水控实验

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实验一混凝实验

（一）实验目的和要求

①观察混凝现象及过程，从而加深对混凝理论的观解；

②了解混凝现象的影响因素和混凝剂的筛选方法；

③选择和确定最佳的混凝工艺条件。

（二）实验原理

混凝是在废水屮预先投加化学药剂来破坏胶体的隐定性，使废水中

的胶体和细小悬浮物聚集成具有可分离性的絮凝体，再加以分离除去的

过程。它包括使胶体悬浮物的脱稳和接着发生使颗粒增大的凝聚作用。

胶体微粒都带有电荷，它们之间存在着静电斥力、胶体的布朗运动和胶

粒表面的水化作用，因而使胶体顆粒保持分散的悬浮状态，即稳定性。

脱稳的胶粒相互凝聚。另外，混凝剂水解后形成的高分子物质或直接加

入水中的高分子物质一般具有链状结构，在胶粒与胶粒间起吸附架桥作用，

使颗粒逐渐结大，形成粗大絮凝休，即矾花。形成矾花最佳的条件是要

求pH值在等电离点或接近等电离点。问混凝剂的反应必须奋足够的贼度，

对于碱度不足的废水应投加Na

2CO

3

、NaOH或石灰。

在脱稳之后，凝聚促使矾花增大，以便使矾花随后能从水中去除。在凝聚阶段将近结束时，投加0.2?1.0mg/L长链阴离子或非离子聚合物，

通过桥架吸附作用，有助于矾花的聚集和长大。

整个混凝过程经历3个阶段：混合、絮凝、沉淀。胶体脱稳发生在混合阶段，混合时间T为10?30s，最多不超过2min,速度梯度G为500?1000s-1，絮凝阶段生成大矾花，要保证足够的反应时间，速度梯度G为10?75 s-1

沉淀阶段矾花与水分离。

（三）实验试剂、设备

1.实验用水

（1）河水或自配水；

（2）某种工业废水。

2.实验药品

聚合硫酸铝丶聚合硫酸铁、聚合氧化铁、聚合氧化铝、聚丙烯酰胺、lmol/L盐酸、 lmol/L氢氧化钠、石灰。

3.主要实验装置及设备

①学混凝实验装置采用可编程的六连电动搅拌器，其结构如图5-4所示。

②仪器pHS-2型精密酸度计、浊度仪、1000mL烧杯、量筒、移液管。

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（四）实验步骤

1.最佳混凝剂的筛选

利用所选废水的水质特点，利用聚合硫酸铝、聚和硫酸铁、聚和氯化铁、

聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等常规混凝剂进行初步实验，根据实验现象和检测结

果，筛选出适宜处理该废水的最佳混凝剂。

2.混凝剂最佳投加量的确定

①在6个1000mL烧杯中分別)川入1000mL原水，投于实验用的六联电动搅拌

器平台上，使搅拌叶片位于烧杯正中，注意保持各烧杯中叶片的位罝相同。

②分別测定原水水样的温度、浊度和P H,并记录。

③初步确足水样中能形成矾花的近似最小混凝剂用量。

方法如下：在一烧杯中，加人200mL原水，慢慢搅动烧杯中的水样，每次增加

0.5mL 的混凝剂投加量，直至出现矾花为止，这时的混凝剂投加量为形成矾花

的最小投加量。

④确定实验时的混凝剂投加量。方法如下：分别向6个烧杯中投加混凝剂，使

它们的浓度变化接近最小混凝剂投加量的25%?200%。

⑤熟悉搅拌器的操作，按要求调整搅拌器的运行参数。

a.混合揽梓转速：100~160r/min;

b.泥合时间：l~3min，可取2min;

c.絮凝撞扑转速：20?40r/min;

