水污染控制工程实验报告

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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

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----------------------------- 3

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:

d /dt=K La(s- )( 1)

式中 d /dt:氧转移速率, mg/ ( Lh );

K La:氧的总传质系数, h-1;

s:实验条件下自来水(或污水)的溶解氧饱和浓度,mg/L ;

: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 K La、充氧能力 OC、氧利用率 E A、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 K La将

( 1)式积分,可得

1n( s— )=一 K La t + 常数(2)

此式子表明,通过实验测定s和相应与每一时刻 t 的溶解氧浓度后,绘制 1n( s— )与 t 关系曲线,其斜率即为 K La。另一种方法是先作 -t 曲线,再作对应于不同值的切线,得到相应的 d /dt,最后作

d /dt 与的关系曲线,也可以求出。

(2)充氧性能的指标

①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 ) = K La t (20℃)s(标) V( 3)

K La t (20℃) = K La t 1.02420 T (T: 实验时的水温 )

5/实验时的大气压(Pa)

s(标) = s(实验) 1.013 10

V:水样体积

②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/kW ·h)=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 )。

③氧转移效率(利用率,E A):单位时间内转移到液体中的氧量与供给的氧量之比。

E A = ( 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 ',并记录。

(3)根据'值计算实验所需要的消氧剂Na 2SO3和催化剂CoCl 2的量。

1

Na2 SO3

CoCl 2

Na2SO4( 6)+ 1/2O2

(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 = V '7.9 ( 150~200% )kg 或 g

催化剂 CoCl 2的投加量按维持池子中的钴离子浓度为0.05~0.5 mg/ 左右 , 其计算方法如下 :催化剂 CoCl 2的投加量 W 2 = V 0.5129.9/58.9

( 5)将消氧剂 Na2SO3和催化剂 CoCl 2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( 0.5~1min )读出溶解氧数值 ( ) 并记录,直到溶解氧不变时(此即实验条件下的s),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 (Na2SO3·7H2O) ; 8)氯化钻 (CoCl 2·6H 2O)

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:

①模型池内径 D =34.72cm ,高度 H =0.28 m ,水体积 = 0.0265 m 3

②水温 16.6 ℃,实验室条件下自来水的

-1 = 7.66 mg L·

③电动机功率

④测定点位置

⑤消氧剂 Na2SO3投加量 3.2g,催化剂 CoCl 2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/min

/( mg·L -1)

24681012141618202224 0.96 1.32 3.21 3.82 4.35 4.69 4.93 5.08 5.2 5.25 5.28 5.28

(s- )/( mg·L -1) 6.7 6.34 4.45 3.84 3.31 2.97 2.73 2.58 2.46 2.41 2.38 2.38

表 1不稳定状态下充氧实验记录

2

六、作图(用坐标纸或者计算机画图粘贴)

(1)以溶解氧浓度为纵坐标、时间t 为横坐标,用上表的数据作与t的关系曲线。

(2)根据实验曲线-t 计算相应与不同值的 d /dt,记录与表2

表 2 不同值的 d /dt

(mg·L -1)

d /dt( mg·L -1·min -1)0.96 1.32 3.21 3.82 4.35 4.69 4.93 5.08 5.2 5.25 5.28 5.28 0.480.330.540.480.440.390.350.320.290.260.240.22

(3)分别以ln(s-)和 d /dt为纵坐标、时间t 和为横坐标,绘制出两条实验曲线。

计算 K L

由上可知,两种方法求得K L分别为 0.0482 和 0.0383,求平均值为0.0433

3

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。

4

(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 1E-t 、与 E-u 原始记录数据

原水样 SS 值0.105 mg/L

时间 /min

015304560120

采样点指标

M 1(mg) 1.0319 1.0266 1.0251 1.0187 1.037 1.0451 m2 (mg) 1.034 1.0421 1.039 1.0349 1.0572 1.0654 SS(mg/L)0.1050.7750.6950.81 1.01 1.015 E(%)0 6.381 5.619 6.71438.6198.6667六、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

5

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 (1~ 100nm)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10~30s 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。

6

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2~5 号烧杯混凝剂投加量,把混凝剂分别加入1~6 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 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 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 1 6 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) 1 %FeCl 3溶液 500mL 。

(10)实验用原水 (配制 )。’

(11) 注射针筒。(12) 10%的 NaOH 溶液和 10%HCl 溶液 500mL 各 1 瓶

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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。

20 0C;浊度表 1最佳投药量实验记录

原水温度52.0; pH7.54;使用混凝剂的种类、浓度F e CL 31/100水样编号12345678

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 )36.223.62317 6.39.2

1快速搅拌min转速r/min 备注2中速搅拌min转速r/min

3慢速搅拌min转速r/min

4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 F e CL 31/100水样编号12345678

10%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 )36.223.62317 6.39.2

1快速搅拌min转速r/min 备注2中速搅拌min转速r/min

3慢速搅拌min转速r/min

4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。

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水样编号

pH 值

混凝剂加注量(ml )

速度

/r min·-

1

时间

/min

速度

快速搅拌/r min·-

1

时间

中速搅拌/min

速度

慢速搅拌/r min·-

1

速度梯度时间/min

G/s-1

快速沉淀水浊

中速度(NTU )慢速

平均

1

2

3

平均

12345678 7.547.547.547.547.547.54

16.516.516.516.516.516.5 500500500500500500

111111

----200300350400

----20202020

50100--------

2020--------

15.539.399.7172.1211.7253.4

-2.9-0.4 6.4 2.44 4.8

-0.1-0.46 2.5 4.14

-0.9-0.7 6.2 2.6 3.61

-1.3-0.5 6.2 2.5 3.9 3.3

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。

9

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

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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>(1 ~3.9)× 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:

t w r v R f

v2PA2PA

式中: v—滤液体积m3t—过滤时间s

p—过滤压力kg/m 2

A —过滤面积

2

m

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

r—比阻 m/kg 单位过滤面积上单位干重滤饼所具有的阻力

R f—过滤介质阻抗 1/ m2

上式如以v-t/v 作图如下:

(1)kg/m3

V uwr/2pA2

/

t

uR f/pA

V

欲求 r,则先作图求b,计算如下:

由定义: w=(Q 0-Q f ).C k/ Q f

液体物料平衡关系:Q0= Q f +Q k(2)

固体物物料平衡关系:Q0.C0=Q f.C f+Q k.C k(3)

式中: Q0、 C0—原污泥量( mL )与原污泥中固体物浓度g/mL ;

Q f、 C f—滤液量( mL )与滤液中固体物浓度g/mL

Q k、 C k—滤饼量( mL )与滤饼中固体物浓度g/mL

由( 2)、( 3)式得

Q0 (C0C k )

Q f

(C f

,代入 w 定义中,因 C f≈ 0 所以, w=C 0.C k/

C k )

(C k - C0)。

三、实验步骤

1. 将一滤纸编号,在105~110℃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;

11

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 V 1,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 C k=(m 2 -m1)/V

1( 或 80mL), 与 C0=(m 2 -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/min

1234567891011

滤液量 /mL

911.523.325.23139.745.351576378. 5

3.实验数据处理

t/V-V 的关系与 C0,C k

V/mL

911.523.325.23139.745.351576378.5

T/V(min.mL -1 )

0.1110.1730.1290.1580.1610.1510.1550.1570.1580.1590.141

C0

0.0830.0830.0830.0830.0830.0830.0830.0830.0830.0830.083

C k

0.1060.1060.1060.1060.1060.1060.1060.1060.1060.1060.106

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。

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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 2.34x10 5m/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。

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《水污染控制工程实验报告.doc》
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