《水处理实验技术》指导书

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实验一 颗粒自由沉淀实验

一、颗粒自由沉淀实验

颗粒自由沉淀实验是研究浓度较稀时的单颗颗粒的沉淀规律。一般是通过沉淀柱静沉实验，获取颗粒沉淀曲线。它不仅具有理论指导意义，而且也是给水排水处理工程中，某些构筑物如给水与污水的沉砂池设计的重要依据。 目的

1．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，并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。

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（斯笃克斯）公式。

但是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。

具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率与截留速度U。、颗粒重量百分率的关系如下：

E?(1?P0)??P00uSdP (3-1) u0 此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算法。

设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验，如图3一且示。实验开始，沉淀时间为0，此时沉淀柱内悬浮物分布是均匀的，即每个断面上颗粒的数量与粒径的组成相同，悬浮物浓度为C0（mg／L），此时去除率E＝0。 实验开始后，不同沉淀时间I；，颗粒最小沉淀速度U；相应为 Ui?H (3-2) ti此即为ti,时间内从水面下沉到池底（此处为取样点）的最小颗粒di所具有的沉速。此时取 样点处水样悬浮物浓度为Ci，而

C0?CiC?1?i?1?Pi?E0 (3-3) C0C0Ci (3-4) C0此时去除率E0，表示具有沉速u≥ui(粒径d≥di)的颗粒去除率，而 Pi?则反映了ti时，未被去除之颗粒即d

实际上沉淀时间ti内，由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成，即沉速u≥ui的那一部分颗粒能全部沉至池底。除此之外，颗粒沉速us＜ui的那一部分颗粒，也有一部分能沉

至池底。这是因为，这部分颗粒虽然粒径很小，沉速us＜ui，但是这部分颗粒并不都在水面，而是均匀地分布在整个沉淀柱的高度内，因此，只要在水面下，它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速ui的颗粒由水面降至池底所用的时间ti，那么这部分颗粒也能从水中被除去。

沉速us＜ui的那部分颗粒虽然有一部分能从水中去除，但其中也是粒径大的沉到池底的多，粒径小的沉到池底的少，各种粒径颗粒去除率并不相同。因此若能分别求出各种粒径的颗粒占全部颗粒的百分比，并求出该粒径在时间ti内能沉至池底的颗粒占本粒径颗粒的百分比，则二者乘积即为此种粒径颗粒在全部颗粒中的去除率。如此分别求出us＜ui的那些颗粒的去除率，并相加后，即可得出这部分颗粒的去除率。

为了推求其计算式，我们首先绘制ui～P关系曲线，其横坐标为颗粒沉速u，纵坐标为未被去除颗粒的百分比P，如图3－2示。由图中可见， ?P?P1?P2?C1C2C1?C2 (3-5) ??C0C0C0故ΔP是当选择的颗粒沉速由u1降至u2时，整个水中所能多去除的那部分颗粒的去除率，

也就是所选择的要去除的颗粒粒径由d1减到d2时，此时水中所能多去除的，即粒径在d1～d2之间的那部分颗粒所占的百分比。因此当ΔP间隔无限小时，则dP代表了小于di的某一粒径d占全部颗粒的百分比。这些颗粒能沉至池底的条件，应是由水中某一点沉至池底所的用的时间，必须等于或小于具有沉速为ui的颗粒由水面沉至池底所用的时间，即应满足

xH?u?uiHu?x?ui

由于颗粒均匀分布，又为等速沉淀，故沉速和 uα

x，如图3-1所示，而 H

xu? ?Huiu?uS ?uiu0 此即为同一粒径颗粒的去除率。取u0=ui，且为设计选用的颗粒沉速；us＝uα，则有

由上述分析可见，dPS。反映了具有沉速uS颗粒占全部颗粒的百分比，而

uS u0则反映了在设计沉速为u0的前提下，具有沉速uS（＜u0）的颗粒去除量占本颗粒总量的百分比。故

uSdP (3-6) u0正是反映了在设计沉速为u0时，具有沉速为uS的颗粒所能去除的部分占全部颗粒的比率。利用积分求解这部分U。M。。的颗粒的去除率，则为 故颗粒的去除率为

E?(1?P0)?工程中常用下式计算

E?(1?P0)??P00uSdP u0uSdP (3-7) u0?P00??PuS (3-8) u0 设备及用具

1．有机玻璃管沉淀柱一根，内径D≥100mm，高1.5m。工作水深即由溢流口至取样口距离，共两种，H1＝0.9m,H2＝1.2m。每根沉降往上设溢流管，取样管，进水及放空管。

2．配水及投配系统包括钢板水池，搅拌装置，水泵、配水管，循环水管和计量水深用标尺、如图3－3示。

3．计量水深用标尺，计时用秒表或手等。 4．玻璃烧杯，移液管，玻璃棒，瓷盘等。 5．悬浮物定量分析所需设备万分之一天平，带盖称量瓶，干燥皿、烘箱、抽滤装置、定量滤纸等。

6．水样可用煤气洗涤污水，轧钢污水，天然河水或人工配制水样。 步骤及记录

1．将实验用水倒入水池内，开启循环管路闸门2，用泵循环或机械搅拌装置搅拌，待池内水质均匀后，从池内取样，测定悬浮物浓度，此即为C0值。 2．开启闸门1、3，关几扣闸门2，水经配水管进入沉淀管内，当水上升到溢流口，并流出后，关闭闸门3、停泵。记录时间，沉淀实验开始。

3．隔5、10、20、30、60、120min由取样口取样，记录沉淀柱内液面高度。

4．观察悬浮颗粒沉淀特点、现象。I 5．测定水样悬浮物含量。

6．实验记录用表，如表3-1所示。

表3-1颗粒自由沉淀实验记录 日期： 水样：

静沉时间(min) 滤纸编号﹟ 称量瓶号﹟ 称量瓶+滤纸重(g) 取样体积(mL 瓶纸+SS重(g) 水样SS重(g) C0 (mg/L) C0 (mg/L) 沉淀高度H(cm) 0 5 10 20 30 60 120 注意事项 1．向沉淀柱内进水时，速度要适中，既要较快完成进水，以防进水中一些较重颗粒沉淀，又要防止速度过快造成柱内水体紊动，影响静沉实验效果。

2．取样前，一定要记录管中水面至取样口距离H0（以cm计）。 3．取样时，先排除管中积水而后取样，每次约取300～400mL。

4．测定悬浮物时，因颗粒较重，从烧杯取样要边搅边吸，以保证两平行水样的均匀性。贴于移液管壁上的细小颗粒一定要用蒸馏水洗净。 数据整理

1． 实验基本参数整理

实验日期： 水样性质及来源： 沉淀柱直径d= 柱高H=

水温： ℃ 原水悬浮物浓度C0（mg／L） 绘制沉淀柱草图及管路连接图 2．实验数据整理

将实验原始数据按表3－2整理，以备计算分析之用。 表中不同沉淀时间ti时，沉淀管内未被移除的悬浮物的百分比及颗粒沉速分别按下式计算 未被移除悬浮物的百分比 Pi?Ci100% C0扣 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。 H。 相应颗粒沉速ui?HImm/s。 ti 4．以颗粒沉速u为横坐标，以P为纵坐标，在普通格纸上绘制u～P关系曲线。

5．利用图解法列表（表3-3）计算不同沉速时，悬浮物的去除率。

表3－2实验原始数据整理表 沉淀高度（cm） 沉淀时间（mln） 实测水样SS（mg/L） 计算用SS（mg／L） 未被移除颗粒百分比Pi 颗粒沉速u（mm/s） 序号 u0 P0 1-P0 ΔP 表3－3悬浮物去除率E的计算 ?uS??P u0 E?(1?P0)? ?uS??P u0 E?(1?P0)??uS??P u06．根据上述计算结果，以E为纵坐标，分别以u及t为横坐标，绘制u～E，t～E关系曲线。 思考题

1．自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有何区别。 2．绘制自由沉淀静沉曲线的方法及意义。

3．沉淀柱高分别为H＝1.2m，H＝0.9m，两组实验成果是否一样，为什么？ 4．利用上述实验资料，按 E?C0?CI100% C0计算不同沉淀时间t的沉淀效率E，绘制E～t，E～u静沉曲线，并和上述整理结果加以对照与分析，指出上述两种整理方法结果的适用条件。

二、原水颗粒分析实验

原水颗粒分析实验主要测定水中颗粒粒径的分布情况。水中悬浮颗粒的去除不仅与原水悬浮物数量或浊度大小有关，而且还与原水颗粒粒径的分布有关。粒径越小，越不易去除，因此颗粒分析实验对选择给水处理构筑物及投药量都是十分重要的。 目的

1．学会一种用一般设备测定颗粒粒径分布的方法。 2．加深对自由沉淀及stokes（斯笃克斯）公式的理解。 原理

100μm以下的泥沙颗粒沉降时雷诺数小于1，已知水温、沉速，可用stokes公式求出粒径。

u?式中 u——颗粒沉速，m／s；

g(Ss?1)d2 （3-9） 18v

v—一水的运动粘度，m2／s； Ss——颗粒的比重，无单位； g——重力加速度，9．81m／S2； d——粒径，m。

玻璃瓶中装待测颗粒分析的浑水（浊度已知），摇匀后，用虹吸管在瓶中某一固定位置每

隔一定时间取一个水样，取样点处颗粒最大粒径是逐渐减小的，因此浊度也是逐渐降低的。根据沉淀时间及沉淀距离可以求出沉速U，已知水温、沉速，可以求出取样点处的颗粒最大粒径。取样时，粒径大于该最大粒径的颗粒都已沉至取样点下面，小于该最大粒径的颗粒每单位体积的颗粒数与沉淀开始相比，基本不变（因粒径一定，水温相同则沉速5不变，沉下去的颗粒可由上面沉下来的补充）。由沉淀过程中取样点浊度的变化，即可求出小于某一粒径的颗粒重量所占全部颗粒重量的百分数。 ［设备及用具】

1．实验装置见图3－4。

2．10L玻璃瓶 1个、200mL烧杯一只。 3．虹吸取样管、吸耳球各一个。 4．水位尺、秒表、温度表各一只。 5．光电式浑浊度仪一台。

步骤及记录

1．将已知浊度的浑水装入10L玻璃瓶中，水面接近玻璃瓶直壁的顶部。

2．将玻璃瓶中的水摇匀，立即将瓶塞盖好。虹吸取样管及温度表固定在瓶塞上，盖好凭塞的同时，取样点的位置也就确定了。

3．盖好瓶塞后，每隔一定时间用虹吸管取水样，即1、2、5、15min、1、2、4、8h（时间都从开始沉淀算起）时取水样，测浊度。

4．每次取样前记录水面至取样点的距离，记水温。原水颗粒分析记录见表3-4。 注意事项

1． 配制浑水浊度宜小于100度。不必用蒸馏水稀释。浊度仪一次就能量出浊度。 2．虹吸管取样时，应先放掉虹吸管内的少量存水（约20 mL），然后取样。每次取水 样的体积，够测浊度即可。

