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环境工程实验报告

水污染控制工程试验报告

姓名：

年级：

10环境工程

学号：

任课教师：

安徽农业大学资源与环境学院环境工程教研室制

实验一自由沉淀

一、实验目的

1.观察沉淀过程，加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解；

2.掌握颗粒自由沉淀实验的方法，求出沉速分布曲线。

二、实验原理

浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀，其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉速在层流区符合Stokes公式。

由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒比重很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得，而是要通过静沉实验确定。

由于自由沉淀时颗粒是等速下沉，下沉速度与沉淀高度无关，因而自由沉淀可在一般沉淀柱内进行，但其直径应足够大，一般应使D≥100mm以免颗粒沉淀受柱壁干扰。

图1自由沉淀实验装置图

1、沉淀柱2、水泵3、水箱4、支架

5、气体流量计6、气体入口7、排水口8、取样口

三、步骤及记录

（1）将定量滤纸编号后放入称量瓶中（滤纸粗燥面朝外），编号、烘干（100~105℃，烘2~3小时）至恒重，置于干燥器中冷却，称量滤纸加称量瓶重，并记录数据。

（2）将滤纸放入漏斗中，用蒸馏水润湿，待用。

（3）准备实验用水（原水SS为50毫克每升左右）。

先将一定量的高岭土和自来水投入到配水箱中，启动搅拌装置使其分散均匀。

水样也可采用洗涤污水、轧钢废水、天然河水等。

（4）配水箱中水质均匀后，启动水泵，同时打开进水管及沉淀柱底部的放空阀门，适当冲洗管路中的沉淀物。

稍后，关闭放空阀门，进水至160cm刻度线处，关闭所有阀门，同时启动秒表记录时间，沉淀时间开始。

并取样测定原水悬浮物浓度。

（5）隔5min、10min、15min、20min、30min、40min、60min、120min时，用量筒在其中一个固定的取样口取样100ml（注意：

取水样时，需先放掉一些水，以便冲洗取样口处的沉淀物），并在每次取样前记录沉淀柱内液面高度H。

（6）用定量滤纸分别过滤9个水样（把量筒里的水倒入小烧杯中，再把小烧杯里面的水缓缓倒入垫有滤纸的漏斗中）。

待定量滤纸内没有明显的水滴后将定量滤纸折叠并放入称量瓶中。

（7）将称量瓶放入烘箱中，调节温度至100~105℃，干燥2~3小时

（8）取出定量滤纸放在干燥器中冷却至恒重。

称量滤纸加称量瓶加悬浮物固体重，并记录数据。

（9）六根沉淀柱可进行平行对比实验，步骤如上所述。

（10）实验记录用表，如表1-1所示。

四、实验基本参数整理

1、实验日期：

2012.10.13水样性质及来源：

实验室制备

沉淀柱直径（m）：

0.4m柱高（m）：

1.7m

水温（℃）：

12℃原水悬浮物浓度C0（mg／L）

2、实验数据整理

表1-2实验原始数据整理表

沉淀高度（cm）

沉淀时间（mln）

120

水样SS（mg/L）

1267

1053

707

376

299

194

185

169

149

SS去除率

16.89

44.23

70.32

76.40

84.69

85.42

86.66

88.24

未被去除颗粒百分比Pi

100

83.11

55.83

29.68

23.61

15.31

14.62

13.34

11.76

颗粒沉速u（mm/s）

4.578

2.253

1.477

1.098

0.7206

0.5503

0.3489

0.1732

表中不同沉淀时间ti时，沉淀管内未被去除的悬浮物的百分比及颗粒沉速分别按下式计算

未被去除悬浮物的百分比

式中C0——原水中SS浓度值（mg／L）

Ci——某沉淀时间后，水样中SS浓度值（mg／L）

2.根据上述计算结果，以pi为纵坐标，以u为横坐标，绘制沉速分布曲线。

（可用计算机软件，亦可用坐标纸）

3.实验总结（实验中的收获、体会及建议）

实验中我们首先认识到任何事实都是有实验得来的，而实验的严谨，步骤和操作都必须严格按照实验步骤执行，然后才能得到用于实际当中，为我们在实际中实行相应的方法提供科学的依据。

在此次实验中我们了解到了实验的重要性，不仅需要消耗的大量的时间用来进行实验研究，而且还需要得到较为精准的数据为我们服务，在此次实验中虽然我们看到了实验过程，学习到了实验方法和内容，但是我们自己对实验的要求显然较低。

