环境工程原理实验报告

环境工程原理实验报告专业班级：姓名：学号：课程名称：环境工程原理指导教师：环境与资源学院2015年12月26日1.板框压滤机过滤实验1.1实验目的（1）熟悉板框过滤机的结构和操作方法；（2）测定在恒压过滤操作时的过滤常数；（3）掌握过滤问题的简化工程处理方法。1.2实验原理1.2.1过滤原理过滤是利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（滤布和滤渣），使悬浮液中的固、液得到分离的单元操作。过滤操作本质上是流体通过固体颗粒床层的流动，所不同的是，该固体颗粒床层的厚度随着过滤过程的进行不断增加。过滤操作可分为恒压过滤和恒速过滤。当恒压操作时，过滤介质两侧的压差维持不变，则单位时间通过过滤介质的滤液量会不断下降。过滤速率基本方程的一般形式为：VeVvrPAddVs'12恒压过滤时，对上式积分可得：eeKqq2对上式微分可得：KqKqdqde22该式表明dτ/dq～q为直线，其斜率为2/K，截距为2qe/K，为便于测定数据计算速率常数，可用Δτ/Δq替代dτ/dq，则上式可写成：KqKqqe22将Δτ/Δq对q标绘（q取各时间间隔内的平均值），在正常情况下，各点均应在同一直线上，直线的斜率为2/K=a/b，截距为2qe/K=c，由此可求出K和qe。1.2.2板框压滤机结构及运作板框压滤机主要结构（见图1-1）组成：（1）机架：机架是压滤机的基础部件，两端是止推板和压紧头，两侧的大梁将二者连执着起来，大梁用以支撑滤板、滤框和压紧板。a、止推板：它与支座连接将压滤机的一端坐落在地基上，厢式压滤机的止推板中间是进料孔，四个角还有四个孔，上两角的孔是洗涤液或压榨气体进口，下两角为出口（暗流结构还是滤液出口）b、压紧板：用以压紧滤板滤框，两侧的滚轮用以支撑压紧板在大梁的轨道上滚动。c、大梁：是承重构件，根据使用环境防腐的要求，可选择硬质聚氯乙烯、聚丙烯、不锈钢包覆或新型防腐涂料等涂覆。（2）压紧机构：手动压紧、机械压紧、液压压紧。a、手动压紧：是以螺旋式机械千斤顶推动压紧板将滤板压紧。b、机械压紧：压紧机构由电动机（配置先进的过载保护器）减速器、齿轮付、丝杆和固定螺母组成。压紧时，电动机正转，带动减速器、齿轮付，使丝杆在固定丝母中转动，推动压紧板将滤板、滤框压紧。当压紧力越来越大时，电机负载电流增大，当大到保护器设定的电流值时，达到最大压紧力，电机切断电源，停止转动，由于丝杆和固定丝母有可靠的自锁螺旋角，能可靠地保证工作过程中的压紧状态，退回时，电机反转，当压紧板上的压块，触压到行程开关时退回停止。c、液压压紧：液压压紧机构的组成由液压站、油缸、活塞、活塞杆以及活塞杆与压紧板连。（3）过滤机构：过滤机构由滤板、滤框、滤布、压榨隔膜组成，滤板两侧由滤布包覆，需配置压榨隔膜时，一组滤板由隔膜板和侧板组成。隔膜板的基板两侧包覆着橡胶隔膜，隔膜外边包覆着滤布，侧板即普通的滤板。物料从止推板上的时料孔进入各滤室，固体颗粒因其粒径大于过滤介质的孔径被截留在滤室里，滤液则从滤板下方的出液孔流出。滤饼需要榨干时，除用隔膜压榨外，还可用压缩空气或蒸气，从洗涤口通入，气流冲去滤饼中的水份，以降低滤饼的含水率。图1-1板框压滤机结构运作方式：由供料泵将悬浮液压入滤室，在滤布上形成滤渣，直至充满滤室。滤液穿过滤布并沿滤板沟槽流至板框边角通道，集中排出。过滤完毕，可通入清洗涤水洗涤滤渣。洗涤后，有时还通入压缩空气，除去剩余的洗涤液。随后打开压滤机卸除滤渣，清洗滤布，重新压紧板、框，开始下一工作循环。板框压滤机对于滤渣压缩性大或近于不可压缩的悬浮液都能适用。适合的悬浮液的固体颗粒浓度一般为10%以下，操作压力一般为0.3～0.6兆帕，特殊的可达3兆帕或更高。