3．取样点离瓶底距离不要小于10cm，以免取样时将瓶底沉泥吸取，也不要大于15cm。 大于15cm时，可能满足不了多次取水样的需要。

4．用洗耳球吸取虹吸管内的空气时，只能吸气，不能把空气鼓人瓶中，把沉淀水搅 浑。 成果整理

1．计算每次取样时的平均沉速U。

2．计算自沉淀开始至每次取样这段时间的平均水温。 3．查七℃时水的运动粘度V。 4．求每次所取水样的最大粒径d。

5．计算每次取样时粒径小于该最大粒径的颗粒的重量占原水中全部颗粒重量的百分 数％。

6．以对数格粒径d（＃m）为横坐标，以普通格小于某一粒径颗粒重量百分数为纵坐 标，绘颗粒分析曲线。

表3－4原水颗粒分析记录表（表格中的数字系某水样的实验数据） 静沉时间 取水样时间 沉淀距离h(10-2m) 平均沉速(10-2m/s) 沉淀过程中的平均水温℃ t℃时的v值(10-4m/s) 所取水样的最大粒径d(μm) 所取水样的浊度 小于该粒径颗粒所占的百分数（%） 0(min) 1(min) 8：00 8：01 2(min) 8：02 5(min) 15(min) 30(min) 1(h) 8：05 8：15 8：30 9：00 2(h) 10：00 4(h) 12：00 8(h) 16：00 13.3 12.8 0.213 12.3 0.103 11.8 3.93×10-2 20 11.3 1.26×10-2 10.8 6×10-2 10.3 2.86×10-2 20 9.0 3.13×10-4 20 20 0.0101 49 34 0.0101 21 11.9 8.2 0.0101 5.7 0.0101 1.9 30.2 28.0 92.7 27.3 90.4 26.8 88.7 26.6 88.1 26.3 87.1 24.4 80.8 10.9 36.1

思考题

1．小于 IPI的颗粒，能否用这种方法测粒径？浑水浊度为10000度时能否用这种方法 测粒径？

2． 对本实验有何改进意见？

实验二 絮凝沉淀实验

絮凝沉淀实验是研究浓度一般的絮状颗粒的沉淀规律。一般是通过几根沉淀柱的静沉实验，获取颗粒沉淀曲线。不仅可借此进行沉淀性能对比、分析，而且也可作为污水处理工程中某些构筑物的设计和生产运行的重要依据。

目的

1． 加深对絮凝沉淀的特点，基本概念及沉淀规律的理解。

2． 掌握絮凝实验方法，并能利用实验数据绘制絮凝沉淀静沉曲线。

原理

悬浮物浓度不太高，一般在600～700mg/L以下的絮状颗粒的沉淀属于絮凝沉淀，如给水工程中混凝沉淀，污水处理中初沉池内的悬浮物沉淀均属此类。沉淀过程中由于颗粒相互碰撞，凝聚变大，沉速不断加大，因此颗粒沉速实际上是一变速。我们所说的絮凝沉淀颗粒沉速，是指颗粒沉淀平均速度。在平流沉淀池中，颗粒沉淀轨迹是一曲线，而不同于自由沉淀的直线运动。在沉淀池内颗粒去除率不仅与颗粒沉速有关，而且与沉淀有效水深有关。因此沉淀柱不仅要考虑器壁对悬浮物沉淀的影响，还要考虑柱高对沉淀效率的影响。 静沉中絮凝沉淀颗粒去除率的计算基本思想与自由沉淀一致，但方法有所不同。自由沉淀采用累积曲线计算法，而絮凝沉淀采用的是纵深分析法，颗粒去除率按下式计算。

E?ET?

nZ?Z??(ET?1?ET)?(ET?2?ET?1)???Z0Z0?Z(ET?n?ET?n?1)Z0 （3-10）

计算如图3-5示。去除率同分散颗粒一样，也分成两部分：

（1）全部被去除的颗粒部分。

这部分颗粒是指在给定的停留时间（如图中T1），与给定的沉淀池有效水深（如图中

H=Z0）时，两首线相交点的等去除率线的E值，如图中的E＝E2。即在沉淀时间t=T1，，沉降有效水深

H=Z0时具有沉速u?u0?Z0的T1那些颗粒能全部被去除．其去除率家为E2。

（2）部分被去除的颗粒部分 同自由沉淀一样，悬浮物在沉

淀时虽说有些颗粒较小，沉速较小，不可能从池顶沉到池底，但是在池体中某一深度下的颗粒，在满足条件即沉到池底所用时间

ZxZ0?时，这部分颗粒也就被去除掉了。当然，这uxu0部分颗粒是指沉速u?Z0的那些颗粒，这些颗粒的沉淀效率也不相同．也是颗粒大的沉淀T1P快，去除率大些。其计算方法、原理与分散颗粒一样，这里是用

0uZ?Z??(ET?1?ET)?(ET?2?ET?1)???代替了分散颗粒中的?S?dP

uZ0Z000式中，ET?n?ET?n?1??E所反映的就是把颗粒沉速由u0降到us时，所能多去除的那些颗粒占全部颗粒的百分比。这些颗粒，在沉淀时间t0时，并不能全部沉到池底，而只有符合条件ts≤t0的那部分颗粒能沉到池底，

hsH0uh?，故有s?s。同自由分散沉淀一样，usu0u0H0由于us为未知数，故采用近似计算法，用

hsu在来代替s，工程上多采用等分ET?n?ET?n?1H0u0Zi间的中点水深Z代替hi，则近似地代表了这部分颗粒中能沉到池底的颗粒所占的百分

H0i

数。

Zi由上推论可知，(ET?n?ET?n?1)就是沉速为us≤u≤u0的这些颗粒的去除量所占全

H0Zi部颗粒的百分比，以次类推，式?(ET?n?ET?n?1)就是的全部颗粒的去除率。

H0

设备及用具

1． 沉淀柱：有机玻璃沉淀柱，内径D≥100mm，高H=3.6m，沿不同高度设有取样口，如图3-6所示。管最上为溢流孔，管下为进水孔，共五套。

2． 配水及投配系统：钢板水池、搅拌装置、水泵、配水管。 3． 定时钟、烧杯、移液管、瓷盘等。

4．悬浮物定量分析所需设备及用具：万分之一分析天平，带盖称量瓶、干燥皿、烘箱、滤抽装置、定量滤纸等。

5． 水样：城市污水、制革污水、造纸污水或人工配制水样等。

表3-5絮凝沉淀实验记录表 实验日期 水 样 柱号（号） 沉淀时间取样点编SS(mg/L) SS平均值取样点有备注 (min) 号（号） 1-1 1-2 (mg/L) 效水深(m) 1 20 1-3 1-4 1-5 2-1 2-2 2 40 2-3 2-4 2-5 3-1 3-2 3 60 3-3 3-4 3-5 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 5-1 5-2 4 80 5 120 5-3 5-4 5-5 步骤及记录

1．将欲测水样倒入水池进行搅拌，待搅匀后取样测定原水悬浮物浓度SS值。 2．开启水泵，打开水泵的上水闸门和各沉淀柱上水管闸门。 3．放掉存水后，关闭放空管闸门，打开沉淀柱上水管闸门。

4．依次向l—5沉淀往内进水，当水位达到溢流孔时，关闭进水闸门，同时记录沉淀时间。5根沉淀柱的沉淀时间分别为20、40、60、80、120min。

5．当达到各柱的沉淀时间时，在每根柱上，自上而下地依次取样，测定水样悬浮物的浓度。

6．记录见表3-5。 注意事项

1．向沉淀柱进水时，速度要适中，既要防止悬浮物由于进水速度过慢而絮凝沉淀．又要防止由于进水速度过快，沉淀开始后柱内还存在紊流，影响沉淀效果。

2．由于同时要由每个柱的5个取样口取样，故人员分工、烧杯编号等准备工作要做好，以便能在较短的时间内，从上至下准确地取出水样。

3．测定悬浮物浓度时，一定要注意两平行水样的均匀性。

4．注意观察、描述颗粒沉淀过程中自然絮凝作用及沉速的变化。 整数据理

1．实验基本参数整理

实验日期 水样性质及来源 沉淀柱直径d= 柱高H=

水温℃ 原水悬浮物浓度SS0（mg／L） 绘制沉淀柱及管路连接图 2．实验数据整理

将表3－5实验数据进行整理，并计算各取样点的去除率E，列成表了3-6。

表3－6各取样点悬浮物去除率E值计算 沉淀时间(min) 取样深度（m） 1 20 2 40 3 60 4 80 5 120 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3．以沉淀时间t为横坐标，以深度为纵坐标，将各取样点的去除率填在各取样点的坐标上，如图3－7所示。

4．在上述基础上，用内插法，绘出等去除率曲线。E最好是以5％或10％为一间距，如25％、35％、45％或20％、25％、30％。

5．选择某一有效水深H，过H做x轴平行线，与各去除率线相交，再根据公式（3-10）计算不同沉淀时间的总去除率。 6．以沉淀时间t为横坐标，E为纵坐标，绘制不同有效水深H的E～t关系曲线，及E～u曲线。

思考题

1．观察絮凝沉淀现象，并叙述与自由沉淀现象有何不同，实验方法有何区别。

2．两种不同性质之污水经絮凝实验后，所得同一去除率的曲线之曲率不同，试分析其原因．并加以讨论。

4． 实际工程中，哪些沉淀属于絮凝沉淀。

实验三 混凝沉淀实验

混凝沉淀实验是给水处理的基础实验之一，被广泛地用于科研、教学和生产中。通过混凝沉淀实验，不仅可以选择投加药剂种类，数量，还可确定其它混凝最佳条件。 目的

1．通过本实验，确定某水样的最佳投药量。 2．观察矾花的形成过程及混凝沉淀效果。 原理

天然水中存在大量胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能除去的。

水中的胶体颗粒，主要是带负电的粘土颗粒。胶粒间的静电斥力，胶粒的布朗运动及胶粒表面的水化作用，使得胶粘具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大。向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，压缩胶团的扩散层，使ξ电位降低，静电斥力减小。此时，布朗运动由稳定因素转变为不稳定因素，也有利于胶粒的吸附凝聚。水化膜中的水分子与胶粒有固定联系，具有弹性和较高的粘度，把这些水分子排挤出去需要克服特殊的阻力，阻碍胶粒直接接触。有些水化膜的存在决定于双电层状态，投加混凝剂降低ξ电位。有可能使水化作用减弱。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，即使ξ电位没有降低或降低不多，胶粒不能相互接触，通过高分子链状物吸附胶粒，也能形成絮凝体。

