1、 环境工程综合实验讲义 （试用稿） Environmental Engineering Experiments 上海交通大学环境科学工程学院1目 录 绪论 2 第一章 水污染控制工程实验 实验一 自由沉淀实验 4 实验二 混凝实验 7. 实验三 曝气设备充氧能力的测定 12 实验四 石英砂过滤实验 18 实验五 活性炭吸附实验 23 实验六 污泥恒压膜过滤实验 28 第二章大气污染控制工程实验 34 实验一 烟气状态（温度、压力、含湿量） 、流速及流量的测定 .35 实验二 某锅炉烟气含尘浓度的现场测量 43 实验三 旋流板塔内碱液吸收气体中的二氧化硫实验 51 实验四 旋风除尘器性能测定 .
2、59 实验五 电除尘器除尘原理及效率测定 .63 实验六 脉冲电晕放电处理含硫化氢废气 68 第三章 噪声污染控制工程实验 .73 实验一 环境噪声的测量 74 实验二 道路交通噪声的测量 79 实验三 驻波管法吸声材料垂直人射吸声系数的测量 82 第四章 .固体废弃物处理实验 实验一 高压静电分选实验 74 实验二 污泥污泥毛细吸水时间的测定 CST 79 2绪 论 本课程是水污染控制工程 、 大气污染控制工程 、 固体废弃物处理与处置和噪声污染控制工程4 门理论课对应的实验内容，是环境科学与工程专业环境工程方向必修的专业课，该课程总学分 54 学时，共 3 学分，其中水污染控制工程包括 6
3、 个实验，大气污染控制工程包括 6 个实验，固体废弃物处理与处置包括 2 个实验，噪声污染控制工程包括 3 个实验。本讲义第一章由李春杰组织编写，第二章由晏乃强组织编写，第三章由蔡俊组织编写。 本课程的任务是通过实验来加强学生对理论知识的理解， 促使学生理论联系实际，培养学生动手能力和思考能力。 3第一章 水污染控制工程实验 4实验一 自由沉淀实验 一、 实验目的 (1)掌握颗粒自由沉淀试验的方法； (2)进一步了解和掌握自由沉淀规律，根据试验结果绘制沉淀效率时间（ E t） ，沉淀效率沉速（ uE）和 Ct/C0 u 的关系曲线。 二、 实验原理 沉淀是指从液体中借重力作用去除固体颗粒的一种
4、过程。根据液体中固体物质的浓度和性质，可将沉淀过程分为自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀和压缩沉淀等四类。本试验是研究探讨污水中非絮凝性固体颗粒自由沉淀的规律。试验用沉淀管进行，如图。设水深为 h，在 t 时间能沉到 h 深度的颗粒的沉速 u h/t。根据某给定的时间 t0，计算出颗粒的沉速 u0。凡是沉淀速度等于或大于 u0的颗粒，在 t0时都可以全部去除。设原水中悬浮物浓度为 c0（ mg/L） ，则沉淀效率为： %100cccE0t0= 在时间 t 时能沉到 h 深度的颗粒的沉淀速度为： )s/mm(60t10hu= 式中： c0原水中悬浮物浓度（ mg/L） ct经 t 时间后，污水中残存的
5、悬浮物浓度（ mg/L） h取样口高度（ cm） t取样时间（ min） 5自由沉淀试验装置 三、实验装置与设备 1、沉淀管、储水箱、水泵和搅拌装置。 2、秒表，皮尺。 3、测定悬浮物的设备：分析天平，称量瓶，烘箱、滤纸、漏斗、漏斗架、量筒，烧杯等。 4、污水采用高岭土配置。 四、实验步骤 1将一定量的高岭土投入到配水箱中，开动搅拌机，充分搅拌。 2取水样 200ml（测定悬浮浓度为 c0）并且确定取样管内取样口位置。 2启动水泵将混合液打入沉淀管到一定高度，停泵，停止搅拌机，并且记录高度值。开动秒表，开始记录沉淀时间。 3当时间为 1、 3、 5、 10、 15、 20、 40、 60 分钟
6、时，在取样口分别取水 200ml，测定悬浮物浓度（ ct） 。 4、每次取样应先排出取样口中的积水，减少误差，在取样前和取样后皆需测量沉淀管中液面至取样口的高度，计算时取二者的平均值。 5测定每一沉淀时间的水样的悬浮物浓度固体量。首先调烘箱至 105 1，叠好滤纸放入称量瓶中，打开盖子，将称量瓶放入 105烘箱中至恒重，称取重量，然后将恒重好的滤纸取出放在玻璃漏斗中，过滤水样，并用蒸馏水冲净，使滤纸上得到全部悬浮性固体。最后将带有滤渣的滤纸移入称量瓶中，称其悬浮物的重量（还要重复烘干至恒重的过程） 66悬浮固体计算： )L/mg(V10001000)(C12= 式中： 1称量瓶 +滤纸重量（
