环境工程学实验讲义.docx
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环境工程学实验讲义
高等学校教材
环境工程学
实验
南开大学环境科学与工程学院
环境工程学实验室
目录
实验室实验
实验一沉淀实验2
实验二混凝实验6
实验三静态活性炭吸附实验8
实验四动态活性炭吸附实验..11
实验五气浮实验……………………………………….……………12
实验六逆流气浮实验………………………………………….…….14
实验七曝气设备充氧能力的测定实验……………………………16
实验八污泥脱水实验………………………………………………20
实验一沉淀实验
一、目的
通过沉淀实验，熟悉沉淀类型及各自特点，掌握沉淀曲线测试与绘制方法。
二、原理
浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀，其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉速在层流区符合Stokes（斯笃克斯）公式。
悬浮物浓度不太高，一般在600~700mg/L以下的絮状颗粒的沉淀属于絮凝沉淀，沉淀过程中由于颗粒相互碰撞，凝聚变大，沉速不断加大，因此颗粒沉速实际上是一变速。
浓度大于某值的高浓度水，颗粒的下沉均表现为浑浊液面的整体下沉。
这与自由沉淀、絮凝沉淀完全不同，后两者研究的都是一个颗粒沉淀时的运动变化特点，（考虑的是悬浮物个体），而对成层沉淀的研究却是针对悬浮物整体，即整个浑液面的沉淀变化过程。
成层沉淀时颗粒间相互位置保持不变，颗粒下沉速度即为浑液面等速下沉速度。
该速度与原水浓度、悬浮物性质等有关而与沉淀深度无关。
但沉淀有效水深影响变浓区沉速和压缩区压实程度。
为了研究浓缩，提供从浓缩角度设计澄清浓缩池所必需的参数，应考虑沉降柱的有效水深。
此外，高浓度水沉淀过程中，器壁效应更为突出，为了能真实地反映客观实际状态，沉淀柱直径一般要≥200mm，而且柱内还应装有慢速搅拌装置，以消除器壁效应和模拟沉淀池内刮泥机的作用。
三试验设备材料
1.沉淀用有机玻璃柱，内径d=150mm，高H=1600mm，内设搅拌装置转速1rpm，上设溢流管、取样口、进水管及放空管；
2.配水系统一套（每套系统为两套沉淀装置供水），包括小车、污泥泵、水箱等；
3.计量水深用标尺、计时用秒表；
4.悬浮物定量分析用电子天平、定量滤纸、称量瓶、烘箱、抽滤装置、干燥器等装置；
5.取样用100ml比色管、100ml量筒、瓷盘等。
四试验方法和步骤
1.检查沉淀装置连接情况、保证各个阀门完全闭合；各种用具是否齐全。
2.打开阀门1、3，水泵接电，使水箱中污水在自循环条件下混合均匀；取水箱水样测悬浮物浓度C0。
3.启动搅拌器控制转速为1rpm；打开阀门2、4，慢速关小阀门3，使沉淀柱进水速度均匀；待沉淀柱水位达到溢流管时依次关闭阀门2、4，并开始记录时间。
4.在开始后0、5、10、20、30、60min时分别在1号取样口取样100ml，测悬浮物浓度。
同时观察悬浮颗粒沉淀特点、现象。
5.悬浮物测定方法：
将定量滤纸置于称量瓶内烘至恒重W1；
将抽滤水样后滤纸放入称量瓶中，烘至恒重W2；
悬浮物浓度
。
五注意事项
1．向沉淀柱内进水时，速度要适中，既要较快完成进水，以防进水中一些较重颗粒沉淀，又要防止速度过快造成柱内水体紊动，影响静沉实验效果。
2．取样时，先排除管中积水而后取样（排出20ml左右），每次取样100mL。
六实验结果整理
1.在格纸上绘制u-p关系曲线；
2.利用图解法列表，计算不同沉速时悬浮物去除率E（记入表3）。
试验日期：
水样性质及来源：
沉淀柱内经：
150mm柱高：
H=1600mm有效高度h=1200mm
水温：
°C每次取样体积V=100ml原水悬浮物浓度C0=mg/
表1悬浮物性质测定记录表
沉淀时间（min）
称量瓶号
瓶+滤纸重W1（g）
瓶+纸+SS重W2（g）
水样SS（g）
水样浓度C（mg/l）
0
5
10
20
30
60
表2沉淀数据整理表
沉淀时间（min）
0
5
10
20
30
60
颗粒沉速u=
（mm/s）
0
水样浓度C（mg/l）
未被移除颗粒百分比pi=Ci/C0（%）
表3沉淀物去除率E的计算
序号
p
1
2
3
4
5
6
七思考题
1．若按
计算不同沉淀时间t的沉淀效率E有何不妥?
