水污染控制工程-实验指导.ppt

水 处 理 实 验,2005年5月,水处理：,城市给水处理工艺流程,用户,城市生活污水处理工艺流程,工业废水处理：各类废水依水质特点而采用不同处理工艺,啤酒厂废水处理工艺：啤酒废水可生化性好，常用好氧生物处理工艺,染料染色废水：一般采用物化处理工艺,目 录,实验一 混凝实验实验二 过滤实验实验三 絮凝沉淀实验实验四 曝气设备清水充氧性能的测定 实验五 活性炭吸附实验实验六 气浮实验实验七 综合水处理实验,实验一 混凝实验,一、实验目的二、实验原理三、实验装置、设备及材料四、实验内容及步骤,1、通过实验观察混凝现象，加深对混凝 理论的理解；2、学会选择和确定最佳混凝工艺条件的基本方法；3、了解影响混凝过程的相关因素。,一、实验目的,天然水体中存在大量悬浮物，悬浮物的形态是不同的，大颗粒悬浮物可在自身重力作用下沉降；另一种是胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能除去的。因为水中胶体颗粒微小、主要是带负电的粘土颗粒，胶粒间存在着静电斥力、胶粒的布朗运动、胶粒表面的水化作用，使胶粒具有分散稳定性。因此可在废水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳定性，并提供胶粒碰撞的动能，使废水中的胶体和细小悬浮物聚集成具有可分离性的絮凝体，再加以分离除去。消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫脱稳。脱稳后的胶粒，在一定的水力条件下，才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。直径较大且较密的矾花容易下沉，自投加混凝剂直至形成矾花的过程叫混凝。影响混凝效果的因素有：水体的PH值、混凝剂种类、水温、混凝剂投加量、水力条件等。,二、实验原理,三、实验装置、设备及材料,1、设备 混凝试验搅拌器、浊度计、酸度计、磁力搅拌器各1台 2、器皿 烧杯 量筒 注射针筒 50 ml 锥形瓶 温度计 移液管3、试剂盐酸 10%FeCl3溶液 10g/L NaOH溶液 10%聚合氯化铝溶液 10g/L 硫酸铝溶液 10g/L,四、实验内容及步骤,1、最佳投药量实验步骤 2、最佳pH值实验步骤,1、最佳投药量实验步骤,二、最佳pH值实验步骤,实验二 过滤实验,一、实验目的二、实验原理三、实验装置、设备四、实验步骤,1、了解滤料的级配方法；2、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；3、掌握反冲洗滤层时水头损失计算方法。,一、实验目的,、为了取得良好的过滤效果，滤料应具有一定级配。滤料级配是指将不同大小粒径的滤料按一定比例加以组合，以取得良好的过滤效果。我们用一套孔径为0.2-2mm的筛子筛分滤料试样，选取合适的粒径级配。通过d10、d80、k80这些指标来反映滤料的级配状况。、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。当滤速不高，清洁滤层中水流属层流时，水头损失与滤速成正比，两者成直线关系；当滤速较高时,即水头损失增长率超过滤速增长率。3、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。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，当反冲洗进度增大后，滤料层完全膨胀，处于流态化状态。根据滤料层膨胀前后的厚度便可求出膨胀度（率）。,二、实验原理,三、实验装置、设备,1、过滤装置 2、实验设备及器皿：过滤柱：有机玻璃d=100mm L=2000mm 一根测压板、测压管 一套筛子 孔径0.2-2mm，中间不少于4档 1组托盘天平(500g/0.1g)、烘箱、量筒、容量瓶、比重瓶、干燥器、钢尺、温度计等,四、实验步骤,1、滤料筛分 2、清洁砂层过滤水头损失实验3、滤层反冲洗实验,1、滤料筛分,称取洗净并105烘干的滤料200g；用孔径0.12.0mm的一组筛子过筛，称出留在各筛号上的砂重（精确到0.1g）；所有各筛余重量与底盘中剩余试样重量之和与筛分前的试样总重相比，其差值不应超过1%；记入表2-1注意：用筛子筛分滤料时不要用力拍打筛子,滤料筛分实验结果,表2-1 滤料筛分记录表 实验日期：,2、清洁砂层过滤水头损失实验,3、滤层反冲洗实验,实验三 絮凝沉淀实验,一、实验目的二、实验原理三、实验装置、设备四、实验步骤,沉淀:借重力作用从液体中除去固体颗粒的过程。