环境工程实验指导

实验指导书 实验一混凝实验

一、 试验的目的和意义

影响混凝效果的因素有水温，pH值，混凝剂种类、加量以及搅拌速度和时间等。由于上述诸因素的影响的错综复杂，且非拘一格，所以混凝过程的优选工艺条件通常要用混凝试验来确定。衡量混凝主要指标是出水浊度和主要污染因子浓度。实验方案技术及数据处理常用优选法和正交设计等数理统计法。本实验的目的，在于使学生掌握进行混凝实验的基本技能（包括混凝剂品种的筛选，以及与待处理废水相适应的pH值和混凝剂加量的确定等），并对实验数据作正确的处理和分析。 二、 实验原理

化学混凝法通常用来除去废水中的胶体污染物和细微悬浮物。所谓化学混凝，是指在废水中投加化学药剂来破坏胶体及细微悬浮物颗粒在水中形成的稳定分散体系，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体，然后再用重力沉降，过滤，气浮等方法予以分离的单元过程。这一过程包括凝聚和絮凝两个步骤，二者统称为混凝。具体地说，凝聚是指在化学药剂作用下使胶体和细微悬浮物脱稳，并在布朗运动作用下，聚集为微絮粒的过程，而絮凝则是指为絮粒在水流紊动作用下，成为絮凝体的过程。

根据混凝过程的GT值要求，在药剂与废水的混合阶段，对搅拌速度和搅拌时间的要求是高速短时；而在反应阶段则要求低速长时。 三、实验设备及仪器

1、 无级调速六联搅拌机一台； 2、 722型分光光度计 3、 pH计； 4、 温度计； 5、 注射器； 6、 秒表； 7、 量筒；

8、 1000ml烧杯，250ml烧杯； 9、 移液管； 10、 混凝剂：50g/L十八水硫酸铝； 11、 10%盐酸，10%氢氧化钠。 四、实验步骤 （一）混水配制

1. 称取5g左右高岭土,配制成30L混水。 2. 测混水的吸光度，计算混水浊度。 （二）最佳投药量实验步骤 1、 测定温度、pH值。

2、 量筒量取1000ml水样于1000ml烧杯中，每组6个水样。

3、 将6个水样置于搅拌器上，分别设定投药量为10、20、40、60、80、100mg，用移液管

移取浓度为50g/L的混凝剂依次投入各水样杯中。

4、 投药后迅速启动搅拌机，第一档转速控制在300转/分，1～3分钟后，转至第二档，即

慢速搅拌阶段，时间15～20分钟，在慢速搅拌阶段依次改变：120转/分、80转/分、40转/分。

5、 搅拌过程中观察记录矾花形成的时间（记录于表1中）。

6、 搅拌完成后停机，将水样杯取出置一旁静沉15分钟以上，并观察矾花形成及沉淀的情

况，待沉淀30分钟后，用注射器吸取杯中清液放入250ml烧杯中，分别测定其pH值、浊度，同时记录于表1中。 （三）最佳pH值实验步骤

1、 取6个1000ml烧杯分别放入1000ml原水样，置于实验搅拌器的平台上。 2、 确定原水温度。 3、 调整原水样pH值，用10%HCl或10%NaOH调整至各杯水样的pH至分别为2.5、4.0、5.5、

7.0、8.5、10.0。

4、 用移液管向各烧杯中加入相同量的混凝剂。（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）。

5、 启动搅拌器，快速搅拌1分钟，转速约300转/分；然后同（二）。记录于表2中。 五、实验数据记录

（一）最佳投药量实验结果记录

表1最佳投药量实验记录

0

原水温度C浊度pH

使用混凝剂的种类、浓度 水样编号 1 2 3 4 5 6 混凝剂加入量（ml） 矾花形成时间（min） 沉淀水浊度（度） 备注 1 2 3 4 转速（转/分） 转速（转/分） 转速（转/分） 转速（转/分） 混合搅拌（min） 絮凝搅拌（min） 絮凝搅拌（min） 絮凝搅拌（min） 5 沉淀时间（min） （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

