[业务]实验九 混凝沉淀实验 气浮实验

[业务]实验九 混凝沉淀实验 气浮实验 实验九 混凝沉淀实验 混凝沉淀实验是给水处理的基础实验之一，被广泛地用于科研、教学和生产中。通过混凝沉淀实验，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。 一、目 的 1、通过本实验，确定某水样的最佳投药量。 2、观察矾花的形成过程及混凝沉淀效果。 二、原 理 天然水中存在大量胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能除去的。 水中的胶体颗粒，主要是带负电的黏土颗粒。胶粒间的静电斥力，胶粒的布朗运动及胶粒表面的水化作用，使得胶粒具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大。向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，压缩胶团的扩散层，使ξ电位降低，静电斥力减小。因此，布朗运动由稳定因素转变为不稳定因素，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的联系，具有弹性和较高的黏度，把这些水分子排挤出去需要克服特殊的阻力，阻碍胶粒直接接触。有些水化膜的存在决定于双电层状态，投加混凝剂降低ξ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或直接加入水中的高分子物质一般具有链状结构，在胶粒与胶粒间起吸附架桥作用，即使ξ电位没有降低或降低不多，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。 消除或减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。混凝离不开投混凝剂。混凝 过程见下表 表2,1 混凝过程 阶 段 凝 聚 絮 凝 过 程 混 合 脱 稳 异向絮凝为主 同向絮凝为主 脱稳胶体聚集微絮凝体的进一步 药剂扩散混凝剂水解杂质胶体脱稳 作用动力 分子热运动(布碰撞聚集液体流动 质量迁移 溶解平衡 各种脱稳机理 朗扩散) 的能量消耗 处理结构物 混 合 设 备 反应设备 胶体状态 原始胶体 脱稳胶体 微絮凝体 矾花 胶体粒态 0.1-0.001μm 约5-10μm 0.5-2mm 由于布朗运动造成的颗粒碰撞絮凝，叫“异向絮凝”;由机械运动或液体流动造成的颗粒碰撞絮凝，叫“同向絮凝”。异向絮凝只对微小颗粒起作用，当粒径大于1—5μm时，布朗运动基本消失。 从胶体颗粒变成较大的矾花是一连续的过程，为了研究的方便可划分为混合和反应两个阶段。混合阶段要求浑水和混凝剂快速均匀混合，一般说来，该阶段只能产生用眼睛难以看见的微絮凝体;反应阶段则要求将微絮凝体形成较密实的大粒径矾花。 三、仪器设备及药品 1、六联搅拌机1台， 见右图 2、1000ml烧杯6个 3、200ml烧杯6个 4、100ml注射器2个， 移取沉淀水上清夜 六联搅拌机(混凝装置) 5、1、5、10ml移液管 各1根 6、温度计1个，测水温用 10、1000ml量筒1个量原水体积 11、3%浓硫酸铝(或其它混凝剂)溶液 12、酸度计 13、浊度仪(1mg/=0.13NTU) 四、实验步骤及数据 1、测原水水温、浊度及pH。 2、用1000ml量筒量取6个水样至1000ml烧杯中。 3、设最小投药量和最大投药量，利用均分法(或其它方法)确定实验其它4个水样的混凝剂投加量，表2-3中设定的投药量可作参考。 4、将水样置于搅拌仪中，开始机器，调整转速，中速运转数分钟，同时将计算好的投药量，用移液管分别移取至加药试管中。加药试管中药液少时，可掺入蒸馏水，以减少药液留在试管上产生的误差。 