过滤面积可以随所用的板框数目增减。板框通常为正方形，滤框的内边长为320～2000毫米，框厚为16～80毫米，过滤面积为1～1200米2。板与框用手动螺旋、电动螺旋和液压等方式压紧。板和框用木材、铸铁、铸钢、不锈钢、聚丙烯和橡胶等材料制造。1.3操作步骤如图1-2所示，板式压滤机操作主要有如下三个步骤。第一步压紧：压滤机操作前须进行整机检查：查看滤布有无打折或重叠现象，电源是否已正常连接。检查后即可进行压紧操作，首先按一下“启动”按钮，油泵开始工作，然后再按一下“压紧”按钮，活塞推动压紧板压紧，当压紧力到达调定高点压力后，液压系统自动跳停。图1-2板框压滤机基本操作流程图第二步进料：当压滤机压紧后，即可进行进料操作：开启进料泵，并缓慢开启进料阀门，进料压力逐渐升高至正常压力。这时观察压滤机出液情况和滤板间的渗漏情况，过滤一段时间后压滤机出液孔出液量逐渐减少，这时说明滤室内滤渣正在逐渐充满，当出液口不出液或只有很少量液体时，证明滤室内滤渣已经完全充满形成滤饼。如需要对滤饼进洗涤或风干操作，即可随后进行，如不需要洗涤或风干操作即可进行卸饼操作。第三步洗涤或风干：压滤机滤饼充满后，关停进料泵和进料阀门。开起洗涤泵或空压机，缓慢开启进洗液或进风阀门，对滤饼进行洗涤或风干。操作完成后，关闭洗液泵或空压机及其阀门，即可进行卸饼操作。第四步卸饼：首先关闭进料泵和进料阀门、进洗液或进风装置和阀门，然后按住操作面板上的“松开”按钮，活塞杆带动压紧板退回，退至合适位置后，放开按住的“松开”按钮，人工逐块拉动滤板卸下滤饼，同时清理粘在密封面处的滤渣，防止滤渣夹在密封面上影响密封性能，产生渗漏现象，至此一个操作周期完毕。1.4分析与讨论1.4.1在使用板框压滤机是，为什么初期滤液是浑浊的？答：板框压滤机所采用的过滤方式其机理是滤饼过滤，是使用织物、多孔材料或膜作为过滤介质，过滤介质只是起着支撑滤饼的作用，随滤饼的形成真正起过滤介质作用的是滤饼本身。在过滤初期，滤饼没有形成，而部分小颗粒可以进入甚至穿过介质的小孔，因此，初期滤液是浑浊的。1.4.2滤浆浓度和过滤压强对K值有什么影响？答：K=2k·Δp^(1-s)，s为滤屏压缩性指数，对不可压缩滤饼，s=0.。k=1/（μrc)，μ为滤液黏度，r为比阻，c为浓度。所以一般地讲，滤浆浓度越大，过滤常数K越小，滤浆浓度越小，K越大。过滤压强Δp越大，过滤常数K也越大，反之则越小。1.4.3当操作压强增加一倍，其K值是否也增加1倍？要得到同样的滤液量，其过滤时间是否缩短了1半？答：对不可压缩滤饼，当操作压强增加一倍，其K值也增加1倍。由恒压过滤公式：q2＋2qqe＝Kt可得，保持同样的滤液量，其过滤时间缩短了一半。2.活性炭吸附实验2.1实验目的（1）通过实验埋解沾性炭对污染物的吸附去除（2）掌握用静态吸附法确定活性炭等温吸附式的方法2.2实验原理活性炭吸附是目前国内外应用比较多的一种水处理手段。由于活性炭对水中大部分污染物都有较好的吸附作用，因此，活性炭吸附应用于水处理时往往具有出水水质稳定，适用于多种污水的优点。活性炭吸附常用来处理某些工业废水，在有些特殊情况下也用于水处理。活性炭吸附利用活性炭固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，达到净化水质的目的。活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是物理吸附，指的是活性炭表面的分子受到不平衡的力，而使其他分子吸附于其表面上；另一个是化学吸附，指活性炭与被吸附物质之间的化学作用。活性炭的吸附是上述两种吸附综合作用的结果。