环境工程专业实验教程

环境工程专业实验教程

薛文平主编

张秀芳马红超薛芒张新欣编

2009年6月

前 言

实验教学是使学生理论联系实际，培养学生观察问题、分析问题和解决问题能力的一个重要方面。实验教学目的有：加深学生对基本概念的理解，巩固新的知识；使学生了解如何进行实验方案的设计，并初步掌握环境工程实验研究方法和基本测试技术；通过实验数据的整理，使学生初步掌握数据分析处理技术。包括如何收集实验数据；如何正确地分析和归纳实验数据；运用实验成果验证已有的概念和理论等。

本教材共分四个部分。第一部分水污染控制工程实验部分选编了10个实验，分别为混凝实验、自由沉淀实验（累计沉泥量法）、自由沉淀实验（累计曲线法）、过滤实验、污泥比阻的测定、工业污水可生化性实验、活性炭吸附实验、酸性废水过滤中和实验、光催化氧化降解染料以及应用TiO2纳米催化剂光催化降解废水。

第二部分环境监测实验部分选编了7个实验，分别为水质参数测定、化学需氧量的测定、气相色谱分析水中有毒有机污染物、校园空气质量监测、土壤中镉的测定（原子吸收分光光度法）、环境噪声监测以及紫外可见分光光度法测定有机毒物苯酚。

第三部分环境仪器分析实验部分选编了6个实验，分别为原子吸收法测定地面水中重金属——(一) 样品制备与标准系列制备、（二）浓度测定、氨气敏电极测定污水中的氨氮、紫外分光光度法测定污水中的油、气相色谱仪结构与原理——实物讲解和苯系物的分离实验、碘分子选择电极间接法测定环境水质中汞(Hg2+)。

第四部分环境工程微生物实验部分共选编了8个实验，分别为显微镜的使用及微生物形态的观察、培养基的制备及灭菌、微生物染色、酵母（或其他微生物）细胞的计数、水中细菌总数的测定、废水的生物降解、细菌纯种分离、培养和接种技术、好氧活性污泥的培养与驯化。

书后备有11个附录供实验研究使用时参考。

本教材适用于在校的环境工程专业的大中专学生使用。

本书由大连工业大学环境工程专业薛文平教授主编，张秀芳、马红超、薛芒、张新欣参加编写。

在编写教材的过程中得到了许多专业老师的帮助，特别是董晓丽教授的指导以及马春老师、郝军老师、孙德栋老师的帮助，在这里向曾提供指导和帮助的同志表示衷心的感谢！由于时间有限，教材中有不当之处，敬请读者给予批评指正，在此表示诚挚的谢意！

编者

2009年4月

目录

第Ⅰ部分水污染控制工程实验

实验1 混凝实验 (1)

实验2 自由沉淀实验（累计沉泥量法） (5)

实验3 自由沉淀实验（累计曲线法） (11)

实验4 过滤实验 (14)

实验5 污泥比阻的测定 (19)

实验6 工业污水可生化性实验 (26)

实验7 活性炭吸附 (32)

实验8 酸性废水过滤中和实验 (36)

实验9 光催化氧化降解染料 (39)

实验10 应用TiO2纳米催化剂光催化降解废水 (41)

第Ⅱ部分环境监测实验

实验1 水质参数测定 (42)

实验2 化学需氧量的测定 (43)

实验3 气相色谱分析水中有毒有机污染物 (46)

实验4 校园空气质量监测 (47)

实验5 土壤中镉的测定(原子吸收分光光度法) (53)

实验6 环境噪声监测 (55)

实验7 紫外可见分光光度法测定有机毒物苯酚 (56)

第Ⅲ部分环境仪器分析实验

实验1 原子吸收法测定地面水中重金属——

（一) 样品制备与标准系列制备 (59)

实验2 原子吸收法测定地面水中重金属——

（二）浓度测定 (61)

实验3 氨气敏电极测定污水中的氨氮 (64)

实验4 紫外分光光度法测定污水中的油 (65)

实验5 气相色谱仪结构与原理——

实物讲解和苯系物的分离实验 (67)