5、将搅拌机快速运转(例如300—500转/分，但不要超过搅拌机的最高允许转速)，待转速稳定后，将药液加入水样烧杯中，同时开始记时，快速搅拌30秒钟。 6、30秒钟后，迅速将转速调到中速运转(例如120转/分)。然后用少量(数毫升)蒸馏水洗加药试管，并将这些水加到水样杯中。搅拌5分钟后，迅速将转速调至慢速(例如80转/分)搅拌10分钟。 7、搅拌过程中，注意观察并记录矾花形成的过程、矾花外观、大小、密实程度等，并记入表2-2。 表2-2 观察 观 察 记 录 小 结 水样编号 矾花形成及沉淀过程的描述 1 2 3 4 5 6 8、搅拌过程完成后，停机，将水样杯取出，置一旁静沉，并观察记录矾花沉淀的过程。 9、静沉15分钟后，用注射器每次吸取水样杯中上清夜约130ml(够测浊度、pH即可)，置于6个洗净的200ml烧杯中，测浊度及pH并记入表2-3中。 表2-3 原始数据记录 混凝剂名称 原水浑浊度 原水温度? 原水pH 水样编号 1 2 3 4 5 6 ml 5 3 2 1 0.5 0.1 投药量 mg/L 剩余浊度 沉淀后pH值 10、比较实验结果，根据6个水样所分别测得的剩余浊度，以及水样混凝沉淀时所观察到的现象，对最佳投药量的所在区间，做出判断。缩小实验范围(加药量范围)，重新设定实验的最大和最小投药量值a和b，重复上述实验，作好观察记录。 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夜时，要在相同条件下取上清夜，不要把沉下去的矾花搅起来。 六、成果整理 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pH值实验过程。 4、当无六联搅拌机时，试说明如何用0.618法安排实验求最佳投药量。 实验二 压力溶气气浮实验 一、实验目的: 在水污染控制工程中，固液分离是一种很重要的水质净化单元过程。气浮法是进行固液分离的一种方法，它常被用来分离密度小于或接近于 “1”、难以用重力自然沉降法去除的悬浮颗粒。例如，从天然水中去除藻、细小的胶体杂质，从工业污水中分离短纤维、石油微滴等。有时还用以去除溶解性污染物，如表面活性物质、放射性物质等。 由于悬浮颗粒的性质和浓度、微气泡的数量和直径等多种因素都对气浮效率有影响，因此，气浮处理系统的运行参数常要通过试验确定。 通过实验希望达到下述目的: 1、 掌握压力溶气气浮实验方法和释气量测定方法; 2、 了解悬浮颗粒浓度、造作压力、气固比、澄清分离效率之间的关系，加深对基本概 念的理解。 二、实验原理: 压力溶气气浮法的工艺流程如图5-1所示，目前以部分回流式应用最广(图5-1c)。 进行气浮时，用水泵将污水抽送到压力为2,4个大气压的溶气罐中，同时注入加压空气。空气在罐内溶解于加压的污水中，然后使经过溶气的水通过减压阀进入气浮池，此时由于压力突然降低，溶解于污水中的空气便以微气泡形式从水中释放出来。微细的气泡在上升的过程中附着于悬浮颗粒上，使颗粒密度减小，上浮到气浮表面与液体分离。 1 2 4 1 4 4 (a) 4 2 5 1 5 2 (c) (b) 3 3 图5-1 压力溶气气浮的三种形式 a:部废水加压溶气气浮 b:部分废水加压溶气气浮 c:部分处理过的废水回流加压 溶气气浮 1、进水泵 2、溶气罐 3、于是空气机 4、气浮池 5溶气水加压泵 2由斯托克斯公式V, g 18u (ρ,ρ)d可以知道，粘附于悬浮颗粒上气泡越多，水颗 颗粒与水的密度差(ρ,ρ)就越大，悬浮颗粒的特征直径也越大，两者都使悬浮颗粒上水颗 浮速度增快，提高固液分离的效果。水中悬浮颗粒浓度越高，气浮时需要的微细气泡数量越多，通常以气固比表示单位重量悬浮颗粒需要的空气量。 气固比与操作压力、悬浮固体的浓度、性质有关。对活性污泥进行气浮时，气?