d.絮凝时间：10?30min，可取15min。

⑥按混合搅拌速度启动搅拃机,当到达预定的混合时间后，自动按预定的絮凝搅

拃速度，降低搅拌机转速，在到达预定的絮凝时间后，自动关闭搅拌机。注意

记录过程中各矾花出现的时间及矾花尺寸、松散程度等现象。

⑦轻轻将搅拌叶片（搅拌桨片）从烧杯中提出，注意不要扰动水样，静止沉淀

20min, 注意观察各烧杯中矾花沉降情况。

⑧沉淀时间到达后，分别从各烧杯中用50mL注射针筒取其上清液（澄清水样）

共 l00mL左右（可分3次取）放入200mL烧杯屮，测定各自的剩余浊度并记

录（每杯水样测定3次）。根据结果确定最佳混凝剂投药量。

（五）实验结果整理

(1)最佳投药量的确定

数据记录如表5-1所示。

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以上淸液的浊度为纵坐标、混凝剂投加员为横坐标，绘出剩余浊度与混凝剂投加量关系曲线，并根据曲线图求出最佳混凝剂投加量。

凝剂的增大剩余浊度达到一个最低点，此时的混凝效果最好。之后，随着混凝剂投加量的继续增大剩余浊度又逐渐上升。所以由剩余浊度与混凝剂投加量关系曲线知，最佳混凝剂投加量为13.125mg/L 。

（六）注意事项

①取水样吋，必须把水样混合均匀，以保证各个烧杯中的水样性质一样。取澄淸水样的上淸液时，应避免搅动已经沉淀的矾花，且尽量使各烧杯水样取上部同一清水层。

②注意避免某些烧杯中的水样受到热或冷的影响，各烧杯中水样温度差<0.5℃。 ③注意保证各搅拌轴放在烧杯中心处，叶片在杯内的高低位置应一样，且满足约定的比例关系。

④测定水质时应选用同一色仪器进行，例如，当pH 计不止一套时，由于仪器精密度可能不一致造成误差，故设选用同一套仪器测量。

4 实验二间歇式活性污泥法实验模型

（一）实验目的及要求

①应熟练掌握SBR活性污泥工艺各工序的运行操作要点；

②熟练掌握活性污泥浓度和COD的测定方法；

③正确理解SBR活性污泥法作用机理、特点和影响因素；

④了解SBR活性汚泥工艺曝气池的内部构造和主要组成；

⑤了解有机负荷对有机物去除率及活性污泥增长率的影响。

（二）实验原理

间歇式活性污泥处理系统又称序批式活性污泥处理系统，即SBR 工艺

（sequencing batchreactor)。本工艺最主要的特征是集有机污染物降解与混合

液沉淀于一体，与连续式活性污泥法相比较，工艺组成简单，无需设污泥回流

设备，不设二沉池，一般情况下，不产生污泥膨胀现象，在单一的曝气池内能

够进行脱氮和除瞵反应，易于自动控制，处理水水质好。

间歇式活性污泥曝气池在流态上属于完全混合式，在有机物降解方面是时间上

的推流，有机污染物是沿着时间的推移而降解的，运行工序如图5-7所示。

图5-7 SBR工艺曝气池运行工艺示意图1

间歇式活性污泥曝气池的运行操作由①进水、②反应、③沉淀、④出水、

⑤待机（闲置）5个工序组成。这5个工序构成了

一个处理污水的周期，可以根椐需要调整每个工序的持续时间，进水、排水、

曝气等动作均由自动控制箱设置的程序自动运行。

（三）实验试剂、设备

模型由本体、附属设备和工作台等组成，外形尺寸：长×宽×高=860mm×

760mm×1250mm。

本体为一有机玻璃制作的矩形水池，长×宽×高=800mm×400mm ×400mm，

内有曝气管、厌氧搅拌器、浮动出水堰、进水管、排水管。

1.主要装置

①曝气管上有8个微孔曝气头；

5

②厌氧搅拌器一个，电机为Z50/20-220型，配电子调速器为KZT-01型；

③浮动出水堰一个，外形尺寸为70mm ×100mm,排水管上接一个DN15电磁阀； ④进水管配转子流量计，LZB-10, 6-60L/H 。

2.配套装置

①配水箱一个，长×宽×高= 600mm ×400mm ×400mm ；

②进水泵一个，HQS-4000型潜水泵，Q=4500L/H ，H=4m; ③空气泵一个，LP-60型，Q=60L/min ，H=0.04MPa;