0

原水温度C原水浊度 使用混凝剂的种类、浓度 水样编号 1 2 3 4 5 pH值 混凝剂加注量（ml） 沉淀水浊度（度） 备注 1 2 3 4 混合搅拌（min） 絮凝搅拌（min） 絮凝搅拌（min） 絮凝搅拌（min） 6 转速（转/分） 转速（转/分） 转速（转/分） 转速（转/分） 5 沉淀时间（min） 六、数据整理及结果分析 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值及其使用范围。 3、 结果讨论及误差分析。

浊度测定波长：680nm

实验二 沉淀实验

（颗粒的静置自由沉降实验）

一、 实验目的

１、 了解污水的沉降特性，加深对污水中非絮凝性颗粒的沉降理论，特点及规律的认识。

２、 绘制沉降曲线，通过沉降实验，判定某种污水的沉降特性，求出沉降曲线，即Ｅ－ｔ（沉降效率－沉降时间），Ｅ－ｕ（沉降效率－沉降速度）关系曲线，以此提供沉淀池的设计参数。 二、 实验原理

沉降是指从液体中借助重力作用而除去固体颗粒的一种过程，根据液体中固体物质的浓度和性质，可将沉降过程分为自由沉淀，絮凝沉淀，成层沉淀和压缩沉淀等四类。

本实验的目的是研究探讨污水中的非絮性颗粒自由沉降的规律。实验在沉降柱中进行，设水深为Ｈ，在ｔ时间内能沉到Ｈ处深处，则颗粒的沉速为ｕ＝Ｈ/t，根据给定的沉降时间ｔ，可由ｕ＝Ｈ/t求得沉淀ｕ0。凡是沉降速度大于ｕ等于或大于ｕ0（ｕ≥ｕ0的颗粒在时间ｔ内可全部除去，在悬浮物的总量中，这部分颗粒可占的比率为（1－Ｘ0），Ｘ0代表沉速ｕ＜ｕ0的颗粒物与悬浮物的总量之比，在沉速ｕ＜ｕ0的颗粒中，具有某种粒径的颗粒占悬浮物总量的百分数为dx，而其中能被除去的比率为ｕ/ｕ0×ｄｘ。考虑到各种不同的粒径后，这类颗粒的去除率应为

E?(1?x0)?1u0?x00udx式（１）

x00上式右侧第二项中的udx是一块微小面积。由下图（图1）可见。而?中阴影部分，可用图解积分法解出。 三、 实验设备及仪器

１、沉降柱：有机玻璃管。 ２、配水系统； ３、标尺； ４、计时器；

５、50ｍｌ的烧杯10个； ６、722分光光度计

７、水样：浆泥水（300～500ｍｌ/Ｌ）；

图1颗粒的沉降曲线

四、 实验步骤

１、将泥浆水倒入原水箱中，启到泵搅拌5分钟，使水中的悬浮物分布均匀。

２、关闭阀门6，开启阀门3、4、5向沉降柱中注水，分别同时由各取样口中取样25ｍｌ，以混合样测其吸光度，计算浓度为Ｃ0。

３、当污水升到溢流口并流出后，关阀门4、5，停泵并开始计时。

４、观察污水静沉淀现象。 ５、取样。

udx为图1

图2实验装置图

（１）当时间为15、30、45、60、70、80、90分钟各取样25ｍｌ。

（２）取样前，记录管中水面至取样口距离Ｈ（以厘米计）。 （３）取样前，先排出取样管中的积水约为10ｍｌ，再取样。 ６、测定各水样吸光度，计算悬浮物浓度Ｃt。

７、实验完毕，开阀门6，放掉污水，然后用清水冲洗沉降柱及原水箱。 ８、实验数据记录 （1） 吸光度记录： 编号 吸光度 时间 t（min） 取样浓度 -1c（mg·L） 残余颗粒比例 x（％） 沉降速度 -1u（mm·min） 1 2 0 3 15 4 30 5 45 6 60 7 70 8 80 90 （2） 沉降数据： ９、 实验结果整理 （1） 用坐标纸画出各种颗粒沉降速度ｕ与残余颗粒比例x的关系图。 （2） 画出总去除率Ｅ与沉降时间的关系曲线，即沉降效率曲线（Ｅ－ｔ），同时画