固,0.005,0.06，变化范围较大。气固比可按下式计算: A S , 1.3Sa(fP-1)Qr QSt (5-1) 式中: A S ——气固比(g释放的空气/g悬浮颗粒) St ——入流中的悬浮固体浓度(mg/l) Qr ——加压水回流量(l/d) Q ——污水流量(l/d) Sa ——某一温度时的空气溶解度(可查下表得到): P ——绝对压力(Pa):P, P+101.32 101.32 p ——表压kPa f ——压力为P时水中的空气溶解系数，通常采用0.5 1 温度(?) 0 10 20 30 Sa(ml/l) 29.2 22.8 18.7 15.7 出流水中的悬浮固体浓度和浮渣中的固体浓度与气固比的关系如图5-2所示。由图5-2可以看到，在一定范围内，气浮效果是随着气固比的增大而增大的，即气固比越大，出水悬浮固体浓度越低，浮渣的固体浓度越高。 图5-2 气固比对浮渣固体浓度和出水悬浮固体浓度的影响 空气/固体(g/g) 空气/固体(g/g) a:浮渣固体, b:出水悬浮固体浓度(mg/l) 三、实验装置及设备: 1、实验装置: 测定气固比的实验装置由吸水池、水泵、空气压缩机、溶气罐、溶气释放器、气浮池等部分组成。 如图5-3所示: 图5-3 压力溶气气浮实验装置 7 10 12 8 2 3 自来水 1 11 5 4 6 9 1、废水池 2、水泵 3、溶气罐 4、空气压缩机 5、气浮池 6、溶气释放器 7、进水阀 8、调压阀 9、进气阀 10、压力表 11、水位计 12、玻璃转子流量计 溶气罐是个内径300mm、高2.2m装有水位计的钢制压力罐。罐顶有调压阀，实验时用调压阀排去未溶空气和控制罐内压力。进气阀用以调节来自空压机的压缩空气量。水位计用以观察压力罐内水位，以便调节调压阀，使溶气罐内液位在实验期间基本保持稳定。 2、实验设备和仪表仪器:(由用户自行购买): 1、烘箱 1台 2、分析天平 1台 3、量筒 100ml 10个 4、三角烧杯 200ml 10个 5、称量瓶 10个 6、温度计 1支 7、秒表 1块 8、水准瓶(可用大漏斗代替) 1个 9、抽滤瓶(释放瓶) 2500ml 1个 2 四、实验步骤: 本实验是在压力溶气气浮装置中，用城市污水处理厂的活性污泥混合液测定气固比对 气浮效率的影响，用自来水测定气浮装置的释气量，分别叙述如下: (一)气固比的测定: 1、 启动空气压缩机; 2、 启动水泵将自来水打入溶气罐; 3、 开启溶气罐进气阀门，并通过调节调压阀和进水阀门使溶气罐内的压力与液位基本 2稳定(建议溶气罐的操作压力为0.29MPa，即3kgf/cm); 、 按气浮池容积和回流比(0.4)，计算应加入气浮池的活性污泥混合液的体积和溶气4 水的体积; 5、 按实验步骤4的计算结果将活性污泥混合液加入气浮池，同时取200ml混合液测定 MLSS(每个样品取100ml，做2个平行样品); 6、 将释放器放入气浮池底部，按实验步骤4的计算结果注入溶气水; 7、 取出释放器后静置5,6分钟，从气浮池的底部取澄清水200ml，测定出流的悬浮 固体浓度(每个样品取100ml，做2个平行样品); 8、 在工作压力、活性污泥浓度不变的条件下，改变回流比，使其为0.6、0.7、0.8、1.0， 按实验步骤4,7继续进行实验。 (二)释气量的测定: 1、 按图5-4组装实验装置; 2、 将三通阀3置于连通管4和5相同的位置; 3、 调节溢流管的管顶标高，使分流到管4的流量为0.75,1.01/min; 4、 用自来水充满整个实验装置; 5、 关闭旋塞1，打开旋塞2，降低水准瓶，以排除释放瓶中的空气泡，待空气泡排完 后关闭旋塞2，倒置量筒中的水; 6、 将三通阀3切换到管5和管6相同的位置，此时，溶气水流入释气瓶，瓶中原有的 水被挤出，流入空量筒内，当量筒中水到11刻度时，立即将三通阀3切换至测定 前的位置(即连通管4与5相同的位置); 7、 打开旋塞2，等释气瓶中没有气泡后，降低水准瓶，使释气瓶中水位上升，直到瓶 中的气体全部被挤到量气管后关闭旋塞2; 8、 使水准瓶和量气管的液位相同(用调节水准瓶高度的方法)，从量气管刻度读取气 体体积。