综合实验A(一)指导书(水控)

1综合实验一（A）实验指导书2学生实验守则本实验目的在于将书本上所学的理论知识，通过实验验证增强动手能力、掌握操作技能、测量方法和培养分析实验数据、整理实验成果及编写实验报告的能力。进行实验必须遵守：一、遵守上课时间，不得迟到及无故缺课。因故不能上课者必须及时请假并进行补课；二、实验课前必须预习实验讲义中有关内容，了解本次实验的目的、要求、仪器设备、实验原理、实验步骤、记录表格等；三、进入实验室内必须严肃认真、不得喧哗。不得乱动其它与本实验无关的仪器设备；四、开始实验之前，要先对照实物了解仪器设备的使用方法，弄清实验步骤，做好实验前的准备工作，然后再进行实验。实验小组成员应互相配合，精心操作、细心观察、认真进行数据测量；五、实验过程中应按照教师要求及时对所测量的数据进行认真整理，以便检验实验的正确性；六、爱护仪器设备和其它公共财物，如有损坏，应查清责任，立即向指导教师报告，视损失情况酌情赔偿；七、实验完毕应报告指导教师，经许可后将仪器设备恢复原状后，方可离开实验室；八、实验报告应力求书写工整，图表清晰，成果正确。并写上同实验小组成员的名称，以便教师检验。如有不符合要求者，应重做；3目录实验一混凝实验（设计综合型）………………………3实验二过滤实验………………………………………8实验三气浮实验………………………………………13实验四自由沉淀……………………………………184实验一混凝实验（设计综合型）分散在水中的胶体颗粒带有负电荷，同时在布朗运动及表面水化作用下，处于稳定状态，不能依靠其自身的重力而发生自然下沉，而向这种水中投加混凝剂，通过电性中和或吸附架桥作用，而使胶粒脱稳，颗粒相互凝聚在一起形成矾花。混凝处理的效果不仅与混凝剂的投量有关，同时还与被处理水的PH、水温及处理过程中的水力条件等因素有密切的关系。一、实验目的和要求：目的：1、掌握水处理实验设计的一般方法；2、掌握混凝工艺基本原理，了解针对实际废水采用混凝工艺的参数确定与优化；3、掌握水和废水混凝处理的最佳混凝条件（投药量、pH及水力条件）的确定方法；4、深入理解不同混凝剂混凝效果的差别及pH值对混凝效果的影响。5、要求掌握的技能和知识点：水处理实验方案的编制要点，浊度仪、pH仪的正确使用和操作；水样和药剂的配置、取样方法；实验数据记录、整理和分析方法；混凝工艺最佳药剂、最佳投药量等控制条件的获取方法。要求：1、提交实验方案：学生查阅相关资料，提出实验方案，方案中须包括：（1）选择实验废水的种类（给定）；（2）混凝工艺对该废水的主要去除对象（COD、PH、SS、浊度等）及相关分析方法、效能评价指标；5（3）选取三种及以上的混凝药剂进行效果对比，列出最佳药剂、最佳投药量以及适宜pH等控制条件的实验方法与步骤；（4）实验中可能碰到的现象及问题；（5）方案提交指导教师（任务布置后2-3天），讨论和论证后，指导教师签字认可后，确定时间（预约）展开实验。2、提交实验报告：含实验步骤，实验原始记录数据（见附表），数据分析及图表，实验结论，思考题答案等。二、实验原理：胶体颗粒带有一定的电荷，它们之间的静电斥力是胶体颗粒长期处于稳定的分散悬浮状态的主要原因，胶粒所带的电荷即电动电位称ξ，ξ位的高低决定了胶体颗粒之间斥力的大小及胶体颗粒的稳定性程度，胶粒的ξ位越高，胶体颗粒的稳定性越高。胶体颗粒的ξ位通过在一定外加电压下带电颗粒的电泳迁移率计算：HDK式中：K——微粒形状系数，对于圆球体6K；——系数，为3.1416；——水的粘度（Pa·S），（此取SPa110）；——颗粒电泳迁移率（cmVsm///）；H——电场强度梯度（V/cm）；D——水的介电常数D水=8.1。通常，电位一般值在10-200mv之间，一般天然水体中胶体颗粒的电位约在-30mv以上，投加混凝剂以后，只要该电位降至-15mv左右，即6可得到较好的混凝效果，相反，电位降为0时，往往不是最佳混凝效果。投加混凝剂的多少，直接影响混凝的效果。