【正文】 生流速采用 3～ 5m／ h。再生液用畢時(shí)，將樹(shù)脂在鹽液中浸泡數(shù)分鐘 (表 5)。清洗流速采用 15m／ h，每 5min測(cè)一次出水硬度，有條件時(shí)還可測(cè)氯根，直 至出水水質(zhì)合乎要求時(shí)為止。 (10)清洗完畢結(jié)束實(shí)驗(yàn)，交換 柱內(nèi)樹(shù)脂應(yīng)浸泡在水中。 (2)繪制不同清洗歷時(shí)與出水硬度關(guān)系的變化曲線。 (2)再生溶液沒(méi)有經(jīng)過(guò)過(guò)濾器，宜用精制食鹽配制。 (2)了解系統(tǒng)中各交換塔單元的作用。 (4)掌握混合床離子交換器的工藝流程和操作，以及技術(shù)要點(diǎn)。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1．概 述 五塔式離子交換系統(tǒng)較典型的反映了離子交換技術(shù)的內(nèi)容，它涵概強(qiáng)陰、強(qiáng)陽(yáng)離子交 換樹(shù)脂技術(shù)最基本的工作原理，是各種離子交換法脫鹽，以及純水、高純水制備系統(tǒng)中的 主體。 2．工藝原理 活性炭床 活性炭床一般設(shè)置在陽(yáng)離子床前?；钚蕴勘砻嬗写罅康牧u基、羧基等官能團(tuán)，可以化學(xué)吸附或靜電吸引各種性質(zhì)的 有機(jī)物，還能去除對(duì)陰陽(yáng)離子樹(shù)脂有害的腐殖酸、富維酸、木質(zhì)酸、懸浮物和某些可致樹(shù)脂 中毒的金屬離子等 物質(zhì)。 陽(yáng)離子床 當(dāng)原水通過(guò) H? 型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子床時(shí)，水中的陽(yáng)離子與 樹(shù)脂官能團(tuán)中等 當(dāng)量的 H? 進(jìn)行交換，從而去除水中的陽(yáng)離子，釋放 H? 。曝氣塔可 分為真空式和鼓風(fēng)式兩種。 陰離子床 當(dāng)原水通過(guò) OH? 型強(qiáng)陰離子床時(shí)，水中的陰離子與樹(shù)脂官能團(tuán)中等量的 OH? 進(jìn)行交換，從而去除水中的陰離子，釋放 OH? 。OH代表氫氧根型強(qiáng)陰離子 交 換樹(shù)脂，用 X? 代表水中的陰離子 )反應(yīng)方程式 22 R39。 混合床的特點(diǎn)是混合床交換反應(yīng)比較 徹底，出水水質(zhì)好，這是混合床最重要的特點(diǎn)， 因此，常把它串聯(lián)在復(fù)床或陰離子床后，獲得較高質(zhì)量的純水。但是再生工藝復(fù)雜 (需要分層、頂水等 )。它的陰、陽(yáng)離子 交換幾乎是同時(shí)進(jìn)行的，所產(chǎn)生的 H? 和 OH? 隨即結(jié)合成 H2 0。 OH表示陰樹(shù)脂，則原理方程式如下 3．工藝流程 活性炭一陽(yáng)離子床一爆氣塔一陰離子床一混合床 4．五塔式純水制備系統(tǒng)圖 (圖 61) 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器 (1)五塔式離子交換器 (純水制備裝置 )(1套 )； (2)酸度計(jì) (1臺(tái) )； (3)電導(dǎo)儀 (1臺(tái) )； (4)燒杯 (50 ml、 500 ml各 1個(gè) )； (5)量筒 (100 ml、 500 ml各 1個(gè) )o 四、實(shí)驗(yàn)用試劑 (1) 廣泛 pH試紙； (2)緩沖液 (pH=10)。 五、實(shí)驗(yàn)操作步驟 1．操作內(nèi)容 (1)在進(jìn)行五塔式離子交換器的運(yùn)行操作 (純水制備過(guò)程 )時(shí)，并注意觀察壓力、流量、 樹(shù)脂層及顏色的變化。 (3) 混合床的分層與混合操作，以及檢測(cè) o 2．操作中的注意事項(xiàng) (1)在開(kāi)啟任何進(jìn)水閥門(mén)時(shí)，必須注意是否會(huì)造成系統(tǒng)高壓。 (3)啟動(dòng)水泵 時(shí)不得空載。 23 (5)嚴(yán)格按操作步驟操作。 (2)將 1， 3， 5閥門(mén)打開(kāi)，把管路中的存水放掉。將活性炭床充滿并反沖 0． 5 min。 (5)打開(kāi) 13， 18閥門(mén)，啟動(dòng) B1泵，通過(guò)旋轉(zhuǎn) 13 閥門(mén)調(diào)整 L2流量計(jì)至需要流量 ()，將 陰離子床注滿水。 (7)打開(kāi) 21， 22， 28 閥門(mén)，關(guān)閉 17， 19閥門(mén)，檢測(cè)出水電導(dǎo)率和 pH值。 (9)當(dāng)純水箱注滿水之后，切斷水源、關(guān)閉 水泵、關(guān)閉所有閥門(mén)。 (2)避免系統(tǒng)壓力超過(guò) MPa，否則離子床有爆裂的危險(xiǎn)。 5．混合床分層操作步驟 在確認(rèn)所有閥門(mén)關(guān)閉后，打開(kāi) 29， 37， 30， 26， 36， 19閥門(mén)，啟動(dòng)酸洗泵，用純水箱中的 純水向混合床中由下而上注水。如果分層不徹底，可重新啟動(dòng)酸泵致分層明顯為止。 (如果數(shù) 次分層不好，可采用泵入酸或堿液的方法 )。啟動(dòng) B3水泵，將混合床注滿 水，關(guān)閉所有閥門(mén)，打開(kāi) 38， 19閥門(mén) (確認(rèn)其余閥門(mén)關(guān)閉 )，啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，將壓縮空氣通 人混合床，當(dāng)陰陽(yáng)樹(shù)脂充分混合后，關(guān)閉空壓機(jī)和各閥門(mén)，按生產(chǎn)純水操作步驟出水。將檢測(cè)結(jié)果記錄在表 61中。將檢測(cè)結(jié)果記錄在表 6l中。將檢測(cè)結(jié)果記錄在表 6l中。 將上述指標(biāo)填人表 61中。 (2)掌握顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)方法，并能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理、計(jì)算。自由沉淀有兩個(gè)含義：①顆粒沉淀過(guò)程中不受器 壁干擾影響；②顆粒沉降時(shí)，不受其他顆粒的影響。當(dāng)污泥濃度小于 5 000 mg／ l時(shí)就可假設(shè)顆粒 之間不會(huì)產(chǎn)生干擾，自由沉淀?xiàng)l件如圖 1所示。自由沉淀過(guò)程可以由斯篤克 斯公式 (Stokes)進(jìn)行描述，即 圖 l自由沉淀?xiàng)l 件 但由于水中顆粒的復(fù)雜性，公式中的一些參數(shù) (如粒徑，密度等 )很難準(zhǔn)確確定。實(shí) 驗(yàn)可以在沉淀柱中進(jìn)行，方法如下。在攪拌均勻后開(kāi)始沉淀實(shí)驗(yàn)， 圖 2沉淀柱 并開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)沉淀時(shí)間 t1， t2? ， ti從取樣口取一定體積水樣，分別計(jì)下取樣口高度 h, 分析各水樣的懸浮物濃度 C1， C2， ? ， Ci，從而通過(guò)公式 (1) 計(jì)算顆粒的去除百分率 . 27 (2) ti—— 沉淀時(shí)間 (min)。 (2)實(shí)際上，在經(jīng)過(guò)時(shí)間 ti后，取樣口上 h高水深內(nèi)顆粒沉到取樣口下，應(yīng)由兩個(gè)部 分組成，即：① u≥ u。 =ith 的那一部分顆粒也會(huì)有一部分顆粒經(jīng)時(shí) 間 ti后沉淀到取樣口以下，這是因?yàn)?uu。但是以上實(shí)驗(yàn)方法并未包 含 uu0 那一部分顆粒中被去除的部分，所以存在一定誤差。