此体积位每升溶气水减压至一大气压时所释出的气体体积(ml/l)。 注意事项: 1、 进行气固比测定时，回流比的取值与活性污泥混合液浓度有关，当活性污泥浓度为 2g/l左右时，按回流比0.2、0.4、0.6、0.8、1.0进行试验;当活性污泥浓度为4g/l 左右时，回流比可按0.4、0.6、0.7、0.8、1.0进行试验。 、 实验选用的回流比数至少要5个，以保证能较正确的绘制出气固比与出水悬浮固体2 浓度关系曲线。 3、 实验装置中所列的水泵、吸水池和空压机可供8组学生同时进行实验。 五、实验结果整理: 1、记录实验条件: 实验日期: 年 月 日 活性污泥采样地点: 气温: ? 空气的容重: mg/l 水温: ? 空气溶解度 ml/l 溶气罐的工作压力: Pa 2测定气固比实验记录可参考表5-1进行: 表5-1 气固比实验数据记录 回流比R(, Qr MLSS(mg/100ml) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Q ) 称量瓶序号 后读数(g) 前读数(g) 差值(g) 3 3、5-1实验数据整理列入表5-2: 表5-2 气固比实验数据整理 回流比R 出水悬浮固体浓度(mg/l) 气固比 去除率(,) 4、 根据表5-2数据绘制气固比与出水悬浮固体浓度之间关系曲线(参考图5-2)。 5、 若实验时测定了浮渣固体浓度，可根据实验结果再绘制出气固比与浮渣固体浓度之 间的关系曲线。 六、实验结果讨论: 1、 应用已掌握的知识分析你取得的释气量测定结果的正确性。 2、 试述工作压力对溶气效率的影响。 3、 拟订一个测定气固比与工作压力之间关系的试验。 4、以上有关数据是参考数据。 七、实验装置与组成规格: 本装置的主体用透明有机玻璃圆管制成(气浮池直径=600mm 气浮池高 =750mm)并配有增压水泵1台(最大流量3m/n最高扬程50m功率0.75KW电压220V)、进水泵1台(最大流量16/19L/min最高扬程3.4m电压220V)空气压缩机1台(型号ZB-0.11容量24L压力0.7)、不锈钢压力溶气罐1套(Φ100×1500mm)、水箱1个(500×500×700mm)、液体流量计1只(LZS-100-1000L/H)、气体流量计1只(LZB-3WB)、铜材料溶气释放器1个、调速电动刮渣机1套(YN60-6 220V) ，调速器1套，压力表1只(0-6)，水量移位器1套，金属电控制箱1只、电压表1只(0-250V)、漏电保护开关1套、按钮开关2只、低部防水板1张(厚度25mm)电源线1套、连接管道、阀门及不锈钢支架等组成。 实验二 气浮实验 气浮实验是研究比重近于1或小于1的悬浮颗粒与气泡粘附上升,从而起到 水质净化作用的规律,测定工程中所需要的某些有关设计参数,选择药剂种类、数量等，以便为设计运行提供一定的理论依据。 一、目 的 1、进一步了解和掌握气浮净水方法的原理及其工艺流程。 2、掌握气浮法设计参数“气固比”及“释气量”的测定方法及整个实验的操作技术。 二、原 理 气浮净水方法是目前给排水工程中日益广泛应用的一种水处理方法。该法主要用于处理水中比重小于或接近1的悬浮杂质，如乳化油、羊毛脂、纤维、以及其它各种有机或无机的悬浮絮体等。因此气浮法在自来水厂、城市污水处理厂以及炼油厂、食品加工厂、造纸厂、毛纺厂、印染厂、化工厂等水处理中都有所应用。 气浮法具有处理效果好、周期短、占地面积小以及处理后的浮渣中固体物质含量较高等优点。