完整word版城市生活污水生化处理综合实验.docx
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完整word版城市生活污水生化处理综合实验
实验十城市生活污水生化处理综合实验
一、实验目的
（1）通过观察推流式活性污泥法处理系统的运行，加深对其运行特点规律的认识。
（2）掌握活性污泥处理法中控制参数在实际设计运行中的作用与意义。
（3）进一步了解活性污泥生物处理原理、过程及影响因素。
二、实验原理
活性污泥法是当前污水生物处理技术领域中应用最广泛的技术之一，自1914年在英国开创以来，已有90多年的历史。
它的主要原理就是采取必要的人工措施，创造适宜的条件，向反应器—曝气池中提供足够的溶解氧，满足活性污泥微生物生化作用的需要，并使得有机物、微生物、溶解氧三相充分混合，从而强化活性污泥微生物的新陈代谢作用，加速微生物对水中有机物的降解，以达到净化水体的目的。
1、活性污泥净化反应过程
在活性污泥处理系统中，有机污染物被活性污泥微生物摄取、代谢、利用的过程，即经过了“活性污泥反应”过程。
经过这一过程的结果就是污水得到净化，微生物获得能量而合成新细胞，使活性污泥得到增长。
主要包括两个阶段：
（1）初期吸附作用：
这是由于活性污泥有很强的吸附能力，可以在较短的时间内在物理吸附和生物吸附的共同作用下将污水中的有机物凝聚和吸附而得到去除。
（2）微生物代谢作用：
在这一阶段中吸附在活性污泥中的有机物在一系列酶的作用下被微生物摄取，一方面有机物得到降解去除，另一方面。
微生物自身得到繁殖增长。
2、影响活性污泥净化反应的主要因素
（1）营养物质为BOD：
N：
P=100：
5：
1；
（2）溶解氧含量，通常在出口处溶解氧浓度不低于2mg/L；
（3）pH值，通常最佳pH值范围介于6.5~8.5之间；
（4）水温，通常是15~35℃；
（5）有毒物质影响。
3、活性污泥处理系统的运行方式
以推流方式运行的活性污泥处理系统的曝气池呈矩形，废水由一端进入，推流式流过整个池子，从另一端流出。
其特点是污水净化过程的吸附和稳定阶段在同一池中完成，进口有机物浓度高，沿池长逐渐降低，需氧量也沿池长逐渐降低.最大优点是处理效率高，出水质好。
缺点是耐冲击负荷能力差，能耗大。
4、运行参数的控制
（1）污泥负荷
污泥负荷是活性污泥生物处理系统在设计及运行上的一项最重要参数，它表示的是曝气池内单位质量（kg）的活性污泥，在单位时间（d）内能够接受，并将其降解到预定程度的有机物污染物量（COD），它是决定有机污染物降解速度，活性污泥增长速度，以及溶解氧被利用的最重要的因素。
它同时也对污泥凝聚、吸附性能产生影响。
（2）入流污水水质水量
水量：
须用流量计准确测定。
水质：
COD、BOD5、TP、TN、NH3-N、SS、色度、浊度等须准确测定。
（3）曝气池污泥浓度：
MLSS：
1500~3000mg/L。
（4）污泥回流比和内回流比
污泥回流比：
式中：
Q-入流污水量；Qr-回流污泥量。
（5）污泥龄
污泥龄是指曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量之比，它表示的是活性污泥在曝气池内的平均停留时间，也称为“生物固体平均停留时间”。
污泥龄可由下式计算：
近似计算，本实验控制SRT=1d。
式中：
V-曝气池有效容积；
X-曝气池内污泥浓度；
Qw-作为剩余污泥排放的污泥量；
Xr-剩余污泥浓度。
（6）曝气池和二沉池的水力停留时间
污水在曝气池内的水力停留时间一般用Ta表示。
Ta与入流污水量及池容的大小有关。
计算公式如下：
式中：
Va-曝气池的有效容积；
Q-入流污水量；
Qr-回流污泥量。
混合液在二沉池内的停留时间一般用Tc表示。
式中：
Vc-二沉池的有效容积；
Q-入流污水量；
Qr-回流污泥量。
（7）溶解氧浓度：
DO>2.0mg/L。
三、实验设备和仪器
1、实验室建有一套水解－好氧－脱氮－除磷生化处理装置。
2、本实验需要建立CODcr、NH3-N、NO3—，总磷测定装置。
四、实验试剂
略
五、实验操作步骤
1、检查水解－好氧－脱氮－除磷装置系统管路阀门是否完好，有无渗水漏气现象。