实验6 碘分子选择电极间接法测定环境水质中汞(Hg2+) (68)

第Ⅳ部分环境工程微生物实验

实验1 显微镜的使用及微生物形态的观察 (69)

实验2 培养基的制备及灭菌 (79)

实验3 微生物染色 (84)

实验4 酵母（或其他微生物）细胞的计数 (87)

实验5 水中细菌总数的测定 (89)

实验6 废水的生物降解 (92)

实验7 细菌纯种分离、培养和接种技术 (94)

实验8 好氧活性污泥的培养与驯化 (99)

附录

附录1 水样的采集与保存 (102)

附录2 主要水质指标的分析方法 (105)

附录3 水质分析仪使用说明 (117)

附录4 DDS-11A型电导率仪使用说明 (120)

附录5 WGZ-1数字式浊度仪使用说明 (121)

附录6 721型分光光度计使用方法 (122)

附录7 微波密封消解COD速测仪使用说明 (123)

附录8 GC122气相色谱仪操作步骤 (124)

附录9 原子吸收测试步骤 (125)

附录10 教学用培养基 (126)

附录11 水处理系统中常见的原生及微型后生动物 (128)

参考文献 (134)

第Ⅰ部分水污染控制工程实验

实验1 混凝实验

一、 实验目的

通过本实验希望达到下述目的：

1．学会求得给定水体最佳混凝条件（包括投药量、pH值）的基本方法。

2．加深对混凝机理的理解。

二、实验原理

混凝通常能有效地去除原水中的悬浮物和胶体物质，降低出水浊度和BOD5；混凝一般适用于粒度在1nm～100μm的分散体系。

胶粒在水中受几方面的影响：由于胶粒带电，产生的静电斥力；布朗运动；分子之间存在着相互引力—范德华引力；极性水分子吸引到它周围形成一层水化膜。受这几方面影响因素的影响，胶体微粒长期处于分散状态，比较稳定，难于被去除。

胶体颗粒被去除主要是通过以下三个作用：

1．压缩双电层作用

水中胶粒能维持稳定的分散悬浮状态，主要是由于胶粒的ξ电位。如能消除或降低胶粒的ξ电位，就有可能使微粒碰撞聚结，失去稳定性。ξ电位的降低是依靠胶粒表面的双电层变薄而实现的。

2．吸附架桥作用

无机小分子的混凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成高分子聚合物，具有线性结构。这类高分子顺被胶体微粒所强烈吸附。因其线性长度较大，当它的一端吸附某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体。

3．网捕作用

有些混凝剂水解后能生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。

影响混凝效果的因素有：

（1）水温，水解是吸热反应，所以水温对无机盐类混凝的效果影响极大；

（2）pH，硫酸铝：pH为6.5～7.5，除水中的浊度；pH为4.5～5，脱色。Fe2+：pH>8.5，Fe3+：pH为6.0～8.4，一般高分子混凝剂尤其是有机高分子混凝剂，受pH的影响较小。

（3）水中杂质的成分、性质和浓度，例如：天然水中杂质为粘土类，加的絮凝剂量就少；污水中有机物含量大，消耗絮凝剂的量就大。

1

（4）水力条件，混凝过程包括混合和反应两个阶段。混合阶段：快速和剧烈搅拌，几秒钟内可以完成。反应阶段：随着絮凝体的结大而降低。

（5）混凝剂的种类，取决于去除污染物的性质、浓度。如主要去除胶体状态的污染物，应优先选择无机混凝剂。

（6）混凝剂的投加量，存在最佳的投加量。普通铁盐、铝盐为10～100mg/L；聚合盐为普通盐的1/2～1/3；有机高分子混凝剂为1～5mg/L。

（7）混凝剂投加顺序，一般为先加无机混凝剂，后加有机混凝剂。

常用的混凝剂有：无机小分子的混凝剂，如铁盐和铝盐；高分子混凝剂，如，聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）以及聚丙丙稀酰胺（PAM）等。