消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫做脱稳。脱稳后的胶粒，在一定的水力条件下，才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。直径较大且较密实的矾花容易下沉。

自投加混凝剂直至形成较大矾花的过程叫混凝。混凝离不开投混凝剂。混凝过程见表3-8。

表3-8

阶 段 过 程 作 用 混合 药剂扩散 凝 聚 脱 稳 混凝剂水解 杂质胶体脱稳 异向絮凝为主 脱稳胶体聚集 分子热运动（布朗扩散） 絮凝 同向絮凝为主 微絮凝体的进一步碰撞聚集 液体流动的能量消耗 反应设备 动 力 处理构筑物 胶体状态 胶体粒径 质量迁移 溶解平衡 各种脱稳机理 混合设备 原始胶体 脱稳胶体 絮凝胶体 矾花 0.01～0.001μm 约5～10μm 0.5～2mm 由于布朗运动造成的颗粒碰撞絮凝，叫“异向絮凝”。由机械运动或液体流动造成的颗

粒碰撞絮凝，叫“同向絮凝”。异向絮凝只对微小颗粒起作用，当粒径大于1～5μm时。布朗运动基本消失。

从胶体颗粒变成较大的矾花是一连续的过程，为了研究的方便可划分为混合和反应两个阶段。混合阶段要求浑水和混凝剂快速均匀混合，一般说来，该阶段只能产生用眼睛难以看见的微絮凝体；反应阶段则要求将微絮凝体形成较密实的大粒径矾花。

混合和反应均需消耗能量，而速度梯度G值能反映单位时间单位体积水耗能值的大小，混合的G值应大于300～500S-1，时间一般不超过30S，G值大时混合时间宜短。水泵混合是一种较好的混合方式，本实验水量小便可采用机械搅拌混合。由于粒径大的矾花抗剪强度低，易破碎，而G值与水流剪力成正比，故反应开始至反应结束，随着矾花逐渐增大，G值宜逐渐减小。从理论上讲反应开始时的G值宜接近混合设备出口的G值，反应终止时的

G值宜接近沉淀设备进口的G值，但这样会带来一些问题。例如反应设备构造较复杂，在沉淀设备前产生沉淀。实际设计中G值在反应开始时可采用100S-1左右，反应结束时可采用10 S-1左右。整个反应设备的平均G值约为20～70 S-1，反应时间约15～30min，本实验采用机械搅拌反应，G值及反应时间T值（以秒计）应符合上述要求。近年来出现若干高效反应设备，由于能量利用率高，反应时间比15min短。

混合或反应的速度梯度G值

G?P （3-18） ?V式中 P——混合或反应设备中水流所耗功率W；IW=1J／S=1N·m/S； V——混合或反应设备中水的体积，m3；

μ——水的动力粘度Pa·S，1Pa·S=1N·S／m 2。

不同温度水的动力粘度μ值见表3-9。

表3-9不同水温水的动力粘度μ值 温度（℃） -30 5 1.518 10 1.307 15 1.139 20 1.002 25 0.890 30 0.798 40 0.653 μ（10N·S/ m 2） 1.781 本实验搅拌设备垂直轴上装设两块桨板，如图（3－17）示，桨板绕轴旋转时克服水的阻力所耗功率P为

CDrLW34 P?(r2?r14) （3-19）

4g式中 L——桨板长度，m；

r2——桨板腊旋转半径，m； r1——桨板内缘旋转半径，m； ω——相对于水的桨板旋转角速度，可采0.75倍轴转速，rad／s；

r——水的重度。N／m3； g——重力加速度，9.81m/s2；

CD——阻力系数，决定于桨板长宽比，见表3-10。

表3-10 阻 力 系 数 CD值 b/L CD 小于1 1.10 1～2 1.15 2.5～4 1.19 4.5～10 1.29 10.5～18 1.40 大于18 2.00 当CD=1.10（即b/L<1），r=9810N/m3，=9.81m/s2,及转速为n（r/min）（即

??2?r?0.75?0.0785n rad/s时）。 60P?0.133Ln3(r24?r14)

式中P、L、r2、r1符号意义及单位同前。

设备及用具

1． 无极调速六联搅拌机1台，如图3-18。 2． 1000mL烧杯12个。 3．200mL烧杯14个。

4．100mL注射器2个，移取沉淀水上清液。 5．100mL洗耳球 1个，配合移液管移药用。

6．lmL移液管1根。 7．5mL移液管1根。 8．10mL移液管1根。

9．温度计1个、测水温用。 10．秒表1块测转速用。

11．J000ffiL量筒 1个。量原水体积。

12．1％浓度硫酸铝（或其它混凝剂）溶液 1瓶。 13．PHS－2型酸度计 1台。

14．GDS－3型光电式浑浊度仪 1台。 步骤及记录

1．测原水水温、浑浊度及PH。

2．用1000mL量简量取12个水样至12个1000mL烧杯中。

3．设最小投药量和最大投药量，利用均分法确定第一组实验其它四个水样的混凝剂投加量。

4．将第一组水样置于搅拌机中，开动机器，调整转速，中速运转数分钟，同时将计算好的投药量，用移液管分别移取至加药试管中。加药试管中药液少时，可掺入蒸馏水，以减小药液残留在试管上产生的误差。

5．将搅拌机快速运转（例如300—500转／分，但不要超过搅拌机的最高允许转速），待转速稳定后，将药液加入水样烧杯中，同时开始记时，快速搅拌30秒钟。 6．30秒钟后，迅速将转速调到中速运转（例如120转／分）。然后用少量（数毫升）蒸馏水洗加药试管，并将这些水加到水样杯中。搅拌5分钟后，迅速将转速调至慢速（例如 80转／分）搅拌10分钟。

7．搅拌过程中，注意观察并记录帆花形成的过程、帆花外观、大小、密实程度等，并记入表3-11中。

表3-11实验记录 实验组号 观察记录 水样编号 1 2 Ⅰ 3 4 5 6 1 2 Ⅱ 3 4 5 6 帆花形成及水样过程的描述 小结 1． 搅拌过程完成后，停机，将水样取出，置一旁静沉15分钟，并观察记录帆花沉淀的过程。与此同时，再将第二组六个水样置于搅拌机下。

2． 第一组六个水样，静沉15分钟后，用注射器每次汲取水样杯中上清液约130mL

（够浊度仪、pH即可），置于六个洗净的200 mL烧杯中，测浊度及pH并记入表

3-12中。

3． 比较第一组实验结果。根据六个水样所分别测得的剩余浊度，以及水样混凝沉淀

时所观察到的现象，对最佳投药量的所在区间，做出判断。缩小实验范围（加药量范围）重新设定第M组实验的最大和最小投药量值a和b，重复上述实验。

表3-12 原始数据记录表 实验组号 混凝剂名称 水样编号 Ⅰ 投药量 剩余浊度 沉淀后pH值 水样编号 Ⅱ 投药量 原水浑浊度 1 1 2 2 原水温度℃ 3 3 4 4 原水pH 5 5 6 6 剩余浊度 沉淀后pH值 注意事项

1一电源电压应稳定，如有条件，电源上宜设一台稳压装置（例如614系列电子交流稳压器）。

2．取水样时，所取水样要搅拌均匀，要一次量取以尽量减少所取水样浓度上的差别。 3．移取烧杯中沉淀水上清液时，要在相同条件下取上清液，不要把沉下去的矾花搅起来。

[成果整理]

以投药量为横坐标，以剩余浊度为纵坐标，绘制投药量-剩余浊度曲线，从曲线上可求得不大于某一剩余浊度的最佳投药量值。 思考题

1．根据实验结果以及实验中所观察到的现象，简述影响混凝的几个主要因素。 2．为什么最大投药量时，混凝效果不一定好。

3．测量搅拌机搅拌叶片尺寸，计算中速、慢速搅拌时的G值及GT值。计算整个反应器的平均G值。

4．参考本实验步骤，编写出测定最佳沉淀后pH值实验过程。

5． 当无六联搅拌机时，试说明如何用0.618法安排实验求最佳投药量。

实验四 气 浮 实 验

气浮实验是研究比重近于1或小于1的悬浮颗粒与气泡粘附上升，从而起到水质净化作用的规律，测定工程中所需的某些有关设计参数，选择药剂种类、数量等，以便为设计运行提供一定的理论依据。

目的

1．进一步了解和掌握气浮净水方法的原理及其工艺流程。

2．掌握气浮法设计参数“气固比”及“释气量”的测定方法及整个实验的操作技术。 原理

气浮净水方法是目前给排水工程中日益广泛应用的一种水处理方法。该法主要用于处理水中比重小于或接近于1的悬浮杂质，如乳化油、羊毛脂、纤维、以及其它各种有机或无机的悬浮絮体等。因此气浮法在自来水厂、城市污水处理厂以及炼油厂、食品加工厂、造纸厂、毛纺厂、印染厂、化工厂等的水处理中都有所应用。 气浮法具有处理效果好、周期短、占地面积小以及处理后的浮渣中固体物质含量较高等优点。但也存在设备多、操作复杂、动力消耗大的缺点。

气浮法就是使空气以微小气泡的形式出现于水中并慢慢自下而上地上升，在上升过程中，气泡与水中污染物质接触，并把污染物质粘附于气泡上（或气泡附于污染物上）从而形成比重小干水的气水结合物浮升到水面，使污染物质从水中分离出去。 产生比重小于水的气、水结合物的主要条件是： l．水中污染物质具有足够的增水性。

2．加人水中的空气所形成气泡的平均宜径不宜大于70微米， 3．气泡与水中污染物质应有足够的接触时间。 气浮法按水中气泡产生的方法可分为布气气浮、溶气气浮和电气浮几种。由于布气气浮一般气泡直径较大，气浮效果较差，而电气浮气泡直径虽不大但耗电较多，因此在目前应用气浮法的工程中，以加压溶气气浮法最多。 加压溶气气浮法就是使空气在一定压力的作用下溶解于水，并达到饱和状态，然后使加压水表面压力突然减到常压，此时溶解于水中的空气便以微小气泡的形式从水中逸出来。这样就产生了供气浮用的合格的微小气泡。

