武科大给水排水实验指导书(编辑修改稿)

武科大给水排水实验指导书(编辑修改稿)内容摘要：

滤层孔隙中水流剪 力又会降低，因此，冲洗流速应控制适当。 高速水流反冲洗是最常用的一种形式，反冲洗 效果通常由滤床膨胀率 e来控制，即 e=00LLL 100% 式中 L—— 砂层膨胀后的厚度 (cm)； Lo—— 砂层膨胀前的厚度 (cm)。 通过长期实验研究， e为 25％时反冲洗效果即可以为最佳。 三、实验设备、仪器 及试剂 (1)过滤与反冲洗的实验装置 (1 套 )； (2)一米直尺一根 ； (3)浊度仪 (1台 )； (4)烧杯 (200 ml)。 (5)秒表一块， 100ML， 500ML量筒各一个； (6)三氧化铁 (质量分数 1％ )。 四 、实验操作步骤 在实验中要控制滤料层上的工作水深保持基本不变。 仔细观察绒粒进入滤料层深度 及绒粒在滤料层中的分布情况。 (1)对照工艺图，了解实验装置及构造。 (2)测量并记录原始数据，填人表 3— 1中。 (3)配制原水，使其浑浊度大致在 20～ 40mg/l范围内，以最佳投药量将混凝剂 Al2(S04)3 或者 FeCl3投入原水箱中，经过搅拌，启泵进行过滤试验。 (4)列表记录每隔 20 分钟 测定或校对一次的运行参数，填人表 3— 2中。 (5)观察杂质绒粒进入滤层深度情况。 表 3— 1 原始条件记录表 滤管直径／ mm 滤管面 积／ ㎡ 滤管高度／ m 滤料名称 滤料厚度／ m 表 3— 2 过滤实验记录表 工作时间 备 注 原水浊度／ (mg/l) 原水投药量／ (mg/l) 流量／ (l/s) 流速／ (m/s) 水头损失／ cm 工作水深／ m 绒粒穿人深度／ cm 滤后水浊度／ (mg/l) (6)反冲洗试验： ① 了解实验装置； ② 列表测量并记录各参数，填入表 3中； ③ 做膨胀 率 e=20％， 40％， 80％的反冲洗强度 q的实验； ④ 打开反冲洗水泵，调整膨胀度 e，测出反 14 冲洗强度值；⑤测量每个反冲洗强度时，应连续测 3次，并取平均值计算。 五 、实验数据及结果整理 (1)根据过滤试验结果，归纳出水头损失、水质、绒粒分布随工作延续时间 变化的情况，绘制出滤池工作水质曲线图 (图 3— 2)。 (2)总结不同流速与水头损失的变化规律，加深对滤速 v与水头损失 h之 间关系的理解，并绘出 (h— v)变化曲线 (图 3)。 表 3— 3 滤池反冲洗实验记录 原始条件 滤管直径 /mm 滤层面积 /㎡ 滤料名称 滤料粒径 /mm 滤料厚度 h／ m 石英砂 无烟煤 项目 Q Lo L e=00LLL 100% q=FQ 水温 e平均 q平均 1 2 3 4 5 6 7 8 9 图 3— 2出水剩余浊度与时问的 关系曲线 15 (3)根据反冲洗试验记录结果，绘制一定温度下的冲洗强度与膨胀率的关系曲线，并 综合四组不同的曲线进行分析比较 (图 4)。 六 、注意事项 (1)反冲洗过滤时，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 积有空气。 (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，并在每一个反 冲洗流量下连续测量 3次。 16 实验四 强酸性 阳离子交换树脂交换容量的测定 一 ．实验目的 (1)加深对强酸性阳离子交换树脂交换容量的理解。 (2)掌握测定强酸性阳离子交换树脂交换容量的方法。 二 ．实验原理 交换容量是交换树脂最重要的性能，它定量地表示树脂交换能力的大小。 树脂交换容 量 在理论上可以从树脂单元结构式粗略地计算出来。 以强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂为例， 其单元结构式为 单元结构式中共有 8个碳原子、 8个氢原子、 3个氧原子、 1个硫原子，其相对分子质 量为 812 ． 011+81 ． 008+315 ． 994+132 ． 06= 只有强酸基团 S03H中的 H遇水电离形式 H+可以交换，即每 184． 2g干树脂中只有 1g可交 换离子。 强酸性阳离子交换树脂交换容量测定前需经过预处理，即经过酸碱轮流浸泡，以去除树 脂表面的可溶性杂质。 测定阳离子交换树脂容量常采用碱滴定法，用酚酞作指示剂，按下式 计算交换容量。 (1) 式中 M NaOH标准溶液的浓度， mmol／ mL。 V NaOH标准溶液的用量， mL； W— — 样品湿树脂质量， g。 ’ 三 ．实验设备与试剂 (1)万分之一克精度天平 1台。 (2)烘箱 1台。 (3)干燥器 1个。 (4)250mL三角烧瓶 2个。 (5)10mL移液管 2支。 (6)强酸性阳离子交换树脂。 (7)lmol／ L HCl溶液 1000mL。 (8)1mol／ L NaOH溶液 1000mL。 (9)O． 5mol／ L NaCl溶液 1000mL。 (10)1％酚酞乙醇溶液。 四 ．实验步骤 (1)强酸性阳离子交换树脂的预处理 取样品约 10g以 1mol／ L盐酸及 1mol／ L NaOH 17 轮流浸泡，即按酸一碱一酸一碱一酸顺序浸泡 5次，每次 2h，浸泡液体积约为树脂体积的 2～3倍。 