此时试验方法应如何改变。
实验二混凝实验
一、目的
通过混凝实验，观察矾花的形成过程及混凝沉淀效果，不仅可以选择投加药剂种类，数量，还可确定其它混凝最佳条件。
二、原理
消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫做脱稳。
脱稳后的胶粒，在一定的水力条件下，才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。
直径较大且较密实的矾花容易下沉。
自投加混凝剂直至形成较大矾花的过程叫混凝。
三、设备及用具
1.TS6程控混凝试验搅拌仪一台。
2.洗耳球1个，配合移液管移药用。
3.10mL移液管1根。
4.1000mL量筒1个，量原水体积。
5.2mg/mL（Al2O3计）浓度硫酸铝（或其它混凝剂）溶液1瓶。
6.PHS-2型酸度计1台。
7.HACH2100N浊度仪1台。
四、内容与步骤
1.测原水浊度及Ph值。
2.用1000mL量筒量取6个水样置于搅拌烧杯中。
3.将测温探头放入仪器旁边盛水烧杯中。
4.将第一组水样置于搅拌机中，启动仪器，编程序（快速搅拌800rpm、1min、加药；中速搅拌150rpm、10min；慢速搅拌50rpm、10min；静沉30min）。
5.用移液管向1至6号加药管中分别加入1、2、3、4、5、6mL混凝剂。
6.运行程序，注意观察并记录矾花形成、沉淀的过程，矾花外观、大小、密实程度等，并记入表格中。
7.程序运行结束后，由上部取样口取杯中上清液约100mL（测浊度、pH即可），置于六个洗净的100mL烧杯中，测浊度及pH并记入表中。
五、注意事项
1.取水样时，所取水样要搅拌均匀，要一次量取以尽量减少所取水样浓度上的差别。
2.移取烧杯中沉淀水上清液时，要在相同条件下取上清液，不要把沉下去的矾花搅起来。
六、成果整理
原水水温：
°C浊度：
PH：
水样编号
1
2
3
4
5
6
第一组
混凝剂加注量mg/l
矾花形成时间min
沉淀水浊度
备注
1
快速搅拌
（min）
（r/min）
2
中速搅拌
（min）
（r/min）
3
慢速搅拌
（min）
（r/min）
4
沉淀时间
（min）
以投药量为横坐标，以剩余浊度为纵坐标，绘制投药量-剩余浊度曲线，从曲线上可求得不大于某一剩余浊度的最佳投药量值。
七、思考题
1.根据实验结果以及实验中所观察到的现象，简述影响混凝的几个主要因素。
2.为什么最大投药量时，混凝效果不一定好。
3.参考本实验步骤，编写出测定最佳pH值实验过程。
实验三静态活性炭吸附实验
一、目的
通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作。
掌握用“间歇”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。
二、原理
活性炭吸附是去除溶解性有机物的主要手段，其吸附过程可用吸附等温线表示，在连续流吸附过程中形成一向前迁移的吸附带。
三、设备及用具
1．500mL三角烧杯6个；
2．摇床；
3．烘箱；
4．752分光光度计，玻璃器皿，滤纸等；
5．活性炭。
四、内容与步骤
1.自配染料污水。
2.将粉末活性炭放在蒸馏水中浸24小时，然后放在105℃烘箱内烘至恒重。
（以上步骤由教师完成）
3.在六个500mL的三角烧瓶中发别投加0、50、100、150、200、250mg粉末活性炭。
4.在每个三角烧瓶中投加同体积（300mL）自配污水。
5.测定水温，将三角烧瓶放在摇床上振荡40min。
6.过滤各三角烧瓶中的污水，在波长460nm处测定其吸光度值，通过标准曲线查出C。
五、成果整理
1.记录实验基本参数
