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1、环境科学专业环境工程学（A）实验指导书实验项目名称：实验一 混凝实验实验项目性质：验证性实验所属课程名称：水污染控制工程工程实验计划学时：4一、实验目的：、通过实验观察混凝现象，加深对混凝理论的理解。、选择和确定最佳混凝工艺条件。、了解影响混凝条件的相关因素。 （4）掌握实验数据的处理和分析方法。 二、实验内容和要求：混凝阶段所处理的对象，主要是水中悬浮物和胶体杂质。混凝过程的完善程度对后续处理，如沉淀、过滤影响很大。我们知道，天然水中存在着大量悬浮物，悬浮物的形态是不同的，有些大颗粒悬浮物可在自身重力作用下沉降；而另一种是胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉降是不能除去的
2、，因为，水中的胶体颗粒主要是带负电的粘土颗粒，胶粒间存在着静电斥力、胶粒的布朗运动、胶粒表面的水化作用，使胶粒具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大，若向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，能加速胶体的凝结和沉降。压缩胶团的扩散层，使电位转变为不稳定因素，也有利于胶粒的吸附凝聚。水化膜中的水分子与胶粒有固定联系，具有弹性较高的粘度，把这些水分子排挤出去需要克服特殊的阻力，这种阻力阻碍胶粒直接接触，有些水化膜的存在决定于双电层状态。若投加混凝剂降低电位，有可能使水化作用减弱，混凝剂水解后形成的高分子物质(直接加入水中的高分子物质一般具有链状结构)，在胶粒与胶粒之间起着吸附架桥作用，即使电位没有降
3、低或降低不多，胶粒不能相互接触，通过高分子链状物吸附胶粒，也能形成絮凝体。消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫脱稳。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。直径较大且较密的矾花容易下沉，自投加混凝剂直至形成矾花的过程叫混凝。混凝过程最关键的是确定最佳混凝工艺条件，因混凝剂的种类较多，例如，有机混凝剂、无机混凝剂、人工合成混凝剂(阴离子型、阳离子型、非离子型)、天然高分子混凝剂(淀粉、树胶、动物胶)等，所以，混凝条件也很难确定；要选定某种混凝剂的投加量，还需考虑pH值的影响，如pH值过低(小于4)则所投的混凝剂的水解受到限制，其主要产物中没有足够的羟基(OH)进行桥联作用
4、，也就不容易生成高分子物质，絮凝作用较差；如果pH值过高(大于9时)，它又会出现溶解生成带负电荷的络合离子而不能很好地发挥混凝作用的情况。另外，加了混凝剂的胶体颗粒，在逐步形成大的絮凝体过程中，会受到一些外界因素影响，如水流速度(搅拌速度)、pH值及沉淀时间等等，所以，相关因素也需要加以考虑。混凝过程分为混合和反应两个阶段，在药剂与废水的混合阶段，对搅拌速度和搅拌时间的要求是高速短时；而在反应阶段则要求低速长时。三、实验主要仪器设备和材料：1、实验设备及仪器 (1) 六联搅拌器(1台)； (2) 浊度仪(1台)； (3) 酸度计(1台) 或广泛pH试纸（1-14）； (4) 烧杯(1000ml
5、，200m1各6个)； (5) 量杯(1000ml 1个)； (6) 移液管(1ml，2m1，5ml，10ml各4支)； (7) 注射针筒(50ml 2支)； (8) 温度计(1支)。2、实验用试剂 (1) 硫酸铝 Al2(SO4)318H2O (10g/L)； (2) 三氯化铁 FeCl36H2O (10g/L)； (3) 盐酸 HCl (质量分数10)；(4) 氢氧化钠 NaOH(质量分数10)；(5) 聚合氯化铝 PAC (10g/L); (6) 聚丙烯酰胺 PAM (1mg/L)。四、实验方法、步骤及结果测试：1混凝剂的确定 在硫酸铝、三氯化铁、聚丙烯酰胺、聚合氯化铝四种混凝剂中，确定