出Ｅ－ｕ的关系曲线。

（3） 利用图解积分法计算此混水在表面水力负荷为20m/d沉淀池中的去除率Ｅ。

（选作）

五、 讨论题

试述绘制污水自由沉降曲线的方法及意义。 光度法测定吸光度，测定波长680nm

实验三吸附实验

一、 实验目的

活性炭处理工艺是运用吸附的方法以去处异味，某些离子以及难生物降解的有机污染物。在吸附过程中，活性炭比表面积起着主要作用。除此外，pH的高低、温度的变化和被吸附物质的分散程度也对吸附速度有一定影响。

本实验的目的是： （1）、加深理解吸附的基本原理； （2）、掌握活性炭吸附公式中常数的确定方法； 二、实验原理

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，当活性炭对水中所含杂质吸附时，水中溶解性杂质在活性炭表面积聚而被吸附。与此同时也有一些被吸附物质由于分子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状态时，称为吸附平衡。这时活性炭和水相之间的溶质浓度具有一定的分布比值。此时，单位重量的活性炭所吸附溶质数量称为吸附容量qe，可表示为：

qe?x(co?ce)v?mm（mg/g）

式中：m——吸附剂投加量（g）；

x——吸附剂吸附的溶质总量（mg）

co——废水中原始溶质浓度（mg/L）

ce——吸附达平衡时水中的溶质浓度（mg/L） v——废水体积（mL）

qe值的大小除了决定于活性炭的品种之外，还与被吸附物质的性质、浓度、水温和pH值有关。一般说来，当被吸附的物质能够与活性炭发生结合反应，被吸附物质又不容易溶解于水而受到水的排斥作用，且活性炭对被吸附物质的亲和作用力强，被吸附物质的浓度又较大时，qe值就比较大。在废水处理中通常用Freundlich表达式来比较不同温度和不同溶液浓度时的吸附容量，即

qe?KCe1n

这是一个经验公式，通常用图解方法求出K、n值。将上式变换成线性对数关系式为：

lgqe?lgK?1lgcen

式中：K——与吸附比表面、温度有关的常数；

n——与温度有关的常数； 三、实验水样：0.15％亚甲蓝溶液。 四、实验步骤

1、取实验所用活性炭（放在蒸馏水中浸泡24h，然后放在103摄氏度烘箱内烘干24h备用）。

2、在5个三角烧杯中分别放入不同重量的粉状活性炭5份（350mg、375mg、400mg、425mg、450mg）。

3、在装有不同重量粉状活性炭的5个三角烧杯中分别加入50mL0.15％亚甲蓝溶液，放入振荡器中振荡30分钟。

4、将震荡过的水样用离心分离，测定上清液吸光度（波长650nm），计算Ce值。 5、测定原水样的pH及温度，记入表中。 五、实验结果整理

1、 实验操作基本参数

实验日期：年月日

亚甲蓝溶液Co=mg/L 亚甲蓝溶液的pH=

亚甲蓝溶液的温度为摄氏度 水样体积mL 振荡时间min,

2、 吸附实验的测定结果见下表 项目 水样体积 Co Ce 杯号 吸光度 lgCe qe lgqe mL mg/L mg/L 1 2 3 4 5 3、 作图：以lgqe为纵坐标，lgCe为横坐标绘出吸附等温线。 4、 从吸附等温线上求出K、n值，代入Fruendlich表达式，写出Fruendlich吸附等

温式。

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