实验日期年月日
温度℃震荡时间min水样体积ml
2.各三角烧杯中水样过滤后ABSi测定结果
杯号
活性炭投加量
m（g/L）
吸附平衡后ABSi
吸附平衡后水样浓度C
mg/L
lgC
吸附量
（mg/L）
（mg/g）
0
1
2
3
4
5
3.以
为纵坐标，lgC为横坐标绘出Fruendlich吸附等温线。
六、思考题
1.吸附等温线有什么现实意义，作吸附等温线时为什么要用粉状炭？
染料标准曲线图
（在波长=460nm处测定）
实验四动态活性炭吸附实验
一、目的
通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作。
掌握用“连续流”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。
二、原理
活性炭吸附是去除溶解性有机物的主要手段，其吸附过程可用吸附等温线表示，在连续流吸附过程中形成一向前迁移的吸附带。
三、设备及用具
1.连续流活性炭吸附实验装置1套（单柱），内径25mm，高度1000mm，炭层高度700mm；
2．752分光光度计，玻璃器皿等。
四、内容与步骤
1.熟悉动态活性炭吸附装置。
2.测自配污水吸光度
。
3.以2L/h的流量按降流方式进行单柱实验（运行时炭层不应有空气泡）。
运行30min，每隔5min取样测出水吸光度
。
4.改变流量分别以3.0L/h、4.0L/h、5.0L/h、6.0L/h的流量运行10min，每隔5min取样测出水吸光度值
。
五、成果整理
1.记录实验结果，计算吸光度去除率
六、思考题
1.由实验结果探讨工作流速的对吸附带长度、去除效果的影响？
2.连续流的升流式和降流式运动方式各有什么特点？
实验五气浮试验
一、实验目的
1.了解和掌握气浮净水方法的原理及其工艺流程
2.了解气浮法设计参数，掌握最佳反应条件
二、原理
气浮法就是使空气以微小气泡的形式出现于水中并慢慢自下而上地上升，在上升过程中，气泡与水中污染物质接触，并把污染物质黏附于气泡上（或气泡附于污染物上），从而形成密度小于水的气水结合物浮升到水面，使污染物质从水中分离出去。
三、设备及用具
1.接触气浮反应器
2.TA2—I程控混凝试验搅拌仪一台
3.搅拌桨一个
4.10ml移液管1根
5.1000ml量筒1个
6.10mg/ml聚合氯化铝溶液1瓶
7.HACH2100N浊度仪一台
四、内容与步骤
1.测量并记录原水浊度。
2.用1000ml量筒量取2L原水置于反应器中，盖好搅拌桨。
3.启动程控搅拌仪，编程序（快速搅拌500rpm、0.5min；一级反应155rpm、3min；二级反应47rpm、3min；进溶气水20rpm、1min；静置0rpm、5min）并储存。
4.用移液管向反应器中加入4ml聚合氯化铝溶液。
5.运行程序，在进溶气水阶段拧开阀门，使溶气水均匀地进入反应器（速度400ml/min），分别设计进水量为0、5%、10%、15%（即进水时间分别为0、15、30、45S）注意观察絮体形成、并大、上升的过程。
6.程序运行结束后，由取样口取样测量出水浊度，并记入表中。
五、注意事项
1.取原水及混凝剂时，在量取之前要先搅拌均匀
2.进溶气水时要保证均匀进水，尽量不要在进水过程中改动进水流量。
六、数据整理
原水水温：
℃浊度：
NTU
回流比
10%
15%
20%
25%
出水浊度（NTU）
浊度去除率（%）
七、思考题
1.气浮法与沉淀法有什么相同之处？
有什么不同之处？
2.试述影响混凝—气浮工艺的主要因素。
3.气泡与絮体接触状况对气浮效果有何影响？
实验六逆流气浮实验
一、实验目的
1、了解逆流气浮工艺与普通气浮工艺水流形态的差异；