三、实验装置与设备

1．HJ-6六联恒温磁力搅拌器GDS-3型1台

2．光电子式浊度仪PHS型1台

3．酸度计1台

4．烧杯500ml 6个

5．量筒1000ml 1个

6．移液管1、2、5、10ml 各2支

7．注射针筒、温度计、秒表等。

四、实验步骤

混凝实验分为最佳投药量和最佳pH值两部分。在进行最佳投药量实验时，先选定一种搅拌速度变化方式和pH值，示出最佳投药量。然后按照最佳投药量求出混凝最佳pH值。

在混凝实验中所用的实验药剂及其浓度分别为：

1．硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O 浓度10g/l

2．三氯化铁 FeCl3·6H2O 浓度10g/l

3．化学纯盐酸HCl 浓度10%

4．化学纯氢氧化钠NaOH 浓度10%

（一）最佳投药量实验步骤

1．用6个500ml的烧杯，分别放入200ml原水，放在搅拌器平台上。

2．确定原水特征，即测定原水水梓混浊度、pH值、温度。

3．确定形成矾花所用的最小混凝剂量。方法是通过慢速搅拌烧杯中200ml原水，并每次增加1ml浊凝剂投加量，直至出现矾花为止。这时的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量。

2

4．确定实验时的混凝剂投加量。根据步骤3得出的形成矾花最小混凝剂投加量，取其1/3作为1号杯的混凝剂投加量，取其2倍作为6号烧杯的混凝剂投加量，用依次曾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、反混凝剂分别加入1～6号烧相当于中。

5．启动搅拌机，快速搅拌半分钟；中速搅拌10min；慢速搅拌10min。如果用污水进行混凝实验，污水胶体颗粒比较脆弱，搅拌速度可适当放慢。

6．关闭搅拌机，静止沉淀10min，用注射针筒抽出烧杯中的上清液，放入200ml 烧杯内，立即用浊度仪测定浊度，每杯水样测定三次，记入表1-1中。

（二）最佳pH值实验步骤

1．取6个500ml烧杯分别放入200ml原水，置于实验搅拌器的平台上。

2．确定原水特征，测定原水浊度、pH值、温度。本实验所用原水和最佳投药量实验时必须完全相同。

3．调整原水pH值，用移液管依次向1号、2号、3号装有水样的烧杯中分别加入2.5、1.5、 0.7mi10%浓度的盐酸，依次向5号、6号装有水样的烧杯中分别加入0.2、0.7ml10%浓度的氢氧化钠。

该步骤也可采用变化pH值的方法，即调整1号烧杯水样使其pH值等于3，其它水样的pH值（从1号烧杯开始）依次增加一个pH值单位。

4．启动搅拌机，快速搅拌半分钟；随后从各烧杯中分别取出50ml水样放入三角烧杯，用pH仪测定各水样pH记入表1-2。

5．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）。

6．启动搅拌机，快速搅拌半分钟；中速搅拌10min；慢速搅拌10min。

7．关闭搅拌机，静止沉淀10min，用注射针筒抽出烧杯中的上清液，放入200ml 烧杯内，立即用浊度仪测定浊度，每杯水样测定三次，记入表1-2中。

注意事项

1．最佳投药量、最佳pH值实验中，向各烧杯投加药剂时希望同时投加，避免因时间隔较长各水样加药后反应时间长短相差太大，混凝效果悬殊。

2．在测定水的浊度、用注射针筒抽吸上清液时，不要扰动底部沉淀物。同时，各烧杯抽吸的时间间隔尽量减小。

五、实验结束整理与讨论

（一）最佳投药量实验结果整理

1．把原水特征、混凝剂投加情况、沉淀后的剩余浊度记入表1-1。

2．以沉淀水浊度为纵坐标，混凝剂加注量为横坐标，绘出浊度与药剂投加量关系曲

3

线，并从图上求出最佳混凝剂投加量，并讨论。

（二）最佳pH值实验结果整理

1．把原水特征、混凝剂加注量、酸碱加注情况、沉淀水浊度记入表1-2。

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值及其适用范围，并讨论。

思考题

1．根据最佳投药量实验曲线、分析沉淀不浊度与混凝剂加注量的关系。

2．在实际的水处理中，混凝通常用于哪级处理？

3．混凝效果和哪些因素有关？

表1-1 最佳投药量实验记录

第小组姓名实验日期

原水水温浊度pH

使用混凝剂种类、浓度

水样编号 1 2 3 4 5 6 混凝剂加注量（ml）

混凝剂加注量（ml/l）

1

2

沉淀水浊度

3

平均

表1-2 最佳pH值实验记录

第小组姓名实验日期

原水水温浊度

使用混凝剂种类、浓度

水样编号 1 2 3 4 5 6 HCl 投加量(mg/l)