,根据水中悬浮物性质和浓度，沉淀过程可分为四类,自由沉淀,絮凝沉淀,压缩沉淀,成层沉淀,自由沉淀:悬浮物浓度低，离散性颗粒、互不 干扰，沉速不变。（等速）,絮凝沉淀：悬浮颗粒浓度不高,具絮凝性,沉淀过程中颗粒凝聚变大,沉速变大.沉速是一变速.,成层沉淀：悬浮物浓度较高，颗粒有凝集性，颗粒间互相干扰、牵扯形成层状物整体下沉，清浊界面明显，沉速即为界面下沉的速度。,压缩沉淀：悬浮物浓度很高，颗粒互相接触支撑，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间的水被挤出，颗粒被压缩。,一、实验目的,1了解絮凝沉淀的特点和规律；掌握絮凝沉淀实验方法和实验数据整理方法。,二、实验原理,悬浮物浓度不太高，一般在600700mg/L以下的絮状颗粒的沉淀属于絮凝沉淀。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一变速。絮凝沉淀过程现象复杂。颗粒碰撞时可能有互相阻碍作用，故在絮凝期间，颗粒向下运动的同时也可能向上运动。此外，颗粒到达池底以前还可能因液流的作用被破碎。目前尚无理论公式可用以描述沉淀池中的这一复杂现象，一般是通过沉淀柱中的静态试验来确定某一指定的悬浮物去除率。实验采用的沉淀柱高应尽量接近实际沉淀池的深度，可采用23m，直径一般不小于100mm，沉淀柱的不同深度设有取样口，试验时，首先混匀水样并测定原水的初始悬浮物浓度，然后在不同的沉淀时间从各取样口取出水样，测定悬浮物的浓度，并计算出悬浮物的去除百分率。然后将这些去除百分率点绘于相应的深度与时间的坐标上，将去除率相等的各点相连绘出等去除率曲线，最后借助于这些等效率曲线计算对应于某一停留时间的悬浮物去除率。,等去除率曲线,三、实验装置、设备,四、实验步骤,1、将待测水样注入原水箱，按最佳投药量加入一定量的絮凝剂，迅速搅拌12分钟，然后缓缓搅拌；2、矾花形成后取200ml测定SS。将水样通过高位水 箱注入沉淀柱；3、水样注入到.米处，关闭阀门停止进水；4、10分钟后在1#沉降柱选取的5个取样口（水深50、80、110、140、170cm处）同时取 100 ml水样并测定各样品的SS；5、在第20、30、40、50分钟分别在2#、3#、4#、1#沉降柱各取样一次，每次都是5个取样口同时取100ml 水样，并测定各样品的SS。,103105烘干的总不可滤残渣悬浮物的测定,总不可滤残渣（悬浮物SS）是指不能通过滤器的固体物。当用滤纸法或石棉坩埚法测定时，由于滤孔大小对测定结果有很大影响，两种方法所得结果与滤膜法有差异，报告结果时应注明测定方法。石棉坩埚法通常用于测定含酸或碱浓度较高的水样的悬浮物。滤膜(纸）法用滤膜（或中速定量滤纸）过滤水样，经103105烘干后得到悬浮物含量。步骤：（1）将1张滤膜放在称量瓶中，打开瓶盖，每次在103105烘干2h，取出放入干燥器内，放冷后盖好瓶盖称重，直至恒重为止（两次称重相差不超过0.0005g）。（2）分取除去漂浮物后，振荡均匀的适量水样（使含总不可滤残渣大于2.5mg），通过上面称至恒重的滤膜过滤，用蒸馏水冲洗残渣3-5次。如样品中含油脂，用10ml石油醚分两次淋洗残渣。（3）小心取下滤膜，放入原称量瓶内，在103105烘箱中，打开瓶盖，每次烘2h取出，放入干燥器内，放冷后盖好瓶盖称重，直至恒重为止。计 算 式中：A总不可滤残渣+滤膜及称量瓶重（g）；B滤膜及称量瓶重（g）；V水样体积（ml）注意：树枝、水草等漂浮杂质应从水样中去除。废水粘度高时，可加2-4倍蒸馏水稀释，振荡均匀，待沉淀物下降后再过滤。滤纸法方法原理、步骤和计算与滤膜法相同。采用中速定量滤纸为滤料，用前应先用蒸馏水洗滤纸，以除去可溶性物质，再烘干至恒重。,注意事项：1、由于絮凝沉淀的悬浮物去除率与池子深度有关，所以试验用的沉淀柱的高度应与拟采用的实际的沉淀池的高度相同；2、水样注入沉淀柱速度不能太快，要避免矾花搅动影响测定结果的正确性。也不能太慢，以免实验开始前发生沉淀。3、由于水样中悬浮物浓度较低，测定时易产生误差，最好每个水样都能做两个平行样品，但取样太多会影响水深，因此可23组同学做同样浓度的实验，然后取平均值以减少误差。