但也存在设备多、操作复杂、动力消耗大的缺点。 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，并把污染物质粘附于气泡上(或污染物上)从而形成比重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。 产生比重小于水的气、水结合物的主要条件是: 1、水中污染物质具有足够的增水性。 2、加入水中的空气所形成气泡的平均直径不宜大于70微米。 3、气泡与水中污染物质应有足够的接触空间。 气浮法按水中气泡产生的方法可分为布气气浮、溶气气浮和电气浮几种。由于布气气浮一般气泡直径较大，气浮效果较差，而电气浮气泡直径虽不大但耗电较多，因此在目前应用气浮法的工程中，以加压溶气气浮法最多。 加压溶气气浮法就是使空气在一定压力的作用下溶解于水，并达到饱和状态，然后使加压水表面压力突然减到常压，此时溶解于水中的空气便以微小气泡的形式从水中逸出来。这样就产生了供气浮用的合格的微小气泡。 加压溶气气浮法根据进入溶气罐的水的来源，又可分为无回流系统与有回流系统加压溶气气浮法,目前生产中广泛采用后者。其流程如下图所示。 压缩空气浮渣废水Q回流水 C1mg/L 加压泵Q，QR 减压阀 气浮池溶气罐 出水Q 回流量QR溶解空气浓度C2(mg/L)贮水池 有回流系统加压溶气气浮法 影响加压溶气气浮的因素很多，如空气在水中溶解量，气泡直径的大小，气浮时间、水质、药剂的种类与加药量，表面活性物质种类、数量等。因此。采用气浮法进行水质处理时，常需通过试验测定一些有关的设计运行参数。 本实验主要介绍加压溶气气浮法求设计参数“气固比”实验方法。 三、步骤及记录 1、将某污水加药混凝沉淀，然后取压力溶气罐2\3倍体积的上清液加入压力溶气罐。 2、开进气阀门使压缩空气进入加压溶气罐。待罐内压力达到预定压力时(一般为0.3-0.4MPa)关进气阀门并静置10分钟，使罐内水中溶解空气达到饱和。 3、测定加压溶气水的释气量以确定加压溶气水是否合格(一般释气量与理论饱和值之比为0.9以上即可)。 4、将500mL已加药并混合好某污水倒入反应量筒(加药量按混凝实验)，并测定原污水中的悬浮物浓度。 5、当反应量筒内已见微小絮体时，开减压阀按预定流量往反应量筒内加溶气水(其流量可按所需回流比而定)，同时用搅拌棒搅拌半分钟，使气泡分布均匀。 6、观察并记录反应筒中随时上升的浮渣界面高度并求其分离速度。 7、静止分离约10-30分钟后分别记录清液和浮渣的体积。 8、打开排放阀门分别排出清夜和浮渣，并测定清夜和浮渣中悬浮物的浓度。 9、按几个不同回流比重复上述实验即可得出不同的气固比与出水水质SS值。 记录见下表: 气固比与出水水质记录表 内 原 污 水 压 力 溶 气 水 出 水 浮 渣 容 体 加 加 悬 释 气 回 悬 去 体 体 悬 水 体 压 pH 积 药 药 浮 气 固 流 浮 除 积 积 浮 实 温 积 力 值 Ve 名 量 物 量 比比 物 率V V 物 12验 ? mL MPa (mL) 称 , mg/L mL A/S R mg/L , mL mL mg/L 号 浮渣高度与分离时间 t(min) h(cm) Hh(cm) , V(L) 2 V/V×100, 21 上表中气固比为[g(气体)/g(固体)]即每去除1克固体所需的气量。一般 为了简化计算也可用L(气体)/g(悬浮物)，计算公式如下: W,a A/S,SS,Q 式中: A——总释气量，L; S——总悬浮物量，g; ——单位溶气水释气量，mL/L水; a W——溶气水的体积，L; SS——原水中的悬浮物浓度，mg/L; Q——原水体积，L。 四、成果整理 1、绘制气固比与出水水质关系曲线，并进行回归分析。 2、绘制气固比与浮渣中固体浓度关系曲线。