加压溶气气浮法根据进人溶气罐的水的来源，又分为无回流系统与有回流系统加压溶气气浮法，目前生产中广泛采用后者。其流程如图3-22所示。

影响加压溶气气浮的因素很多，如空气在水中溶解量，气泡直径的大小，气浮时间、水质、药剂种类与加药量，表面活性物质种类、数量等。因此，采用气浮法进行水质处理时，常；需通过实验测定一些有关的设计运行参数。。

本实验主要介绍由加压溶气气浮法求设计参数“气固比”以及测定加压水中空气溶解效率的“释气量”的实验方法。 一、气固比实验

气固比A/S乃是设计气浮系统时经常使用的一个基本参数，是空气量与固体物数量的比值，无量纲。定义为：

A/S?减压释放的气体(kg/d)

进水的固体物(kg/d)对于上述的有回流系统的加压溶气气浮法，其气固比可表示如下：

l．气体以重量浓度C（mg/L）表示时： A/S?R???C1?C2?S0??? (3-23) ? 2．气体以体积浓度Sa（cm3/L）表示时： A/S?R1.2Sa(fp?1) (3-24)

S0式中 C1、C2——分别为系统中z、；处气体于水中浓度，mg／L； S0——进水悬浮物浓度，mg／L；

Sa——水中空气溶解量；以cm3/L计,C= Saρa

ρa——空气浓度，当20℃，l个大气压时，ρa =1.2mg/cm3； p——溶气罐内压力；MPa

f——比值因素，在溶气罐内压力为 P=(0.2～0.4)MPa，温度为20℃时，f≈0.5。

气固比不同，水中空气量不同，不仅影响出水水质（SS值），而且也影响成本费用。本实验是改变不同的气固比A/S，，测出水SS值，并绘制出A/S～出水SS关系曲线。由此可根据出水SS值确定气浮系统的A／S值，如图3-23、3-24所示。

实验装置见图3-25。 步骤及记录

l．将某污水加药混凝沉淀，然后取压力溶气罐2/3倍体积的上清液加人压力溶气罐。

2．开进气阀门使压缩空气进人加压溶气罐，

待罐内压力达到预定压力（一般为0.3～0.4MPa）关进气阀并静置10分钟，使罐内水中溶解空气达到饱和。

3．测定加压溶气水的释气量以确定加压溶气水是否合格（一般释气量与理论饱和值之比为0.9以上即可）。

4．将500mL已加药并混合好的某污水倒人反应量简（加药量按混凝实验定），并测原污水中的悬浮物浓度。

5．当反应桶内已见微小絮体时，开减压阀（或释放器）按预定流量往反应量筒内加溶气水（其流量可根据所需回流比而定），同时用搅拌棒搅动半分钟，使气泡分布均匀。 6．观察并记录反应筒中随时间而上升的浮渣界面高度并求其分离速度。 7．静止分离约10—30分钟后分别记录清液与浮渣的体积。

8．打开排放阀门分别排出清液和浮渣，并测定清液和浮渣中的悬浮物浓度。 9．按几个不同回流比重复上述实验即可得出不同的气固比与出水水质SS值。

记录见表3-23、表3-24。

表3-23气固比与出水水质记录表 内原污水 压力溶气水 出水 浮渣 容 水 实 验 号 温℃ pH值 体积VemL 加药名称 加药量% 悬浮物mg/L 体积mL 压力释气mL 气固比A/S 回流悬浮mg/L 去除率% 体积V1mL 体积V2 mL 悬浮物mg/L Mpa 量 比R 物 表3-24浮渣高度与分离时间记录表 t(min) H(cm) H-h(cm) V2(L) V2/V1×100% 表3-23气固比为[g（气体）/g（固体）]即每去除1克固体所需的气量。一般为了简化计算也可用L（气体）/g（悬浮物），计算公式如下：

A/S?W?a

SS?Q式中 A——总释气量，L； S——总悬浮物量，g；

a——单位溶气水的释气量，mL/L水； W——溶气水的体积，L；

SS—一原水中的悬浮物浓度，mg／L； Q——原水体积，L。 成果整理

1．绘制气固比与出水水质关系曲线，并进行回归分析。 2．绘制气固比与浮渣中固体浓度关系曲线。 二、释气量实验

影响加压溶气气浮的因素很多，其中溶解空气量的多少，释放的气泡直径大小，是重要的影响因素。空气的加压溶解过程虽然服从亨利定律，但是由于溶气罐形式的不同，溶解时间、污水性质的不同，其过程也有所不同。此外。由于减压装置的不同，溶解气体释放的数量，气泡直径的大小也不同。因此进行释气实验对溶气系统、释气系统的设计、运行均具有重要意义。 实验设备及用具

实验装置如图3－26所示。 步骤与记录

1．打开气体计量瓶的排气阀，将释气瓶注入清

水至计量刻度，上下移动水位调节瓶，将气体计量瓶内液位调至零刻度，然后关闭排气阀。 2．当加压溶气罐运行正常后，打开减压阀和分流阀，使加压溶气水从分流口流出，在确认流出的加压溶气水正常后，开人流阀，关分流阀，使加压溶气水进入释气瓶内。

3．当释气瓶内增加的水达到100—200mL后，关减压阀和入流阀并轻轻摇晃释气瓶，

使加压溶气水中能释放出的气体全部从水中分离出来二

4．打开释气瓶的排放问，使瓶中液位降回到计量刻度，同时准确计量排出浓的体积。 5．上下移动水位调节瓶，使调节瓶中的液位与气体计量瓶中的液位处于同一水平线上，此时记录的气体增加量即所排人释放瓶中加压溶气水的释气量。

实验记录如表3-25示。

溶气效率?%?释气量100%

理论释气量释气 理论释气量(mL/L) 释气量(mL) 溶气效率（%） 表3-25 释气量实验记录 内容 实 验号 加压溶气水 压力体积(L) （Mpa） 水温(℃) 注：表中理论释气量V=KTP，释气量V=KTPW（mL）

式中 P——空气所受的绝对压力，以MP计；W——加压溶气水的体积（L）； KT—温度溶解常数，见表3-26。

表3-26不同温度时的Kt值 温度℃ KT值 0 0.038 10 0.029 20 0.024 30 0.021 40 0.018 50 0.016 成果整理 1．完成释气量实验，并计算溶气效率。

2．有条件的话，利用正交实验法组织安排释气量实验，并进行方差分析，指出影响溶气效率的主要因素。 思考题

1．气浮法与沉淀法有什么相同之处？有什么不同之处？ 2．气固比成果分析中的二条曲线各有什么意义？

3．当选定了气固比和工作压力以及溶气效率时，试推出求回流比R的公式。

实验五 污水可生化性能测定

污水可生化性实验，是研究污水中有机污染物可被微生物降解的程度，为选定该污水处理工艺方法、处理工艺流程提供必要的依据。测定方法较多，本处介绍了两种测定方法。摇床测定法见实验9。 目的

由于生物处理法去除污水中胶体及溶解有机污染物，具有高效、经济的优点，因而在选择污水处理方法和确定工艺流程时，往往首先想到这种方法。在一般情况下，生活污水、城市污水完全可以采用此法，但是对于各种各样的工业污水来讲，由于某些工业污水中含有难以生物降解的有机物，或含有能够抑制或毒害微生物生理活动的物质，或缺少微生物生长所必需的某些营养物质，因此为了确保污水处理工艺选择的合理与可靠，通常要进行污水的可生化性实验。本实验的目的是：

1．鉴定城市污水或工业污水能够被微生物降解的程度，以便选用适宜的处理技术和确定合理的工艺流程。

2．了解并掌握测定污水可生化性实验的方法。

3．掌握瓦波呼吸仪的使用方法。 一、BOD5／COD比值法 原理

污水中的有机污染物，有些是可被微生物降解的，有些则是不易为微生物降解的。COD是以重铬酸钾为氧化剂，在一定条件下，氧化有机物时用所消耗氧的量来间接表示污水中有机物数量的一种综合性指标。BOD5是用微生物在氧充足条件下，进行生物降解有机物时所消耗的水中溶解氧量以表示污水中有机物量的综合性指标。因此，可把测得的BOD5值，看成是可降解的有机物量，而COD代表的则是全部的有机物，所以，BQD5／COD比值反映了污水中有机物的可降解程度。一般按BO5／COD比值分为： BQD5／COD>0.58 为完全可生物降解污水。

BQD5／COD＝0.45～0.58 为生物降解性能良好污水。 BQD5／COD＝0.30～0.45 为可生物降解污水 BQD5／COD<0.30 为难生物降解污水。

测定方法及注意事项见有关水质分析方法及有关工业污水BOD5测定。 二、瓦波呼吸仪测定污水可生化性 目的

（1）熟悉掌握瓦波呼吸仪的构造、操作方法、工作原理。 （2）了解瓦波呼吸仪的使用范围及在污水生物处理中的应用。 （3）理解内源呼吸线及生化呼吸线的基本含意。

（4）加深理解有毒物质对生化反应的抑制作用。 原理

瓦波呼吸仪用于测定耗氧量，是依据恒温、定容条件下气体量的任何变化可由检压计上压力改变而反映出来的原理，即在恒温和不断搅动的条件下，使一定量的菌种与污水在定容的反应瓶中接触、反应，微生物耗氧将使反应瓶中氧的分压降低（释放CO2用KOH溶液吸收），测定分压的变化，即可推算出消耗的氧量。 利用瓦波呼吸仪测定污水可生化性，是因为微生物处于内源呼吸期耗氧速度基本不吃而微生物与有机物接触后，由干它的生理活动而消耗氧，耗氧量的多少，则可反映有机物被微生物降解的难易程度。

在不考虑硝化作用时，微生物的生化需氧量由两部分构成，即降解有机物的生化需氧量与微生物内源呼吸耗氧量，如图3-28示。

总的生化需氧速率及需氧量可由下式计算：

O2?a?Ns?b? （3-36） VXv

或 O2?a?QLr?b?VXv （3-37） 式中 O2——曝气池内生化需氧量，kg（O2）/d

O2——曝气池内单位污泥需氧量，kg(O2)/kgMLSS·d； VXv a’——降解1kg有机物的需氧量，kg(O2)kg(BOD5)； NS——污泥有机物负荷，kg(BOD5)/kgMLSS·d； b'——污泥自身氧化需氧率，kg(O2)/kgMLSS·d; Q——处理污水量，m3／d;

Lr——进、出水有机物浓度差，kg／m3； V——曝气池容积，m3；

Xv——挥发性污泥浓度MLVSS，kg／m3。 其中内源呼吸耗氧速率?(dO2)?b?不仅基本上为一常量，而降解有机物生化耗氧速dt率?(dO2)?a?Ns不仅与微生物性能有关，而且dt还与有机物负荷，有机物总量有关，因此利用瓦波呼吸仪测定污水可生化性能时，由于反应瓶内微生物与底物的不同，其耗氧量累计曲线也将有所不同，如图3－29示。