2、进一步理解不同参数对气浮效果的影响。
二、实验原理
逆流气浮池是让混凝后带有絮粒的水由上而下流过池体，溶气水释放的气泡则由下而上浮起，经过气浮处理后由池底流出。
这样气泡在上升过程中就会和下降的絮体进行反复的碰撞接触，增加相互碰撞的机会和次数，延长了接触时间。
在运行过程中气浮池上部形成一带气絮体悬浮层拦截随水流下行的絮体颗粒，带气絮体体积质量随粘附气泡数量的增加而降低，最终上浮到气浮池顶部被去除。
在池体下部，由于气泡刚刚形成并开始上浮，这时非常密集的气泡还没有被絮粒杂质吸附，由上部下来的漏网的絮粒不多，这就形成众多的气泡包围稀少的絮粒，起到气浮池出水前对其中杂质颗粒的拦截作用，从而提高了气浮处理效果。
三、设备及用具
8.混凝/逆流气浮反应器一套
9.10ml移液管1根
10.1000ml量筒1个
11.聚合氯化铝溶液
12.HACH2100N浊度仪一台
四、试验步骤
1、熟悉实验仪器。
检查溶气系统、回流系统、混凝系统工作状况；
2、启动空气压缩机，打开溶气水回流系统；
3、打开进水泵，调节到合适的进水流量；
4、打开加药泵，调节到合适的加药流量；
5、打开溶气罐底部阀门，向逆流气浮柱内通入溶气水；
6、调节进、出水流量阀，改变气浮池内水力负荷、排渣比，观察气浮池内悬浮絮体变化。
a）测量气浮池进、出水浊度，观察逆流气浮处理效果。
五、思考题
1、那些因素可以提高影逆流气浮处理的效果。
2、比较逆流气浮与常规气浮有何不同。
3、观察逆流气浮反应柱内气泡与絮体接触状况。
实验七曝气设备充氧能力的测定实验
一、目的
掌握测定曝气设备总传递系数和充氧能力的实验方法和计算过程，评价充氧设备充氧能力的好坏。
二、原理
用自来水进行实验时，先用Na2SO3对自来水进行脱氧，使水中溶解氧降到零，然后再曝气，直至溶解氧升高到接近饱和水平。
假定这个过程中液体是完全混合的，符合一级动力学反应，水中溶解氧的变化可以用下式表示。
式中
——氧转移速率，mg／（L·h）；
——氧的总传递系数，L／h；
——实验室条件下，自来水的溶解氧饱和浓度，mg／L；
Ct——相应于某一时刻t的溶解氧浓度，mg／L。
将上式积分，得
该式表明，通过实验测得
和相应于某一时刻t的溶解氧Ct后绘制
与t的关系曲线，其斜率即KLa。
充氧能力为
三、设备与试剂
1．曝气装置1套（如图所示）。
2．溶解氧测定仪1台。
3．秒表1个。
4．分析天平1台。
5．100ml烧杯2个、2000ml量杯1个、玻璃棒。
6．亚硫酸钠（Na2SO3）。
7．氯化钴（CoCl2·6H2O）。
四、内容与步骤
鼓风曝气清水充氧
1．向曝气池内注入自来水至标线处，用直尺量出长、宽、高，计算水样体积V，测定水中溶解氧浓度C。
2．计算亚硫酸钠和氯化钴的需要量
从上面反应式可以知道，每去除1mg溶解氧需要投加7.9mg脱氧剂Na2SO3。
根据水样体积V和自来水中的溶解氧浓度C可以算出Na2SO3的理论需氧量，实际投加量应为理论值的1.5倍。
计算式如下：
（mg）
催化剂氯化钴的投加量，按维持清水中钴离子浓度为0.4mg/L计算，计算式如下：
（mg）
3．将亚硫酸钠和氯化钴分别用热水化开，待全部溶解后，均匀倒入曝气池内，并开动叶轮对反应器中水体进行轻微搅拌，使药剂迅速扩散（20rpm左右）。
搅拌的同时测定水中溶解氧浓度，直至其降为零。
4．缓缓打开供气阀门，直至观察到池中水完全混合（气体流量约为0.6m3/h左右），开始计时。
每隔0.5~1min测定一次溶解氧浓度，直到溶解氧不再增长（达到饱和）为止。
5．关闭进气阀门，关闭溶氧仪，排空池内清水。
平板叶轮表面曝气清水充氧
步骤1~3同前。
4．保证平板叶轮在水面下1cm处，启动电机，缓缓加快转速，直至观察到池中水花扩散到池壁（80rpm左右），开始计时。