7、g） 2称量瓶 +滤纸重量 +悬浮物（ g） V水样体积（ 100ml） 五、试验结果整理 1.根据不同沉淀时间的取样口距液面平均深度 h 和沉淀时间 t，计算出各种颗粒的沉淀速度 u 和沉淀效率 E，并绘制沉淀效率沉淀时间和沉淀效率沉速的曲线。 2利用上述资料，计算不同时间 t 时，沉淀管内未被去除的悬浮物的百分比，即： P（ ct/c0） 100 以颗粒沉速 u 为横坐标，以 P 为纵坐标，绘制 P u 关系曲线。 六、思考题 1 沉淀实验对实际工程有什么指导意义？ 2 本实验中哪些因素对实验结果影响较大，该如何改进？ 7实验二 混凝实验 一、 实验目的 通过本实验希望达到下述目的： (1
8、)学会求得最佳混凝条件 (包括投药量、 pH 值，水流速度梯度 )的基本方法； (2)加深对混凝机理的理解。 二、 实验原理 分散在水中的胶体颗粒带有电荷，同时在布朗运动及其表面水化膜作用下，长期处于稳定分散状态，不能用自然沉淀法去除，致使水中这种含浊状态稳定。向水中投加混凝剂后，由于（ 1）能降低颗粒间的排斥能峰，降低胶粒的电位，实现胶粒“脱稳” ， （ 2）同时也能发生高聚物式高分子混凝剂的吸附架桥作用， （ 3）网捕作用，从而达到颗粒的凝聚，最终沉淀从水中分离出来。 由于各种原水有很大差别，混凝效果不尽相同，混凝剂的混凝效果不仅取决于混凝剂投加量，同时还取决于水的 pH 值、水流速度梯度
9、等因素。 三、 实验装置与设备 (一 )实验装置 混凝实验装置主要是实验搅拌机。搅拌机上装有电机的调速设备，电源采用稳压电源。 (二 )实验设备及仪器仪表 1混凝试验搅拌机 ZR4-6 型 1 台 3光电式浊度仪 GDS-3 型 1台 4酸度计 pH 3 型 1台 5磁力搅拌器 1台 6烧杯 200mL 1个 7量筒 1000mL 1个 8，移液管 1、 2.5、 10mL 各 2 支 9注射针筒、温度计、秒表、卷尺等。 8四、 实验步骤 混凝实验分为最佳投药量、最佳 pH 值、最佳水流速度梯度三部分在进行最佳投药量实验时，先选定一种搅拌速度变化方式和 pH 值，求出最佳投药量。然后按照最佳投
10、药量求出混凝最佳 pH 值。最后根据最佳投药量、最佳 pH 值，求出最佳的速度梯度，在混凝实验中所用的实验药剂可参考下列浓度进行配制： 1 精制硫酸铝 Al2(SO4)3 18H2O 浓度 10g/L 2 三氯化铁 FeCl3 6H2O 浓度 10g/L 3 聚合氯化铝 A12(OH)mC16-m 浓度 10g/L 4 化学纯盐酸 HCI 浓度 10% 5 化学纯氢氧化钠 NaOH 浓度 10% (一 )最佳投药量实验步骤 1确定原水特征，即测定原水水样混浊度、 pH 值、温度。如有条件，测定胶体颗粒的Zeta 电位。 2确定形成矾花所用的最小混凝剂量。方法是通过慢速搅拌 (或 50r/min
11、)烧杯中 200mL原水，并每次增加 0.5mL 混凝剂投加量，直至出现矾花为止。这时的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量。 3用 6 个 1000mL 的烧杯，分别放入 1000mL 原水，置实验搅拌机平台上。 4确定实验时的混凝剂投加量。根据步骤 2 得出的形成矾花最小混凝剂投加量，取其1 4 作为 1 号烧杯的混凝剂投加量，取其 2 倍作为 6 号烧杯的混凝剂投加量，用依次增加混凝剂投加量相等的方法求出 2-5 号烧杯混凝剂投加量、 把混凝剂分别加入 1 6 号烧杯中。 5 启动搅拌机， 快速搅拌半分钟、 转速约 300r/min： 中速搅拌 6 分钟， 转速约 100r/min；慢速搅拌
