水质工程学二实验指导书1文档格式.docx
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(4)恒温烘箱
(5)干燥器
(6)小烧杯100ml9个
(7)量筒100ml4个
(8)定量滤纸若干
(9)漏斗9个
(10)玻璃棒若干
四、[实验操作步骤]
(1)称量已烘干并恒温的小烧杯和滤纸重量;
(2)将实验用水倒入水池中,用机械搅拌装置将水样搅拌,数分钟后开启阀门向沉淀柱中注入水样;
(3)同时用量筒取样约100ml,记录所取原水样体积,移入小烧杯,过滤、烘干、称量。
计算原水悬浮物浓度并记为Co;
(4)当水升到所需高度时关闭阀门,开动秒表开始计时,当时间为1min,5min,10min,15min,20min,40min,60min,120min时,在取样口取出约100ml水样,在每次取样后记录水样准确体积和取样口上水面高h;
观察水样沉降变化;
(5)用第3步方法测出每次水样的悬浮物浓度,记入表1。
五、[实验数据及结果整理]
(1)描述水样沉降变化;
(2)计算悬浮物去除率η,剩余率P,及沉淀速率u,并填入表2;
(3)绘制η—T(去除率—沉淀历时)、P—u(剩余率—沉淀速率)曲线。
表1颗粒自由沉淀实验记录
静沉时间
min
滤纸+杯+样重mg
小烧杯+
滤纸mg
水样SS重g
取样体积ml
悬浮物浓度mg/l
取样口上水深mm
C
_
0(初始)
1
5
10
15
20
40
60
120
表2剩余率及沉淀速度数据
去除率η
%
剩余率P
沉淀速度u
mm/s
六、[思考题]
自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有什么区别?
实验二活性污泥沉降性能测定
一、[实验目的]
(1)掌握污泥沉降比、污泥指数的测定及计算方法;
(2)加深对活性污泥的絮凝及沉淀特点和规律的认识;
(3)明确沉降比、污泥指数和污泥浓度三者之间的关系,及其在工程上的重要意义。
二、[实验原理]
活性污泥是活性污泥法污水处理系统中的主体作用物质,活性污泥性能的优劣,对活性污泥处理系统的净化效果起着决定性的影响。
所以,只有活性污泥反应器——曝气池中的活性污泥具有很高的活性才能有效的降解水中有机污染物,达到净化水体的预定目标。
通常性能优良的活性污泥应该具有很强的凝聚沉淀性能,在工程上人们也常通过测定污泥沉淀性能来判断污泥活性。
一般应用以下两个指标来评价活性污泥的沉降性能
1污泥沉降比(SettlingVelocity),简称为SV
污泥沉降比又称为30min沉降率。
它是指混合液在量筒中静置30min后所形成的沉淀污泥的容积V占原混合液容积V0的百分率,以百分数表示,即
SV=100V/V0(%)
污泥沉降比不仅在一定程度上反映了活性污泥的沉降性能,还能够反映曝气池运行过程中的活性污泥量,可用以控制、调节剩余污泥的排放量,还能通过它及时发现污泥膨胀等异常现象,它是评价污泥数量和质量的重要参数。
2污泥指数(SludgeVolumeIndex),简称为SVI
污泥指数也称为污泥容积指数。
它是指曝气池出口处的混合液,在经过30min净沉后,每克干污泥所形成的沉淀污泥所占有容积,单位为ml/g,通常习惯把单位省去。
SVI值可通过下式计算,即
SVI=
=
MLSS:
污泥干重,g/l
污泥指数表示的是经30min静沉后污泥浓度的倒数,因此它能客观的评价活性污泥的松散程度和沉淀、凝聚的性能,及时地反映出污泥是否有膨胀的倾向或已经发生污泥膨胀。
(1)活性污泥装置
(2)烘箱(1台)
(3)天平、秒表、100ml量筒、定量滤纸、漏斗、三角瓶、玻璃棒、小烧杯、干燥器等
(4)活性污泥水样
四、[实验操作步骤]
(1)在曝气池出口处取混合液;
(2)取出约100mL活性污泥水样注入100mL量筒内,当液面接近或到100mL刻度时开始计时,并观察沉淀过程,当时间为1min,3min,5min,10min,15min,20min,30min时分别记下污泥容积;
(3)将经30min沉淀后的污泥和上清液用定量滤纸过滤,测污泥干重。
(重量法、过滤操作);
(4)将以上测得数据记入表中,作3个平行样。
五、[数据记录及整理]
沉降性能实验数据
序号
项目
2
3
取样体积ml
污泥体积ml
沉淀时间min
30
SV%
SV平均值%
烧杯+滤纸g
烧杯+滤纸+污泥g
污泥干重g
MLSS/g·
l-1
MLSS平均值/g·
SVI/ml·
g-1
SVI平均值/ml·
(1)测定污泥沉降比SV值;
(2)计算污泥容积指数SVI值;
(3)以污泥容积为纵坐标,以时间为横坐标,绘制污泥容积随时间变化曲线;
(4)用你所测得的指标评价该活性污泥的性能。
六、[思考题]
(1)污泥容积指数和污泥沉降比有何区别与联系?
