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实验六自来水处理
环境学科综合实验III
实验报告
专业:
环境科学与工程
年级:
2013级
课程班:
一班
组别:
第4组
2016年6月1日
实验六自来水处理
一实验目的
1.了解《生活饮用水卫生标准》中关于常规水质指标的规定限值;
2.掌握常规水质指标的测定方法及检测仪器的使用;
3.掌握处理工艺流程中各实验设备的结构和功能及运行参数的控制方法。
二实验原理
1.自来水处理
由于自然因素和人为因素,原水里含有各种各样的杂质。
从给水处理角度考虑,这些杂质可分为悬浮物、胶体、溶解物三大类。
城市水厂净水处理的目的就是去除原水中这些会给人类健康和工业生产带来危害的悬浮物质、胶体物质、细菌及其他有害成分,使净化后的水能满足生活饮用及工业生产的需要。
市自来水总公司水厂采用常规水处理工艺,它包括混合、反应、沉淀、过滤及消毒几个过程。
(1)混凝反应处理
原水经取水泵房提升后,首先经过混凝工艺处理,即:
原水+水处理剂→混合→反应→矾花水
自药剂与水均匀混合起直到大颗粒絮凝体形成为止,整个称混凝过程。
常用的水处理剂有聚合氯化铝、硫酸铝、三氯化铁等。
汕头市使用的是碱式氯化铝。
根据铝元素的化学性质可知,投入药剂后水中存在电离出来的铝离子,它与水分子存在以下的可逆反应:
Al3++3H2O←→Al(OH)3+3H+
氢氧化铝具有吸附作用,可把水中不易沉淀的胶粒及微小悬浮物脱稳、相互聚结,再被吸附架桥,从而形成较大的絮粒,以利于从水中分离、沉降下来。
混合过程要求在加药后迅速完成。
混合的目的是通过水力、机械的剧烈搅拌,使药剂迅速均匀地散于水中。
经混凝反应处理过的水通过道管流入沉淀池,进入净水第二阶段。
(2)沉淀处理
混凝阶段形成的絮状体依靠重力作用从水中分离出来的过程称为沉淀,这个过程在沉淀池中进行。
水流入沉淀区后,沿水区整个截面进行分配,进入沉淀区,然后缓慢地流向出口区。
水中的颗粒沉于池底,污泥不断堆积并浓缩,定期排出池外。
(3)过滤处理
过滤一般是指以石英砂等有空隙的粒状滤料层通过黏附作用截留水中悬浮颗粒,从而进一步除去水中细小悬浮杂质、有机物、细菌、病毒等,使水澄清的过程。
为了保证滤池的出水水质,常规滤前水浊度不宜超过10~15NTU。
本实验采用投加混凝剂的直接过滤,进水浊度可以高达几十甚至XX以上。
因原水加药较少,混合后不经充分絮凝反应直接进入滤池,形成矾花粒径小、密度大,不易穿透,故允许进水浊度较高。
(4)滤后消毒处理
水经过滤后,浊度进一步降低,同时亦使残留细菌、病毒等失去浑浊物保护或依附,为滤后消毒创造良好条件。
消毒并非把微生物全部消灭,只要求消灭致病微生物。
虽然水经混凝、沉淀和过滤,可以除去大多数细菌和病毒,但消毒则起了保证饮用达到饮用水细菌学指标的作用,同时它使城市水管末梢保持一定余氯量,以控制细菌繁殖且预防污染。
消毒的加氯量(液氯)在1.0-2.5g/m3之间。
主要是通过氯与水反应生成的次氯酸在细菌内部起氧化作用,破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。
消毒后的水由清水池经送水泵房提升达到一定的水压,在通过输、配水管网送给千家万户。
2.生活饮用水标准检测方法(GB/T5750.4—2006)
生活饮用水卫生标准(GB5479—2006)中水质指标共106项,根据其指标要求本次“自来水处理”实验选取部分常规水质指标进行检测,包括pH、浊度、耗氧量(CODMn法)、粪大肠菌群的测定。
(1)浑浊度的测定(散射法—福尔马肼标准)
在相同条件下用福尔马肼标准悬浮液散射光的强度和水样散射光的强度进行比较。
散射光的强度越大,表示浑浊度越高。