12、 6 分钟、转速约 50r/min。 如果用污水进行混凝实验，污水胶体颗粒比较脆弱，搅拌速度可适当放慢。 6关闭搅拌机、抬起搅拌桨、静止沉淀 5 分钟，用 50mL 注射针筒抽出烧杯中的上清液 (共抽三次约 100mL)放入 200mL 烧杯内，立即用浊度仪测定浊度， (每杯水样测定三次 )，记入表 1-1 中。 (二 )最佳 pH 值实验步骤 1取 6 个 1000mL 烧杯分别放入 1000mL 原水，置于实验搅拌机平台上。 2确定原水特征，测定原水浑浊度、 pH 值，温度本实验所用原水和最佳投药量实验时相同。 93 调整原水 pH 值， 用移液管依次向 1 号、 2 号、 3 号装有水样
13、的烧杯中分别加入 1.5、1.0、 0.5mL 10浓度的盐酸。依次向 5 号、 6 号装有水样的烧杯中分别加入 0.5、 1.0mL10浓度的氢氧化钠。 该步骤也可采用变化 pH 值的方法，即调整 1 号烧杯水样使其 pH 值等于 3，其它水样的 pH 值 (从 1 号烧杯开始 )依次增加一个 pH 值单位。 4启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约 300r/min。随后从各烧杯中分别取出 50mL水样放入三角烧杯，用 pH 仪测定各水样 pH 值记入表 1-2 中。 5用移液管向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂 (投加剂量按照最佳投药量实验中得出的最佳投药量而确定 ) 6启动搅拌机，快速搅拌半分
14、钟，转速约 300r/min：中速搅拌 6 分钟，转速约 100r/min慢速搅拌 6 分钟，转速约 50r/min。 7 关闭搅拌机， 静置 5 分钟， 用 50mL 注射针筒抽出烧杯中的上清液 (共抽三次约 100mL放入 200mL 烧杯中，立即用浊度仪测定浊度 (每杯水样测定三次 )，记入表 1-2 中。 (三 )混凝阶段最佳速度梯度实验步骤 1. 按照最佳 pH 值实验和最佳投药量实验所得出的最佳混凝 pH 值和投药量， 分别向 6个装有 1000mL 水样的烧杯中加入相同剂量的盐酸 HCl(或氢氧化钠 NaOH)和混凝剂，置于实验搅拌机平台上； 2启动搅拌机快速搅拌 1 分钟，转速
15、约 300r/min。 随即把其中 5 个烧杯移到别的搅拌机上， 1 号烧杯继续以 20r/min 转速搅拌 20 分钟。其它各烧杯分别用 55r/min、 90r/min、125r/min、 160r/min、 200r/min 搅拌 20 分钟： 3关闭搅拌机，静置 10 分钟，分别用 50mL 注射针筒抽出烧杯中的上清液 (共抽三次约 100mL)放入 200mL 烧杯中，立即用浊度仪测定浊度 (每杯水样测定三次 )，记入表 1-3 中； 4测量搅拌桨尺寸。 注意事项： 1在最佳投药量、最佳 pH 值实验中，向各烧杯投加药剂时希望同时投加，避免因时间间隔较长各水样加药后反应时间长短相差太
16、大，混凝效果悬殊。 2在最佳 pH 实验中，用来测定 pH 的水样，仍倒入原烧杯中 3在测定水的浊度、用注射针筒抽吸上清液时，不要扰动底部沉淀物。同时，各烧杯抽吸的时间间隔尽量减小。 10五、实验结果整理 (一 )最佳投药量实验结果整理 1把原水特征、混凝剂投加情况、沉淀后的剩余浊度记入表。 2以沉淀水浊度为纵坐标，混凝剂加注量为横坐标绘出浊度与药剂投加量关系曲线，并从图上求出最佳混凝剂投加量。 (二 )最佳 pH 值实验结果整理 1把原水特征、混凝剂加注量，酸碱加注情况，沉淀水浊度记入表。 2以沉淀水浊度为纵坐标，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
17、凝最佳 pH 值及其适用范围。 (三 )混凝阶段最佳速度梯度实验结果整理 1把原水特征、混凝剂加注量、 pH 值、搅拌速度记入表。 2以沉淀水浊度为纵坐标，速度梯度 G 值为横坐标绘出浊度与 G 值关系曲线，从曲线中求出所加混凝剂混凝阶段适宜的 G 值。 六、思考题 1 根据最佳投药量实验曲线，分析沉淀水浊度与混凝剂加注量的关系。 2 本实验受哪些因素的影响较大 ?如何改进 ? 11附录 :实验结果记录格式 实验小组号 : 实验日期 : 姓名 : 混凝剂 : 混凝剂浓度 : 原水浊度 : 原水 pH: 原水温度 : 最小混凝剂量 (ml): 相当于 (mg/l): 表 1-1 最佳混凝剂投加量