对实验数据的精准较为不在乎，也许是实验室的局限性，实验人数众多，实验效果较差。

实验过程中同学们的学习效果并不是很理想。

对于实验的前期准备过程，大部分的学生无法参与，导致比较多的重要的实验内容我们并没有掌握的比较好，对于实验过程，老师要求较为简单，应严格要求实验内容，虽然不能做到什么精确，但是严格要求可以比较好的锻炼学生的认真、认识和实验能力，也加强对实验的理解能力。

实验二混凝、气浮实验

一、实验目的

（一）混凝实验目的:

初步了解混凝基本原理，学会求得最佳混凝条件方法.

（二）气浮实验目的:

（1）进一步理解气浮净水的原理；

（2）了解和掌握气浮净水方法的工艺流程；

（4）了解加压溶气系统和设备各部分的组成、运行过程、操作和控制要点、溶气水释放的表现特征以及浮渣的形成。

二、实验原理

（1）混凝（絮凝）：

通过投加聚丙烯酰胺等助凝剂，产生吸附架桥作用，增加絮体尺寸，改善沉淀效果。

（2）气浮：

使空气以微小气泡的形式出现于水中，并自下而上慢慢地上浮，在上浮过程中，使气泡与水中污染物质充分接触，污染物质与气泡相互黏附，形成相对密度小于水的气水结合物浮升到水面，使污染物质以浮渣的形式从水中分离去除。

空气压缩机将空气打入溶气罐，维持一定的压力，泵将清水打入溶气罐，在高压下空气溶解在水中进入气浮池，与来自原水箱配制好的污水发生气浮作用，残渣污物排入下水道，溢流的清水回到清水箱。

要产生相对密度小于水的气、水结合物，应满足以下条件：

①污染物质具有足够的憎水性；

②污染物质相对密度应小于或接近于1；

③水中的空气所形成气泡的平均直径应为50～100μm；

④与水中污染物质的接触时间足够长。

三、实验准备

（1）THENQF-1型气浮实验装置一台，如下图所示：

（2）空压机一台；

（3）100ml烧杯6-7个；

（4）50ml或100ml蒸发皿（干燥）12-15个

（5）6孔水浴锅2台

（6）浊度仪1-3台

（7）COD快速测定仪

（8）1000mL量桶5个

（9）5mL移液管3支，10mL移液管2支

（11）1%的硫酸铝溶液2000mL

（12）非离子型聚丙烯酰胺（PAM）。

4、实验设计

（一）混凝（混凝剂选用PAM,聚丙烯酰胺）

1.实验原水：

制浆造纸黑液酸析-铁碳微电解出水

2.实验方案

表1实验方案

6.5

7.5

8.0

8.5

混凝剂投加量

（mg/L）

0.5

1.0

1.5

3.实验步骤

（1）取微电解反应器出水约500mL，至于量筒或烧杯内

（2）加碱液（酸液）调节pH值至目标值；

（3）迅速取50mL混合液用于测定SS及浊度

（4）向4个量筒或烧杯分别投加0.5mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L、2mg/L聚丙烯酰胺，先快搅2min，慢搅10min，静沉1h。