NaOH投加量(mg/l)

pH值

混凝剂加注量（ml）

混凝剂加注量（ml/l）

1

2

沉淀水浊度

3

平均

4

5实验2 自由沉淀实验（累计沉泥量法）

一、实验目的

沉淀法是水处理中最基本方法之一。它是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程，是水污染控制中用以去除水中杂质的常用方法。沉淀可分为四种基本类型：即自由沉淀；凝聚沉淀；成层沉淀；压缩沉淀。自由沉淀用以去除低浓度的离散性颗粒如砂砾、铁屑等。这些杂质颗粒的沉淀性能，一般都要通过实验测定。

本实验采用测定沉淀柱底部不同历时累计沉泥量方法，找出去除率与沉速的关系。

通过本实验希望达到下述目的：

1．初步了解用累计沉泥量方法计算杂质去除率的原理和基本实验方法。

2．比较该方法与累计曲线(或重深分析曲线)法的共同点。

3．加深理解沉淀的基本概念和杂质的沉降规律。

二、实验原理

若在一水深为H 的沉淀柱内进行自由沉淀实验(见图2—1)。实验开始时，沉淀时间为零，水样中悬浮物浓度为Co ，此时沉淀去除率为零。当沉淀时间为t l 时，能够从水面到达和通过取样口断面的颗粒沉速为011

H u t =，而分布在h 1高度内沉速小于u 01的颗粒也能通过取样口断面，但是h l 高度以上的沉速小于uo 1的颗粒又平移到了h l 高度内，所以在t 1时取样所测得的悬浮物中仅不含有沉速大于、等于uo 1的颗粒。令t 1时取样浓度为C 1，即得到小于沉速011H u t =的悬浮物浓度为C l 。10

C C 是沉速小于uo l 的悬浮物占所有悬浮物的比例。令10

C C =p 01，便可依次得到uo 2、p 02、uo 3、p 03……，把u 0、p 0绘成曲线就得到了不同沉速的累积曲线。利用u 0与p 0的关系曲线可以求不同临界沉速的总去除率。

按照这样的实验方法，取样时应该取到沉淀柱整个断面，否则若只取得靠近取样口周围的部分水样，误差较大。同时绘制的uo 与p 0关系曲线应有尽量多的点。无疑这是一种非常麻烦且精度不高的方法。

6 如果把取样口移到底部(如图2—2)，直接测定累计沉泥量W t ，则是计算总去除率 的较好方法。例如，t 1=10min ，测得底部累计沉泥量W 1；而W l 与原水样中悬浮物含量W 0之比就是临界沉速为01

H u t =时的总去除率。同样，这种方法也适用于凝聚沉淀，它避免了重深分析法中比较繁琐的测定、作图、计算过程。

累计沉泥量测定法的具体计算分析如下：

假定沉降颗粒具有同一形状和密度，由此得出两个关系式：

1．颗粒沉速u s 与颗粒重量m 的函数关系式

()

s s s m u m a u α?==

2．颗粒沉速u s 与颗粒数目n 的函数关系式

1()

1s s n u b n u β?β

?==? 式中：α、β、a、b 是系数，与颗粒形状、密度、水的粘滞性等因素有关，其中α、β大于1。

由以上两式可得出水样中原始悬浮物浓度Co

max

10max 01

u s s ab C mdn abu du u αβαβαβ??+===?+∫∫ （2-1） 水中等于大于沉速u s 的颗粒浓度为C ≥us

7max

111max 0[]11

s

s u u s s s s u ab ab C abu du u u C u αβαβαβαβαβαβ??+?+?+≥==?=??+?+∫ (2—2) 令0

(1)ab

A C αβ=?+，α-β+1 = B，则

000(1)s B B u s s C C AC u C Au <=?=? （2—3） 那么水样中所有小于沉速u s 的颗粒浓度为C

00s s B

u u s C C C AC u ≥=?= (2—4)

