 1000mL容量瓶中，加蒸储水定容至 刻度线，盖塞，颠倒摇匀。准确吸取50mL稀释后的次氯酸钠溶液于 250mL三角烧瓶中，加入 50mL蒸储水稀释

58、，加入1g左右的碘化钾固体，加入10m冲溶液，5mLDP解液，迅速混合， 静置2min后，用硫酸亚铁钱溶液滴定至无色，2分钟内如还有红色出现，则再滴定至无色，记录硫酸亚铁俊溶液用量 V。C-V次氯酸钠溶液含氯量=硫镀 70.91 2000 mg/LV待测水样五、实验原始数据记录实验原始记录表实验时间实验地点原水温度C次氯酸钠含氯量mg/L氨氮含量1 mg/L硫酸亚铁俊浓度mmol/L水样编号123456789101112次氯酸钠溶液投加量，mL00.20.50.81.01.41.82.02.22.53.03.5加氯量，mg/L滴定 结果mLABC余氯 量 mg/L总余氯D 。硫酸亚铁钱（B C

59、） 70 91D7 0.91V待测水样游离性余氯E 。硫酸亚铁钱（A C） 70 91E7 0.9 1V待测水样化合性余氯F D E仪器名称及型号实验小组成员六、实验结果整理和分析.根据余氯的计算结果，绘制游离性余氯、化合性余氯和总余氯与加氯量间的关系，即折点加氯曲线。.讨论采用折点加氯，加氯量应为多少。七、思考题.水中含有氨氮时，加氯量与余氯量关系曲线中为什么会出现折点？.有哪些因素影响加氯量？附录1紫外可见分光光度计的使用说明一、分光光度计的基本参数 TOC o 1-5 h z 型号：T6新世纪A .波长范围：190 1100nm卜波长准确度：*0nm嵬中波长重现性：w 0.2nm,光度重

60、复性： 0.15% T杂散光： 0.05% H220nm NaI , 340nmNaNO）光谱带宽：2.0nm噪声：iG.001A （500nm,开机预热半小时后）测光方式：吸光度、透过率、反射率、样品能量、参比能量光度范围：-0.3A 3A检测器：硅光电池二、分光光度计的使用（1）仪器使用前的设置打开仪器侧面的电源开关，仪器开始初始化，约3分钟初始化完成。一般仪器需开机预热15分钟后进行后续测量。在主菜单界面选择光恒测量 廓认） ,按ENTER1,进入光度测量界面， 按|START/STOP 键进入样品测定界面。设定波长。按|goto入|键,通过数字键输入所需的波长，按ENTER健确认。按S