18、 水样编号 1 2 3 4 5 6 投药量 mg/l 初矾花时间 矾花沉淀情况 剩余浊度 表 1-2 最佳 pH 水样编号 1 2 3 4 5 6 盐酸 ml 烧碱 ml 水样 PH 剩余浊度 表 1-3 最佳速度梯度 水样编号 1 2 3 4 5 6 搅拌速度 剩余浊度 12实验三 曝气设备充氧能力的测定 一、实验目的 通过本实验希望达到下述目的： (1)掌握测定曝气设备的氧总传递系数和充氧能力的方法； (2)对比表面曝气器在不同位置下的曝气效果； (3)了解各种测试方法和数据整理方法的特点。 二、实验原理 活性污泥法处理过程中曝气设备的作用是使空气，活性污泥和污染物三者充分混合，使活性污泥
19、处于悬浮状态，促使氧气从气相转移到液相，从液相转移到活性污泥上，保证微生物有足够的氧进行物质代谢。由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素之一，因此，工程设计人员和操作管理人员常需通过实验测定氧的总传递系数 KLa、评价曝气设备的供氧能力和动力效率。 评价曝气设备充氧能力的试验方法有两种： (1)不稳定状态下进行试验，即试验过程水中溶解氧浓度是变化的，由零增到饱和浓度； (2)稳定状态下的试验，即试验过程水中溶解氧浓度保持不变。试验可以用清水或在生产运行条件下进行。下面分别介绍各种方法的基本原理。 (一 )不稳定状态下进行试验 在生产现场用自来水或曝气池出流的上清液进行试验时，先用亚硫
20、酸钠 (或氮气 )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和的，符合一级动力学反应，水中溶解氧的变化可用式 (1)表示 ()CCKdtdCsLa= (1) 式中： dtdC / 氧转移速率 (mg/L h)； KLa氧的总转递系数 (1 h)；可以认为是一混和系数，其倒数表示使水中的溶解氧由 C 变到 Cs所需要的时间，是气液界面阻力和界面面积的函数。 Cs试验条件下自来水 (或污水 )的溶解氧饱和浓度 (mg/L)； C相应于某一时刻 t 的溶解氧浓度 (mg/L) 13将式 (1)积分得 () 常数+= tKCCLasln (2)
21、式 (2)表明，通过试验测得 Cs和相应于每一时刻 t 的溶解氧 C 值后，绘制 1n(Cs一 C)与t 的关系曲线，其斜率即 KLa。另一种方法是先作 C 与 t 关系曲线，再作对应于不同 C 值的切线得到相应的 dC dt，最后作 dC dt 与 C 关系曲线，也可以求得 KLa。 (二 )稳定状态下进行试验 如果能较正确地测定活性污泥的呼吸速率，也可以在现场生产运行条件下，通过稳定状态下的充氧试验测定曝气设备的充氧能力。试验时先停止进水和回流污泥，使溶解氧浓度稳定不变，并取出混合液测定活性污泥的呼吸速率，由于溶解氧浓度稳定不变， dC/dt=0，即 ()0= rCCKdtdCswLa(3
22、) 式 (3)表明，测得 r、 Csw和 C 后，可以计算 KLa。微生物呼吸速率 r，可以用瓦勃呼吸仪或本实验中所采用的简便方法进行测定 (详见实验步骤 )。 由于溶解氧饱和浓度、温度、污水性质和搅动程度等因素都影响氧的传递速率，在实际应用中为了便于比较，须进行压力和温度校正，把非标准条件下的 KLa转换成标准条件 (20， 760 毫米汞柱 )下的 KLa，通常采用以下的公式计算 () ()( )TTLaLaKK=2020024.1 (4) 式中： T试验时的水温 ( )； KLa（T） 水温为 T 时测得的总传递系数 (h 1)： KLa（20） 水温 20时的总传递系数 (h 1) 气