(2)pH值的测定(玻璃电极法)
以玻璃电极为指示电极,饱和甘汞电极为参比电极,插入溶液中组成原电池。
当氢离子浓度发生变化时,玻璃电极和甘汞电极之间的电动势也随之变化,在25℃时,每单位pH标度相当于59.1mV电动势变化值,在仪器上直接以pH的读数表示。
在仪器上有温度差异补偿装置。
(3)耗氧量(酸性高锰酸钾滴定法)
高锰酸盐指数是反映水体中有机及无机可氧化物污染的重要指标,是水质监测分析必做的项目之一。
高锰酸钾在酸性溶液中将还原性物质氧化,过量的高锰酸钾用草酸还原,根据高锰酸钾消耗量表示耗氧量(以O2计)
酸性法的原理是:
样品中加入已知量的高锰酸钾和硫酸,在沸水浴中加热30min,高锰酸钾将样品中的某些有机物和无机还原性物质氧化,反应后加入过量的草酸钠还原剩余的高锰酸钾,再用高锰酸钾标准溶液回滴过量的草酸钠。
通过计算得到样品中高锰酸盐指数含量。
当样品中氯离子浓度高于300mg/L时,则采用碱性法。
即在碱性介质中,用高锰酸钾氧化样品中的某些有机物及无机还原性物质。
加酸酸化后,用草酸钠溶液还原剩余的高锰酸钾并加入过量,再以高锰酸钾溶液滴定至微红色。
(4)粪大肠菌群(多管发酵法)
水的微生物学的检验,特别是肠道细菌的检验,在保证饮水安全和控制传染病上有着重要意义,同时也是评价水质状况的重要指标。
国家饮用水标准规定,饮用水中大肠菌群数每升不能超过3个,细菌总数每mL不能超过100个。
所谓大肠菌群,是指在37℃24h内能发酵乳糖产酸产气的兼性厌氧的革兰氏阴性无芽孢杆菌的总称,主要由肠杆菌科中四个属内的细菌组成,即埃希氏杆菌属、柠檬酸杆菌属、克雷伯氏菌属和肠杆菌属。
水的大肠菌群数是指100mL水检样内含有的大肠菌群实际数值,以大肠菌群最近似数(MPN)表示。
在正常情况下,肠道中主要有大肠菌群、粪链球菌和厌氧芽孢杆菌等多种细菌。
这些细菌都可随人畜排泄物进入水源,由于大肠菌群在肠道内数量最多,所以,水源中大肠菌群的数量,是直接反映水源被人畜排泄物污染的一项重要指标。
目前,国际上已公认大肠菌群的存在是粪便污染的指标。
因而对饮用水必须进行大肠菌群的检查。
水中大肠菌群的检验方法,常用多管发酵法(MPN)和滤膜法(MF)。
多管发酵法可适用于各种水样的检验,我国大多数卫生单位及水厂采用,但操作烦琐,需要时间长。
滤膜法仅适用于自来水和深井水,操作简单、快速,但不适用于杂质较多、易于阻塞滤孔的水样。
三实验仪器和试剂
1.实验仪器
pH计
WG光电浊度仪
过滤实验柱、石英砂
1000mL烧杯、洗耳球、移液管、50mL酸式滴定管、容量瓶等
2.实验试剂
(1)硫酸铁溶液:
称取5g硫酸铁加500mL蒸馏水,配制成10g/L的硫酸铁溶液。
(最佳投加量为每500mL水样投加6mL的10g/L的硫酸铁溶液)
(2)次氯酸钠:
按1Kg有效氯处理1000t自来水的原则估算,(此时水中有效氯浓度为1mg/L即1ppm浓度),称取次氯酸钠1mg消毒1L湖水。
(3)高锰酸钾贮备液:
水中,趁热滴入高锰酸钾C(1/5KMnO4)=0.1mol/L:
称取3.2g高锰酸钾溶解于水中,并稀释至1000mL,于90℃~95℃水浴中加热2h后,冷却,清液贮于棕色瓶中。
(4)高锰酸钾标准液C(1/5KMnO4)=0.01mol/L:
吸取10.0mL高锰酸钾贮备液1000mL棕色瓶中,用水稀释至刻度、摇匀,临时配制。
(5)硫酸溶液(1+3):
将100mL浓硫酸(密度为1.84g/mL)缓缓加入到300mL水中,趁热滴入高锰酸钾标准溶液,直至溶液出现粉红色,冷却后,粉红色褪去即可使用
(6)草酸纳标准贮备液C(1/2Na2C2O4)=0.1000mol/L:
称取0.6705g经120℃烘干1h并冷却后的Na2C2O4溶解于水中,转入100mL容量瓶中,用水稀释至标线,摇匀。
