水污染控制工程实验讲义.docx

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水污染控制工程实验讲义

水污染控制工程专业实验

实验一活性污泥法处理市政污水实验

一、实验目的

1.通过培养活性污泥，加深对活性污泥法作用机理及主要技术参数，如溶解氧浓度（DO）、活性污泥浓度（MLSS）、有机物去除率、污泥增长规律等的理解；

2．掌握活性污泥批量实验在污泥培养、污水可生化性测定的重要意义；

3．通过批量实验了解市政污水的生物降解过程。

二、实验原理

废水的生化处理法就是利用自然界广泛存在的、以有机物为营养物质的微生物来降解或分解废水中溶解状态和胶体状态的有机物，并将其转化为CO2和H2O等稳定无机物的方法，通常又称为生物处理法。

从1916年开始到现在，废水生物处理技术经历了从简单到复杂、从单一功能到多种功能、从低效率到较高效率的纵向发展阶段；从英国到世界各地，废水生物处理技术经历了由点到面、由生活污水处理到各种工业废水处理的横向发展阶段。

活性污泥法开创于1914年的英国，即习惯所称的普通活性污泥法或传统活性污泥法，其工艺流程如图１-1所示，由初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池、曝气设备以及污泥回流设备等组成，主要构筑物是曝气池和二次沉淀池。

图1-1普通活性污泥法的基本流程

在活性污泥法中起主要作用的是活性污泥，由具有活性的微生物、微生物自身氧化的残留物、吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有机物和无机物组成。

活性污泥微生物从污水中连续去除有机物的过程包括以下几个阶段：

（1）初期去除与吸附作用；

（2）微生物的代谢作用；（3）絮凝体的形成与凝聚沉淀。

BOD污泥负荷率、水温、pH值、溶解氧（DO）、营养物质及其平衡、有毒物质等环境因素都会影响活性污泥法的处理效果，而活性污泥法处理设备的任务就是要创造有利于微生物生理活动的环境条件，充分发挥活性污泥微生物的代谢功能。

三、实验设备及仪器

1．5L的塑料小桶（批量活性污泥反应器）；

2．WTW多参数水质分析仪；

3．COD消解仪；

4.滴定管、漏斗、量筒、空压机、曝气头。

四、实验耗材

1．活性污泥；

2．市政污水；

3.COD测定的成套试剂。

五、实验步骤

1．取沉降的活性污泥1L，加入1L的市政污水。

2.开空压机进行曝气，控制DO=2mg/L。

3.分别在0、2、4和6h取样并编号，用滤纸过滤得到澄清液，用来测定COD。

4、取样完成后用COD消解仪进行消解，用滴定法测定水样的COD。

六、实验数据记录与处理

1.数据记录表

表１-1活性污泥培养记录表

取样时间

0h

2h

4h

6h

滴定硫酸亚铁铵体积（mL）

COD（mg/L）

COD去除率（%）

七、思考题

1．简述活性污泥法与化学法相比在废水处理中的优势。

2．结合实验结果判断市政污水的可生化性。

3．活性污泥处理废水主要成本包括哪些方面。

实验二混凝法处理市政污水实验

一、实验目的

1.了解混凝的原理及主要过程。

2.通过实验确定某市政污水的最佳投药量。

3.观察混凝现象，加深对混凝理论的理解；

二、实验原理

污水中较大粒径的颗粒可以采用沉淀工艺进行分离，细小微粒由于沉降速度极小，很容易达到沉降平衡，不能有效地与水分离，这就是沉降稳定性。

欲破坏其沉降稳定性，应使微粒聚结变为更大的微粒，从而提高其沉降速度使之沉下来。

但颗粒因带有电荷相互排斥而具有聚结稳定性，所以须首先破坏其聚结稳定性。

聚结稳定性的破坏一般通过两种作用实现：

①用电解质克服微粒间的静电斥力后，由Vanderwalls引力引起微粒相互聚结变大，这种作用称为凝聚（Coagulation）；②用高分子化合物在微粒间“架桥”连接，引起微粒的聚结变大，这种作用称为絮凝（Flocculation）。