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器 (1)沉淀裝置 (沉淀柱，儲(chǔ)水箱 ) . (2)計(jì)時(shí)用秒表； (3)分析天平 (1／ 10000 1臺(tái) )； (4)恒溫烘箱； (5)干燥器； (6)具塞稱量瓶 (4070 10 個(gè) ) (7)量筒 (100ml 10個(gè) ) (8)定量濾紙； 28 (9)漏斗 (10個(gè) )； (10)水樣 (可選用生產(chǎn)污水、工業(yè)廢水、也可用天然河水或人工配制水樣 )。值。閉該管進(jìn)水閘門(mén)。 （ 3）隔 1min,5min,10min,15min,20min,40min,60min,120min 由取樣口取樣，記錄取樣口高度。 （ 5）將數(shù)據(jù)填入表 1 表 1 顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn) 記錄 靜沉?xí)r間 ／ min 稱量瓶號(hào) 稱量瓶 + 濾紙／ g 取樣體積 ／ ml 瓶紙 + ss重／ g 水樣 SS重／ g 懸浮物濃度 ／ (mg/l) 取樣口 高度／ cm 0(初始 ) l 5 10 15 20 40 60 120 五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果整理 (1)計(jì)算懸浮物去除率 ? 、 剩余率 P、 及沉淀速度 u，并將數(shù)據(jù)填人表 2。 29 六、思考題 (1)自由沉淀中顆粒沉速與絮凝沉淀中顆粒沉速有什么區(qū)別 ? (2)繪制自由沉淀曲線的方法及意義 ? (3)自由沉淀的測(cè)定是否還有其他方法 ?與我們所應(yīng)用的方法有何區(qū)別 ? 30 實(shí)驗(yàn) 八 顆粒的絮凝沉淀 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1)掌握絮凝沉淀的實(shí)驗(yàn)方法。 (3)能夠利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制絮凝沉淀曲線，并 學(xué)會(huì)通過(guò)曲線求某一 時(shí)間某一深度的顆?？?cè)コ省Ｋ?，絮凝沉淀?shí)際上是顆粒的變速運(yùn)動(dòng)，故實(shí)際沉速很難用理論公式計(jì)算，對(duì)它的研究主要采取實(shí)驗(yàn)的方式。 圖 1 絮凝沉淀實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 ’ l一 溢流管； 2 一取樣口； 3 一閥門(mén)； 4 一水泵； 5— 攪拌器； 6一水箱； 7 一電機(jī)； 8一沉淀柱 實(shí)驗(yàn)裝置由 6個(gè)直徑 100mm高為 1． 5 m的沉淀柱組成，如圖 l所 示，每個(gè)沉淀柱在高度方向每隔 300～ 400 mm開(kāi)設(shè)一個(gè)取樣口，沉淀柱上共設(shè) 4個(gè)取樣 口，沉淀柱上部設(shè)有溢流孔 (也可在 4 個(gè)沉淀柱中進(jìn)行 )。及水溫的水樣，注入沉淀柱，開(kāi)始計(jì)時(shí)，間隔一定時(shí)間，如 20 min， 40min， 60 min 分別在一個(gè)沉淀柱的每個(gè)取樣口同時(shí)取樣 50～ 100 ml,測(cè)各水樣的懸浮物濃度，并利用下式計(jì)算 各水樣的去除 率，即 并由計(jì)算出的數(shù)據(jù)繪制出絮凝沉淀等去除率曲線，即在以取樣口高度 (m)為縱坐標(biāo)， 以取樣的時(shí)間 (min)為橫坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，將同一沉淀時(shí)間，不同深度的去除率標(biāo) 于其上，然后把去除率相等的各點(diǎn)連成去除率曲線，如圖 2所示。 設(shè) △P=P 1 一 Ps =01ccc s? ，其中， P為未被去除顆粒的百分率；而 △ P代表的就是 速由 u1減小到 us 或者顆粒徑由 d1 減小到 ds 時(shí)去除部分所占的百分 率。而在這部分顆粒中有一 部分能被去除，有一部分未必能被去除，能不能去除關(guān)鍵看其沉到特定高度以下所用的 間是否小于等于具有 u沉速顆粒所用的時(shí)間，即uHuHss 0?