④自动控制箱一个，PVC 制作，长×宽×高= 870mm ×750mm ×200mm 。内有：a.DZ47-60型漏电保护器一个；b.DHC8型时间继电器4个，进水、曝气、出水、搅拌各一个；c.插座4个。

3.实验装置配套测定设备及仪器

①悬浮固体测定装置及设备； ②COD 测定装置及设备。

4.实验水样及活性污泥

①生活污水；

②城市污水厂回流泵房的活性污泥

（四）实验步骤

首先必须弄清楚组成模型的所有装置和连接管路的作用，以及相互之间的关系，了解模型的工作原理。在此基础上，方可开始模型的启动和运行。

1.清水实验

按进水-曝气-沉淀-排水-搅拌顺序设定4个继电器的运行时间，配水箱灌满自来水，用进水泵将水打入本体，曝气一段时间，再停止曝气一段时间，打开排水电磁阀排一部分水，观察浮动出水堰是否灵活，最后开动搅拌器慢速搅拌一段时间。这是一个完整的运行周期，可根据实验目的调整继电器使用的个数和设定时间。一个周期接着一个周期，周而复始，重复循环。

2.活性污泥的培养和驯化

取城市污水处理厂回流泵房的活性污泥装入本体中，体积占本体有效容积的1/3?2/3, 剩余体积装入自来水，只开动曝气的空气泵曝气1?2 d ，然后在配水箱中配低COD 浓度的实验用水，或稀释的生活污水或工业废水，控制每次进水量,延长曝气时间。根据污泥沉降性能和出水水质，逐步增大进水浓度和进水水量，直到直接进入原污水。

上述阶段主要有两个目的：一是使污泥适应将要处理废水中的有机物；二是使污泥具有良好的沉降性能。装置运行稳定的标志是：①污泥浓度基本稳定；②有机物去除率基本稳定。

3.在活性污泥培养和驯化完成后，SBR 反应器进入负荷运行实验

根据污水、出水水质和污泥性质，确定每个周期的进水量、出水量、每个工序的持续时间。通常一个周期的持续时间在4?8h ，进水量或出水量1/3左右，当污水可生化性较差时，持续时间要延长。当不考虑去除污水中氮、磷时，可不使用搅拌器。当考虑去除污水中的氮、磷时，必须使用搅拌器，采用脱氮除磷的工艺参数。

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有机物去除规律及污泥增长规律的实验：在投加废水后，2min 、40min 、l00n 、180min 后取混合液样10mL 进行测定，将混合液样过滤，测定其MLSS 值，并测定滤后水的COD 值。

（五 ）实验结果整理

1. COD 的测定

2.MLSS 的测定

3.实验结果分析

绘制随时间变化的COD 曲线及COD 去除率曲线

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结果分析：由图中可以看出，随着曝气过程的推进，在50分钟内COD 迅速降低，去除率也迅速增加。在80-180这段时间内，COD 下降的的速度变缓，COD 的去除率也变缓。因此，SBR 去除有机物的量并不是全部被氧化分解，污水中有机物的变化包括两部分：吸附阶段和稳定阶段。在吸附阶段，有机物主要转移到活性污泥上；在稳定阶段，主要是转移活性污泥上的有机物被微生物利用。在SBR 处理污水的过程中反应时间不宜过长应在40~50分钟。