投加量不足或投加量过多，均不能获得良好的混凝效果。不同水质对应的最佳混凝剂投加量也各不相同，必须通过实验的方法加以确定。向被处理水中投加混凝剂后，生成化合物对胶体颗粒的脱稳效果不仅受投量、水中胶体颗粒的浓度影响，同时还受水PH的影响。若pH＜4，则混凝剂的水解受到限制，其水解产物中高分子多核多羟基物质的含量很少，絮凝作用很差；如水pH＞8-10,它们就会出现溶解现象而生成带负电荷，不能发挥很好混凝效果的络合离子。水力条件对混凝效果有重大的影响，水中投加混凝剂后，胶体颗粒发生凝聚而脱稳，之后相互聚集，逐渐变成大的絮凝体，最后长大至能发生自然沉淀的程度。在此过程中，必须严格控制水流的混合条件，在凝聚阶段，要求在投加混凝剂的同时，使水流具有强烈的混合作用，以便所投加的混凝剂能在较短时间内扩散到整个被处理水体中，起压缩双电层作用，降低胶体颗粒的电位，而是其脱稳，此阶段所需延续的时间仅为几十秒钟，最长不超过2min。絮凝（混合）阶段结束以后，脱稳的颗粒即开始相互接触、聚合。此阶段要求水流具有由强至弱的混合强度。以一方面保证脱稳的颗粒间相互接触的机率，另一方面防止已形成的絮体被水力剪切作用而打破，一般要求混合速度由大变小，通常可用G值和GT值来反映沉淀的效果。三、实验内容：（1）废水领取或配制、混凝剂配制；（2）最佳混凝剂的选择；（3）混凝剂最小投量的确定；7（4）混凝剂最佳投量的确定；（5）最佳pH的确定；（6）混凝水力条件的控制（G值和GT值的计算）；（7）对实验数据绘制表格，并进行分析。四、实验仪器、装置：1．实验装置混凝装置主要是六联搅拌机，如下图1-l所示。1——电机2——烧杯3——搅拌桨4——传动齿轮图1-1混凝搅拌机装置示意图搅拌机上装有电机的调速设备，电源采用稳压电源。2．实验设备及仪器仪表(1)光电式浊度仪1台(2)1000m1烧杯6个(3)1000ml量筒1个8(4)温度计1支(5)秒表1块(6)吸管(1m1、2ml、5ml、10ml)各1支(7)硫酸铝、硫酸亚铁混凝剂（10g/l）各500ml(8)NaOH、HCL溶液各100ml(9)小试管6支(10)精密pH试纸各种范围，若干五、注意事项（1）注意观察混凝过程中的矾花的生成和长大；（2）投加混凝剂时，应严格保证同时向各烧杯投加，并使烧杯的水力条件一致；（3）抽取上清液测定时注意不要将下层矾花带入，导致测定误差。六、实验思考题（1）试根据实验结果说明混凝剂投量对混凝效果的影响。（2）在实际工程中是如何实现混凝对水力条件的要求的。（3）对自己的实验过程加以分析，指出可以改进的地方。9实验二过滤实验过滤是具有孔隙的滤料截留水中杂质从面使水得到澄清的工艺过程。砂滤是一种最主要的应用于生产实际的水处理工艺，它不仅可以去除水中细小的悬浮颗粒杂质，而且能有效地去除水中的细菌，病毒及有机污染物质，降低水的出水浊度。本实验采用石英砂作为滤料，进行清水、原混水及经混凝后的混水过滤实验及反冲洗实验。一、实验目的通过本实验希望达到以下目的：(1)掌握清洁滤料层过滤时水头损失的变化规律及其计算方法；(2)了解不同原水(清洁水、原混水)过滤时，滤料层中水头损失变化规律的区别及其原因；(3)深化理解滤速对处理出水水质的影响；(4)掌握混凝出水经过滤后的改变；(4)进一步深化理解过滤的基本机理；(5)深入理解反冲洗强度与滤料层膨胀高度间的关系。二、实验原理1．过滤本实验采用单层均匀石英砂滤料进行过滤实验。过滤过程中，过滤的原水从过滤柱的上部流入，依次流经滤料层、承托层、配水区及集水区，从滤柱的底部流出，在清水过滤过程中，主要考察清洁滤料层随过滤速度的变化，其各滤料层的水头损失变化情况。过滤过程中滤料层内始终保持清洁状态，因而在同一过滤速度下，各滤料层内的水头损失不随过滤时间的变化而变化；在原混水的过滤过程中，滤料层通过对混水中杂质的机械截留作用而使水中的杂质得到去除，滤料层中的水头损失将随过滤时10间的延长而逐渐增加；在经混凝后的混水过滤过程中，水中的杂质主要通过接触絮凝的途径而从水中得以去除，其滤料层中水头损失的变化规律类似于原混水过滤，但其随过滤时间的延长而增加的速度要比原混水过滤时快，且其出水水质要比前者好．