h环境工程学实验指导书讲解学习

环境工程学实验指导书苏州科技学院环境科学与工程学院中心实验室2013年7月学生实验守则环境工程学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；实验一 混凝实验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：1、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；2、加深对混凝机理的理解；3、了解混凝过程中凝聚和絮凝的作用及其表现特征；4、了解絮体的产生及其聚集增大的基本过程；5、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；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 πημξ= 式中：K ——微粒形状系数，对于圆球体6=K ；π ——系数，为3.1416；η——水的粘度（Pa ·S ），（此取S Pa ⋅=-110η）；μ ——颗粒电泳迁移率（cm V s m ///μ）；H——电场强度梯度（V/cm）；D——水的介电常数D水=8.1。

通常，ξ电位一般值在10-200mv之间，一般天然水体中胶体颗粒的ξ电位约在-30mv以上，投加混凝剂以后，只要该电位降至-15mv左右，即可得到较好的混凝效果，相反，ξ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（如Al2(SO4)3）后，生成Al(Ⅲ)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ξ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，G值一般控制在70～20，GT值为104-105之间为宜。

三、实验仪器、装置实验搅拌机示意图1——电机 2——烧杯 3——搅拌桨 4——传动齿轮六联搅拌器、光电式浊度仪、1000ml 烧杯6个、移液管（1ml 、2ml 、5ml ）、秒表、50ml 注射器1个；Al 2(SO 4)3混凝剂（10g/l ）、FeSO 4混凝剂（10g/l ）、 10%NaOH 溶液、10%HCL 溶液、滴管、精密pH 试纸、普通滤纸若干、原水水样1桶四、实验内容以及步骤：（A ）、确定最佳混凝剂和最小投药量1、测定原水特征（水温、pH 、浊度）2、取2个1000ml 烧杯，将其置于搅拌器上，向烧杯中各注入600ml 原水，启动搅拌器，使搅拌器处于慢速搅拌状态，向烧杯中投加已配置的Al 2(SO 4)3和FeSO 4混凝剂，直至杯中出现矾花为止，此时的混凝剂投量即为形成矾花的最小投量。

静沉10分钟，观察矾花的形成，并判断最佳混凝剂。

（B ）、测定最佳投药量1、取6个1000ml 烧杯并依次分别编号（1～6）并将他们按顺序安放在搅拌器上。

2、根据A 确定的混凝剂的最小投量，取最小投量21的为1号杯的投加量；取最小投加量的5倍作为6号杯的投加量。

2～5烧杯为最小投量的1.0、1.5、2.0、3.0、4.0倍。

3、各组用移液管一一对应将上述混凝剂量移入6个编号（1～6）的小试管中，备用。

4、开启搅拌器，使其使用搅拌的快速而剧烈的混合状态，同时将3中所备的混凝剂一一对应加入烧杯中，并同时开始计时，进行快速混合，转速约300r/min，1min快速混合结束后，调节搅拌仪转速至中速，转速约150r/min，3min。

最后慢速搅拌，转速为50r/min，8min。

5、关闭搅拌器，静置5min，用50ml注射器，分别从烧杯中取上清液，立即永光电式浊度仪分别测定水浊度，并记录。

6、分析浊度与投加量的关系，找出相应的最佳投药量。

（C）、测定最佳的pH值1、取6个烧杯编号（1～6），分别装600ml原水水样，然后分别用10％得HCL和NaOH溶液将原水的pH值分别调至3，4，5，7，8，9。

2、取6个小试管分别装入最佳投药量的混凝剂，备用。

3、将调节pH后的6个水样（1000ml烧杯）置于搅拌器上，开启搅拌器，同时分别将相同数量的最佳投药量的混凝剂加入各个水样中，并开始计时，按最佳投药量实验的操作步骤重复。

4、关闭搅拌器，静置5min，用50ml注射器分别从各烧杯中取出上清液，立即用光电浊度仪分别测定其水浊度。

5、作出pH与出水浊度之间的关系，试确定最佳pH值。

五、思考题（1）本实验过程中，为什么要将混合强度分快、中、慢三个档？在实际工程中是如何实现混凝对水力条件的要求的？（2）试根据实验结果说明混凝剂投量对混凝效果的影响。

（3）根据实验结果，你认为硫酸铝和硫酸亚铁的混凝剂效果哪种更好些，为什么?实验二 过滤试验过滤是通过滤料去除水中杂质从而使水得到澄清的工艺过程。

过滤不仅可以去除水中细小悬浮颗粒杂质，而细菌病毒有机物也会随浊度降低而被去除。

本实验采用石英砂为滤料。

一、实验目的：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、进一步深化理解过滤的基本机理；3、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，原水从过滤柱的上部流入，依次经过滤料层、承托层、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时间而使水中杂质得以去除，滤料层中的水头损失将随时间的延长而增加。

在经混凝后的混水果率过程中，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。

均匀率料层的水头损失（H ）计算：20020032)1(175.12)()1(υψυψμL d m m g L d b gm m K H -⋅+-= 式中：K ——无因次数，取4-5d 0——滤料粒径（cm ）υ ——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——滤料颗粒球形度系数，可取0.8m——滤料层的孔隙度（=1-G/V/r，G为滤料重量，r为滤料的容重，V为滤料层体积）本实验采用清水过滤。

2、反冲洗为了保证过滤后的出水水质及过滤速度，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、滤料层未完全膨胀，相当于滤池处于反向过滤状态。

为使滤料层中截留的杂质在短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所需的时间、反冲洗强度及反冲洗的用水量等都有密切的联系，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：L - L0e= *100%L0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：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，并记录。

（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50 l/h、100 l/h、150 l/h、200 l/h、250 l/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、滤柱反冲洗实验（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1000 l/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900 l/h 、800 l/h 、700 l/h 、600 l/h 、500 l/h 、400 l/h 、300 l/h，待滤料层表面稳定后，记录对应的滤料层高度。