2、开启生活污水进水阀门，开启好氧池－脱氮池进水阀门，关闭O池、脱氮池排泥阀。
3、对活性污泥进行培养和驯化：
有条件的地方最好由已运行的活性污泥池接种。
若没有这样的条件也可以自己培养。
培养方法是用稀释后的粪便水或生活污水进行静态闷曝，在此过程中控制好温度，使温度最好在20~30℃之间。
在开始阶段，COD浓度在1000mg/L以上为最好，以提供足够的营养物质。
曝气1~2天就可以出现模糊不清的絮凝体，大约7~10d，30min沉降比可达到15%~20%，在培养的过程中可以采用间歇静态换水方式，即先使混合液静沉1~1.5h后排除上清夜，然后再投入新的生活污水或粪便水。
注意投加量应随污泥量的增加而增加。
在培养初期阶段可以1d换1次水，以后酌情可增加到2次，每次从停止曝气到重新曝气不宜超过2h。
污泥培养成熟后，引入待处理的污水进行驯化，使污泥中的菌种达到优化，以适应该污水的处理要求。
4、调节进气量和各运行参数，使进出水达到稳定。
5、当水解－好氧池运行正常，进出水达到稳定时，控制水力停留时间，使之达到H：
O：
R＝1：
3：
1。
分别采H池、O池出水、出水测定COD、BOD5、pH、色度、SS、NH3－N、TN、TP（任意选取）和污泥性质中的混合液悬浮固体和回流污泥悬浮固体（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）、污泥沉降比（SV）和污泥指数（SVI）等。
与原水作对比求COD、BOD5、NH3－N、TN、TP的降解率。
6、调节污泥回流量和出水回流的进水量，进行脱氮（反硝化）和降磷实验，分别采样检测NO2—、NO3—和TP，计算其去除率。
当处理运行正常时，定时采样对污染物主要指标监测一次。
将实验数据记入下表。
六、实验数据及结果整理
表1活性污泥性质指标实验记录表
测定日期
SV
MLSS
MLVSS
SVI
表2运行参数实验数据记录表
测定日期
Q（mL/s）
F/M
污泥回流比
内回流比
SRT
Ta
Tc
表3水质指标COD实验数据记录表（mg/L）
测定日期
进水COD
O池出水COD
COD去除率
出水COD
总COD去除率
表4水质指标NH3-N实验数据记录表（mg/L）
测定日期
进水NH3-N
O池出水NH3-N
NH3-N去除率
出水NH3-N
总NH3-N去除率
表5水质指标TP实验数据记录表（mg/L）
测定日期
进水TP
O池出水TP
TP去除率
出水TP
总TP去除率
七、思考题
1、城市生活污水和工业有机废水为什么要采取水解－好氧－脱氮－除磷工艺？
这种工艺方法具有哪些优越性？
2、通过本实验画出工艺流程图（高程布置）。
3、本实验的工艺方法与传统A1－O1－A2－O2有何异同、试比较这两种工艺方法的优缺点？
说明H－O－R工艺在中小城市污水处理的应用的意义？
4、你本人的实验，你对H－O－R工艺流程有何改进意见或建议？
附录1：
为了评价处理效果，必须对进、出水水质的污染指标进行监测，需监测下列指标
COD、BOD5、pH、色度、SS、NH3－N、TN、TP（任意选取）和污泥性质中的混合液悬浮固体和回流污泥悬浮固体（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）、污泥沉降比（SV）和污泥指数（SVI）等。
一、氨氮（NH3-N）的测定
1、实验原理
调节试样的pH在6.0~7.4的范围内，加入NaOH使之呈碱性，蒸馏释出的氨被接收瓶中的硼酸吸收。
氨与纳氏试剂（碘化汞与碘化钾的碱性溶液）反应生成淡红棕色胶态化合物，其色度与氨氮含量成正比，在425nm处测定吸光度，计算其含量。
2、实验步骤
（1）、用半微量的凯氏定氮装置进行水蒸气蒸馏
图1半微量的凯氏定氮装置
1-蒸馏烧瓶-水蒸气发生器，2-汽水分离器-反应残液放出口，3-小漏斗-反应物加入口，4-冷凝管，5-定氮反应器，6-锥形瓶-吸收装置。
A、洗涤反应装置
往蒸汽发生瓶加入蒸馏水至其体积的三分之二处，加入几粒沸石和4滴甲基橙，再加入3mL浓硫酸，然后置于电炉上加热使水沸腾。
让水蒸气由1-6的方向进行蒸馏，直至冷凝管下端有水滴出时，停止加热或水蒸气发生装置内的蒸气由平衡管排出，反应器内的溶液由于倒吸回流至2（即汽水分离器内）放出。