6、一种最佳混凝效果的混凝剂及形成矾花的最佳混凝剂的最佳投药量。 (1) 确定原水特征，即测定原水的浊度、温度、pH值，记录在表1中。 (2) 用4支1000m1的烧杯，分别取800ml原水，将装有水样的烧杯置于混凝仪上。 (3) 分别向4支烧杯中加入FeCl3、A12(SO4)3、PAC、PAM，并每次加1.0ml，同时进行搅拌(中速150r/min，5min)，直到其中一个试样出现矾花，这时记录下每个试样中混凝剂的投加量，并记录在表1中。 (4) 停止搅拌，静止10min。 (5) 用50ml注射针筒抽取上清液，用浊度仪测出三个水样的浊度记录在表1中。 (6) 根据测得的浊度确定出最佳混凝剂及
7、形成矾花的最佳混凝剂的最佳投药量（浊度最小者）。2确定混凝剂的最佳投量 (1) 用6支1000ml烧杯，分别取800ml原水，将装有水样的烧杯置于混凝仪上。 (2) 采用实验1中选定的最佳混凝剂，根据形成矾花的最佳混凝剂的最佳投药量，取其1/4作为1号烧杯的混凝投加量，其2倍作为6号烧杯的混凝剂投加量。用依次增加混凝剂量相等的方法求出25号烧杯混凝剂投加量。按不同的投量分别加入到800ml原水样中，记录在表2中。 (3) 启动搅拌机，快速搅拌约300rmin，0.5min，中速搅拌约150rmin，5min，慢速搅拌约70rmin，10min。 (4) 搅拌过程中，注意观察“矾花”的形成过程。
8、 (5) 停止搅拌，静止沉淀10min，然后用50m1注射针筒分别抽出6个烧杯中的上清液，同时用浊度仪测定水的剩余浊度，记录在表2中。(6) 根据测得的浊度确定出最佳混凝剂的最佳投药量（浊度最小者）。3最佳pH值的影响 (1) 用6只1000ml的烧杯，分别取800ml原水，将装有水样的烧杯置于混凝仪上。 (2) 调整原水pH值：用移液管依次向1#，2#，3#装有原水的烧杯中，分别加入2.5m1，1.5m1，1.0m1 HCl，再向4#，5# ，6#装有原水的烧杯中，分别加入0.2ml，0.7m1，1.2ml NaOH。(3) 启动搅拌机，快速搅拌300r/min，0.5min，随后停机，从每
9、只烧杯中取50ml水样，依次用pH仪或pH试纸测定各水样的pH值，记录在表3中。(4) 用移液管依次向装有原水烧杯中加人相同剂量的混凝剂，投加剂量照最佳投药量实验中得出的最佳投加量而确定。 (5) 启动搅拌机，快速搅拌300rmin，0.5min，中速搅拌150rmin，10min，慢速搅拌70rmin，10min，停机。 (6) 静止10min，用50ml注射针筒抽出烧杯中的上清液(共抽3次约150m1)放入200ml烧杯中，同时用浊度仪测定剩余水的浊度，每只水样测3次，记录在表3中。五、实验数据及结果分析 1、以剩余浊度为纵坐标，混凝剂加入量为横坐标，绘制浊度与药剂投加量关系曲线，并从图中
10、求出最佳混凝剂投加量。2、以剩余浊度为纵坐标，水样pH值为横坐标绘出浊度与pH值关系曲线，从图上求出所投加混凝剂的混凝最佳pH值及其使用范围。3、结果讨论及误差分析。表1 原始数据及四种混凝剂浊度测定记录表原水浊度原水温度（）原水PH值混凝剂名称硫酸铝氯化铁PAMPAC矾花形成时投混凝剂最佳量/ml剩余浊度111122223333均均均均六、结论七、问题及讨论八、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) 为什么投加最大药量时，混凝效果不一定好?投入的药量应根据胶体浓度及无机金属盐水解产物的分子形态、荷电性质和荷电量等而确定。当高分子混凝剂投药量