曲线（l）为反应瓶内仅有活性污泥与蒸馏水时，微生物内源呼吸耗氧量的累计曲线，耗氧速率基本不变。当反应瓶内的试样对微生物生理活动无抑制作用时，耗氧量累计曲线如图3－29中（2），开始由于有机物含量高，生物降解耗氧速

率也大，随着有机物量的减少，生物降解耗氧速率也逐渐降低，当进人内源呼吸期后，其耗氧速率与内源呼吸累计曲线（1）近于相等，两曲线几乎平行。

当反应瓶内试样是难生物降解物质时，其生化耗氧累积曲线如图3-29中（3），可降解物质被微生物分解后，微生物很快即进人了内源呼吸期，因此曲线不仅累计耗氧量低，而且较早地进入与内源呼吸线平行阶段。 当反应瓶内试样含有某些有毒物质或缺少某些营养物质，能够抑制微生物正常代谢活动时，其耗氧量累计曲线如图3－29中（4），微生物由于受到抑制，代谢能力降低，耗氧速率也降低。 由此可见，通过瓦波呼吸仪耗氧量累计曲线的测定绘制，可以判断污水的可生化性，并可确定有毒、有害物质进人生物处理构筑物的允许浓度等。

设备及用具

1．瓦波呼吸仪，主要由以下三部分组成：

（1）恒温水浴，具有三种调节温度的设备，一是电热器，通常装在水槽底部，通以电流后使水温升高；二是恒温调节器，能够自动控制电流的断续，这样就使水槽温度亦能自动控制；三是

电动搅拌器，使水槽中水温迅速达到均匀。 （2）振荡装置。

（3）瓦波呼吸计，由反应瓶和测压管组成，如图3-30示。 反应瓶为一带中心小杯及侧臂的特殊小瓶，容积为25mL，用于污水处理时，宜用 125mL的大反应瓶。

测压管一端与反应瓶相连，并设三通，平时与大气不通，称闭管，另一端与大气相通，称开管，一般测压管总高约300mm，并以150mm的读数为起始高度。

2．离心机。 3．康氏振荡器。

4．BOD5、COD分析测定装置及药品等。 5．定时钟、洗液、玻璃器皿等及电磁搅拌器。

6．羊毛脂或真空脂、皮筋、生理盐水、pH=7的磷酸盐缓冲液，20％KOH溶液。 7．布劳第（Brodie）溶液：NaCl23g和脂胆酸钠5g，溶于500mL蒸馏水中，加少量酸性复红，溶液比重为1.033。

瓦波呼吸仪构造及操作运行方法，分别见《瓦呼仪的使用》（上海师范大学、生物理化技术）及瓦波呼吸仪说明书。 步骤及记录

1．实验用活性污泥悬浮液的制备

（1）取运行中的城市污水处理厂或某一工业污水处理站曝气池内混合液，注人曝气模型内空曝24小时，或放在康氏振荡器上振荡，使活性污泥处于内源呼吸阶段。

（2）取上述活性污泥，在3000r／min的离心机上离心十分钟，倾去上清液，加入生理盐水洗涤，在电磁搅拌器上搅拌均匀后再离心，而后用蒸馏水洗涤，重复上述步骤，共进行三次。

（3）将处理后的污泥用PH＝7的磷酸盐缓冲液稀释，配制成所需浓度的活性污泥悬浊液。

2．底物的制备

反应瓶内反应芮住行所需的底物，应根据实验目的而定。 （1）由现场取样，或根据需要对水样加以处理，或在水样中加入某些成分后，做为底物。 （2）人工配制各种浓度或不同性质的污水作为底物。

本实验是取生活污水，并加入Na2S产配制几种不同含硫浓度的废水，其浓度分别为5mg/L，15mg／L，40mg／L，60mg/L。

3．取清洁干gb反应瓶及在测压管中装好Brodie检压液备用，反应瓶按表3－28加入各种溶液，其中：

A．1，2两套只装人相同容积蒸馏水作温度压力对照，以校正由于大气温度、压力的变化引起的压力降。

B．3，4两套测定内源呼吸量，即在这两个反应瓶中注人活性污泥悬浮液，并加人相同容积的蒸馏水以代替底物，它们的呼吸耗氧量所表示的就是没有底物的内源呼吸耗氧量。 C．另10套除投加活性污泥悬浮液外，可按实验要求分别投加不同的底物。 向反应瓶内投加KOH、底物、污泥

（1）用移液管取0.2mL、20％KOH溶液放入各反应瓶的中心小杯，应特别注意防止KOH溶液进人反应瓶。用滤纸叠成扇状放在中心小杯杯口，以扩大CO。吸收面积，并防止KOH溢出。

（2）按表3-28的要求，将蒸馏水、活性污泥悬浮液，用移液管移人相应的反应瓶内。 （3）按表3-28的要求，将各种底物用移液管移入相应反应瓶的侧臂内。

4．开始实验工作

（1） 将水浴槽内温度调到所需温度并保持恒温。

表3-28 各反应瓶所投加的底物 反应瓶内液体容积 反应瓶编号 蒸馏水 3 2 活性污泥 1 1 1 1 1 1 5 2 底物含S2-（mg/L） 15 2 40 2 60 2 生活污水 2 中央小杯中20%KOH溶液体积(mL) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 溶液总体积(mL) 备注 1.2 3.4 5.6 7.8 9.10 11.12 13.14 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 0.2 温度压力对照 内源呼吸 （2）将上述各反应瓶磨口塞与相应的压力计连接，并用橡皮筋栓好，将各反应瓶侧臂的磨口与相应的玻璃棒塞紧，使反应瓶密封。

（3）将各反应瓶置于恒温水浴槽内，同时打开三通活塞，使测压管的闭管与大气相同。 （4）开动振荡装置约5—15分钟，使反应瓶体系的温度与水浴温度完全一致。 （5）将反应瓶侧臂中底物倾人反应瓶内，注意不要把KOH倒出或把污泥、、底物倒人中心小瓶内。

（6）将各测压管闭管中检压液面调节到刻度150inin处，然后迅速关闭测压管顶部三通使之与大气隔绝。记录各调压管中检压液面读数，此值应在150mm左右，再开启振荡装置，此时即为实验开始时刻。

5．实验开始后每隔一定时间，如0.25，0.5，1.0，2.0，3.0??6.0小时，关闭振荡装置，利用测压管下部的调节螺旋，将闭管中的检压波浪面调至150mm，然后读出开管中检压液液面并记录于表3-29中。

（1）严格地说，在进行读数时，振荡装置应继续工作，但实际上很困难，为避免实验时产生较大的误差，读数应快速进行，或在实验时间中扣除读数时间，记录完毕，即迅速开启振荡开关。

（2）温度及压力修正两套实验装置，应分别在第一个和最后一个读数以修正操作时间的影响。

（3）实验中，待测压管读数降至50mm以下时，需开启闭管顶部王通，使反应瓶空间重新充气，再将闭管液位调至150mm，并记录此时开管液位高度。

（4）读数的时间间隔应按实验的具体要求而定，一般开始时应取较小的时间间隔，如15min，然后逐步延长至30min，1h，甚至2 h，实验延续时间视具体情况而定，一般最好延续到生化呼吸耗氧曲线与内源呼吸耗氧曲线趋于平行时为止。 反应瓶编号 反应瓶常数 反应瓶用途 项目 时间(h) 0.25 K= 温压计 读数h 差值Δh K= 内源呼吸 读数hi’ 差值Δhi’ 实差Δhi 耗氧率Ci K= 底物 读数hi’ 差值Δhi’ 实差Δhi 耗氧 K= 底物含S2-（mg/L） 读数差值Δhi’ 实差Δhi 耗氧率Ci 率Ci hi’ 0.30 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 6．实验停止后，取下反应瓶及测压管，擦净瓶口及磨塞上的羊毛脂，倒去反应瓶中液体。用清水冲洗后，置于肥皂水中煮沸，再用清水冲洗后，以洗液浸泡过夜，洗净后置于55℃烘箱烘干待用。 注意事项

1．瓦波呼吸仪是一种精密贵重仪器，使用前一定要搞清仪器本身构造、操作及注意事从一实验中根为要集中，，一动作要轻、软，以免损坏反应瓶或测压管。 2．反应瓶，测压管的容积均已标好，并有编号，。使用时一定要注意编号、配套，不要搞乱搞混，以免由于容积不准影响实验成果。

3．活性污泥悬浮液的制备，一定要按步骤进行，保证污泥进人内源呼吸期。 4．为了保证实验结果的精确可靠，必要时，可先用一反应瓶进行必要的演练。 成果整理

1．根据实验中记录下的测压管读数（液面高度），计算活性污泥耗氧量。 主要公式为：

（1） ?hi??hi???h （3-38） 式中 ?hi——各测压管计算的检压液而高度变化值mm； ?h—温度压力对照管中检压液液面高度变化值，mm；

?h?其中：

?h1??h2 （3-39）2 ?h1?h2(t2)?h1(t1) （3-40） ?h2?h2(t2)?h2(t1) （3-41）

?hi?——各测压管实测的检压液液面高度变化值，mm。

?hi??hi?(t2)?hi?(t1) （3-42） (2) Xi??Ki??hi （3-43） 或 Xi?1.429Ki??hi （3-44）

式中Xi?——耗氧量，mL、μL；

Xi—一耗氧量，mg；

1.429——氧的容重，g/L；

Ki——各反应瓶的体积常数，已给出，测法及计算见《瓦呼仪的使用》一书。 （3） Ci?Xi (3-45) Si式中 Ci——各反应瓶不同时刻，单位量活性污泥的耗氧量，mg／mg。 Xi——各反应瓶不同时间的耗氧量，mg； Si——各反应瓶中的活性污泥重量，mg。 计算表格见表3－29。

2．以时间为横坐标，C。为纵坐标，绘制内源呼吸线及不同食流污水生化呼吸线，进行比较．分析含硫浓度对生化呼吸过程的影响，及生物处理可允许的合硫浓度。 思考题

1．瓦波呼吸仪的构造、操作步骤、使用注意事项。 2．利用瓦波呼吸仪为何能判定某种污水可生化性？ 3．何为内源呼吸，何为生物耗氧？

3． 利用瓦波呼吸仪还可进行哪些有关实验？

实验六 活性污泥活性测定

在活性污泥法的净化功能中，起主导作用的是活性污泥，活性污泥性能的优劣，对活性污泥系统的净化功能有决定性的作用，活性污泥是由大量微生物凝聚而成，具有很大的表面积，性能优良的活性污泥应具有很强的吸附性能和氧化分解有机污染物的能力。并具有良的沉淀性能，因此，活性污泥的活性即吸附性能、生物降解能力与污泥凝聚沉淀性能。 由于污泥凝聚沉淀性能可由污泥容积指数SV二值和污泥成层沉降的沉速反映。故本节只考虑活性污泥的活性吸附性能与生物降解能力的测定。 一、 吸附性能测定