这里用“混凝”代表凝聚和絮凝两种作用，实际上是通过向胶体或悬浊液体系提供必要的化学条件和流体力学条件，促使微粒体积变大从而与介质分离的过程。

混凝是水处理的一个重要方法，用于除去水中细小的悬浮物和胶体。

混凝剂的混凝效果取决于混凝剂投加量、原水水质（特别是pH值）、水流速度梯度等因素。

显然投药量不足就不会有好的混凝效果；同样，过多的投药量也不会提高混凝效果，反而会起到负面作用。

对于每种原水，都有其最佳投药量，只有通过实验才能确定。

三、实验设备及仪器

1.六联混凝仪；

2.COD消解仪；

3.滴管；

4.500mL量筒；

5.移液管。

四、实验耗材

1.市政污水；

2.混凝剂；

3.滤纸；

五、实验步骤

（1）配制4%的聚合氯化铝混凝剂；

（2）设置六联混凝仪程序：

快速搅拌（300rpm）30s，中速搅拌（150rpm）5min，慢速搅拌（70rpm）、10min；

（3）6个1000mL的烧杯取混合均匀的原水水样800mL；

（4）分别向上述5个烧杯中加入0、1、2、3、4、5mL的混凝剂，开启搅拌仪；

（5）搅拌过程中，注意观察并记录“矾花”形成过程及其外观、大小、密实情况；

（6）搅拌完成后，停机，静止15min，取上清液测COD。

六、实验数据记录与分析

1.记录表

将实验结果和实验现象分别记录到表２-1和２-2中。

表２-1混凝实验记录用表

水样编号

1

2

3

4

5

6

混凝剂

mL

mg

CODmg/L

COD去除率/%

去除COD与投加混凝剂质量比

表２-2混凝现象观察记录用表

观察记录

小结

水样

编号

矾花形成及沉淀过程的描述

1

2

3

4

5

6

七、思考题

1.简述混凝法与生物处理相比的优势与不足。

2.为什么最大投药量时，混凝效果不一定好？

3.简述混凝法在水处理中的适用范围。

实验三曝气充氧实验

一、实验目的

1．测定曝气设备（扩散器）氧总转移系数KLa值；

2．加深理解曝气充氧机理及影响因素；

3．了解掌握曝气设备清水充氧性能的测定方法、评价氧利用率EA和动力效率Ep。

二、实验原理

根据氧转移基本方程

积分整理后，所得到的氧总转移系数表达式为，

（３-1）

式中

——总转移系数，h-1；

t——曝气时间，h；

Cs——饱和溶解氧浓度；

C0——曝气池内初始溶解氧浓度，本实验中t=0时，C0=0。

曝气是人为通过一些设备加速向水中传递氧的过程，常用的设备分为机械曝气和鼓风曝气两大类，无论那种曝气设备其充氧过程均属传质过程，氧传递机理为双膜理论。

实验是采用非稳态测试方法，即注满所需水后，将待曝气之水以无水亚硫酸钠为脱氧剂，氯化钴为催化剂脱氧至零后开始曝气，液体中溶解氧浓度逐渐提高，液体中溶解氧的浓度C是时间t的函数，曝气后每隔一段时间t取曝气水样，测其中的溶解氧浓度，从而利用上式计算KLa或以