在过滤过程中，随滤料层截污量的增加，滤层的孔隙度m减小，水流穿过砂层缝隙的流速增大，导致滤料层水头损失的增加。均匀滤料层的水头损失H可用下式进行计算：20020032)1(175.12)()1(LdmmgLdbgmmKH式中：K——无因次数，通常取4～5；do--滤料粒径(cm)；v——过滤速度(cm／s)；L0——滤料层厚度(cm)；μ——水的运动粘滞系数(cm2／s)；ψ——滤料颗粒球形度系致(为0.3左右)；m——滤料层的孔隙度（=1-G/V/Υ，其中G为滤料重量、V为滤料层体积、Υ为容重）上式中第一项为粘滞项，第二项为动力项，根据过滤速度大小的不同，各项所占的比例也不同．2．反冲洗为了保证过滤后的出水水质及过滤速度，但过滤一段时间后，需要对滤料层进行反冲洗，以使滤料层在短时间内恢复其工作能力。反冲洗的方式有多种多样，其原理是一样的。反冲洗开始时，承托层、滤抖层未完全膨胀，相当于滤池处于反向过滤状态。当反冲洗强度增加后，可使滤料层处于完全膨胀、流化的状态。为使滤料层中截留的杂质在短11时间内彻底清洗干净，必须使滤料层处于完全的膨胀状态。但滤料层的膨胀高度大小与反冲洗强度及反冲洗的用水量等都有密切的关系。因而，为在短时间、少水量的前提下获得最佳的反冲洗效果，需研究反冲洗强度与滤料层膨胀率之间的关系。根据滤料层膨胀前后的厚度，可用下式计算出滤料层的膨胀率e:e=(L0-L)/L0×100%式中：L——滤料层膨胀后的厚度（cm）e——滤料层膨胀率（%）三．实验装置与设备1．实验装置本实验采用如下图2-1所示的实验装置。过滤时，清水来自自来水管，混水来自水箱；液位计水箱滤柱1、滤料层2、承托层3、水泵4、水泵进水阀、5、过滤进水阀6、过滤出水阀7、过滤出水流量计8、放空阀9、测压管阀10、反冲洗进水阀11、反冲进水流量计122．实验设备，仪器及药品‘(1)过滤柱(有机玻璃，具体尺寸见实验装置)1套(2)反冲洗进水、过滤出水流量计（具体型号见装置）各1个（3）测压板1块（4）测压管(玻璃管102m)6根（5）卷尺(0～2.0m)1把（6）浊度仪(光电式)1台（7）秒表1块四、实验步骤：采用衡水头变滤速的过滤方法，过滤开始前，先测定衡水位的水面高度，并进行记录。1、清水过滤（1）、打开水泵进水管、水泵开关及各测压管开关；（2）、打开过滤进水阀门，调节25l/h，待测压管中水位稳定后，读取各测压管中的水位值，并加以记录；（3）、增大过滤流量，使进水流量依次为50l/h、100l/h、150l/h、200l/h、250l/h，重复步骤（2），进行读数和记录；（4）、关闭过滤进水阀门，关闭水泵及各测压管；（5）、用卷尺测量各测压管间滤料层的厚度及滤料层的总高度，记录；（6）、根据测定结果作出滤速与各测压管水头损失值间的关系曲线并进行分析。2、混水过滤实验方法同清水过滤。3、滤柱反冲洗实验13（1）、量出滤料层的原厚度；（2）、开启水泵，慢慢开启反冲洗进水阀门，调至反冲进水流量为1000l/h,使滤料层膨胀完全膨胀，待滤料层表面稳定后，记录此时的滤料层高度；（3）、重复（2）降低反冲洗进水流量，使反冲洗进水量依次为900l/h、800l/h、700l/h、600l/h、500l/h、400l/h、300l/h，待滤料层表面稳定后，记录对应的滤料层高度。（4）、作出反冲洗流量与滤料层膨胀率之间的关系曲线并加以分析。五．实验思考题1．本实验中，滤柱测压管口的间距是相等的。请结合实验结果分析说明在清水过滤过程中各测压管问的水头损失是基本相等的，面在原混水和经混凝的原水的过滤过程中各测压管间滤料层的水头损失是不同的原因。2．结合过滤的基本原理，请你分析过滤过程中，滤料层对水中杂质的去除机理。3