进行污泥吸附性能的测定，不仅可以判断污泥再生效果，不同运行条件、方式、水质等状况下污泥性能的好坏，还可以选择污水处理运行方式，确定吸附、再生段适宜比值，在科研及生产运行中具有重要的意义。 目的

1．加深理解污水生物处理及吸附再生式曝气池的特点、吸附段与污泥再生段的作用。 2．掌握活性污泥吸附性能测定方法。 原理

任何物质都有一定的吸附性能，活性污泥由于单位体积表面积很大，特别是再生良好的活性污泥具有很强的吸附性能，故此污水与活性污泥接触初期由于吸附作用，而使污水中底物得以大量去除，即所谓初期去除；随着外酶作用，某些被吸附物质经水解后。又进入水中，使污水中底物浓度又有所上升，随后由于微生物对底物的降解作用，污水中底物浓度随时间而逐渐缓慢的降低，整个过程如图3-31所示。

设备及用具

1．有机玻璃搅拌罐二个，如图3-32示。

2．100mL量筒及，杯．三角瓶，秒表、玻璃棒、漏斗等。

3．离心机、水分快速测定仪。

4．COD回流装置或BOD5测定装置。

步骤及记录 1．制取活性污泥 （1）取运行曝气池再生段末端及回流污泥，或普通空气暖气池与氧气曝气池回流污泥，经离心机脱水，倾去上清液。

（2）称取一定重量的污泥（配制罐内混合液浓度MLSS—2～3g／L左右），在烧杯中用待测水搅匀，分别放人搅拌罐内编号，注意两罐内之浓度应保持一致。。

2．取待测定之水。注人搅拌罐内，容积在7—SL左右，同时取原水样测定 COD或BOD5值。

3．打开搅拌开关，同时记录时间，在0．5、1．0、1．5、2．0、3．0、5．0、10、20、40、70min，分别取出200mL左右混合液，并取出一个100mL之混合液。

4．将上述所取水样静沉300in或过滤，取其上清液或滤液，测定其 CQD或 BOD5值等，用100mL混合液测其污泥浓度。

5．记录如表3-30示。

表3-30 BOD5或COD吸附性能测定记录 污泥种类 吸附段 再生段

注意事项 1．因是平行对比实验，故应尽量保证两搅拌罐内污泥浓度的一致和水样的均匀一致性。 2．注意仪器设备的使用，实验中保持两搅拌罐运行条件，尤其是搅拌强度的一致性。

3．由于实验取样间隔时间短，样又多，准备工作要充分，不要弄乱。； 成果整理

以吸附时间为横坐标，以水样BOD5或COD值为纵坐标绘图。 思考题

1．活性污泥吸附性能指何而言，它对污水底物的去除有何影响，试举例说明。

2．影响活性污泥吸附性能的因素有哪些。 3．活性污泥吸附性能测定的意义。

4．试分析、对比吸附段、再生段污泥吸附曲线区别（曲线低点的数值与出现时间）及其原因．

吸 附 时 间(min) 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 10 20 40 70 实验七 曝气充氧实验

曝气是活性污泥系统的一个重要环节，它的作用是向池内充氧，保证微生物生化作用所需之氧，同时保持池内微生物、有机物、溶解氧，即泥、水、气三者的充分混合，为微生物降解创造有利条件。因此了解掌握曝气设备充氧性能，不同污水充氧修正系数a、B值及其测定方法，不仅对工程设计人员、而且对污水处理厂（站）运行管理人员也至关重要。此外，二级生物处理厂（站）中，曝气充氧电耗占全厂动力消耗的60—70％，因而高效省能型曝气设备的研制是当前污水生物处理技术领域面临的一个重要课题。因此本实验是水处理实验中的一个重要项目，一般列为必开实验。 一、曝气设备清水充氧性能测定 目的

1．加深理解曝气充氧的机理及影响因素。

2．了解掌握曝气设备清水充氧性能测定的方法。

3．测定几种不同形式的曝气设备氧的总转移系数KLas，氧利用率η％，动力效率等， 并进行比较。 原理

曝气是人为地通过一些设备加速向水中传递氧的过程，常用的曝气设备分为机械曝气与鼓风曝气两大类，无论哪一种曝气设备，其充氧过程均属传质过程，氧传递机理为双膜理论，如图3-43示在氧传递过程中，阻力主要来自液膜，氧传递基本方程式为：

dc?KLa(CS?C)dt（3-58） 式中

dc——液体中溶解氧浓度变化速率dtmg/L·min；

CS－C——氧传质推动力，mg／L； CS——液膜处饱和溶解氧浓度，mg/L；

C—一液相主体中溶解氧浓度，mg／L；

KLa?DL?A——氧总转移系数；

YL?WDL——液膜中氧分子扩散系数；

YL——液膜厚度

A——气液两相接触面积； W——曝气液体体积。

由于液膜厚度YL和液体流态有关，而且实验中无法测定与计算，同样气液接触面积A的大小也无法测定与计算，故用氧总转移系数KLa代替。

将式（3-58）积分整理后得曝气设备氧总转移系数KLa计算式。 KLa?2.303CS?C0 (3-59) lgt?t0CS?Ct式中 KLa——氧总转移系数。1/min或1/h； t0、t——曝气时间，min；

C0——曝气开始时池内溶解氧浓度，t0＝0时，C0＝0，mg／L； CS——曝气池内液体饱和溶解氧值，mg／L；

Ct——曝气某一时刻t时，池内液体溶解氧浓度，mg／L。

由式中可见，影响氧传递速率KLa的因素很多，除了曝气设备本身结构尺寸，运行条件而外，还与水质水温等有关。为了进行互相比较，以及向设计、使用部门提供产品性能，故产品给出的充氧性能均为清水，标准状态下，即清水（一般多为自来水）一个大气压20℃下的充氧性能。常用指标有氧总转移系数Klas充氧能力Qc、动力效率E和氧利用率η％。 曝气设备充氧性能测定实验，一种是间歇非稳态法，即实验时一池水不进不出，池内溶解氧浓度随时间而变；另一种是连续稳态测定法，即实验时池内连续进出水，池内溶解氧浓度保持不变。目前国内外多用间歇非稳态测定法，即向池内注满所需水后，将待曝气之水以无水亚硫酸钠为脱氧剂，氯化钻为催化剂，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，曝气后每隔一定时间 t取曝气水样，测定水中溶解氧浓度，从而利用上式计算KLa 值，或是以亏氧量（CS－Ct）为纵坐标，在半对数坐标纸上绘图，直线科率即为KLa值。 设备及用具

1．自吸式射流曝气清水充氧设备。见图3-44 1）曝气池：以钢板制成0.8×1.0×4.3m。

2）射流暖气设备。喷嘴d=14 mm，喉管D＝32 mm，喉管长L=2975mm。 3）水循环系统，吸水池、塑料泵。

4）计量装置：转子流量计、压力表、真空表、热球式测风仪。 5）水中溶解氧测定设备，测定方法详见水质分析（碘量法），或用上海第二分析仪器厂的溶解氧测定仪。

6）无水亚硫酸钠、氯化钴、秒表。

2．穿孔管鼓风曝气清水充氧设备。见图3-45。

1）有机玻璃柱：φ150mm（三套）、φ200mm（一套）H＝3.2m。

2）穿孔管布气装置：孔眼40φ0.5mm，与垂直线成45°夹角，两排交错排列。 3）空气压缩机、贮气罐。

3．平板叶轮表面曝气清水充氧实验设备。见图3-46。

1）有机玻璃平板叶轮完全混合式暖气池，电动搅拌机调速器。 2）溶解氧测定仪、记录仪。 步骤及记录

1．自吸式射流曝气设备清水充氧实验步骤：

（1）关闭所有闸门，向曝气池内注人清水（自来水）至小2米，取水样测定水中溶解氧值，

并计算池内溶解氧含量G＝DO×V。

（2）计算投药量：

（a）脱氧剂采用无水亚硫酸钠。

根据 2Na2SO3+O2=2Na2SO4

则每次投药量g=G×8×(1.1～1.5)。1.1～1.5值是为脱氧安全而取的系数。

(b)催化剂采用氯化钻，投加浓度为0.1mg／L，将称得的药剂用温水化开，由池顶倒人池内，约10min后，取水样、测其溶解氧。

（3）当池内水脱氧至零后，打开回水阀门和放气阀门，向吸水池灌水EK。 （4）关闭水泵出水阀门，启动水泵，然后，徐徐打开阀门，至池顶压力表读数为0.15MPa为止。

（5）开启水泵后，由观察孔观察射流器出口处，当有气泡出现时，开始计时，同时每隔1分钟（前3个间隔）和0.5分（后几个间隔）开始取样，连续取15个水样左右。 （6）计量水量、水压、风速（m／s）（进气管d＝32mm）。 （7）观察曝气时喉管内现象和池内现象。 （8）关闭进气管闸门后，记录真空表读数。 （9）关闭水泵出水阀门，停泵。 2．鼓风曝气清水充氧实验步骤：

（1）河柱内注人清水至3．lin处时，测定水中溶解氧值，计算池内溶氧量G=DO·V。 （2）计算投药量。

（3）将称得药剂用温水化开由柱顶倒人柱内，几分钟后，测定水中溶解氧值。

（4）当水中溶解氧为零后，打开空压机，向贮气罐内充气。空压机停止运行后，打开供气阀门，开始曝气，并记录时间；同时每隔一定时间（lmin）取一次样，测定溶解氧值，连续取样10一豆5个；而后，拉长间隔，直至水中溶解氧不再增长（达到饱和）为止；随后，关闭进气阀门。

（5）实验中计量风量、风压、室外温度。并观察曝气时柱内现象。 3．平板叶轮表面曝气清水充氧实验步骤

（1）向池内注满清水，按理论加药量的1.5倍加入脱氧剂及催化剂。

（2）当溶解氧测定仪的指针达到O后，开始启动电机进行曝气，直至池内溶解氧达到稳定值为止。

4．记录

（l）自吸式射流曝气设备清水充氧记录见表3-39。 （2）化学滴定法测定水中溶解氧记录见表3-40。

（3）溶解氧测定仪与记录仪配用的记录，记录纸自记的形式如图3-47。

表3-39自吸式射流曝气清水充氧实验记录 水温 进水压力(Mpa) 瓶号 取样点 曝气池平面尺寸(m2) 池内水深(m) V(mL) 进水流量(m3) 喷嘴直径d(mm) V(mL) 进风量 风速 吼管直径d(mm) 风速 吼管长度L(mm) 取样点 风量 气水比（体积比） 面积比D2/d2 V(ml) 长径比L/D DO(ml) 表3-40水中溶解氧测定记录表 DO(mL) 瓶号 V(mL) Na2S2O3(N= )