实验三活性炭吸附实验

（一）实验目的

①通过实验加深理解活活性炭吸附的基本原理；

②掌握用间歇法、连续流法确定活性炭处理废水的设计参数的方法。

(二）实验原理

活性炭具有良好的吸附性能和化学稳定性，是目前国内外应用较广

泛的一种非极性吸附剂。活性炭处理工艺是运行吸附的方法来去除异味、某些离子以及难以进行生物降解的有机污染物。在吸附过程中，活性炭比面积起着主要作用：同时，被吸附物质在溶剂中的溶解度也直接影响吸附的速度。此外，pH 的高低、温度的变化和被吸附物质的分散程度也对吸附速度有一定影响。

活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附，也有化学吸附。有一些被吸附物质先在活性炭表面积聚浓缩，继而进人固体晶格原子或分子之间被吸附，此外还有些特殊物质则与活性炭分子结合而被吸附。活性

炭吸附以物理吸附为主，吸附机理是活性炭表面的分子受到不平衡的力，从而使其他分子吸附于其表曲。当活性炭对水屮所含杂质进行吸附时，水中的溶解性杂质在活性炭表面积聚而被吸附，同时也有一些被吸附物质由于分子的运动而离开活性炭表面，重新进人水屮，即同吋发生解吸现象。当吸附和解吸处于动态平衡状态吋，称为吸附平衡。而此时被吸附物质作溶液中的浓度称为平衡浓度。活性炭的吸附能力以吸附量q 表示:

式中，q 为活性炭的吸附量，即单位质量的吸附剂所吸附的物质质量，g/g; x 为被吸附物质质量，g;m 为活件炭投加量，g; V 为污水休积，L; C0, C 分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质浓度，g/L 。

q 的大小除了决定于活性炭的品种之外，还与被吸附物质的性质、浓度、水的温度及 pH 值有关，一般说来，当被吸附的物质能够与活性炭发生结合反应、被吸附物质又不容易溶解于水而受到水的排斥作用，且活性炭对被吸附物质的亲和作用力强、被吸附物质的浓度又较大时，q 值就

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图5-12活性炭连续流吸附实验装冱A 意图 】_有机玻璃管；2—活性炭层》

3—承托；4一单孔橡皎塞

n _

lgq=lgK+(1/n)lgC(5-22)

将q 和C 相应值绘在双对数坐标上，所得直线斜率为1/n ，截距为K 。 连续流活性炭的吸附过程同间歇性吸附有所不同，这主要是因为前者被吸附的杂质来不及达到平衡浓度C ，因此不能直接应用上述公式。这时应对吸附柱进行被吸附杂质泄露实验和活性炭耗竭过程实验，也可简单地采用Bohart-Adams 关系式：

式屮，t 为工作时间，h;v 为吸附柱中流速，m/h; D 为活性炭层厚度，m; K 为速度常数，L/(mg/h); N0为吸附容量，即达到饱和时被吸附物质的吸附量，mg/L; C0为人流溶质浓度，mg/L; CB 为允许出流溶质浓度，mg/L 。

根据入流、出流溶质浓度，可用式（5-24)估算活性炭柱吸附层的临界厚度，即保持出流溶质浓度不超过CB 炭层的理论厚度。

D0=)10

ln (0 CB

C KN v

式中，D0为临界厚度。

在实验时如果原水样溶质浓度为C01，用3个活性炭柱串联，则第一个活性炭柱的出流浓度CB1，即为第二个活性炭柱的人流浓度CG2,第二个活性炭柱的出流浓度Cb2，即为第三个活性炭柱的入流浓度C03。由各炭柱个不同的入流、出流浓度C0、CB 便可求出流速常数K 值及吸附容量N.

