水污染综合实验报告
2021-10-31 05:41:07 26
一、实验目的与要求
1． 掌握测试不同废水的色度、浊度、COD、电导、pH等水质指标的分析方法。
2． 增强对污染物综合分析能力。
3．根据废水水质选择所用的混凝剂、吸附剂类型；根据实验结果计算出所选混凝剂、吸附剂对废水的去除效率。
4．对废水的进一步治理提出可行性治理方案。
二、实验内容
1．根据高锰酸钾法测定废水的COD，利用pH酸度计，光电浊度计，色带，色度计分别测定pH值、浊度、色度，并预习实验内容，进行实验准备。
2．按照自己所取锅炉排污水、洗衣废水或其他废水的水质特点，自己设计实验方案。
3．针对某一废水，实验比较后确定自己认为合适的处理流程。 确定每种处理流程最佳投药量、pH值、搅拌速度及其他操作条件。给出治理结果。
4．处理结果达不到排放标准或回用标准的提出进一步治理方案。
三、实验原理
由于胶粒带电，将极性水分子吸引到它的周围形成一层水化膜，水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。因此胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。投加混凝剂能提供大量的正离子，可以压缩双电层，降低ζ电位，静电斥力减少，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，在胶粒与胶粒之间起吸附架桥作用，也有沉淀网捕作用。这样投加了混凝剂之后，胶体颗粒脱稳后相互聚结，逐渐变成大的絮凝体后沉淀。
活性炭吸附就是利用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是由于活性炭内部分子在各个方向都受着同等大小的力而在表面的分子则受到不平衡的力，这就是其他分子吸附于其表面上，此为物理吸附；另一个是由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此为化学吸附。活性炭的吸附是上述两种吸附综合作用的结果。
离子交换或臭氧氧化属于深度净化，可以有效降低废水中的含盐量、COD、色度等。 强酸H交换器失效后，必须用强酸进行再生，可以用HCl，也可以用H2SO4。相对来说，由于HCl再生时不会有沉淀物析出，所以操作比较简单。再生浓度一般为2%~4%，再生流速一般为5m/h左右。强碱OH交换树脂再生液浓度一般为1%~3%，流速≤5m/h。GB12145—1999水汽质量标准规定一级复床出水水质为：电导率≤5?S/cm。混床出水残留的含盐量在1.0mg/L以下，电导率在0.2S/cm以下，残留的SiO2在20?g/L以下，pH值接近中性。
四、实验仪器，设备及试剂
六联搅拌器，pH酸度计，光电浊度计，温度计1支，色度计 1000ml烧杯6个，1000ml量筒1个 1ml、2ml、5ml、10ml移液管各一支 200ml烧杯一个，吸耳球、FeCl3、 Al2(SO4)3、FeSO4、 NaSiO3 10%的NAOH溶液和10%HCl溶液500ml各1瓶 振荡器，离子交换拄，臭氧发生器，水浴锅，活性炭 电厂污水或工业废水水样
五、实验装置及方法
1）高锰酸钾法测定废水COD
1、实验原理
高锰酸钾指数是指在一定条件下，以高锰酸钾为氧化剂，处理水样时所消耗的氧量，以氧的mg/L来表示。水中部分有机物及还原性无机物均可消耗高锰酸钾。因此，高锰酸钾指数常作为水体受有机物污染程度的综合指标。
水样加入硫酸使呈酸性后，加入一定量的高锰酸钾溶液，并在沸水浴中加热反应一定的时间。剩余的高锰酸钾加入过量草酸钠溶液还原，再用高锰酸钾溶液回滴过量的草酸钠，通过计算求出高锰酸盐指数。
2、仪器
水浴装置 250mL锥形瓶 50mL酸式滴定管
3、试剂
1．高锰酸钾溶液（C(1/5 KMnO4)=0.1mol/L）:称取3.2g高锰酸钾溶于1.2L水中，加热煮沸，使体积减少到约１L，放置过夜，用G－3玻璃砂芯漏斗过滤后，滤液储于棕色瓶中保存。
2．高锰酸钾溶液（C(1/5 KMnO4)=0.01mol/L）：吸取25mL上述高锰酸钾溶液，?用水稀释至250mL，储于棕色瓶中。使用前进行标定，并调节至0.01mol/L准确浓度。
3．1+3硫酸
4．草酸钠标准溶液（C(1/2Na2C2O4)=0.1000mol/L）?：称取0.6705g在105-110℃烘干一小时并冷却的草酸钠溶于水，移于100mL容量瓶中，用水稀释至标线。
5．草酸钠标准溶液（C(1/2Na2C2O4)=0.0100mol/L）?：吸取10.00mL上述草酸钠溶液移入100mL容量瓶中，用水稀释至标线。
4、实验步骤
1．取100mL混匀水样（如高锰酸盐指数高于5mg/L，则酌量少取，并用水稀释至100mL）于250mL锥形瓶中。
2．加入5mL（1+3）硫酸，摇匀。
3．加入10.00mL0.01mol/L高锰酸钾溶液，摇匀，立即放入沸水浴中加热30分钟（从水浴重新沸腾起计时）。沸水浴液面要高于反应溶液的液面。
4．取下锥形瓶，趁热加入10.00mL0.0100mol/L草酸钠标准溶液，摇匀，?立即用0.01mol/L高锰酸钾溶液滴定至显微红色，记录高锰酸钾溶液消耗量。