(7)草酸钠标准使用液C(1/2Na2C2O4)=0.0100mol/L:
准确吸取10.0mL上述草酸钠标准贮备液,用蒸馏水稀释至100mL。
(8)乳糖蛋白胨培养基
1)单倍乳糖蛋白胨培养基
配方:
10g蛋白胨、5g氯化钠、3g牛肉膏、5g乳糖、1.6%溴甲酚紫乙醇溶液1mL、1000mL蒸馏水。
制法:
将蛋白胨、牛肉膏、乳糖、氯化钠加热溶解于1000mL蒸馏水中,调节pH为7.2~7.4,再加入指示剂1.6%溴甲酚紫乙醇溶液1mL,充分混匀分装,分装于含有倒置的小玻璃的试管中,于高压蒸汽灭菌器中在115℃灭菌20min,贮藏于暗处备用。
2)三倍乳糖蛋白胨培养基
按上述配方比例三倍(除蒸馏水外),配成三倍浓缩的乳糖蛋白胨培养基,制法同上。
四实验步骤
1.自来水处理实验步骤
(1)混凝沉淀
1)量取湖水水样40L于水箱中。
2)投加混凝剂10g/L硫酸铁溶液300mL与水箱中。
3)使用泵进行搅拌5min。
4)当出现大量矾花时,停机。
改为人工慢速搅拌10min。
搅拌完成后静置沉淀,要每2分钟测一下上清液的浊度,当浊度小于10NTU时,才可认为沉淀结束,同时记录沉淀耗时。
(2)过滤
1)将滤柱倾倒后装填滤料石英砂,装填高度约为50cm,然后将滤柱立起,正确连接反冲洗管路(下进上出),打开阀门用自来水对滤料进行反冲洗,直至出水水质浊度接近自来水,同时滤料自行分层。
2)连接滤柱上端的进水管开始进水,控制进水流量,使液面高度保持在进水管口位置。
3)过滤后测定水样的浊度。
每分钟记录过滤液的浊度,当滤液浊度小于1NTU时,结束过滤。
如果没达到要求,则倒回水箱反复过滤。
假如滤液浊度不再降低但是没有达标,那么则需要进行滤料反冲洗。
2.生活饮用水标准检测步骤(GB/T5750.4—2006)
(1)浑浊度的测定(散射法—福尔马肼标准)
在相同条件下用福尔马肼标准悬浮液散射光的强度和水样散射光的强度进行比较。
散射光的强度越大,表示浑浊度越高。
(2)pH值的测定(玻璃电极法)
1)对pH计进行开机校准,按仪器使用说明操作。
2)分别测定原水水样、沉淀后的水样及过滤后的水样的pH值。
(3)耗氧量的测定(酸性高锰酸钾滴定法)
分别测定原水水样、沉淀后的水样及过滤后的水样的耗氧量(酸性高锰酸钾滴定法)。
1)量取100mL经过充分摇动混合均匀的待测样品(如高锰酸盐指数高于10mg/L,则酌情少取,并用纯水稀释至100mL)于250mL锥形瓶中,并向锥形瓶中加入5mL(1+3)的硫酸溶液,再加入0.01mol/L的高锰酸钾标准溶液10.00mL,摇匀后将其放入已升温至96~98℃的恒温水浴锅中,加热30min左右(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。
2)取下锥形瓶,趁热加入0.01mol/L的草酸钠标准使用液10.00mL,摇匀。
立即用0.01mol/L高锰酸钾标准使用液滴定至显微红色,并保持30s不褪色,记录所消耗的高锰酸钾溶液的体积。
3)空白试验:
用100mL纯水代替试验样品,重复上述步骤,并记录所消耗的高锰酸钾标准溶液的体积。
4)高锰酸钾溶液的标定:
将上述已滴定完毕的空白试验溶液加热至70~80℃,准确加入10.00mL的草酸钠标准使用液,再用0.01mol/L高锰酸钾溶液滴定至显微红色,并保持30s不褪色,记录所消耗的高锰酸钾溶液的体积。
5)计算
V1——水样消耗高锰酸钾体积
V2——空白标定消耗体积
C——草酸钠溶液浓度
(4)粪大肠菌群的测定(多管发酵法)
检测方法详见附件“粪大肠菌群的测定”(HJ/T347—2007)
五实验记录及数据处理分析
实验数据如表1-4所示,由表1、表4可知,原水添加混凝剂沉淀过滤后水样浑浊度降,有12.10NTU降至0.57NTU,下降约95个百分点。