注意事项

1．每个实验所用设备、仪器较多，事前必须熟悉设备、仪器的使用方法及注意事项。

2．加药时，将脱氧剂与催化剂用温水化开后，从柱或池顶，均匀加人。

3．无溶解氧测定仪的设备，在曝气初期，取样时间间隔宜短。

4．实测饱和溶解氧值时，一定要在溶解氧值稳定

后进行。

5．水温、风温（送风管内空气温度）宜取开始、中间、结束时实测值的平均值。 [成果整理] 1．参数选用

因清水充氧实验给出的是标准状态下氧总转移系数KLas。，即清水（本次实验用的是自来水）在一个大气压，20℃下的充氧性能，而实验过程中曝气充氧的条件并非是一个大气压，20℃，但这些条件都对充氧性能有影响，故引入了压力、温度修正系数。 （1）温度修正系数

K?1.024 修正后的氧总转移速率为

KLas?K?KLa?1.02420?T20?T (3-60)

?KLa （3-61）

此为经验式，它考虑了水温对水的粘滞性和饱和溶解氧值的影响，国内外大多采用此式，本次实验也以此进行温度修正。 （2）水中饱和溶解氧值的修正

由于水中饱和溶解氧值受其中压力和所含无机盐种类及数量的影响，所以式（3－59）中的饱和溶解氧值最好用实测值，即曝气池内的溶解氧达到稳定时的数值。另外也可以用理

论公式对饱和溶解氧标准值进行修正。 用埃肯费尔德公式进行修正。

PQ P?b?t （3－62）

0.20642式中 Pb——空气释放点处的绝对压力； Pb?Pa?HMPa (3-63) 10?10 Pa——0.1MPa

H——空气释放点距水面高度，m； Qt——空气中氧的克分子百分比；

21(1??%)?100 Qt? (3-64)

79?21(1??%) η％——曝气设备氧的利用率，％。

则式（3－59）中饱和溶解氧值CS应用下式求得：

CSm＝CS·P （3-65） 式中 CSm——清水充氧实验池内经修正后的饱和溶解氧值，mg／L； CS——1个大气压下某温度下氧饱和浓度理论值，mg／L； P——压力修正系数。

有实测饱和溶解氧值用实测值，无实测值可采用理论修正值。 2．氧总转移系数KLas

氧总转移系数KLas是指在单位传质推动力的作用下，在单位时间、向单位曝气液体中所充入的氧量。它的倒数1/KLas单位是时间，表示将满池水从溶解氧为零充到饱和值时所用时间，因此KLas是反映氧传递速率的一个重要指标。

KLas的计算首先是根据实验记录，或溶解氧测定记录仪的记录和式（3-59），按表3-41计算，或者是在半对数坐标纸上，以（CSm－Ct）为纵坐标，以时间t为横坐标绘图求KLa值。

表3－41 氧总转移系数KLa计算表 t-t0(min) Ct(mg/L) CS-Ct(mg/L) CS CS?CtCSlg CS?Ct2.303KLa(min) tga? t?t0 求得KLa值后，利用式（3-61）求得KLas值。 3．充氧能力Qc

充氧能力是反映曝气设备在单位时间内向单位液体中充入的氧量。

Qc＝KLas·CS kg（O2）/h·m3 （3-66）

式中 KLas——氧总转移系数（标准状态）1/h或l/min；

CS——l个大气压，20℃时氧饱和值，CS＝9.17mg／L。

4．动力效率E

Q?W E?ckg(O2)/kW?h (3-67)

N E是指曝气设备每消耗一度电时转移到曝气液体的氧量。由此可见，动力效率将曝气供

氧与所消耗的动力联系在一起，是一个具有经济价值的指标，它的高低将影响到活性污泥处理厂（站）的运行费用。

式中 N——理论功率，即不计管路损失，不计风机和电机的效率，只计算曝气充氧所耗有

用功。

QH N?bb (3-68)

102?3.6式中 Hb——风压，m； Qb——风量，m3／h。 Qb?Qb0Pb0?Tb （3-69）

Pb?Tb0由于供风时计量条件与所用转子流量计标定时的条件相差较大，而要进行如上修正。 式中 Qb0——仪表的刻度流量m3／h；

Pb0——一标定时气体的绝对压力，0.1MPa；

Tb0———标定时气体的绝对温度，293°T Pb——气体的实际绝对压力MPa；

Tb——被测气体的实际绝对温度，273°＋t℃； Qb——修正后的气体实际流量，m3／h。 5．氧的利用率

??Qc?W?100% (3-70)

Q?0.28Qb?Pb?Ta （3-71）

Tb?Pa式中 Q——标准状态下（1atmi、293°T时）的气量。 Q? Qb、Tb、Pb——意义同前； Pa——1atm； Ta——293°T；

0． 28kg/m3——标准状态下一立方米空气中所含氧的重量。 思考题

1．论述曝气在生物处理中的作用。 2．曝气充氧原理及其影响因素是什么？

3．温度修正、压力修正系数的意义如何？如何进行公式推导？

4．曝气设备类型、动力效率、优缺点是什么？ 5．氧总转移系数KLa的意义是什么？怎样计算？

6．曝气设备充氧性能指标为何均是清水？标准状态下的值是多少？ 7．鼓风曝气设备与机械曝气设备充氧性能指标有何不同？ 二、污水充氧修正系数α、β值的测定 目的

l．了解测定α、β值的实验设备、掌握测试方法。

2．进一步加深理解生物处理曝气过程及α、β值在设计选用曝气设备时的意义。 原理

由于氧的转移受到水中溶解有机物、无机物等的影响，造成同一曝气设备在同样曝气条件下清水与污水中氧的转移速率不同，水中氧的饱和浓度不同，而曝气设备充氧性能指标又均为清水中之值，为此引人修正系数α、β值。

?? ??KLaw （3-72） KLaCsw （3-73） CS 式中 KLaw、KLa——在曝气设备相同的条件下，污水和清水中暖气充氧肘氧总转移系数， 1/min或1/h；

Csw、CS——曝气设备向污水中充氧时水中氧的饱和浓度值，同温度下清水中氧饱和浓度理论值，mg／L。

由此可知，α、β的测定实际上就是分别测定同一曝气设备在清水和污水中充氧的氧总转移系数及饱和溶解氧值。

1．对曝气液体内无生物耗氧物质的清水、曝气池的上清液等，曝气池内存在如下关系式，

dc?KLa(CS?C) dtdc?KLaw(Csw?C)?rx （3-74）dt 2．对曝气池混合液曝气充氧时，由于有生物耗氧物质，池内存在如下关系式 式中

dc——曝气液体内溶解氧浓度随时间的变化率； dt KLaw——污水中曝气设备氧总转移系数；

Csw、C——污水中氧饱和浓度及t时刻的氧的浓度； r——单位污泥耗氧速率； x——污泥浓度。

实验采用间歇非稳态方法进行，当水样为污水或曝气池上清液时，在相同条件下按照清水充氧实验方法，分别进行清水与污水充氧实验，求出清水充氧的KLa、CS和污水中充氧的KLaw、Csw，并按式（3-72）、（3-73）求出α、β值。 当水样为曝气池内混合液肘，除在同一条件下先进行数组清水充氧实验，求得曝气设备清水充氧的KLa、CS外，对混合液的实验要利用式（3-74）进行测定。

首先向曝气罐内曝气到池内溶解氧达到稳定后停止曝气，同时开启搅拌装置，此时由于不曝气，故

KLaw?(CS?C)?0 式（374）有如下形式

dc??rx (3-75)dt由于罐内活性污泥不断消耗溶解氧，造成溶解氧值的降低，其变化如图卜48（1）由式 （3-75）可见，直线斜率即为rx值，在内源呼吸期，污泥耗氧速率r值可看为一常量。 当罐内溶解氧值降到DO=1～2mg/L时，再次曝气，并测定罐内溶解氧值随时间的变化，如图3-48（2）所示，将式（3-74）变换后得 C?Csw??以

?dc?1?rx? （3-76） dtK??Law1dc，截距为Csw，如图3-49?rx为横坐标，以C为纵坐标绘图，直线斜率为

KLawdt示。或用数理统计方法进行回归，求解KLaw与Csw值。

设备及用具

实验设备如图3-50示。

1．曝气罐：有机玻璃内径25cm，容积10L，内设工字形布气管，孔径0.75mm，热电偶测温计，搅拌叶片，溶解氧测定仪探头等。

2．仪器控制箱：装有溶解氧测定仪（上海第M分析仪器厂STG－203型）转子流量计，电压表（控制叶片转速），温度表、可控硅电压调整器（控制恒温装置）等。溶解氧记录仪。 3．小型空气压缩机。 步骤及记录 1．方法

采用间歇非稳态的测试法。这是一种较为普遍、简单的实验方法。

2．步骤

2.1 α值测定步骤

（1）自来水、初次沉淀池进水、出水、二次沉淀池出水的测试。

1）预热溶解氧测定仪一小时，调整溶解氧仪零度、满度。 2）向曝气罐内投加待测曝气液体。

3）测定液体溶解氧值并计算投加无水亚硫酸钠和氨化钻的数量，以消除水中溶解氧。 4）调节叶片转速以满足溶解氧探头所需流速，而后开动风机，充氧，由转子流量计调整所需风量。打开记录仪开关。

5）当溶解氧测定仪指针从零点启动，开始计时，至溶解氧达饱和指针稳定不动为止。 （2）曝气池内混和液的测试 1）预热溶解氧测定仪一小时。

2）取生产或实验曝气池内混合液，其中污泥浓度X和停留时间t要尽量与生产运行结果一致，注入曝气柱或罐内，并测定混合液浓度X（g/L）。 3）开动空压机充氧至溶解氧量稳定时，停止供风。 4）在有搅拌的条件下，测混合液污泥耗氧速率r值

5）当溶解氧值下降至1.0～2.0mg/L时，再曝气记录溶解氧随时间变化过程。 2.2 β值的测定

1）预热溶氧仪一小时。 2）加入待测液体。

3）开动风机，曝气至溶解氧达饱和稳定止。 实验记录

本处只给出混合液无溶解氧记录仪时的测试记录，见表3-42，3-43。

表3-42活性污泥耗氧速率表 序 号 1 2 3 4 5 6 时间(min) 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 t 时间(min) 0 1 2 3 4 5 6 柱内DD(mg/L)C1= C2= 池内溶解氧（mg/L） 备注 C2应在1～2mg/L左右 备注 表3-43 曝气充氧记录 序号 1 2 3 4 5 6 7 注意事项