00

s u B

s C p Au C <== (2—5)

经过沉淀t 时间、沉淀柱内残余的悬浮物含量有多少呢?应首先求出经沉淀t 时间、沉淀柱内全部沉淀的颗粒量(即沉泥量)W t 值。

设沉淀柱半径为r ，高为H ，0H

u t =为临界沉速。

max 0max 0

00222200

u u u u t s s s s s s u u W r Hmdn r h mdn r Habu du r h abu du αβ

αβ

ππππ??=+=+=∫∫∫∫

211

2max 00

()1u s s ab

r H u u r h abu du αβαβαβ

ππαβ?+?+??+?+∫

上式第二项中h s =u s t ，0

H

t u =，

2

1121

max 00()12t ab

ab

W r H u u r H u αβαβαβππαβαβ?+?+?+=?+=?+?+

211

max 0[]1(1)(2)ab

ab

r H u u αβαβπαβαβαβ?+?+??+?+?+ （2—6）

因为1max 01ab

u C αβαβ?+=?+，0

(1)ab

A C αβ=?+，α-β+1=B

8 则

2200000()(1)11B B t C A W r H C A

u r HC u B B

ππ=?=?++ （2—7） 式中：πr 2HCo 一沉淀柱中原有(即起始时)悬浮物重量(g)；2001B A r HC u B π+一经过沉淀t 时后沉淀柱中剩余悬浮物重量(g)。

剩余的悬浮物量与起始时悬浮物量之比称为沉淀t 时未去除的比例P t ，于是得 01B t A P u B

=+ (2—8) 这样，由式(2—5)或式(2—8)均可求出A 、B 值。对于累计沉泥量测定沉淀去除率用式(2—8)较为合适。可利用不同的P t 值求出A 、B 值(见实验结果整理)。也可用式(2—8)变换变量，得0log log log 1t A p B u B =++。令log t p y =、log 1A a B

=+，logu 0 = x ，即得直线方程y = a+Bx ，用一元线性回归配直线后便可求得a 、B ，并可求得A 值。 沉淀柱总去除率计算式为，0111B t A E p u B =?=?

+。如果已知沉淀池表面积为F(m 2)、 产水量Q(m 3／h)，则uo=l.667Q ／F(cm/min)，总去除率为

(1.667/)11B

A Q F E B

=?+ (2—9) 三、实验装置与设备

(一)实验装置

本实验由沉淀柱、高位水箱、水泵和溶液调配箱组成(见图2—3)。沉淀柱下部锥形部分 与上部直筒段焊接处理要光滑。实验沉淀柱自溢流孔开始向下标上刻度。水泵输水管和沉淀柱进水管均采用dg25白铁管。

(二)实验设备和仪器仪表

1．溶液调配水箱 塑料板焊接

长×宽×高=0.8×0.5×0.8m 3 一个

2．高位水箱 塑料板焊接

长×宽×高=0.6×O.5×0.4m 一个

3．水泵 112BA —6B 流量4.5—13m 3／h 1台

扬程12.8～8.8m

4．白铁管 dg25 8m

95．沉淀柱 有机玻璃制 1根

6．烘箱 1台

7．分析天平 1架

8．抽滤装置 1套

9．烧杯 200ml

10．蒸馏水等

四、实验步骤

本实验用测定沉淀柱底部（带有底阀)