过滤后水样浑浊度符合生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)限制要求。
有表2、表4可知,添加混凝剂硫酸铁后水样的pH值由6.9降至5.5左右,过滤后的水pH值不符合生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)限制要求。
有表3、表4可知,原水添加混凝剂沉淀过滤后水样的耗氧量(CODMn法)由3.76mg/L降至1.39mg/L,下降约36个百分点。
过滤后水样耗氧量(CODMn法)符合生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)限制要求。
自来水处理其水源水需达到地表水环境Ⅱ类水体质量标准,其一方面为了保证人们生活生产所需饮用水水源水质;另一方面为了降低自来水处理难度及成本,使其通过简单的混凝沉淀过滤消毒便可以达到生活应用水卫生标准。
实验通过繁衍自来水厂的处理工艺,进一步了解工艺流程及其相应的处理单元的操作要求,如混凝剂投加方式、混凝过程需分三步搅拌、滤柱反冲洗是出水浊度与冲洗水浊度接近等。
表1水样浑浊度检测数据表
样品
水样浑浊度1(NTU)
水样浑浊度2(NTU)
平均值(NTU)
原水水样
12.06
12.13
12.10
沉淀后的水样
4.58
5.04
4.81
过滤后的水样
0.50
0.64
0.57
表2水样pH值检测数据表
水样
pH1
pH2
平均值
原水水样
6.7
7.0
6.9
沉淀后水样
5.5
5.5
5.5
过滤后的水样
5.5
5.5
5.5
表3水样耗氧量检测数据表
水样
(1+3)硫酸体积(mL)
0.01mol/L
高锰酸钾标准溶(mL)
0.01mol/L草酸钠标准(mL)
高锰酸钾溶液消耗体积(mL)
耗氧量CODMn(mg/L)
高锰酸钾溶液标定时消耗的体积(mL)
原水水样
5
10
10
5.65
3.76
—
沉淀后水样
3.25
1.95
—
过滤后水样
2.50
1.39
—
空白
1.55
—
10.65
表4过滤后水样与标准限值对照表
项目
指标
浑浊度(NTU-散射浊度单位)
pH(pH单位)
耗氧量(CODMn法,以氧计mg/L)
限制(生活饮用水卫生标准GB5749-2006)
1(水源与净水技术限制时为3)
不小于6.5且不大于8.5
5
过滤后水样检测值
0.57
5.5
1.39
是否达标
达标
不达标
达标
混凝后静置沉淀时2min取一次上层水样测其浑浊度,所得数据制图如图1所示。
由图1可知,混凝后静置沉淀时上层水样浑浊度随时间的增加呈下降趋势。
前2min由于添加了混凝剂产生大量矾花水样浊度大于原水水样,但随着沉淀的进行矾花聚集沉淀加速,上层水样浊度随之降低。
4min时浑浊度为8.35NTU(<10NTU)已符合过滤要求。
过滤时2min取一次出水水样测其浑浊度,所得数据制图如图2所示.由图2可知,过滤时出水浑浊度随时间的增加呈下降趋势。
过滤10s水样浑浊度为5.10NTU,90s时降至0.98NTU(<1NTU)已符合饮用水质量要求,过滤120s时出水初度降至0.64NTU。
六注意事项
1.混凝沉淀后不要将水样杯摇动以带起或搅动矾花。
2.在进行反冲洗时,冲洗强度应当适中,强度过大会将滤料的上层细砂带走,造成滤料的损失,影响过滤效果,强度过小则反冲洗效果不佳。
3.水中高锰酸盐指数的测定中要注意趁热进行滴定。
附件
1.计算
(1)原水水样
(2)沉淀后水样
(3)过滤后水样
- 配套讲稿:
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