(2)活性好的污泥的沉淀过程有何特征?
实验三加压溶气气浮实验
(1)加深对气浮净水基本概念及原理的理解;
(2)掌握加压溶气气浮实验方法,能熟练操作各种仪器;
(3)通过实验模型的运行,掌握加压溶气气浮装置的工艺流程。
气浮是固液分离或液液分离的一种技术。
它是指人为采取某种方式产生大量的微小气泡,使气泡与水中一些杂质物质微粒相吸附形成相对密度比水轻的气浮体,气浮体在水浮力的作用下,上浮到水面而形成浮渣,进而达到杂质与水分离的目的。
气浮处理工艺可分为电解气浮法、散气气浮法和溶气气浮法。
其中溶气气浮法可分为溶气真空气浮法和加压溶气气浮法。
加压溶气气浮指的是,使空气在加压的条件下溶解在水中,在常压下,将水中过饱和的空气以微小气泡的形式释放出来。
加压溶气气浮装置由以下部分组成(见图3):
(1)空气供给及空气饱和设备
这部分的作用就是在一定的压力下,将供给的空气溶于水中,以提供废水处理所要求的溶气水。
这一部分主要是由以下部分组成:
①加压水泵:
作用是提供压力水:
②溶气罐:
作用是使水与空气充分接触,加速空气溶解,并在其中形成溶气水;
③空气供给设备:
作用提供制造溶气水所需要的空气,该设备的形式主要取决于溶气方式,通常采取空压机为空气供给设备。
(2)溶气水减压释放设备
这一部分设备的作用是:
将压力溶气水减压后迅速将溶于水中的空气以微小气泡的形式释放出来。
(3)气浮池
这部分设备的作用是使释放的微气泡与废水充分接触,并形成气浮体,完成水与杂质的分离过程。
(1)加压溶气气浮装置(含水泵、转子流量计、止回阀、减压阀、废水水箱及加压水箱等)
(2)空压机
(3)测水中悬浮物浓度需用分析天平、烧杯、量筒、小烧杯、滤纸、烘箱等
(4)混凝剂Al2(SO4)3
(5)废水水样
(1)向加压水箱中注入清水;
(2)将待处理废水样加入到废水水箱中,并测定原水体积及SS浓度,根据水箱中的水量向废水箱中加入混凝剂Al2(SO4)3·
18H2O破乳,投量可按50~60mg/l来控制(投药量也可由混凝实验确定);
(3)打开空压机向溶气罐内送压缩空气至0.3MPa左右,打开水泵,向溶气罐内送入压力水。
此时,进水流量可控制在2~4l/min,进气流量为0.1~0.2 l/min左右(理论为0.1-0.2l/min,但考虑到加压溶气罐及管道中难免漏气,其空气量可按水面在溶气罐内的液面中间部分控制即可,多余的空气可以通过其顶部的排气阀排除)。
在0.3~0.4MPa压力下,将气体溶入水中,形成溶气水;
(4)待溶气罐中液位升至溶气罐中上部时,缓慢打开溶气罐底部出水阀,出水量与溶气罐压力水进水量相对应,记录流量、时间。
此时进气量使溶气罐保持原有压力不变即可(一般比原来的小),记录气量、压力;
(5)经加压溶气的水在气浮池中释放并形成大量微小气泡时,再打开废水进水阀门,废水进水量可按4~6l/min控制。
(1.5~2倍溶气水)
(6)当有水从出水阀流出时先放掉少量水后取样并记时。
测量出水SS浓度;
(7)实验完毕,关闭水、气阀门后关闭水泵、空压机;
检查废水箱,有水则测出存水体积;
浮渣由排渣管排至下水道,处理水可排至下水道也可部分回流至回流水箱;
(8)改变加压进水流量、废水进水流量、溶气罐压力等,重复步骤(3)—(7)。
五、[实验数据及结果整理]
溶气气浮实验数据
加入废水体积V1L溶气罐压力MPa
溶气水溢流时间th剩余废水体积V2L溶气水体积m3