如此反复3-4次，半微量凯氏定氮装置清洗干净。
B、铵的蒸馏与吸收
水蒸气发生装置内的蒸气由平衡管排出，打开小漏斗下面的夹子，向反应瓶5加入20.00mL（10.00mL）水样，再加入5.00mL10%的NaOH溶液，立即旋紧夹子，把盛有10.00mL2%硼酸溶液的锥形瓶（6）置于冷凝管下端，出口与液面接触，让水蒸气由1-6的方向进行蒸馏，直至冷凝管下端有水滴出时开始计时，水蒸气蒸馏8min。
取出锥形瓶，把硼酸吸收液定量转入50mL的容量瓶中，用无氨水稀释定容。
反应装置采用A的清洗方法清洗干净，进行下一个水样的蒸馏。
（2）标准曲线的绘制
吸取0.0，0.5，1.00，3.00，5.00，7.00，10.00mL10μg/mL的铵标准使用液于50mL的比色管中，加1.0mL酒石酸钾钠溶液，混匀；加1.5mL纳氏试剂，混匀。
加水至标线定容。
放置10min后，在波长420nm处，用1cm的比色皿，以水为参比，测定吸光度。
由测得的吸光度，减去零浓度空白管的吸光度后，得到校正吸光度，绘制氨氮浓度（μg/mL）对校正吸光度的标准曲线。
（3）水样的测定
吸取10.00mL（20.00mL）经蒸馏预处理后的馏出液于50mL的比色管中，加1.0mL酒石酸钾钠溶液，混匀；加1.5mL纳氏试剂，混匀。
加水至标线定容。
放置10min后，同标准曲线步骤测量吸光度。
（4）空白试验
以无氨水代替水样，作全程序空白测定。
3、计算
由水样测得的吸光度减去空白试验的吸光度后，从标准曲线上查出氨氮（或由线性方程计算得出）浓度C，由下式计算出水样氨氮的含量。
或
二、COD测定-微波消解测定
1、实验原理
在强酸性溶液中，准确加入过量的k2Cr2O7标准溶液，加热，将水样中还原性物质（主要是有机物）氧化，过量的k2Cr2O7以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，根据消耗的k2Cr2O7标准溶液量计算水样化学需氧量。
实验采用微波消解COD测定仪，它的工作原理与回流法一样采用硫酸-重铬酸钾消解体系，但其微波加热方式与传统的电热板不同，不是通过有外至内的温度传递来加热样品；而是利用2450MHz的微波作用于反应液内部，引起分子间产生高速摩擦作用所产生的热量来消解样品，其加热消解速率大大高于传统的电热方式。
2、测定步骤：
（1）密封消解法：
用移液管吸取5.00mL水样加入消解罐中，分别加入5.00mLk2Cr2O7消解液和5.00mLAg2SO4-H2SO4催化剂，旋紧密封盖，摇匀，放入微波炉炉腔内。
将“方法选择”拨至“0”处。
根据炉腔内样品的数目，将“样品数目”拨至相对应的位置。
再将时间选择旋钮拨至“15”（密封法）处，插电，仪器会自动完成整个消解过程。
（2）滴定
消解结束后，待消解罐冷却后打开，把消解后的溶液转移至250mL锥形瓶中，用蒸馏水冲洗消解罐（包括罐冒）2~3次，保持溶液体积大约70mL，溶液冷却后，加3滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。
（3）空白试验
测定水样的同时，取5.00mL重蒸馏水，按同样操作步骤作空白试验，记录滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量。
（4）每天需对亚铁标准溶液进行标定，计算亚铁的物质的量浓度。
3、计算
三、TP的测定
1、实验原理
在中性条件下用过硫酸钾（或硝酸－高氯酸）使试样消解，将所含磷全部氧化为正磷酸盐。
在酸性介质中，正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物。
2、实验步骤
（1）水样的消解与测定
吸取25.00mL（5.00mL水样于50mL比色管中，用纯水稀释至25.00mL）水样于50mL比色管中，加入4.00mL过硫酸钾，将具塞刻度管的盖塞紧后，用一小块布和线将玻璃塞扎紧（或用其他方法固定），放在大烧杯中置于高压蒸气消毒器中加热，待压力达1.1kg／cm2，相应温度为120℃时、保持30min后停止加热。