11、最大时，会产生“胶体保护”作用。胶体保护可理解为：当全部胶粒的吸附面均被高分子覆盖以后，两胶粒接近时，就受到高分子的阻碍而不能聚集，这种阻碍来源于高分子之间的相互排斥。排斥力可能来源于“胶粒胶粒”之间高分子受到压缩变形而具有排斥势能，也可能由于高分子之间的电斥力（对带电高分子而言）或水化膜。而且投药量大也容易出现产生大量含水率很高的污泥的问题。这种污泥难于脱水，会给污泥处置带来很大困难。所以投药量最大时，混凝效果不一定是好的，应该根据具体废水的性质以及共存杂质的种类和浓度，通过实验，选定出适当的混凝剂种类与投加的剂量。附录 浊度的测定1原理浊度是表现水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中
12、含有泥土、粉砂、微细有机物、无机物、浮游动物和其他微生物等悬浮物和胶体物都可使水中呈现浊度。水的浊度大小不仅与水中存在颗粒物含量有关，而且与其粒径大小、形状、颗粒表面对光的散射性有密切关系。 测定浊度的方法有分光光度法、目视比浊法、浊度计法。我们现在所采用的方法为浊度计法。浊度计法是依据浑浊液对光进行散射或透射的原理制成的测定水体浊度的专用仪器，一般用于水体浊度的连续自动测定。2仪器 STZ浊度仪。 3标准浊度液的配制号溶液：称量硫酸联氨H4N2H2SO4(硫酸肼，AR级)1.00g于水中溶解，置于100ml容量瓶中稀释至刻度。号溶液：称量六次甲基四胺C6H2N4(AR级)10.00g于水中溶
13、解，置于100m1容量瓶中稀释至刻度。取5ml号液，取5ml号溶液于100ml容量瓶中混匀，在253环境中静置24h后稀释至刻度。此溶液即为400浊度标准溶液(有效期冬季30d，夏季7d，可放在冰箱中保存)如果用其它浊度标准溶液，即可采用400浊度溶液稀释，达到所需浊度。4操作方法(1) 将仪器插头插入220V、50Hz的电源上。 (2) 按下电源开关“POWER”，再按下灯泡开关“LAMP”，此时，显示数字。 (3) 将“零度水”装入样品池，插人样品室，卡紧底座，盖上盖，调“调零”旋钮，至显示“00”取出零度水。(4) 将“标准液（400F.T.U）”装入样品池，插入样品室，卡紧底座，盖上盖
14、，调“校准”按扭，使显示数与标准液值相同，取出标液。(5) 再将“零度水”装入样品池，插人样品室，卡紧底座，盖上盖，看显示是否为零，如为零度，则仪器校准完毕，否则再次校准。(6) 将待测样装入样品池，插入样品室，卡紧底座，盖上盖，此时数值即为样品浊度值。(7) 记录数据。5注意事项要保持样品室干燥，样品池每次装液时，要将池外用滤纸吸干，以免仪器被损害。 实验项目名称：实验二 活性炭吸附实验实验项目性质：验证性实验所属课程名称：水污染控制工程工程实验计划学时：4一、 实验目的：活性炭吸附是去除水体异味、难生物降解的有机污染物和回收某些重金属离子的重要方法。在吸附过程中，活性炭比表面积起着主要作用
15、。除此外，pH的高低、温度的变化和被吸附物质的分散程度也对吸附速度有一定影响。 本实验的目的是： (1)、加深理解吸附的基本原理； (2)、掌握活性炭吸附公式中常数的确定方法；二、实验原理 活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附现象，也有化学吸着作用，当活性炭对水中所含杂质吸附时，水中溶解性杂质在活性炭表面积聚而被吸附。与此同时也有一些被吸附物质由于分子运动而离开活性炭表面，重新进入水中，即同时发生解吸现象，当吸附和解吸处于动态平衡状态时，称为吸附平衡。这时活性炭和水相之间的溶质浓度具有一定的分布比值。此时，单位重量的活性炭所吸附溶质数量称为吸附容量qe ，可表示为： 式中：m吸附剂投加量(g)； x 吸附剂吸附的溶质总量(mg) C0废水中原始溶质浓度(mgL) Ce吸附达平衡时水中的溶质浓度(mgL) V废水体积(m1)qe值的大小除了决定于活性炭的品种之外，还与被吸附物