在酸碱互换时应用 200mL无离子水进行洗涤。 5次浸泡结束用无离子水洗涤至溶液呈 中性。 (2)测强酸性阳离子交换树脂固体含量 (％ ) 称取双份 1． 0000g的样品，将其中一份 放入 105～ 110℃ 烘箱中约 2h，烘干至恒重后放入氯化钙干燥器中冷却至室温，称量，记录 干燥后的树脂质量。 固体含量 =干燥后的树脂质量 100／样品质量 (2) (3)强酸性阳离子交换树脂交换容量的测定 将一份 1． 0000g的样品置于 250mL三角 烧瓶中，投加 O． 5mol／ I． NaCl 溶液 100mL 摇动 5min，放置 2h 后加入 1％酚酞指示剂 3滴， 用标准 O． 10000mol／ L NaOH溶液进行滴定，至呈微红色 1 5s不退，即为终点。 记录NaOH标准溶液的物质的量浓度及用量 (表 1)。 表 1 强酸 性 阳离子交换树脂交换容量测定记录 湿树脂样品质量 W／ g 干燥后的树脂质量 W1／ g 树脂固体含量 ／ % NaOH标准 溶液的物质的量浓度 NaOH标准溶液的用量 V／ mL 交换容量 ／ (mmol／ g干氢树脂 ) 五 ．实验结果整理 (1)根据实验测定数据计算树脂固体含量。 (2)根据实验测定数据计算树脂交换容量。 六 ．注意事项 (1)在操作过程中，要认真仔细。 (2)烘干时一定要按规定调好温度。 七 ．思考题 测定强酸性阳离子交换树脂的交换容量为何用强碱液 NaOH滴定 ? 18 实验五 离子交换 软化实验 一 ．实验目的 (1)熟悉顺流再生固定床运行操作过程。 (2)加深对钠离子交换基本理论的理解。 二 ．实验原理 当含有钙盐及镁盐的水通过装有 阳离子交换树脂的交换器时，水中的 Ca2+及 Mg2+便与 树脂中的可交换离子 (Na+或 H+)交换，使水中 Ca2+、 Mg2+含量降低或基本上全部去除， 这个过程叫做水的软化。 树脂失效后要进行再生，即把树脂上吸附的钙、镁离子置换出来， 代之以新的可交换离子。 钠离子交换用食盐 (NaCl)再生、氢离子交换用盐酸 (HCl)或硫 酸 (H2S04)再生。 基本反应式如下。 (1)钠离 子交换 软化 再生 (2)氢离子交换 交换 再生 钠离子交换的最大优点是不出酸性水，但不能脱碱；氢离子交换能去除碱度，但出酸性 水。 本实验采用钠离子交换。 三 ．实验设备与试剂 (1) 软化装置 1套， (2)lOOmL量筒 1个、秒表 1块 (控制再生液流 量用 )。 (3)2020mm钢卷尺 1个。 (4)测硬度所需用品及测定方法详见水质分析书籍。 (5)食盐数百克。 四 ．实验步骤 (1)熟悉实验装置，搞清楚每条管路、每个阀门的 作用。 19 (2)测原水硬度，测量交换柱内径 (直径 70mm)及树脂层高度 (填入 表 2)。 (3)将交换柱内树脂反洗数分钟，反洗流速采 用 15m／ h，以去除树脂层的气泡。 (4)软化 .运行流速采用 15m/h,每隔 10min测一次水的硬度 ,测两次并进行比较 . (5)改变运行流速 .流速分别取 20m/h,25m/h,30m/h,每个流速下运行 5min,测出水的硬度 (填入表 3). 表 2原水硬度及实验装置有关数据 原水硬度 (以 CaC03计 )／ (mg／L) 交换柱内径／ cm 树脂层高度 ／ cm 树脂名称及型号 表 3交换实验记录 运行流速查／ (m／h) 运行流量／ (L／ h) 运行时间／ min 出水硬度 (以 CaC03 计 )／ (mg／ L) 15 15 20 25 30 10 10 5 5 5 (6)反洗。 冲洗水用自来水，反洗流速采用 15m／ h，反洗时间 15min。 反洗结束将水放 到水面高于树脂表面 10cm左右 (表 4)。 (7)根据软化装置树 脂工作交换容量、树脂体积、顺流再生钠离子交换 NaCl耗量以及 食盐 NaCl含量 (海盐 NaCl含量 ≥80 ％～ 93％ )，计算再生一次所需食盐量。 配制含量 10％ 的食盐再生液。 (8)再生。 再生流速采用 3～ 5m／ h。 调节定量投再生液瓶出水阀门，开启度大小以控 制再生流速为度。 再生液用毕时，将树脂在盐液中浸泡数分钟 (表 5)。 (9)清洗。 清洗流速采用 15m／ h，每 5min测一次出水硬度，有条件时还可测氯根，直 至出水水质合乎要求时为止。 清洗时间约需 50min(表 6)。 (10)清洗完毕结束实验，交换 柱内树脂应浸泡在水中。 表 4反洗记录 反洗流速／ (m／ h) 反洗流量／ (L／ h) 反洗时间／ min 表 5再生记录 再生一次所需食盐量／ kg 再生一次所需浓度 10％ 的食盐再生液／ L 再生流速／ (m／ h) 再生流量／ (mL／ s) 20 表 6清洗记录 清洗流速／ (m／ h) 清洗流量／ (L／ h) 清洗历时／ min 出水硬度 (以 CaCO3计 )／ (mg／ L) 15 15 15 15 5 10 . ： 50 五 ．实验结果整理 (1)绘制不同运行流速与出水硬度关系的变化曲线。 (2)绘制不同清洗历时与出水硬度关系的变化曲线。 六 ．注意事项 (1)反冲洗时注意流量大小，不要将树脂冲走。 (2)再生溶液没有经过过滤器，宜用精制食盐配制。 七 ．思考题 (1)本实验钠离子交换运行出水硬度是。