、由于有较多的样，注意记录称量瓶号、水样号等的对应,五、结果讨论,1、指定深度与时间的沉淀柱水样SS测定值 2、指定深度与时间的沉淀柱水样SS的去除率 3、实验数据整理,1、指定深度与时间的沉淀柱水样SS测定值,2、指定深度与时间的沉淀柱水样SS的去除率,3、实验数据整理,如,如图,方法,计算总去除百分率E,由于u1/u0=h1/H，u2/u0=h2/H，所以在实际应用中总去除百分率的计算可以简化为：,P+,P+,式中：P1、P2、Pn为悬浮物去除百分数：P=P2-P1=P3-P2=Pn-P n-1h1、h2、hn分别表示在时间t0时，曲线P2与P3、P3与P4P n-1与Pn之间的中点高度,P,实验四 曝气设备清水充氧性能的测定,一、实验目的二、实验原理三、实验装置、设备四、实验步骤五、结果整理,一、实验目的,1、加深理解曝气充氧的机理及影响因素；2、掌握测定曝气设备的氧总传递系数和充氧能力的方法；3、了解各种测试方法和数据整理方法的特点。,二、实验原理,KLa,(CsC)与t的关系曲线（半对数坐标）,三、实验装置与设备,四、实验步骤,1、用自来水进行叶轮表面曝气充氧试验2、用自来水进行鼓风扩散曝气充氧试验,1、用自来水进行叶轮表面曝气充氧试验,1、确定曝气池内测定点（或取样点）位置。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）。在实验室用实验模型试验时，只要一个测定点。2、测定曝气池的容积。3、曝气池内注入自来水，并进行曝气，数小时（0.5-1h）后，用溶解氧仪测定试验条件下自来水的溶解氧饱和浓度 CS和水温，继续曝气。4、计算COCl2和Na2SO4的需要量。5、将COCl2和Na2SO4溶解后直接投加在曝气叶轮处，或者用泵抽送曝气池，使其迅速扩散。6、待溶解氧降到零后开始上升时，计时测定测定点的溶解氧浓度，并作记录，直到溶解氧达到饱和值时结束试验（0.5-1min读数一次）。7、重复试验一次。,2、用自来水进行鼓风扩散曝气充氧试验,1、向柱内注入清水至1.0m处，测定水中溶解氧值，根据水的体积计算池内溶解氧量。2、计算COCl2和Na2SO4的投药量。3、将COCl2和Na2SO4溶解后由柱顶倒入柱内，稍加搅拌，几分钟后测定水中溶解氧，当水中溶解氧为零后，打开空压机到一定压力后，打开供气阀门开始曝气，记录时间，同时每隔一定时间（0.5min）读数记录一次溶解氧值，直到溶解氧达到饱和值时结束试验。4、实验中记录风量、风压、室温，注意观察曝气时柱内现象。5、更换不同的曝气头后，再进行14步骤实验。,注意事项,注意调试溶解氧测定仪，使用前标定零点及满度溶解氧测定仪探头的位置对实验影响较大，要保持位置的固定不变，探头应保持与被测溶液有一定相对流速，一般在cm/s，测试中应避免气泡和探头直接接触，引起数显跳动影响读数,五、实验结果整理,实验五 活性炭吸附实验,一、实验目的二、实验原理三、实验装置、设备四、实验步骤,一、实验目的,1、加深理解吸附的基本原理；2、通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，熟悉实验过程的操作；3、掌握用“间歇”法、“连续流”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法及活性炭吸附公式中常数的确定方法。,二、实验原理,固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，当某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面，这就是吸剂。当把活性炭作为吸附剂时,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，重新进入水中即同时发生解吸现象。当吸附和解吸处于动态平衡时，即单位时间内活性炭吸附的数量等于解吸的数量时，此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，达到了平衡，称为吸附平衡。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。在温度一定的条件下，活性炭的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，即将平衡吸附量qe与相应的平衡浓度Ce作图得吸附等温线，描述吸附等温线的数学表达式称为吸附等温式。,式中 qe-吸附容量，mg/g K-Freundlich吸附系数，与吸附比表面积、温 度有关的系数；n-与温度有关的常数，n1 Ce-被吸附物质平衡浓度（mg/L）,通常通过间歇式活性炭吸附实验测得qe、Ce一一对应值，再用图解方法求出K、n的值。为了方便易解，将上式变换成线性对数关系式：,将qe、Ce相应值点绘在双对数坐标纸上，所得直线的斜率为1/n，截距为k。当1/n值越小活性炭吸附性能越好，一般认为当1/n=0.10.5时，水中欲去除杂质易被吸附；1/n2时难于吸附。