（5）通过虹吸法取一定体积上清液，用以测定COD、色度、UV254、SS、浊度

虹吸取样方法示意图

（二）气浮操作实验

1.检查气浮设备中溶气罐、释放器、安全阀是否有堵塞、渗漏现象，检查水泵和空压机是否损坏；

2、将适量澄清水或处理后废水加入加压容器内，水位约在容器的2/3处；

3、开启空压机，将压缩机压入加压容器中,使溶气罐内的压力达到表压4Kg/cm2，保持数分。

6.开启释放器使经过溶气的水进入气浮池，同原水混合；

7.开启水力清查系统，了解水力清渣原理。

五、实验纪录、计算及结论

1.实验记录

原水水质

COD

色度

UV254

SS（加碱混合后）

浊度（加碱混合后）

3240

665.7

36.1

无

表2实验原水水质

PAMug/l

测量指标

0.5

1.5

6.5

UV254

32.1

34.2

33.9

色度

624.6

695.9

686.7

676.7

cod

2810

2770

2690

2520

7.5

UV254

15.9

13.7

20.5

15.7

色度

530.7

417.8

752.9

549.7

cod

2530

2400

2300

2420

UV254

10.1

14.1

11.9

色度

160.1

151.8

164.5

209.7

cod

2505

2395

2445

2340

8.5

UV254

8.8

8.5

9.3

8.2

色度

193.33

185.76

225.15

140.1

cod

2750

2790

2300

2370

UV254

7.3

8.6

6.9

11.6

色度

166.8

231.3

126.6

470.5

cod

1690

2230

2450

3340

表3处理效果分析各组实验数据

2.结论与评价

（1）指出本组实验中的最优混凝剂投加量，并做简要分析。

答：

由上表可得出最优的投加量为2ug/l，最适PH=8.5。

在各组的实验数据中，有俩组数据出现较大偏差，为上表中的黑体数据处，故舍去。

而其他数据表明在随着投加量的增加，其三种测量指标都在降低，可得出在投加量为2ug/l，混凝处理效果最佳。

并比较各状态下PH为8.5时，各项指标相对于其他组的数据处理效果最好，可得出最适ph为8.5.

（2）阐述气浮的主要原理，指出实验室气浮实验装置设计存在问题，应怎样改进（图示说明）

答：

气浮法也称浮选法，其原理是设法使水中产生大量的微气泡，在气浮过程中尊在着气、水、颗粒三项介质，在界面张力、气泡上升浮力和静水压力差等多种力的共同作用下，促进微细气泡粘附在被去除的悬浮颗粒上后，形成“颗粒-气泡”复合体，简称带气絮体。

因带气絮体密度小于水而上浮到水面，通过分离使水中悬浮颗粒得以去除。

实验室中的气浮实验装置设计存在较多的问题，其中最严重问题的为溶气罐，实验室中的溶气罐采用在溶气罐的上面进水、上面通气进行溶气，里面结构较为简单，最终使气体集聚在溶气罐的上方，以至于无法达到形成溶气水并达到实验的目的，而且溶气灌需关闭上面的阀门才能进行，效果很低，而且无法进行自动连续的效果。

溶气罐应使水与空气相互对流进行加压使其充分接触，促进空气的溶解，形成溶气水，并要形成连续出水，使实验能连续进行。

其中还有流量计设于溶气灌的进水管处毫无意义，应设于出水处，可以控制其流量。

实验三活性污泥性质的测定实验

1.实验目的

（1）加深对活性污泥性能，特别是活性污泥活性的理解。

（2）掌握几项污泥性质的测定方法。

2.实验原理

活性污泥是人工培养的生物絮凝体，它受由好氧微生物及其吸附的有机物组成的。

活性污泥具有吸附和分解污水中有机物质（也有些可利用无机物质）的能力，显示出生物化学活性。

在生物处理废水的设备运转管理中，除用显微镜观察外，下面几项污泥性质是经常要测定的。

这些指标反映了污泥的活性，他们与剩余污泥排放量及处理效果等都有密切关系。

3.实验仪器与材料

（1）烘箱一台

（2）马弗炉一台

（3）普通电炉5只

（4）坩埚数个

（5）定量滤纸数张

（6）100mL量筒6支

（7）500mL烧杯5个

（8）玻璃棒5根

（9）新鲜活性污泥10L

4.实验步骤

（1）污泥沉降比SV（%）取混合均匀的泥水混合液100mL置于100mL量筒中，静置30min后，观测沉降的污泥占整个混合液的比例，记下结果。

（2）污泥浓度测定：

采用滤纸称重法，具体实验步骤同实验一

（3）污泥容积指数计算

SVI值较好地反映出活性污泥的松散程度和凝聚、沉淀性能。

一般在100以下为宜。

（4）污泥灰分和挥发性污泥浓度MLVSS挥发性污泥即挥发性悬浮固体，包括微生物和有机物，干污泥经灼烧后（600摄氏度）剩下的灰分称为污泥灰分。

测定方法

先将已知恒重的磁坩埚称量并记录（W3），再将测定过污泥干重的滤纸和干污泥一并放入磁坩埚中，先在普通电炉上加热碳化，然后放入马弗炉内（600摄氏度）烧40min，取出放入干燥器内冷却，称量（W4）；

计算

W1——滤纸的净重，mg;

W2——滤纸及截留悬浮物固体的质量之和，mg;

W3——坩埚质量，mg;

W4——坩埚与无机物总质量，mg;