23、压对溶解氧饱和浓度的影响为 () ()试验时的大气压标准大气压试验校正=sCsC(5) 当采用表面曝气时，可以直接运用式 (5)，不须考虑水深的影响。采用鼓风曝气时，空气扩散器常放置于近池底处， 由于氧的溶解度受到进入曝气池的空气中氧分压的增大和气泡上升过程氧被吸收分压减少的影响，计算溶解氧饱和值时应考虑水深的影响，一般以扩散器至水面二分之一距离处的溶解氧饱和浓度作为计算依据。计算方法如下 1平均静水压力 142110101 +=HP (6) 式中： P 上升气泡受到的平均静水压力 (kPa)； H扩散器以上的水深 (m)。 2气泡内氧所占的体积比 由于气泡上升过程中部分的氧溶解于水，所以当气
24、泡从池底上升到水面时，气泡中氧的比例减少，其数值为 ( ) %100 = hhOOO (7) 式中： O 气泡上升到水面时，气泡内氧的比例； hO 在池底时，气泡中氧的比例， 21 (体积比 )； 扩散设备的空气利用系数。 池底到池面气泡内氧的比例的平均值为 3氧的平均饱和浓度 () ()hssOOPPC =标平均sC （ 8） 式中： Cs(标)、标准条件下氧的饱和浓度 (mg/L)； P标准大气压，等于 101.325kPa。 (三 )充氧能力和动力效率 充氧能力可以用下式表示 OC KLa(20)Cs(标)V (kgO2 h) (9) 式中： V曝气池体积 (m3)。 动力效率常被用以比
25、较各种曝气设备的经济效率，计算公式如下 NOCE = (11) 式中： OC标准条件下的充氧能力 (kgO2 h)； N采用叶轮曝气时， N 为轴功率 (kW)。 采用射流曝气时，计算氧转移效率： %100SOCEA= S 为 20的供氧量： 15)20(Q33.1%21S = 式中： Q(20) 20时空气量（米3/时） ，ttQTPTPQQ =000)20(Qt转子流量计上读数（米3/时） ； P0标准状态时空气压力（一个大气压） ； T0标准状态时空气绝对温度； P 实验条件下空气压力； T 实验条件下空气的绝对温度。 上述方法适用于完全混和型曝气设备充氧能力的测定。推流式曝气池中 KL
26、a、 Csw是沿池长方向变化的，不能采用上述方法进行测定。 三、实验装置与设备 实验装置的主要部分为泵型叶轮、射流曝气设备和模型曝气池。为保持曝气叶轮转速在实验期间恒定不变，电动机要接在稳压电源上。 实验设备和仪器仪表 1模型曝气池 硬塑料制 1个 高度 H 36cm ， 直径 D 29cm 2泵型叶轮 铜制 1个 直径 d 12cm 3. 电动机 单向串激电机 1台 220V 2.5A 4直流稳压电源 YJ 44型 1台 0 30V 0 2A 5溶解氧测定仪 1 台 6电磁搅拌器 1台 7卷尺 1个 8秒表 1块 9烧杯 200mL 3个 10计算器（自带） 16四、实验步骤 1确定曝气池内
27、测定点 (或取样点 )位置。通常在平面上测定点可以布置在三等分池子半径的中点和终点，在立面上布置在离池面和池底 0.3m 处，以及池子一半深度处，共取 12 个测定点 (或 9 个测定点 )。但本实验模型较小，故可以仅确定一个测定点，无需布置 9 12个测定点。 2曝气池内注入自来水，水面没过叶轮 5cm 左右，测定曝气池内水的体积，并测定水中溶解氧。 3计算 CoCl 和 Na2SO3的需要量 42232221SONaOSONaCoCl+ 从上而反应式可以知道，每去除 1mg 溶解氧需要投加 7.9mgNa2SO3。根据池子的容积和自来水 (或污水 )的溶解氧浓度可以算出 Na2SO3的理论
28、需要量。实际投加量应为理论值的150 200。计算方法如下 ( )%2001509.71=sCVW 式中： W1 Na2SO3的实际投加量 (mg)； V曝气池体积 (m3或 L)。 催化剂氯化钴的投加量，按维持池子中的钴离子浓度为 0.05 0.5mg/L 左右计算， (用温克尔法测定溶解氧时建议用下限 )计算方法如下 9.589.1295.02=VW 式中： W2 CoCl2的投加量 (mg) 4将 Na2SO3和 CoCI2溶解后直接投入在曝气池内，缓慢搅拌 12 分钟使 Na2SO3扩散至完全混合。 5待溶解氧降到零并达到稳定时，开始正常曝气，计时每隔 1015 秒测定溶解氧浓度，并作