当1/n较小时多采用间歇式活性炭吸附操作，当1/n较大时，适宜采用连续式活性炭吸附操作。,等温吸附式,三、实验装置与设备,1、实验装置2、间歇性吸附采用三角烧杯内装入活性炭和水样进行振荡的方法；3、连续流式采用有机玻璃柱内装活性炭；4、实验设备及仪器仪表 振荡器 THZ82型 1台 pH计 pHS型 1台 活性炭柱、活性炭、水样调配箱、恒位箱、光度计、温度计、水泵等,四、实验步骤,一、间歇式吸附实验步骤1、取100ml水样，测定原水的浓度，测出原水的pH及温度。2、在个三角烧杯中分别放入、100、200、300、400、500mg粉状活性炭，加入150ml 水样，放入振荡器振荡30分 钟。3、过滤各三角烧杯中水样，并测定浓度，记入 表5-1。,注意：间歇吸附实验所求得的qe如果出现负值，则说明活性炭明显地吸附了溶剂，此时应调换活性炭或调换水样,二、连续流吸附实验步骤1、配制水样，使其含适量的被吸附物质，并测出原水的溶质浓度；2、在活性炭吸附柱中，各装入炭层厚200g活性炭；3、启动水泵，将配制好的水样连续不断地送入高位恒位水箱；4、打开活性炭吸附柱进水阀门，使原水进入活性炭柱，并控制流量为80ml/min左右，按升流或降流的方式运行；5、运行稳定后，每隔1030min 测定并记录各活性炭柱出水的溶质浓度，连续运行直至出水中溶质浓度达到进水中溶质浓度的0.90.95为止,将结果记录在 表5-2中；6、变化流速重复进行实验。注意事项：1、连续流吸附实验时，如果第一个活性炭柱出水中溶质浓度值很小，则可增大进水流量或停止第二、三个活性炭柱进水，只用一个炭柱。反之，如果第一个炭柱进出水溶质浓度相差无几，则可减少进水量。2、进入活性炭柱的水中浑浊度较高时，应进行过滤去除杂质。,实验六 气浮实验,气浮法是进行固液分离的一种方法。它常被用来分离密度小于或接近于“1”、难以用重力自然沉降法去除的悬浮颗粒。是一种很重要的水质净化单元过程。按产生气泡的方式分溶气气浮、充气气浮、电解气浮等。在给水排水工程中气浮法常在以下几方面被运用：1、固-液分离：污水中固体颗粒粒度很细小，颗粒本身及其形成的絮体密度接近或低于水，很难利用沉淀法实现固液分离的各种污水可用气浮法处理。2、在给水方面，气浮法应用于高含藻水源、低温低浊水源、受污染水源和工业原料盐水等的净化。3、液-液分离：从污水中分离回收石油、有机溶剂的微细油滴、表面活性剂及各种金属离子等。4、用于要求获得比重力沉淀更高的水力负荷和固体负荷或用地受到限制的场合。5、可有效地用于活性污泥浓缩。6、由于悬浮颗粒的性质和浓度、微气泡的数量和直径等多种因素都对气浮效率有影响，因此，气浮处理系统的设计运行参数常要通过试验确定。,运用最为广泛的气浮工艺是部分回流式压力溶气气浮。,竖流式气浮池,平流式气浮池,影响气浮的因素：,、空气在水中的溶解量：与压力、温度等有关；、气泡直径大小：与释放器有关，溶气罐操作也有影响；、接触、分离时间：与水流量等有关；、水质、加药种类、数量等。气固比是设计气浮系统时经常使用的一个基本参数；减压释放的气体（kg/d)进水的固体物（kg/d)在一定范围内，气浮效果随气固比增大而增大，但气固比增加，动力消耗增大，回水量增加，处理量减少，效率降低。气固比要适当。对部分回流式压力溶气气浮工艺而言，就是调整回流比。,实验七 综合水处理实验,通过对给水、排水基本实验的操作，对常用水处理工艺已有一定了解与掌握。给定原水，通过对原水水质相关指标的测定，根据出水要求，自行设计实验方案，要求处理工艺中至少含两个水处理单元。并根据实验结果分析，评价处理方案的合理性。,水的回用途径污水回用的制约因素：水质 处理费用城市污水回用中水回用技术中水：工业生产中称中水为循环水或回用水；城市污水处理工程中称中水为再生水。通常指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用杂用水，其水质介于生活饮用水水质和允许排放污水水质标准之间。中水回用方式（1）独立建筑物回用方式（2）小区回用方式（3）区域性回用方式 城市供水,使用城市供水设施,使用杂用水设施,单元（小区）污水处理装置,中水处理装置,排放,降水,中水水处理工艺流程,优质杂排水和杂排水作为中水水源采用流程物化处理工艺 生化处理工艺利用生活污水作为中水水源采用流程二段生物处理生物物化处理,中水物化处理工艺流程,中水生化物化处理工艺流程,中水二段生物处理工艺流程,污水综合实验装置包括污水处理实验装置（一段）铁-碳微电解、混凝沉淀池污水处理实验装置（二段）SBR反应器、二沉池污水处理实验装置（三段）快滤池、活性炭吸附柱、臭氧氧化系统、紫外线氧化杀菌系统,