灰分=MLSS-MLVSS

5.实验结果整理

活性污泥性能测定表V=1000mL

项目

W2-W1

W4-W3

MLSS

mg/L

MLVSS

mg/L

SVI

ml/g

灰分

mg/L

一

6.30

322.05

315.75

322.20

397.98

75.78

34.5%

3157.5

2399.7

757.8

二

6.24

329.56

313.32

316.78

388.85

72.07

35.6%

3133.2

2412.5

720.7

平均

6.27

320.81

314.54

319.49

393.42

73.93

35.1%

3145.4

2406.1

739.3

6.注意事项

（1）测定坩埚质量时，应将坩埚放在马弗炉中灼烧至恒重为止；

（2）由于实验项目多，实验前准备工作要充分，不要弄乱；

（3）仪器设备应按说明调整好，使误差减少

7.思考题

（1）阐述SVI的意义，根据SVI测定结果，对实验污泥的沉降性能进行评述

　答：

SVI值是判断污泥沉降浓缩性能的一个重要参数。

SVI值过低，污泥絮体细小紧密，含无机物较多，污泥活性差。

SVI过高的污泥,，说明可能发生污泥膨胀，可通过停止曝气，让污泥沉降缺氧厌氧硝化能起到很好的作用。

（3）分析MLVSS/MLSS比值意义，根据所测结果对污泥活性做初步评价

答：

MLVSS---混合液挥发性悬浮固体浓度（mixedliquorvolatilesuspendedsolids）的简写。

本项指标所表示的是混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度。

MLSS是混合液悬浮固体浓度（mixedliquidsuspendedsolids）的简写,它又称为混合液污泥浓度，它表示的是在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量（mg/L），也称之为污泥浓度。

MLVSS/MLSS的比值较为稳定，所以一般用此来代表活性污泥中有机物的比例，可以作为污泥活性指标的参考。

实验四完全混合式活性污泥法处理系统的观测和运行

一、实验目的

（1）通过观察完全混合式活性污泥法处理系统运行，加深对其运行特点规律的认识。

（2）通过对模型实验系统的调试和控制，初步培养进行小型模拟实验的基本技能。

（3）熟悉和了解活性污泥处理系统的控制方法。

二、实验原理

活性污泥法是当前活水生物处理技术领域中应用最广泛的技术之一，它的主要意图就是采取适当的人工措施，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，加速它对有机物的降解，以达到净化水体目的。

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”该过程由两个阶段组成。

（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.活性污泥处理系统运行方式

在该处理系统中，可以认为污水或回流的污泥进入曝气池后，立即与池内已经处理而未被泥水分离的处理水充分混合。

这种运行方式有以下几个特点：

（1）对冲击负荷有较强的适应能力，适于处理浓度较高的工业废水。

（2）污水在曝气池内均匀分布，各部位水质相同，污泥负荷（F/M）值相等，微生物群体的组成和数量几进一致。

（3）相对于推流式活性污泥处理方式，污泥负荷率较高。

（4）相对于推流式活性污泥处理方式，曝气池内混合液的需氧速度均衡，动力消耗较低。

3.运行参数的控制

（1）污泥负荷（COD）污泥负荷是活性污泥生物处理系统在设计和运行上的一项重要参数，它表示曝气池内单位质量（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。

计算公式为

F/M=NS=QSa/XV

式中NS——污泥负荷；

F——有机物量；

M——微生物量；

Q——污水流量（m3/d）；

Sa——原污水中有机污染物（COD）的浓度（mg/l）；

X——混合液悬浮固体（MLSS）浓度（mg/l）；

V——曝气池有效容积；

（2）污泥龄污泥龄指的是曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量之比，它表示活性污泥在曝气池内的平均停留时间，可由下式计算：