29、记录，直到溶解氧达饱和值时结束试验。 6重复试验一次，投加适量 Na2SO3搅拌，并将溶解氧降至零后，将水面高度下降到叶轮表面，正常曝气每隔 5 秒记录溶解氧浓度，直至饱和。 注意事项： (1)溶解氧测定仪需在指导下正确操作，用完后用蒸馏水仔细冲洗探头，并用吸水纸小心吸干探头膜表面的水珠，盖上探头套待用。 17(2)注意实验期间要保证供气量恒定。 五、实验结果整理 1 记录实验设备及操作条件的基本参数 实验日期： 年 月 日 模型曝气池 内径 D= m 高度 H= 体积 V L 水温 室温 气压 (kPa) 实验条件下自来水的 Csmg/L CoCl2投加量 (g) Na2SO3投加量 (g)
30、 2 记录不稳定状态下充氧试验测得的溶解氧值，并进行数据整理。 3 以溶解氧浓度 C 为纵坐标，时间 t 为横坐标，作 C 与 t 关系曲线。 4 根据 C 与 t 实验曲线计算相应于不同 C 值的 dC/dt，以 1n(Cs C)和 dC/dt 为纵坐标，时间 t 为横坐标，绘制出二条实验曲线。 5 分析在不同埋深高度下叶轮曝气的 KLa及充氧能力。 六、思考题 1 本实验中溶解氧探头的位置对测试结果有什么影响 ? 2 如果 Na2SO3的投加量过高，是否会对试验结果产生影响？ 18实验四 石英砂过滤实验 一、实验目的 通过实验希望达到下述目的： (1)掌握清洁砂层过滤时水头损失计算方法和水
31、头损失变化规律； (2)掌握反冲洗滤层时水头损失计算方法 二、实验原理 过滤是具有孔隙的物料层截留水中杂质从而使水得到澄清的工艺过程常用的过滤方式有砂滤、硅藻土涂膜过滤，烧结管微孔过滤，金属丝编织物过滤等过滤不仅可以去除水中细小悬浮颗粒杂质、而且细菌病毒及有机物也会随浊度降低而被去除。本实验按照实际滤池的构造情况。内装石英砂滤料或陶瓷滤料、利用自来水进行清洁砂层过滤和反冲洗实验。 为了取得良好的过滤效果，滤料应具有一定级配。生产上有时为了方便起见，常采用0.5mm 和 1.2mm 孔径的筛子进行筛选。 这样就不可避免地出现细滤料 (或粗滤料 )有时过多或过少现象为此应采用一套不同筛孔的筛子进行
32、筛选，并选定 d10、 d80值，从而决定滤料级配。在研究过滤过程的有关问题时，常常涉及到孔限度的概念，其计算方法为 VGVVVVVVVmccn= 11 （ 1） 式中： m 滤料孔隙 (率 )度 ( )； Vn滤料层孔隙体积 (cm3)； V 滤料层体积 (cm3) Vc滤料层中滤料所占体积 (cm3)； G 滤料重量 (在 105下烘干 )(g)； 滤料重度 (g cm3)。 滤层截污量增加后，滤层孔隙度 m 减小，水流穿过砂层缝隙流速增大，于是水头损失增大。为了保证滤后水质和过滤滤速，当过滤一段时间后，需要对滤层进行反冲洗，使滤料层在短时间内恢复工作能力。反冲洗的方式有多种多样，其原理是
33、一致的。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，这时滤层水头损失可用式 (2)计算。当反冲洗速度增大后，滤料层完全膨胀，处于流态化状态。根据滤料居膨胀前后的厚度19便可求出膨胀度（率） %10000=LLLe (2) 式中： L 砂层膨胀后厚度 (cm)； L0砂层膨胀前厚度 (cm)； 膨胀度 e 值的大小直接影响了反冲洗效果。而反冲洗的强度大小决定了滤料层的膨胀度。 三、实验装置与设备 (一 )实验装量 本实验采用如图 1 所示的实验装置。 过滤和反冲洗水来自高位水箱。 高位水箱的容积 (图中未注出 )为 2 1.5 1.5m，高出地面 10m。 10020020
34、0200200200来自高位水箱12109456783图 6-1 过滤试验装置示意图 1. 过滤柱 2. 滤料层 3. 承托层 4. 转子流量计 5. 过滤进水阀门 6. 反冲洗进水阀门 7. 过滤出水阀门 8. 反冲洗出水管 9. 测压板 10 测压管 (二 )实验设备及仪器仪表 1过滤柱 有机玻璃 d 100mm L 2000mm 1根 2转子流量计 LZB 25 型 1个 203测压板 长宽 3500 500m2 1块 4测压管 玻璃管 10 1000mm 6根 5筛子 孔径 0.2 2mm，中间不少于 4 档 1组 6量筒 1000m1， l 00ml 各 1 个 7容量瓶、比重瓶、干