烧杯+滤纸
mg
取样体积
ml
烧杯+滤纸+SS
SS质量
悬浮物浓度SS
(mg/l)
废水
出水
4
(1)计算SS值去除率E
E=
100%
式中Co——废水SS值(mg/l);
C——处理水SS值(mg/l),=C出水*N
所用废水体积V3=V1-V2
所用溶气水体积V4=Q2*t
废水稀释倍数N=(V3+V4)/V3
(2)观察实验装置运行是否正常,气浮池内气泡是否很微小,若不正常,是什么原因?
(1)气浮法和沉淀法有何异同?
(2)加压溶气气浮法有何特点?
实验四曝气设备清水充氧性能测定
(1)加深理解曝气充氧的机理及影响因素
(2)掌握曝气设备的氧总转移系数和充氧能力的测定方法
(3)了解各种数据整理方法的特点。
二、[实验原理]
曝气是人为地通过一些设备加速向水中传递氧的过程,常用的曝气设备分为机械曝气与鼓风曝气两大类,无论那种曝气设备,其充氧过程均属传质过程,氧传递机理为双膜理论,氧传递基础方程式为:
(1)
积分整理后得曝气设备氧总转移系数kLa计算式
ln
(2)
式中kLa——氧总转移系数,1/min或1/h;
t0,t——曝气时间,min;
C0——曝气开始时池内溶解氧浓度,mg/L;
Cs——曝气池内液体饱和溶解氧值,mg/L;
Ct——曝气某一时刻t时,池内液体的溶解氧浓度
,mg/L。
由式中可见,影响氧传递速率KLa的因素有很多,除了曝气设备本身结构尺寸,运行条件而外,还与水质水量等有关。
为了进行相互比较,以及向设计、使用部门提供产品性能,故产品给出的充氧性能均为清水、标准状态下,即清水(一般多为自来水)在20℃一个大气压下的充氧性能。
曝气设备充氧性能测定实验,一种是间歇非稳态法,即实验时一池水不进不出,池内溶解氧随时间而变,另一种是连续稳态测定法,即实验时池内连续进出水,池内溶解氧浓度保持不变。
目前国内外多用间歇非稳态测定法,即向池内注满所需水后,将待曝气之水以无水亚硫酸钠为脱氧剂,氯化钴为催化剂,脱氧至零后开始曝气,液体中溶解氧浓度逐步提高,液体中溶解氧浓度C是时间t的函数。
曝气后每隔一定时间t取曝气水样,测定水中溶解氧浓度,从而利用上式计算KLa值。
(1)完全混合式活性污泥实验装置(穿孔管鼓风曝气)
(2)溶解氧测定仪
(3)量筒、烧杯、天平等
(4)亚硫酸钠、氯化钴
(5)空气压缩机
四、[实验操作步骤]
(1)曝气池内加入适量的水,测定加入清水的体积VL、水中溶解氧值Cmg/L;
(2)计算投药量:
脱氧剂采用无水亚硫酸钠
根据2Na2SO3+O2=2Na2SO4
则每次投药量G=(1.1~1.5)×
8×
C(mg/L)×
V(L)
催化剂采用氯化钴,投加量为1.6Vmg;
(3)将称得药剂用温水化开,倒入池中,约10分钟后,测定水中溶解氧值;
(4)当水中溶解氧为零或接近零后,打开空压机,打开流量计,当有气泡出现时开始记时;
同时每隔一定时间(0.5min)测一次溶解氧值,连续测8个后隔1min测一次,而后拉长间隔测量,直至水中溶解氧不再增长(即达到饱和)为止,随后,关流量计,关闭空压机;
(5)实验中计量风量,水温、气温。
五、[实验数据及成果整理]
清水充氧实验数据
水温℃ 水样体积Vl水样原始溶解氧Cmg/l
亚硫酸钠量g氯化钴量mg
t
Ct
mg/l
Cs-Ct
lg
tgα=
KLa
1/min
KLas
0.5
1.0
1.参数选用