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连续流吸附采用有机玻璃柱内装活性炭、水流自上而下连续进出的方法，连续流吸附实验装置如图5-12所示。

2.间歇与连续流实验所需的实验器材 ①振荡器1台； ②烘箱；

③有机玻璃柱d=20~30mm ，H=1000mm; ④活性炭；

⑤500mL 三角烧瓶；

⑥COD 、SS 测定分析装置，玻璃器皿，滤纸； ⑦配水及投配系统； ⑧酸度计； ⑨温度计;

（四）实验步驟

1.连续流活性炭吸验

①将污水过滤或自配水样，测出污水的COD 、SS 、pH 、水温等各项指标。 ②在内径为20-30mm,高为1000mm 的有机玻璃柱内装入500-750mm 高的经水洗烘干后的活性炭。

③打开进水阀门，使原水进入活性炭柱，一40-200mL/min 流量运行，运行时炭层中不应有空气气泡。实验要用3中不同的流速进行。

④在每一流速运行稳定后，每隔10-30min 各炭柱取样，测定出水COD 值，至除水COD 达到进水COD 浓度的0.9-0.95为止。并将结果记于表5-11.

（五）实验结果整理

表5-11 连续流连续流活性炭吸验实验记录

①将原始数据记录于表5-11，并根据t-C 关系确定的当出水浓度等于Cb 时各柱的工作时间T1，T2，T3。

T2=(56.2464-42.112)/0.624=22.7min

③将已知C0，Cb,V,等值代入，求出流速常数K和吸附常量N0和临界深度D0的值。

C0=62.496

Cb=56.2464

V= (4*400*60)/(1000000*0.3*0.3*π)=0.34（m/h)

N0=6.6261*62.496*0.34=140.8(mg/l)

k= (ln?(62.496/56.2464-1))/(8.412*62.496)=-0.00418(L/(mg/h))

D_0=0.34/(-0.00418*140.8)*ln?(62.496/56.2464-1)=1.27m

(六)注意事项

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①间歇吸附实验屮所求q ，如出现负值，则说明活性炭明显地吸附了溶剂，此吋，应调换活性炭或原水样。

②活性炭要用经处理后200目以下的粉状炭… ③振荡时间不能太短，一般控制在30min 以上。

④连续流吸附实验中，如果第一个活性炭柱出水COD 值小于20mg/L ，则可增大流量或停止后继续从吸附柱进水。反之，如果笫一个吸附柱出水COD 与进水浓度相差甚小，可减少进水量

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实验四污泥比阻测定实验

(一)、实验目的及要求

①通过实验掌握污泥比阻的测定方法；

②掌握用布氏漏斗实验选择混凝剂；

③掌握确定污泥的最佳混凝剂投加量

(二)、实验原理

污泥比阻是表示污泥过滤综合特性的综合指标，它的物理意义是:单位质量的污

泥在一定压力下过滤时在单位过滤面积上的阻力。求此值的作用是比较不同的

污泥（或同一种污泥加入不同量的混凝剂后）的过滤性能。污泥比阻越大，过

滤性能越差。

过滤时滤液体积V(mL)与推动力P (过滤时的压强降，g/cm2)、过滤面积F(cm2)、

过滤时间t(s)成正比，而与过滤阻力R(cm*s2/mL)、滤液黏度μ[g/(cm?s)]成

反比。

V=P F t

μR

(m L)

过滤阻力包括滤渣阻力Rz和过滤隔层阻力Rg构成。而阻力R随滤渣层的厚度增加而增大，过滤速度则减少。因此将上式改写成微分式：

dV dt =

PF

μ(Rτ+R g)

由于R

g 比R

τ相对来说较小，为化简计算，姑且忽略不计。

dV

=

PF

=

PF

μα′c′V

F

式中，α′为单位体积污泥的比阻；δ为滤渣厚度；c′为获得单位体积滤液所得的滤渣体积。如以滤渣干重代替滤渣体积，单位质量污泥的比阻代替单位体积污泥的比阻，则上式可改写为：

dV

=

PF2

式中，α为污泥比阻，在CGS制中其量纲为s2/g，在工程单位制中其量纲为cm/g。

在定压下，在积分界限由0~t及0~V内对上式积分，可得

t V =

μαC 2PF2

V

上式说明在定压下过滤，t/V与V成直线关系，其斜率为

b=t/V

V

=

μαC

2PF2

α=2PF2

μ

×

b

C

=K

b

C

因此，为求得污泥比阻，须在实验条件下求出b及C。

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①b 的求法 可在定压下（真空度保持不变），通过测定一系列的t~V 数据，用图解法求得斜率。