QC=VX/［QWXr+（Q–QW）Xe］

式中QC——污泥龄（d）；

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；

Q——污水流量；

Xe——排放处理水中的悬浮固体浓度。

（3）溶解氧浓度氧是以好氧为主的活性污泥微生物种群维持生命的必须物质。

在活性污泥净化反应过程中，必须提供足够的溶解氧，否则，微生物生理活动和处理进程都要受到影响，溶解氧浓度不宜低于2mg/L。

三、实验设备和仪器

（1）完全混合实验装置

图1-1THENHW-1型完全混合式活性污泥法实验装置示意图

（2）COD快速测定仪

（3）便携式溶解氧测定仪

（4）pH计

（5）温度计

（6）小型空气泵（2~3）台，或空压机一台。

四、实验试剂

（1）葡萄糖100g

（2）氯化铵（>50g）

（3）磷酸二氢钾（>20g）

（4）COD快速测定仪专用氧化剂

（5）活性污泥；

五、实验操作步骤

（1）将待处理的污水注入水箱，将活性污泥装入曝气池中，调节好污泥回流缝及挡板高度。

（2）调节进水流量，使流量界于0.5~0.7ml/s之间（或按序批方式运行，即一次向反应器注入污水）

（3）认真观察曝气池中的气水混合，污泥在二沉池中沉淀过程，以及污泥从二沉池向曝气池回流的情况。

若池中混合不好，可以稍微加大些曝气量，若沉淀池中污泥沉淀不理想应稍微减小污泥的回流量，若回流污泥不畅，应适当加大回流缝高度。

（4）测定曝气池内水温、pH值及溶解氧浓度。

记录于表1-1中。

（5）测定进出水COD值。

记录于表1-1中。

六、根据测定的进出水COD浓度计算在给定条件下的有机物除解率

η=（Sa–Se）/Sa×100％

式中Sa——进水COD质量浓度（mg/l）；

Se——出水COD质量浓度（mg/l）。

七、实验结果整理与分析

表1-1实验记录

实际曝气量___________

时间（H）

原水

0.5

1.5

2.5

3.0（出水）

COD（mg/L）

1314

665

817

550

DO（mg/L）

9.08

9.0

PH值

7.24

7.3

7.4

7.42

水温（°C）

16.7

16.8

16.5

16.4

八、思考题

（1）简述完全混合式活性污泥法的优缺点。

答：

污水已进入反应池，在曝气搅拌的作用下立即和全池混合，曝气池内各点的底物浓度、微生物浓度、需氧速率完全一样，不像推流式的前后段有明显的区别，当入流出现冲击负荷时，因为瞬时完全混合，曝气池混合液的组成变化较小，故完全混合法耐冲击负荷能力较大。

曝气池内混合液的需氧速率均衡，但是以为其法的有机负荷较低，微生物生长通常位于生长曲线的静止期或衰老期，活性污泥易于产生污泥膨胀。

（2）影响活性污泥法处理系统的因素有哪些？

答：

1..水力负荷；2.有机负荷；3.微生物浓度；4.曝气时间；5.污泥泥龄；6.氧传递速率；7.回流污泥浓度；8.污泥回流比；9.曝气池的构造；10.PH和碱度；11.溶解氧浓度；12.污泥膨胀及其控制。

（3）本实验装置与传统的活性污泥系统实验装置有何不同？

答：

此装置将曝气池与二沉池用一道闸门隔开，打开闸门将来个池子连到一起，与普通的活性污泥法将曝气池与二沉池分割有所不同。

此装置的出水槽高于曝气池的水面，导致无法达到实验目的，是装置的一大漏洞。

实验五清水曝气充氧实验

一实验目的

（1）掌握充氧过程氧的总传递系数和充氧能力的测定方法

（2）加深对曝气充氧机理和影响因素的理解

二实验原理

氧的传递基本方程：

（1）

将

（1）积分得：

（2）

——试验条件下水中饱和溶解氧浓度

——总传质系数，min-1

Ct——t时刻对应的溶解氧浓度

方法1.以

为纵坐标,以时t为横坐标做直线,直线的斜率即为总传质系数。

验证方法：

当t=0,

则

方法2.

在两个不同时刻t0,t1测定水中溶解氧的浓度C1,C2,则有：

（3）

（4）

由（4），（3）得：

（5）

t、t0—曝气时间，min；

C0—曝气开始时池内溶解氧浓

（t0=0时，C0=0mg/L），mg/L；

Cs—曝气内溶液饱和溶解氧值，mg/L；

Ct—曝气某时刻t时，池内溶液溶解氧浓度，mg/L

在测得

，后由（5）可求得

。

三、实验步骤

1.测定实验温度下的饱和溶解氧浓度。

取清水曝气，每隔10min测定水中溶解氧浓度，直至不再增加，记录溶解浓度值。

2.用1000mL量筒向烧杯内加入清水，测定水中溶解氧值，计算池内溶解氧含量G=DO·V。

3.计算投药量：

1）脱氧剂（无水亚硫酸钠）用量：

g=（1.1~1.5）×8·G

2）催化剂（氯化钴）用量：

投加浓度为0.5mg/L

4.在药剂投入充满清水的烧杯内，至池内溶解

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