因清水充氧实验给出的是标准状态下氧总转移系数KLas,即清水(本次实验用的是自来水)在一个大气压,20℃下充氧性能,而实验过程中曝气充氧的条件并非是一个大气压,20℃,但这些条件都对充氧性能有影响,故引入了压力、温度修正系数。
(1)温度修正系数K=1.024T-20
修正后氧总转移速率为KLas=KLa/K=KLa/1.024T-20(3)
此为经验式,它考虑了水温对水的粘滞性和饱和溶解氧的影响,国内外大多采用此式,本次实验也以此进行温度修正。
(2)水中饱和溶解氧值的修正
由于水中饱和溶解氧值受其中压力和所含无机盐种类及数量的影响。
所以式
(2)中的饱和溶解氧值最好用实测值,即曝气池内的溶解氧达到稳定时的数值。
2.利用式(3)求得KLas值。
3.计算充氧能力EL:
反映曝气设备在单位时间内向单位液体中充入的氧量
EL=KLas(Cs-C0)kgO2/(hm3)
(1)氧总转移系数KLa的意义是什么?
(2)分析实验中出现异常情况的原因。
实验五五塔式离子交换系统的运行实验
(1)了解五塔式离子交换器制备纯水的工艺流程;
(2)了解系统中各交换塔单元的作用;
(3)掌握纯水制备(五塔式离子交换器)的操作方法;
(4)掌握混合床离子交换器的工艺流程和操作以及技术要点;
(5)掌握纯水水质的检测方法。
五塔式离子交换系统较典型的反映了离子交换技术的内容,它涵盖强阴、强阳离子交换树脂技术最基本的工作原理,是各种离子交换法脱盐,以及纯水、高纯水制备系统中的主体。
了解掌握它可帮助加深理解离子交换技术的原理。
活性炭床
活性炭床一般设置在阳离子床前。
活性炭的比表面积大,具有很好的吸附作用。
活性炭表面有大量的羟基、羧基等官能团,可以化学吸附或静电吸引各种性质的有机物,还能去处对阴阳离子树脂有害的腐殖酸、富维酸、木质酸、悬浮物和某些可致树脂中毒的金属离子等物质。
一般去除63%~86%的胶体物质,50%的铁和47%~60%的有机物。
阳离子床
当原水通过氢离子型强酸性阳离子床时,水中的阳离子与树脂官能团中等当量的H+进行交换,从而去除水中的阳离子,释放H+。
(用RH代表氢型强离子交换树脂,用X+代表水中的阳离子)反应方程式为
RH++X+RX++H+
曝气塔
曝气塔又叫除碳器或二氧化碳脱气塔,由于原水中含有大量的重碳酸盐,在经过阳离子交换后,置换下的H+与碳酸根生成二氧化碳,即H++HCO-1=CO2+H2O,从而会迅速消耗阴离子的交换能力,因此除碳器具有去除CO2的作用。
曝气塔可分为真空式和鼓风式两种。
曝气塔的水从塔的上部喷淋而下,“砸”到瓷环上可增加水与空气的接触面积;
空气由下而上,由于空气中的CO2比水中的CO2含量少、分压低(占大气压力的0.03%),根据根据亨利定律,高分压的水逸入低分压的空气流时,水中的CO2会被空气流带走,从而起到去除CO2的作用。
阴离子床
当原水通过OH-型强阴离子床时,水中的阴离子与树脂官能团中等量的OH-进行交换,从而去除水中的阴离子,释放OH-。
(用R'OH代表氢氧根型强阴离子交换树脂,用X-代表水中的阴离子)反应方程式
R'OH+X-RX-+OH-
混合床
在一个交换器中同时将阴、阳(两种以上)离子交换树脂,按一定的体积比填装,在均匀混合状态下,进行离子交换,以去除水中盐分的离子交换床称为混合床。
混合床的特点是混合床交换反应比较彻底,出水水质好,这是混合床最重要的特点,因此,常把它串联在复床或阴离子床后,获得较高质量的纯水。