②C 的求法 根据所设定义C =(Q 0-Q y )C d /Q y [滤饼干重（g ）/mL 滤液] 式中，Q 0为污泥量，mL ；Q y 为滤液量，mL ；C d 为滤饼固体浓度，g/mL 。

根据液体平衡： Q 0=Q y +C d

根据固体平衡：Q 0C 0=Q y C y +C d Q d

式中，C 0为污泥固体浓度，g/mL ；C y 为滤液固体浓度，g/mL ；Q d 为滤饼量，mL 。 可得

Q y =Q 0(C 0?C d )C y ?C d

带入化简得，

C =C d C 0

C d ?C 0

(g /mL )

上述求C 的方法，必须必须测量滤饼的厚度方可求得；但在实验过程中滤饼的厚度很难测得，故改用测滤饼含水比的方法求C 值。

C =1

100?C i

C

i

?100?C f C f

式中C i 为100g 污泥中的干污泥量；C f 为100g 滤饼中的干污泥量。

投加混凝剂可以改善污泥的脱水性能，使污泥比阻减小，对于无机混凝剂如三氯化铁，硫酸铝等，投加量一般为污泥干重的5%~10%，高分子混凝剂如聚丙烯酰胺、碱式氯化铝等，投加量一般为污泥干重的1%。

（三）实验试剂、设备

1、比阻实验装置

污泥脱水依靠过滤介质（多孔性物质）两面的压力差作为推动力，使水分强制通过过滤介质，固体颗粒被截留在介质上，达到脱水的目的。本实验是用真空的方法造成压力差，并用调节阀调节压力，使整个实验过程压力差恒定。 过滤开始时滤液只需克服过滤介质的阻力，当滤饼逐步形成后，滤液还需克服滤饼本身的阻力。滤饼的性质可分为两类，一类为不可压缩性滤饼，如沉砂、初沉池污泥和其他无机污泥；另一类为可压缩性滤饼，如活性污泥，在压力作用下，污泥会变形。

2、实验配套设备与试剂

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①秒表、滤纸；

②烘箱；

③布氏漏斗；

④氯化铁、硫酸铝。

（四）实验步骤

①测定污泥的含水率，求出其固体浓度C0。

②配置氯化铁（10g/L）和硫酸铝（10g/L）混凝剂。

③用氯化铁混凝剂调节污泥（每组加一种混凝剂），加量分别为污泥干重的

0%、2%、4%、6%、8%、10%。

④在布氏漏斗上放置滤纸，用水湿润，贴紧周底。

⑤开动真空泵，调节真空压力，大约比实验压力小1/3时，关掉真空泵。

⑥加100mL污泥于布氏漏斗中，开动真空泵，调节真空至实验压力，达到此压

力后，开启秒表，并记录开始时管内滤液量V0。

⑦每隔一定时间记下计量管内相应的滤液量。

⑧一直过滤至真空破坏，如真空长时间不破坏，则过滤20min后即可停止。

⑨关闭阀门取下滤饼放入称量瓶内称重。

⑩称重后的滤饼于105℃的烘箱内烘干称重。

（五）实验数据处理

①测定并记录实验基本参数

②将布氏漏斗实验所得数据记录在表5-13并计算。

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表5-14 比阻值计算表

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（六）注意事项

①检查计量管与布氏漏斗之间是否漏气。

②滤纸称重烘干，放到布氏漏斗内，先用蒸馏水湿润，而后再用真空泵抽吸一

下，滤纸要贴紧不能漏气。

③污泥倒入布氏漏斗内时，有部分滤液流入计量筒，所以正常开始候记录量筒

内滤液体积。

④污泥中加混凝剂后应充分反应。

⑤整个过滤过程中，真空度确定后应始终保持一致。