不同历时的沉泥量方法。沉泥量累计值也是

累计沉淀时间的悬浮物去除值，它与沉淀柱

内原水的悬浮物含量之比就是在累计沉淀时

间内悬悬物总去除率。实验步骤如下：

1．启动水泵、把调配好的水样送入高位

水箱。

2．测定水样悬浮物含量，取200ml 水样

过滤、烘干测重。

3．开启沉淀柱进水阀门，待沉淀柱充满

水样后，即记录沉淀实验开始时间。

4．经过10、20、30……60min 分别在锥底取样口取样一次，每次取样50至200ml 。把水样过滤烘干测重。

注意事项

1．原水样如需投加混凝剂，应投加在高位水箱内，人工搅拌5～10min。

2．开启底部取样口阀门时，不宜开启度过大，只要能在短时间里把沉泥排出即可。

3．每次取样前观察水面高度H ，并记入表2—1中。

4．如果原水样悬浮物含量较低时，可把取样间隔时间拉长。

五、实验结果整理

1．把实验测得数据记入表2—1。

2．根据表2—1实验数据进行整理计算填入表2—2中。

3．利用表2—2数据和式(2—8)求出沉淀去除率表达式

01B A E u B =

+

六、实验结果讨论

1．累计沉泥量实验方法测定悬浮物去除率有什么问题？如何改进？

2．实验测得去除率E与数学计算比较误差为多少？误差原因何在？

表2—1 自由沉淀实验记录表

实验日期年月日

沉淀柱内径d= mm 原水样悬浮物含量C0= mg/l

取样序号沉淀时间

t(min)

沉淀高度

H(cm)

取样体积

V(ml)

取样沉泥量（干重）

W t(g) 表2—2 自由沉淀实验计算表

沉淀柱水样体积 l

10

11实验3 自由沉淀实验(累计曲线法)

一、实验目的

观察沉淀过程，求出沉淀曲线。沉淀曲线应包括：

1．沉淀时间t 与沉淀效率E 的关系曲线。

2．颗粒沉速u 与沉淀效率E 的关系曲线。

二、实验原理

在含有离散颗粒的废水自由沉淀过程中，若试验柱内有效水深为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to 可得颗粒沉淀速度u 0。那么沉速等于或大于u 0的颗粒在t 0时间内可全部除去，而对沉速小于u 0的颗粒则只能除去一部分，其去除的比例为u ／u 0 。

设x 0为沉速u

o u dx u ∫。所以，总去除率：000

01(1)x

u E x dx u u =?+∫。 沉淀开始时，可以认为悬浮颗粒在水中的分布是均匀的。随着沉淀历时的增加，试验柱内悬浮颗粒的分布变为不均匀，严格地说经过沉淀时间t 后，应将柱内有效水深H 的全部水样取出，测其悬浮物含量，来计算t 时间内的沉淀效率。这样，每个试验柱只能求一个沉淀时间的沉淀效率，致使实验工作量较大。为了简化实验及测定工作量，考虑到试验柱内悬浮物浓度沿水深逐渐加大，近似地认为在H ／2处水样的悬浮物浓度可以代表整个有效水深内悬浮物的平均浓度。于是如果将取样口装在H ／2处，在一个试验柱内可按不同沉淀时间多次取样。这样做虽有一定的误差，但一般情况下，在工程上还是允许的。且简化了实验过程。 三、主要实验设备

1．溶液调配水箱 1个

2．高位水箱 1个

3．水泵 1台

4．沉淀柱 Φ150×1000mm 1根

5．抽滤装置1套

6．分析天平1台

四、实验步骤

1．将水样倒入搅拌桶内，用泵循环搅拌约5min，使水样中悬浮颗粒分布均匀。

2．用泵将水样输入沉淀试验柱。在输入过程中，从柱中取样三次，每次约50ml(取样后要准确记录水样体积)。此水样的悬浮物浓度即为实验水样的原始浓度Co。．3．当水样升到溢流口沿溢流管流出之后，关紧沉淀试验柱底部的阀门，停泵并记下沉淀开始时间。

4．观察静置沉淀现象。

5．隔5、10、20、30、60、120min，从试验柱中部取样口取样三次，每次约50ml(准确记录水样体积)。取水样前要先排出取样管中的积水约10m左右，取水样后要测量工作水深的变化。

6．将每一种沉淀时间的两个水样作平行试验，用滤纸过滤（滤纸应当是在烘箱内烘干后称量过的），并把过滤后的滤纸放入已准确称量的带盖称量瓶内。在105～110℃烘箱内烘干，称量滤纸取带盖称量瓶的增重，即为水样中的悬浮物重量。

7．计算不同沉淀时间t的水样中的悬浮物浓度C，沉淀效率E，以及相应的颗粒沉速uo

画出E—t和E—u的关系曲线。

五、对实验报告的要求和讨论

1．做出实验记录及沉淀曲线。实验记录参考格式见表3—l。

2．分析实验所得结果。

3．实验结果讨论：

(1)实验测得的沉淀效率与数学计算相比，误差为多少?误差原因何在?