待压力表读数降至零后，取出放冷。
分别向各份消解液中加入1mL抗坏血酸溶液混匀，30s后加2mL钼酸盐溶液充分混匀，稀释定容至50.00mL。
室温下放置15min后，使用光程为10mm比色皿，在700nm波长下，以水做参比，测定吸光度。
（2）标准曲线的绘制
吸取0.0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.0，15.0mL2.0μg/mL的磷酸盐标准使用液50mL的比色管中。
加水至25mL。
然后按水样的消解步骤进行处理。
由测得的吸光度，减去零浓度空白管的吸光度后，得到校正吸光度，绘制磷浓度（μg/mL）对校正吸光度的标准曲线。
（3）空白试验
以蒸馏水代替水样，作全程序空白测定。
3、计算
由水样测得的吸光度减去空白试验的吸光度后，从标准曲线上查出磷（或由线性方程计算得出）浓度C，由下式计算出水样总磷的含量。
四、活性污泥性质
1.实验步骤
（1）将12.5cm的定量中速滤纸折好并放入已编号的称量瓶中，在103~105℃的烘箱中烘2h，取出称量瓶，放入干燥器中冷却30min，在电子天平上称重，记下称量瓶编号和质量m1（g）。
（2）将已编号的瓷坩埚放入马弗炉中，在600℃温度下灼烧30min，取出瓷坩埚，放入干燥器中冷却30min，在电子天平上称重，记下坩埚编号和质量m2（g）。
（3）用100mL量筒量取曝气池混合液100mL（V1），静置沉淀30min，观察活性污泥在量筒中的沉降现象，到时记录下沉淀污泥的体积V2（mL）。
（4）从已知编号和称重的称量瓶中取出滤纸，防置到已插在250mL三角瓶瓶上的玻璃漏斗中，将测定过沉降比的100mL量筒内的泥水全部倒入漏斗，过滤（用水冲净量筒，水也倒入漏斗）。
（5）将过滤后的污泥连滤纸放入原称量瓶中，在烘箱103~105℃烘至恒重（2h），取出称量瓶，放入干燥器中冷却30min，在电子天平上称重，记下称量瓶编号和质量m3（g）。
（6）取出称量瓶中已烘干的污泥和滤纸，放入已编号和称重的坩埚中，在电炉上炭化后，置于马弗炉中，于600℃下灼烧至恒重。
取出瓷坩埚，放入干燥器中冷却30min，在电子天平上称重，记下坩埚编号和质量m4（g）。
2.实验结果整理
（1）实验数据记录：
参考下表
称量
瓶
瓷坩
埚
挥发分量
编号
m1/g
m3/g
m3-m1/g
编号
m2/g
m4/g
m4-m2/g
（2）污泥沉降比计算：
（3）混合液悬浮固体浓度计算：
（4）污泥体积指数计算：
（5）混合液挥发性悬浮固体浓度计算
附录2：
序号
污染物
适用范围
一级标准
二级标准
三级标准
1
pH
一切排污单位
6～9
6～9
6～9
2
色度（稀释倍数）
一切排污单位
50
80
－
3
悬浮物（SS）
城镇二级污水处理厂
20
30
－
其他排污单位
70
150
400
4
五日生化需氧量
（BOD5）
甘蔗制糖、苎麻脱胶、湿法纤维板、染料、洗毛工业
20
60
600
甜菜制糖、酒精、味精、皮革、化纤浆粕工业
20
100
600
城镇二级污水处理厂
20
30
－
其他排污单位
20
30
300
5
化学需氧量（COD）
甜菜制糖、合成脂肪酸、湿法纤维板、染料、洗毛、有机磷农药工业
100
200
1000
味精、酒精、医药原料药、生物制药、苎麻脱胶、皮革、化纤浆粕工业
100
300
1000
石油化工工业（包括石油炼制）
60
120
－
城镇二级污水处理厂
60
120
500
其他排污单位
100
150
500
10
氨氮
医药原料药、染料、石油化工工业
15
50
－
其它排污单位
15
25
－
12
磷酸盐（以P计）
一切排污单位
0.5
1.0
-
13
阴离子表面活性剂（LAS）
一切排污单位
5.0
10
20
14
总铜
一切排污单位
0.5
1.0
2.0
15
总锌
一切排污单位
2.0
5.0
5.0
16
总锰
合成脂肪酸工业
2.0
5.0
5.0
其他排污单位
2.0
2.0
5.0
污水综合排放标准（GB8978-1996）第二类部分污染物最高允许排放浓度表
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