另外,混合床工作流速较高,一般设计流速为40~50m/h。
但是再生工艺复杂(需要分层、顶水等)。
混合床的基本原理是混合床的树脂在工作时,处于均匀混合的状态,交错排列,互相接触,可以把它看作是由很多的阴、阳离子交换树脂所组成的多级复床。
它的阴、阳离子交换几乎是同时进行的,所产生的H+和OH-随即结合成H2O。
若用RH表示阳树脂,用R'OH表示阴树脂,则原理方程式如下
1/2Ca2+ 1/2SO42-1/2Ca1/2SO4
RH+R'OH+1/2Mg2+Cl-=R1/2Mg+R'Cl+H2O
Na+HCO3-NaHCO3
K+HSiO3-KHSiO3
五塔式纯水制备系统(见图4)工艺流程是:
活性碳—阳离子床—曝气塔—阴离子床—混合床
(1)五塔式离子交换器(纯水制备装置)1套
(2)酸度计1台
(3)电导仪1台
(4)烧杯50ml、500ml各1个
(5)量筒100ml、500ml各1个
(6)广泛pH试纸
(7)缓冲液(pH=10)
(8)盐酸(化学纯)
(9)氢氧化钠(化学纯)
1. 纯水生产操作步骤
(1)确认系统所有阀门处于“关闭”状态;
(2)将1,3,5阀门打开,把管路中的存水放掉;
(3)将4,6阀门打开,关闭5阀门,将活性炭床充满并反冲0.5min;
(4)打开2,9,10阀门,关闭3,6阀门(此时确认1,2,4,10,9阀门处于全开状态),后调整1阀门,观察L1流量计至需要流量,接通鼓风机,当曝气床水箱有1/2水时可进行下一步;
(5)打开13,18阀门,启动B1水泵,通过旋转13阀门调整L2流量计至需要流量,将阴离子床注满水;
(6)打开17,19,23阀门,关闭18阀门,将混合床注满水;
(7)开21,22,28阀门,关闭17,19阀门,检测出水电导率和pH值;
(8)当出水达到标准后,打开28,36阀门,关闭21阀门,将纯水通入纯水箱中;
(9)当纯水箱注满水之后,切断水源、关闭水泵、关闭所有阀门。
2. 混合床分层操作步骤
在确认所有阀门关闭后,打开29,37,30,26,36,19阀门,启动酸洗泵,用纯水箱中的纯水向混合床中由下而上注水。
通过调整26阀门,观察混合床中的树脂是否同时有上升和下降的运动,通入约15min后,关闭水泵,待树脂沉降后观察到阴阳树脂在中部明显分层即可。
如果分层不彻底,可重新启动酸泵至分层明显为止。
将所有阀门关闭。
(如果数次分层不好,可采用泵入酸或碱液的方法)。
3.混合床重新混合操作步骤
打开19,36,26,30,37,29阀门,确认其余阀门已关闭。
启动B3水泵,将混合床注满水,关闭所有阀门,打开38,19阀门(确认其余阀门已关闭),启动空气压缩机,将压缩空气通入混合床,当阴阳树脂充分混合后,关闭空压机和各阀门,按生产纯水操作步骤出水。
4.采样与检测
在纯水生产的运行过程中,应对原水和各个交换塔的采样口出水进行电导率值、pH值检测;
在混合床分层操作步骤完成后以及在完成混合床重新混合操作步骤后,应对混合床进水和出水的电导率、pH值进行检测。
每次检测数据应取三个样的平均值。
将检测结果记录在下表中。
纯水制备数据表
时间
活性炭床
阳离子床
阴离子床
混合床
TOC
进水
原水
纯水
pH
μS
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