35、燥器、钢尺、温度计等。 四、实验步骤 (一 )清洁砂层过滤水头损失实验步骤 1 开启阀门 6 冲洗滤层 lmin。 2 关闭阀门 6，开启阀门 5、 7 快滤 5 分钟使砂面保持稳定。 3 调节转子流量计，使出水流量约 50L h，待测压管中水位稳定后，记下滤柱最高最低两根测压管中水位值。 4 增大过滤水量、使过滤流量依次为 100、 150、 200、 250、 300L H 左右，分别测出滤柱最高最低两根测压管中水位值，记入表 1 中。 5 量出滤层厚度 L。 6按步骤 1-5，再重复做两次。 (二 )滤层反冲洗实验步骤 1 量出滤层厚度 L0，慢慢开启反冲洗进水阀门 6，调整反冲洗转子流
36、量计为 250L/h，使滤料刚刚膨胀起来，待滤层表面稳定后，记录反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度 L。 2 开大反冲洗转子流量计，变化反冲洗流量依次为 500 L/h、 750 L/h、 1000 L/h、 1250 L/h、1500 L/h。按步骤 1 测出反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度 L。 3 改变反冲洗流量直至砂层膨胀率达 100为止。 测出反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度 L，记入表 2。 4按步骤 1-3，再重复做两次。 注意事项： 1 反冲洗滤柱中的滤料时，不要使进水阀门开启度过大，应缓慢打开以防滤料冲出柱外。 2 在过滤实验前，滤层中应保持一定水位，不要把水放空以免过滤实验时测压管中积存
37、空气。 3 反冲洗时，为了准确地量出砂层厚度，一定要在砂面稳定后再测量。 21五、实验结果整理 (一 )清洁砂层过滤水头损失实验结果整理 1 将过滤时所测流量、测压水头填入表 1。 2 以流量 Q 为横坐标，水头损失为纵坐标，绘制实验曲线。 表 1 清洁砂层水头损失实验记录表 滤速 实测水头损失 测压管水头 cm 序 号 测定 次数 流量 Q（ ml/s） Q/W (cm/s)36Q/W (m/h) hb ha h= hb- ha (cm) 1 2 3 1 平均 1 2 3 2 平均 1 2 3 3 平均 1 2 3 4 平均 1 2 3 5 平均 1 2 3 6 平均 hb最高测压管水位值；
38、 ha最低测压管水位值。 (二 )滤层反冲洗实验结果整理 1 按照反冲洗流量变化情况、膨胀后砂层厚度填入表 2。 2 以反冲洗强度为横坐标，砂层膨胀度为纵坐标，绘制实验曲线。 22表 2 滤层反冲洗实验记录表 序 号 测定 次数 反冲洗流量Q（ ml/s） 反冲洗强度 (cm/s) 膨胀后砂层厚度L(cm) 砂层膨胀度%00LLLe= 1 2 3 1 平均 1 2 3 2 平均 1 2 3 3 平均 1 2 3 4 平均 1 2 3 5 平均 1 2 3 6 平均 反冲洗前滤层厚度 L0= （ cm） 六、思考题 1 试解释：滤料级配和孔隙度。 2 本实验存在什么问题 ?如何改进 ? 23实验
39、五 活性炭吸附实验 一、实验目的 本实验采用活性炭间歇和连续吸附的方法通过本实验确定活性炭对水中所含某些杂质的吸附能力。希望达到下述目的： (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 活性炭处理工艺是运用吸附的方法来去除异味、某些离子以及难以进行生物降解的有机污染物。在吸附过程中，活性炭比表面积起着主要作用。同时，被吸附物质在溶剂中的溶解度也直接影响吸附的速度。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。 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。有一些被吸附物质先在活性炭表面上积聚浓缩，继而进入