每隔0.5~1min测定一次溶解氧浓度，直到溶解氧不再增长（达到饱和）为止。
5．关闭电机，关闭溶氧仪，排空池内清水。
五、实验结果整理
1．将测定数据记录于下表中
水温℃水样体积LC=mg/LCs=mg/L
亚硫酸钠用量W1=g氯化钴用量W2=g
t/min
Ct/（mg/L）
Cs-Ct
ln（Cs-Ct）
2．以ln（Cs-Ct）为纵坐标，时间t为横坐标，绘制关系曲线，求得斜率，该斜率=﹣KLa
3．计算叶轮充氧能力Qs
六、注意事项
1．打开供气阀门之前，要先将流量计旋钮旋至最大，切记不能在未关闭供气阀门前关闭流量计开关，避免气路中压力过大。
2．鼓风曝气时，溶氧仪不要放在曝气头正上方，避免释放的大量气泡对探头产生冲击，影响读数的准确性。
机械曝气时，溶氧仪也不要离叶轮太近。
七、思考题
1．氧总转移系数KLa的意义是什么？
2．鼓风曝气设备与机械曝气设备充氧性能指标有什么不同？
氧在蒸馏水中的溶解度
水温T/℃
溶解度/（mg/L）
水温T/℃
溶解度/（mg/L）
0
14.62
16
9.95
1
14.23
17
9.74
2
13.84
18
9.54
3
13.48
19
9.35
4
13.13
20
9.17
5
12.80
21
8.99
6
12.48
22
8.83
7
12.17
23
8.63
8
11.87
24
8.53
9
11.59
25
8.38
10
11.33
26
8.22
11
11.08
27
8.07
12
10.83
28
7.92
13
10.60
29
7.77
14
10.37
30
7.63
15
10.15
实验八污泥脱水实验
一、目的
进一步加深理解污泥比阻的概念，评价污泥脱水性能，选择污泥脱水的药剂种类，浓度、投药量；加深理解污泥机械脱水的原理及脱水过程。
二、原理
污泥经重力浓缩或消化后，含水率大约在97％左右，体积大不便于运输。
因此一般多采用机械脱水，以减小污泥体积。
常用的脱水方法有真空过滤、压滤、离心等方法。
污泥比阻值是表示污泥过滤特性的综合指标，加入混凝剂可改善污泥过滤特性。
三、设备与试剂
1．污泥比阻测定装置：
真空泵、反应器、真空表、布氏漏斗等。
2．秒表，滤纸，烘箱。
3．FeCl3、FeSO4、A12（SO4）3混凝剂。
四、内容与步骤
1．准备污泥：
消化后的污泥，分别投加1ml5%、10%和15%的FeCl3、FeSO4、Al2（SO4）3混凝剂，混合反应1min。
2．测定污泥含水率，求其污泥浓度。
3．布氏漏斗中放置滤纸，用水喷湿。
开动真空泵，使量筒中成为负压，滤纸紧贴漏斗，关闭真空泵。
4．把l00ml调节好的泥样倒入漏斗，再次开动真空泵，使污泥在一定条件下过滤脱水。
5．记录不同过滤时间t的滤液体积V值。
6．记录当过滤到泥面出现龟裂，或滤液达到85ml时，所需要的时间t。
7．测定滤饼浓度。
8．五、注意事项
（1）滤纸称重烘干，放到布氏漏斗内，要先用蒸馏水湿润，而后再用真空泵抽吸一下，滤纸一定要贴紧不能漏气。
（2）污泥倒入布氏漏斗内有部分滤液流入量筒，所以在正常开始实验时，应记录量筒内滤液体积V值。
五、实验结果整理
绘制t/V～t关系曲线，求斜率b，求截流固体重量与滤液体积比ω，计算各污泥比阻，选择最佳浓度最佳混凝剂。
六、分析与思考题
1．判断生污泥，消化污泥脱水性能好坏，分析其原因。
2．污泥调理有什么意义。
现场参观实践
实践一污水处理厂二级处理和污水回用工艺的现场跟踪
实践二电厂除尘脱硫工艺的现场跟踪
实践三固体废物处理站焚烧工艺的现场跟踪
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