5．高锰酸钾溶液浓度的标定：将上述已滴定完毕的溶液加热至70℃，?准确加入10.00mL草酸钠标准溶液（0.0100mol/L）再用0.01mol/L高锰酸钾溶液滴定至显微红色。记录高锰酸钾溶液的消耗量，按照下式求得高锰酸钾溶液的校正系数（K）：
K=10.00V
式中：V—高锰酸钾溶液消耗量（mL）。若水样经稀释时，?应同时另取100mL水，同水样操作步骤进行空白实验。
2）混凝沉淀实验
1.试验机理: 根据研究，胶体微粒都带有电荷。天然水中的粘土类胶体微粒以及污水中的胶态蛋白质和淀粉微粒等都带有负电荷。微粒一般由胶核、固定层和扩散层组成。胶核和固定层一般称为胶粒，胶粒与扩散层之间有一个电位差，此电位称为ζ电位。胶粒在水中受几方面的影响：
①带相同电荷的胶粒之间产生的静电斥力；
②胶粒在水中作的不规则运动，即“布朗运动”；
③胶粒之间的范德华引力；
④水化作用，由于胶粒带电，将极性水分子吸引到它的周围形成一层水化膜，水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。
因此胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。投加混凝剂能提供大量的正离子，可以压缩双电层，降低ζ电位，静电斥力减少，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，在胶粒与胶粒之间起吸附架桥作用，也有沉淀网捕作用。这样投加了混凝剂之后，胶体颗粒脱稳后相互聚结，逐渐变成大的絮凝体后沉淀。
2.试验器材: 六联搅拌器或磁力搅拌器1台 pH酸度计1台或pH试纸 光电浊度计1台 温度计1支 200ml烧杯4个 1000ml烧杯1个 1ml、2ml、5ml、10ml移液管各一支 10%的FeCl3、Al2(SO4)3、NaSiO3溶液各1瓶 500ml 的NaOH溶液和的HCl溶液各1瓶。
3.试验步骤：
最佳投药量实验步骤
1、测定原水温度、浊度及pH值。
2、分别取200ml水样于250ml烧杯中，每组4个水样，将4个水样置于搅拌器上，分
别加入数滴浓度为10％的Al2(SO4)3药液于各烧杯中。
3、投药后迅速启动搅拌机，使搅拌机快速运转，同时开始记时，快速搅拌30S，快速搅拌完成后，迅速将转速转制慢速搅拌阶段，时间15分钟。
4、搅拌过程中观察记录矾花形成的过程、矾花外观、大小、密实程度（记录于表1中）。
5、搅拌完成后停机，将水样杯取出置一旁静沉，并观察矾花形成及沉淀的情况，待沉淀20分钟后，取烧杯中清液分别测定其pH值、浊度，同时记录于表1中。
6、确定最佳投药量。
最佳pH值实验步骤
1、在4个250ml烧杯分别放入200ml原水样，置于实验搅拌器的平台上。
2、确定原水特征（包括原水浊度、pH值、温度）。
3、向各烧杯中加入相同量的混凝剂。（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）。
4、用HCl或NaOH调整至各杯水样的pH至分别为6、7、8、9，记录所用酸碱的投加量（表2）。
5、启动搅拌器，快速搅拌30秒；然后同（一）。
6、关闭搅拌机，将水样取出置一旁静沉并观察矾花形成及沉淀的情况，20分钟后，取烧杯的上清液，分别测定其浊度，记录于表2中。
7、确定最佳pH.。
完成第一组水样后，按同样步骤，用第二种混凝剂做第二组实验。
六、 实验数据及数据处理结果
表二 最佳投药量结果记录
原水温度 10 C 浊度 31.3 pH 6 混凝剂的种类、浓度 FeCl3 10％
表三 最佳pH试验结果记录
原水温度 10 C 浊度 31.3 pH 6 使用混凝剂的种类、浓度 FeCl3 10％
1. 高锰酸钾溶液的校正系数（K）：
K=
已知：V=18.2ml-10.4ml=7.8ml 得： K=1.28 2．水样不经稀释
高锰酸钾指数(O2,mg/L)=10.00V
[(1V1)K10]M81000
100
已知：V1 =7.80ml K=1.28 M=0.01mol/L 得;高锰酸钾指数(O2,mg/L)=10.23 3．水样经稀释
高锰酸钾指数(O2,mg/L)＝
{[(10V1)K10][(10V0)K10]C}M81000V2
已知：V1 =7.80ml K=1.28 M=0.01mol/L V0=ml C=0.5 V2=100ml 得：高锰酸钾指数(O2,mg/L)=4.58
六．实验结果讨论
由以上数据及处理结果可知水样高锰酸钾指数(O2,mg/L)=10.23，PH=6； 当混凝剂滴入0.4ml时混凝效果最好，PH为9时混凝效果最好。
七．思考题
1、为什么最大投药量时，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。
2、助凝剂的作用是什么？
助凝剂的作用机理是桥接固体炫富颗粒，从而使悬浮物迅速下沉。
3、臭氧氧化的影响因素有哪些？
温度、pH值、处理时间、空气湿度等。
4、化学处理与生物处理的区别何在？
化学处理采用化学试剂，如絮凝剂； 生物处理采用微生物的代谢来处理污染物。