（2)分析不同工作水深的沉淀曲线，如应用到设计沉淀池，需要注意些什么问题?

表3—l 自由沉淀实验记录

实验日期：沉淀直径：

截面积：

静置沉淀时间（min）水样体

积(ml)

排出积水体积(ml) 称重瓶号称量瓶及滤

纸重量(g)

称量瓶滤纸和

悬浮物共重(g)

12

续表

思考题

1．在污水处理中，沉淀去除的污染和是什么？

2．沉淀分哪几种类型？各类沉淀的主要特点及发生的条件是什么？

13

14 实验4 过滤实验

一、实验目的

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。常用的过滤方式有砂滤、硅藻土涂膜过滤，烧结管微孔过滤，金属丝编织物过滤等。过滤不仅可以去除水中细小悬浮颗粒杂质、而且细菌病毒及有机物也会随浊度降低而被去除。本实验按照实际滤池的构造情况、内装石英砂滤料或陶瓷滤料、利用自来水进行清洁砂层过滤和反冲洗实验。

通过实验希望达到下述目的：

(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。

二、实验原理

为了取得良好的过滤效果，滤料应具有一定级配。生产上有时为了方便起见，常采用0.5mm 和1.2mm 孔径的筛子进行筛选。这样就不可避免地出现细滤料(或粗滤料)有时过多或过少现象。为此应采用一套不同筛孔的筛子进行筛选，并选定d 1o 、d 80值，从而决定滤料级配。在研究过滤过程的有关问题时，常常涉及到孔隙度的概念，其计算方法为

11n c c V V V V G m V V V V γ

?===?=? (4—1) 式中：m 一—滤料孔隙(率)度(％)；

V m 一—滤料层孔隙体积(cm 3)；

V 一—滤料层体积(cm 3)

V c 一—滤料层中滤料所占体积(cm 3)；

G 一—滤料重量(在105C 下烘干)(g)；

γ一—滤料重度(g ／cm 3)。

滤层截污量增加后，滤层孔隙度，n 减小，水流穿砂层缝隙流速增大，于是水头损失增大。

均匀滤料的水头损失计算表达式为

2223300

(1)6 1.7511()()K m m H Lv Lv g m d g m d ν????=+ (4—2)

15式中：K 一—无因次数、通常取K ：4～5；

d 0一—滤料粒径(cm)；

u 一—过滤滤速(cm/s)；

L ——滤层厚度(cm)；

v 一—水的运动粘滞系数(cm 2／s)；

φ一—滤料颗粒球形度系数，可取0．80左右。

式(4—2)的第一项属于粘滞项，第二项为动力项，根据滤速的大小不同，各项值占的比例不同。

为了保证滤后水质和过滤滤速，当过滤一段时间后，需要对摅层进行反冲洗；使滤料层在短时间内恢复工作能力。反冲洗的方式有多种多样，其原理是一致的。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，这时滤层水头损失可用式(4—2)计算。当反冲洗速度增大后，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）