当活性炭在溶液中的吸附和解析处于动态平衡状态时，成为吸附平衡，此时，被吸附的物质的溶液中的浓度和再活性炭表面的浓度均不再变化，而此时被吸附的物质在溶液中的浓度成为平衡浓度，活性炭的吸附能力以吸附容量q表示，即：0()VCCqM式中：q——活性炭吸附量，即单位质量的吸附剂所吸附的物质量（mg/g）；V——污水体积（L）；C0，C——为吸附前原水和吸附平衡时污水中的物质的质量浓度（g/L）；M——活性炭投加量（g）。在温度一定的条件下，活性炭的吸附量q与吸附平衡时的质量浓度C之间关系曲线称为吸附等温线。在水处理工艺中，通常用Freundlich吸附等温线来表示活性炭吸附性能。其数学表达式为：1nqKC式中：K——与吸附比表面积、温度有关的系数；n——与温度有关的常数；q——活性炭吸附量，即单位质量的吸附剂所吸附的物质量（mg/g）C——吸附平衡时污水中的物质的质量浓度（g/L）。K，n求法是通过间歇式活性炭吸附实验测得q，c相应之值，将上式取对数后变换为下式：1lglglgqDKCn相应值绘在双对数坐标上，所得直线斜率为1/n，截距为K。将q、C相应值点绘在双对数坐标纸上，所得直线的斜率为1/n，截距则为K，如下图：2.3实验设备及用具1)恒温振荡器一台2）12个三角瓶500ml3）COD测定器4）活性炭粉末5）废水2.4步骤及记录1)在6个250mL的锥形瓶中分别投加0mg、100mg、200mg、300mg、400mg、500mg粉状活性炭。2)在每个三角烧瓶中投加150ml废水，3)测定水温，将三角烧瓶放在15℃振荡器上振荡30min，基本可达到吸附平衡，停止振荡。4）8000r/min离心10分钟后取3mL上清液，加入1mL0.500moL/L重铬酸钾，6mL硫酸银-硫酸混合液，在167.8℃的消解仪上消解15分钟。5)静置15min，吸取上清液。测定COD值，记录实验数据，求出吸附量q。2.5实验结果整理实验记录数据如表2-1表2-1活性炭吸附试验原始数据表序号样品详情吸光度#消解组空白对照0.0110无活性炭投加0.2261投加100g活性炭0.232投加200g活性炭0.2163投加300g活性炭0.0764投加400g活性炭0.059因消解组空白对照组的吸光度不为0，因此，各组需要减去消解组空白对照所得吸光度，由标准曲线（图2-1）可以分析得到各自吸光度所对应的COD值，详见表2-2。图2-1COD高量程标准曲线而q为单位质量的吸附剂所吸附的物质量，因此根据吸附前后COD值的变化和所加废水的量可求得各组对应的活性炭吸附量，详见表2-2。表2-2活性炭吸附处理数据表序号吸光度（Abs）COD（mg/L）COD去除值（mg/L）活性炭吸附量q（mg/kg）00.215678.0--10.219691.3-13.3-19.9520.205644.733.324.9830.065178.0500.0250.0040.048121.3556.7208.7650.092268.0410.0123.00实验中，加入100mg活性炭的样品所计算出的q若为负值，说明活性炭明显的吸附了溶剂，因此，只能舍去此值。根据Freundlich变形公式，可求出lgC与lgq数值（详见表2-3），并画出等温曲线图（图2-2）.表2-3Freundlich拟合所用的lgC与lgq数据表序号COD（mg/L）活性炭吸附量q（mg/kg）lnqlnC2644.724.983.21816.46883178.0250.005.52155.18184121.3208.765.33754.79835268.0123.004.81225.5910图2-2Freundlich等温吸附线由图2-2可知，拟合直线的斜率为-1.3863，截距为12.361，lgq与lgC曲线的直线拟合相关系数为：R2=0.9003，相关性不算很好。