为纵坐标、以时间

为横坐标，如下式所示，

（３-2）

在半对数坐标纸上绘图，所得直线斜率为

值。

三、实验设备及仪器

1．曝气筒Φ120mm，H=2.0m；

2．扩散器（穿孔管或扩散板）；

3．转子流量计；

4．秒表、压力表、真空表；

5．空压机；

6．溶解氧测定仪

四、实验耗材

无水亚硫酸钠；氯化钴；自来水。

五、实验步骤

1．关闭所有开关，向曝气池内注入清水（自来水）至1.9m，曝气10min，取水样测溶解氧的饱和值

，并计算池内氧总量

（mg）、

；同时计算投药量：

①脱氧剂采用亚硫酸钠

（３-3）

（３-4）

投药量g=10×7.878×G（mg），其中1.5为安全系数。

②催化剂采用氯化钴，投加浓度4mg/L，总量为

g2=4×V=（mg）

药剂溶解后由筒顶倒入曝气筒中，开始曝气，并用多参数水质分析仪测定DO值。

2．当水样脱氧至最低值时，计时每隔1min测定并记录水中的DO，直至DO为95%的饱和值为止。

3．同时记录空气流量、温度、压力、水温等。

六、实验数据记录与分析

1.实验记录

表３-1实验条件记录用表

扩散器

型式

曝气筒直径

/m

水深

/m

水温

/℃

气量

/（m3/h）

气温

/℃

气压

/MPa

孔板

表３-2溶解氧（DO）记录用表

时间/min

溶解氧

/（mg/L）

2．实验结果处理与分析

（1）计算标准状况下的氧总转移系数KLa（20）

（３-5）

此为经验公式，1.02是温度修正系数，T为实验时水温。

（2）实验条件下时的供氧量

（３-6）

式中

——实验条件下T℃时的空气量，m3/h。

（3）计算实验条件下的氧利用率

（３-7）

（mg/h）（３-8）

七、思考题

1．简述活性污泥法DO浓度约为2mg/L，DO过高和过低的影响。

2、简述如何提高充氧效率？

实验四颗粒自由沉淀实验

一、实验目的

观察沉淀过程，求出沉淀曲线。

沉淀曲线包括沉淀时间t与沉淀效率E的关系曲线和颗粒沉降速度u与沉淀效率E的关系曲线。

二、实验原理

自由沉淀示意图如图４-1所示，在含有分散性颗粒的废水静置沉淀过程中，设实验筒内有效水深为H，通过不同的沉淀时间t可求得不同的颗粒沉淀速度u，u=H/t。

对于指定的沉淀时间t0可求得颗粒沉淀速度u0。

对于沉降速度等于或大于u0的颗粒在t0时可全部去除。

而对于沉速u

图４-1自由沉淀示意图图４-2颗粒沉降速度累计频率图

图４-2为颗粒沉降速度累计频率图，图中X0代表沉降速度≤u0的颗粒所占百分数，于是在悬浮颗粒总数中，去除的百分数可用1-X0表示。

而具有沉降速度u≤u

的每种粒径的颗粒去除的部分等于u/u

。

因此考虑到各种颗粒粒径时，此颗粒的去除百分数为

（４-1）

总去除率=

（４-2）

式（４-2）中第二项可将沉淀分配曲线用图解积分法确定，如图４-2中的阴影部分。

对于絮凝性悬浮物静置沉淀时的去除率，不仅与沉降速度有关，而且与深度有关。

因此实验筒的水深应与池深相同。

实验筒的不同深度设有取样口，在不同的选定时段，自不同深度取出水样，测定这部分水样中的颗粒浓度，并用以计算沉淀物质的百分数。

在横坐标为沉淀时间、纵坐标为深度的图上绘出等浓度曲线，为了确定一特定池中悬浮物的总去除率，可以采用与分散性颗粒相近似法求得（详见相关专业书籍介绍）。

上述是一般书中所提的废水静置沉淀实验方法。

这种方法的实验工作量相当大，因而在实验中未予采用，改为下述方法。

沉淀开始时可以认为悬浮物在水中均匀分布，但随着沉淀历时的增加，悬浮物在筒内的分布变为不均匀。

严格地说经过沉淀时间t后，应将实验筒内有效水深H的全部水样取出，测出其悬浮物含量，来计算出t时间内的沉淀效率。

但这样工作量太大，而且每个实验筒只能求一个沉淀时间的沉淀效率。

为了克服上述弊病，又考虑到实验筒内悬浮物浓度沿水深的变化，所以提出的实验法是将取样口设在H/2处，近似地认为该水样的悬浮物浓度代表整个有效水深内悬浮物的平均浓度。

认为这样做在工程上的误差是允许的，而且试验及测定工作量可大为简化，在一个实验筒内就可多次取样，完成沉淀曲线的绘制工作。

三、实验设备及仪器

1.沉淀实验筒：

直径Ф100mm，工作有效水深（由溢出口下缘到筒底的距离）1800mm。

2.浊度仪；

3.秒表。

四、实验材料

高岭粘土配水。

五、实验步骤

1.称取一定量的高岭土，加入沉淀实验筒中，高岭土配制浓度为100mg/L；

2．充气搅拌约5min，使水样中悬浮物分布均匀；

3.静置观察沉淀现象；

4.分别在沉降10、20、30、40、50min后，从实验筒中部H/2取样口取样，每次约100mL左右（准确记下水样体积）。

取水样前要先排出取样管中的积水约10mL左右；

6.用浊度仪测定所取水样浊度；

7．计算不同沉淀时间t时水样中的悬浮物浓度C、沉淀效率E以及相应的颗粒沉降速度u，画出E～t和E～u的关系曲线。

六、实验数据记录与分析

1．填写实验记录表

表４-1自由沉淀数据记录表

沉淀时间t

/min

水样浊度Ci

/ntu

沉淀去除率/%

高度H

/cm

颗粒沉速u

/（mm/s）

0

10

20

30

40

50

2．绘制沉淀曲线E～t和E～u，分析实验所得结果。

七、思考题

1.简述静置沉降实验的意义。

2.简述活性污泥处理系统中初沉池、二沉池、污泥浓缩池的作用和停留时间。