，它表示只有在 Hs 水深內(nèi)具有 ds 或 us 的顆粒才會(huì)被去除。因此，具有特定粒徑的顆粒可以去除部分去除率可表示為 uus dP，而積分 u1 dPuPs?00表示 us u那部分顆粒的去除率。圖解法就是在絮凝沉淀曲線上作中間曲線。 32 T 圖 3 圖解法求顆粒總?cè)コ适疽? 在 1? 之后的等去除率曲線間作中間曲線，并在絮凝沉淀曲線上讀出直線 T與中間 曲線各交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的深度值應(yīng)用公式 率。 四、實(shí)驗(yàn)操作步驟 (1)在水箱中裝好水樣并 將水樣攪拌均勻。 (2)開(kāi)啟水泵及沉淀柱進(jìn)水閥門(mén)，依次向沉淀柱中注入水樣。 (3)6根沉淀柱沉淀時(shí) 間 分別為 20 min， 40 min， 60 min， 80 min， 100 min， 120 min，當(dāng) 達(dá)到時(shí)間后，同時(shí)在這個(gè)沉淀柱的每個(gè)取樣口取樣 100 ml。 33 (5)將測(cè)得數(shù)據(jù)填人表 1。 (2)在坐標(biāo)軸上以沉淀時(shí)間 t為橫坐標(biāo)，以深度為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，并將各取 樣點(diǎn)的去除率填在坐標(biāo)上。 (4)根據(jù)圖解法 (圖 3)計(jì)算 t=40 min H= m處顆粒的總?cè)コ省? (2)實(shí)際工程中顆粒在哪些構(gòu)筑物中屬于絮凝沉淀。 實(shí)驗(yàn) 九 曝氣設(shè)備充氧能力的測(cè)定實(shí)驗(yàn) 34 一 ．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1)掌握測(cè)定曝氣設(shè)備的 KLa和充氧能力 ? 、 ? 的實(shí)驗(yàn)方法及計(jì)算 Qs 。 (3)掌握曝氣設(shè)備充氧性能的測(cè)定方法。由于氧的供給是保證生化處理過(guò)程正常進(jìn)行的主要因素，因此工程設(shè) 計(jì)人員通常通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)曝氣設(shè)備的供氧能力。假定整個(gè)液體是完全混合的，符合一級(jí)反 應(yīng)，此時(shí)水中溶解氧的變化可以用下式表示 (1) 式中 dtdc —— 氧轉(zhuǎn)移速率， mg／ (L 將上式積分， 得 ln(Cs一 C)=KLat+常數(shù) (2) 測(cè)得 Cs 和相應(yīng)于每一時(shí)刻 t的 C 后繪制 1n(Cs 一 C)與 t的關(guān)系曲線，或 dtdc 與系 曲線便可得到 KLa ， c=Cs 一 C。所采用的公式如下 三 ．實(shí)驗(yàn)設(shè)備與試劑 (1)溶解氧測(cè)定儀。 35 (3)曝氣 管 。 (5)秒表。 (7)燒杯。7H 20)。6H 20)。 圖 1 曝氣設(shè)備充氧能 力實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖 四 ．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)向曝氣筒內(nèi)注入自來(lái)水，測(cè)定水樣體積 V(L)和水溫 t(℃) 。 ① 脫氧劑亞硫酸鈉 (Na2 SO3 )的用量計(jì)算。 故 16倍。 所以實(shí)驗(yàn)投加的 Na2 SO3 V=24C sV 式中 W 硫酸鈉投加量， g； Cs實(shí)驗(yàn)時(shí)水溫條件下水中 飽和溶解氧值， mg／ L； 36 V—— 水樣體積， m3。 經(jīng)驗(yàn)證明，清水中有效鈷離子濃度約 O． 4mg／ L為好，一般使用氯化鈷 (CoCl2． 6H20)。6H 20 0． 4? 4． O=1． 6g／ m3 本實(shí)驗(yàn)所需投加鉆鹽為 CoCl