00

100%L L e L ?=× （4—3） 式中：L —砂层膨胀后厚度（cm ）；

L 0—砂层膨胀前厚度（cm ）。

膨胀度e 值的大小直接影响了反冲洗效果。而反冲洗的强度大小决定了滤料层的膨胀度。

三、实验装置与仪器仪表

（一）实验装置

本实验采用如图4—1所示的实验装置。过滤和反冲洗水来自高位水箱。高位水箱的容积为2×1.5×2.5m 3

高出地面10m。

（二）实验设备及仪器仪表

1．过滤柱 有机玻璃d=100mm L = 2000mm 1根

2．转子流量计 LZB—25型 1个

3．测压板 长×宽 3500×500mm 1块

4．测压管 玻璃管 Ф10×1000mm 6根

5．筛子 孔径0.2～2mm 中间不少于4档 1组

6．量筒 1000ml 100ml 各1个

7．容量瓶比重瓶早燥器、钢尺、温度计等。

16 四、实验步骤

（一)滤料筛分和孔隙度测定步骤

1．称取滤料砂500g 冼净后于105℃恒温箱中烘干1h，放在干燥器内，待冷却后称取300g。

2．用孔径为0．2～2.Omm 的一组筛子过筛，称出留在各筛号上的砂重。

3．分别称取孔径为0.5、0.8、1.2mm 的筛号上的砂子各20g、置于105℃恒温箱中烘干lh，放干燥器内冷却。

4．称取上述滤料各log，用lOOml 量

筒测出堆体积V。

5．用带有刻度的容量瓶测出各滤料体

积V C 。

(二)清洁砂层过滤水头损失实验步骤

1．开启阀门6冲洗滤层lmin。

2．关闭阀门6，开启阀门5、7快滤

5min 使砂面保持稳定；

3，调节阀门5、7，使出水流量约8～

lOml／s (即相当于d=lOOmm 过滤柱中滤速

约1m/h)，等测压管中水位稳定后，记下

滤柱最高最低两根测压管中水位值。

4．增大过滤水量、使过滤流量依次为

13、17、21、26ml／s 左右，最后一次流

量控制在60-70ml／s，分别测出滤柱最高

最低两根测压管中水位值，记入表4—3

中。

5．量出滤层厚度L。

(三)滤层反冲洗实验步骤

1．量出滤层厚度L。，慢慢开启反冲洗进水阀门6，使滤料刚刚膨胀起来，待滤层表面稳定后，记录反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L。

2．开大反冲洗阀门6，变化反冲洗流量。按步骤1测出反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L。

3．改变反冲洗流量6—8次，直至最后一次砂层膨胀率达100％为止。测出反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L，记入表4—4。

注意事项

1．用筛子筛分滤料时不要用力拍打筛子，只在过筛结束时轻轻拍打一次，筛孔中的

滤料即会脱离筛孔。

2．反冲洗滤柱中的滤料时，不要使进水阀门开启度过大，应缓慢打开以防滤料冲出柱外。

3．在过滤实验前，滤层中应保持一定水位，不要把水放空以免过滤实验时测压管中积存空气。

4．反冲洗时，为了准确地量出砂层厚度，一定要在砂面稳定后再测量，并在每一个反冲洗流量下连续测量三次。

五、实验结果整理

(一)滤料筛分和孔隙测定实验结果整理

1．根据砂滤料筛分情况建议按表4—l进行记录。

表4—1 滤料筛分记录表

实验日期 年 月 日

留在筛上的砂量 通过该筛号的砂量

筛孔(mm)

重量(g) % 重量(g) %

2．根据表4—1所列数据，取d l0=0．4，d80=1．2，绘出滤料筛分曲线，并求出原滤料砂筛除的百分比。

3.根据料径0.5、0.8、1.2mm滤料重量、体积、容重分如求出它们的孔隙度m值。

(二)清洁砂层过滤水头损失实验结果整理

1．按照滤柱内所装滤料情况填入表4—2。

2．将过滤时所测流量、测压管水头填入表4—3。

3．根据表4—3中第5列和第8列数据绘出水头损失H与流速u关系曲线。

4．根据表4—2、4—3及滤料筛分和孔隙度测定实验数据，代入式（4—6）求出水头损失理论计算值。

5．比较过滤水头损失理论计算值和实测值的误差。记入表4—3第10列中。

（三）滤层反冲洗实验结果整理

1．按照反冲洗流量变化情况、膨胀后砂层厚度填入表4—4。

2．按照式（4—4）求出滤层膨胀度e/记入表4—4。

3．根据实侧砂层膨胀度e和理论计算值e/计算出膨胀度误差。

六、思考题

1．过滤的作用是什么？在实际的水处理过程中，经常用在何处？

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