40、固体晶格原子或分子之间被吸附，还有一些特殊物质则与活性炭分子结合而被吸着。 当活性炭对水中所含杂质吸附时，水中的溶解性杂质在活性炭表面积聚而被吸附，同时也有一些被吸附物质由于分子的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 (即固相和液相 )之间的溶质浓度，具有一定的分布比值。如果在一定压力和温度条件下，用 m 克活性炭吸附溶液中的溶质，被吸附的溶质为 x毫克，则单位重量的活性炭吸附溶质的数量eq ，即吸附容量可按下式计算 mxqe= (1) eq 的大小除了决定于活性炭的品种之外，还与被吸附物质的性质、浓度、水的温度及
41、pH 值有关。一般说来，当被吸附的物质能够与活性炭发生结合反应、被吸附物质又不容易溶解于水而受到水的排斥作用，且活性炭对被吸附物质的亲和作用力强、被吸附物质的浓度又较大时，eq 值就比较大。 24描述吸附容量eq 与吸附平衡时溶液浓度 C 的关系有 Langmuir、 BET 和 Fruendlieh 吸附等温式。 在水和污水处理中通常用 Fruendlich 表达式来比较不同温度和不同溶液浓度时的活性炭的吸附容量，即 neKCq1= (2) 式中：eq 吸附容量 (mg/g)； K与吸附比表面积、温度有关的系数； n与温度有关的常数， n1； C吸附平衡时的溶液浓度 (mg/L)。 这是一个
42、经验公式，通常用图解方法求出 K， n 的值为了方便易解，往往将式 (2)变换成线性对数关系式 CnKmCCqelg1lg)(lglg0+= (3) 式中： C0水中被吸附物质原始浓度 (mg/L)； C被吸附物质的平衡浓度 (mg/L)； m活性炭投加量 (g/L)。 连续流活性炭的吸附过程同间歇性吸附有所不同，这主要是因为前者被吸附的杂质来不及达到平衡浓度 C，因此不能直接应用上述公式。这时应对吸附柱进行被吸附杂质泄漏和活性炭耗竭过程实验，也可简单地采用 Bohart-Adams 关系式 = 1ln0000BCCKNvDvCNT (4) 式中： T工作时间 (h)； v一吸附柱中流速 (m
43、 h)； D一一活性炭层厚度 (m)； K一流速常数 (m3 s h)； N0吸附容量 (g m3)； C0一入流溶质浓度 (mg/L)； CB容许出流溶质浓度 (mg/L)。 根据入流，出流溶质浓度，可用式 (5)估算活性炭柱吸附层的临界厚度，即保持出流溶25质浓度不超过 CB的炭层理论厚度。 = 1ln000BCCKNvD (5) 式中 D0为临界厚度，其余符号同上面。 在实验时如果原水样溶质浓度为 C01，用三个活性炭柱串联，则第一个活性炭柱的出流浓度 CB1，即为第二个活性炭柱的入流浓度 C02，第二个活性炭柱的出流浓度 CB2即为第三个活性炭柱的入流浓度 C03。由各炭柱不同的入流、
44、出流浓度 C0， CB便可求出流速常数 K值。 三、实验装置与设备 (一 )实验装置 本实验间歇性吸附采用三角烧杯内装入活性炭和水样进行振荡方法，连续流式采用有机玻璃柱内装活性炭、水流自上而下连续进出方法，图 (1)是连续流吸附实验装置示意图。 (二 )实验设备及仪器仪表 (一 )实验装置 本实验间歇性吸附采用三角烧杯内装入活性炭和水样进行振荡方法，连续流式采用有机玻璃柱内装活性炭、水流自上而下连续进出方法图 (1)是连续流吸附实验装置示意图。 图 17 l 活性煤连续流吸附实验装置示意图 1 有机玻璃管 2活性炭层 3承托 4单孔橡胶塞 (二 )实验设备及仪器仪表 1振荡器 THZ 82 型 1台 2 pH 计 pHS型 1台 263活性炭柱 d25 1000mm 有机玻璃管 3根 4活性炭 上海 15 号 2kg 5水样调配箱 硬塑料焊制 长宽高 0.5 0.5 0.6m31个 6恒位箱 硬塑料焊制 长宽高 0.3 0.3 0.4