1．认真调试仪器设备，特别是溶解氧测定仪，要定时更换探头内溶解液，使用前定零点及满度。

2．溶解氧测定仪探头的位置对实验影响较大，要保证位置的固定不变，探头应保持与

被测溶液有一定相对流速，一般在20～30cm/s，测试中应避免气池和探头直接接触，引起表针跳动影响读数。

3．应严格控制各项基本实验条件，如水温、搅拌强度、供风风量等，尤其是对比实验 更应严格控制。

4．所取曝气池混合液浓度，应为正常条件（设计或正常运行）下的污泥浓度。 5．罐内液体搅动强度应尽可能与生产池相一致。 成果整理

1．利用清水充氧计算方法，分别计算自来水、初次沉淀池进、出水，二次沉淀池出水的KLa与CS值。

2．计算混合液中曝气时的KLa及Csw值。

（1）以时间t为横坐标，溶解氧值为纵坐标，将关闭风机后罐内溶解氧值与相应时间—一点绘，如图3-48（1）示，直线斜率为rx值。

（2）将再次曝气后，各不同时间t和相应溶解氧值点绘在上图中，如图3-48（2）并用作图法求定曲线上各点C的切线斜率 （3）以?dc值，最少5个点以上。 dt1?dc??rx?为横坐标，以C为纵坐标绘图，直线斜率即为，纵轴截距即为

KLaw?dt?Csw值，如图3-49示。

3．根据清水充氧求得的KLa，CS和各水样充氧求得的KLawCsw值，可求得 ??KLawC ??sw KLaCS 思考题

1．α、β值的测定有何意义？影响α、β的因素有哪些？

2．测定时，为何使用的混合液浓度及它们的停留时间，要与生产池尽量一致？ 3．比较同一曝气池混合液及其混合液的上清液所得的。、产值是否相同？为什么？ 4．有机物为何影响α值，无机盐类为何影响β值？

4． 推流式曝气池内α值沿池长如何变化？

实验八 离子交换软化实验

离子交换软化法在水处理工程中有广泛的应用。强酸性阳离子交换树脂的使用也很普遍。作为水处理工程技术人员应当掌握这种树脂交换容量（即全交换容量）的测定方法并了解软化水装置的操作运行。

一、强酸性阳离子交换树脂交换容量的测定

目的

1．加深对强酸性阳离子交换树脂交换容量的理解。 2．掌握测定强酸性阳离子交换树脂交换容量的方法。 原理

交换容量是交换树脂最重要的性能，它定量地表示树脂交换能力的大小。树脂交换容量在理论上可以从树脂单元结构式粗略地计算出来。以强酸性苯乙烯系阳离于交换树脂为例，其单元结构式为：

单元结构式中共有8个碳原子、8个氢原子、3个氧原子、一个硫原子，其分子量等于8×12.011＋8×1.008＋3×15．9994＋1×32.06＝184.2，只有强酸基因SO3H对中的H遇水电离形成H+离子可以交换，即每184.2g干树脂中只有 1克当量可交换离子。所以，每克干树脂具有可交换离子1/184.2＝0.00543e＝5.43me。扣去交联剂所占份量（按 8％重量计），则强酸干树脂交换容量应为5.43×92/100=4.99me/g。此值与实际测定值差别不大。0.01×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂交换容量规定为≥4.2me/g（干树脂）。 强酸性阳离子交换树脂交换容量测定前需经过预处理，即经过酸碱轮流浸泡，以去除树脂表面的可溶性杂质。测定阳离子交换树脂容量常采用碱滴定法，用酚酞作指示剂，按下式计算交换容量： E?NV me/g（干氢树脂） （3－93）

W?固体含量%式中 N——NaOH标准溶液的当量浓度； V—一NaOH标准溶液的用量，mL； W——样品湿树脂重，g。 [设备及用具]

1．天平 万分之一克精度 1架 2．烘箱 1台 3．干燥器 1个 4．三角烧瓶 250mL 2个 5．秒液管 10mL 2支 步骤及记录

1．强酸性阳离子交换树脂的预处理

取样品约10g以2 N硫酸（或1N盐酸）及 1N NaOH轮流浸泡，即按酸一碱一酸一碱一酸顺序浸泡5次，每次两小时，浸泡液体积约为树脂体积的2～3倍。在酸碱互换时应用200mL无离子水进行洗涤。5次浸泡结束用无离子水洗涤至溶液呈中性。

2．测强酸性阳离于交换树脂团体含量％ 称取双份1.0000g的样品，将其中一份放入105～110℃烘箱中约2小时，烘干至恒重后放入氯化钙干燥器中冷却至室温，称重，记录干燥后的树脂重。 固体含量=干燥后的树脂重 ×100/样品重 3．强酸性阳离子交换树脂交换容量的测定

将一份1.0000g的样品置于250mL三角烧瓶中，投加0.5NNaCl溶液100mL摇动5分钟，放置两小时后加人 l％酚酞指示剂 3滴，用标准0.10000N NaOH溶液进行滴定，至呈微红色15秒钟不退，即为终点。记录NaOH标准溶液的当量浓度及用量。

表3－50强酸性阳离子交换树脂交换容量测定记录 湿树脂样品重W(g) 干燥后的树脂重W1（g） 树脂固体含量(%) NaOH 标准溶液的当量浓度 NaOH标准溶液的用量V (mL) 交换容量me/g干氢树脂 成果整理

1．根据实验测定数据计算树脂固体含量。 2．根据实验测定数据计算树脂交换容量。 思考题

1．测定强酸性阳离子交换树脂的交换容量为何用强碱液NaOH滴定？ 2．写出本实验有关化学反应式。

二、软 化 实 验

目的

1．熟悉顺流再生固定床运行操作过程。 2．加深对钠离子交换基本理论的理解。 原理

当含有钙盐及镁盐的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的Ca2+及Mg2+离子便与树脂中的可交换离子（Na+或H+）交换．使水中Ca2+、Mg2+含量降低或基本全部去除，这个过程叫做水的软化。树脂失效后要进行再生，即把树脂上吸附的钙、镁离子置换出来，代之以新的可交换离子。钠离子交换用食盐（NaCl）再生、氢离子交换用盐酸（HCI）或硫酸（H2SO4）再生。基本反应式如下： 1．钠离子交换： 软化：

再生：

R2Ca?2NaCl?2RNa?CaCl2 (3-96) R2Mg?2NaCl?2RNa?MgCl2 (3-97) 2．氢离子交换： 交换

再生；

钠离子交换的最大优点是不出酸性水，但不能脱碱。本实验采用钠离子交换。 设备及用具

1．软化装置二套，如图3-58，

2．100mL量简1个、秒表1块（控制再生液流量用）；

3．200000钢卷尺1个；

4．测硬度所需用品及测定方法详见水质分析书籍；

5．食盐数百克。 步骤及记录

1．熟悉实验装置，搞清楚每条管路、每个阀门的作用； 2．测原水硬度，测量交换柱内径及树脂层高度； 3．将交换柱内树脂反洗数分钟，反洗流速采用15m八，以去除树脂层的气泡。

4．软化。运行流速采用15m巾，每隔10min测一次水硬度，测两次并进行比较。 5．改变运行流速。流速分别取20、25、30m/h，每个流速下运行5min，测出水硬度。

6．反洗。冲洗水用自来水．反洗流速采用15m/h，反洗时间15min。反洗结束将水放到水面高于树脂表面10cm左右。

7．根据软化装置树脂工作交换容量（e/L），树脂体积（L），顺流再生钠离子交换NaCl耗量(100～120g/e)以及食盐NaCl含量（海盐NaCI含量≥80～93％），计算再生一次所需食盐量。配制浓度10％的食盐再生液。

8．再生。再生流速采用 3～5m/h。调节定量投再生液瓶出水阀门开启度大小以控制再生流速。再生液用毕时，将树脂在盐液中浸泡数分钟。

9．清洗。清洗流速采用15m/h，每5 min测一次出水硬度，有条件还可测氯根，直至出水水质符号要求时为止。清洗时间约需50min。

10．清洗完毕结束实验，交换柱内树脂应浸泡在水中。

表3-51原水硬度及实验有关数据 原水硬度（以CaCO3计）(mg/L) 交换柱内径(cm) 树脂层高度(cm) 树脂名称及型号 表3-52交换实验记录

运行流速(m/h) 15 15 运行流量(L/h) 运行时间(min) 10 10 出水硬度（以CaCO3计(mg/L)） 20 25 30 反洗流速(m/h) 反洗流量(L/h) 再生一次所需浓度10%的食盐再生液（L） 5 5 5 表3-53反洗记录 反洗时间(min) 表3-54再生记录 再生一次所需食盐量(kg) 再生流速(m/h) 再生流量(mL/s) 表3-55清洗记录 清洗流速(m/h) 15 15 15 15 清洗流量(L?h) 清洗历时(min) 5 10 50 出水硬度（以CaCO3计(mg/L)） 注意事项

1．反冲洗时注意流量大小，不要将树脂冲走。 2．再生溶液没有经过过滤器，宜用精制食盐配制。 成果整理

1．绘制不同运行流速与出水硬度关系的变化曲线。 2．绘制不同清洗历时与出水硬度关系的变化曲线。 思考题

1．本实验钠离子交换运行出水硬度是否小于0.05me/L？影响出水硬度的因素有哪些? 2．影响再生剂用量的因素有哪些？再生液浓度过高或过低有何不利？

实验九 活性炭吸附实验

活性炭吸附是目前国内外应用较多的一种水处理工艺，由于活性炭种类多、可去除物质复杂，因此掌握“间歇”法与“连续淤法确定活性炭吸附工艺设计参数的方法，对水处理工程技术人员至关重要。 目的

1．通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作。 2．掌握用“间歇”法、“连续流”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。 原理

活性炭吸附是目前国内外应用较多的一种水处理手段。由于活性炭对水中大部分污染物都有较好的吸附作用，因此活性炭吸附应用于水处理时往往具有出水水质稳定，适用于多种污水的优点。活性炭吸附常用来处理某些工业污水，在有些特殊情况下也用于给水处理。比如当给水水源中含有某些不易去除而且含量较少的污染物时；当某些偏远小居住区尚无自来水厂需临时安装一小型自来水生产装置时，往往使用活性炭吸附装置。但由于活性炭的造价较高，再生过程较复杂，所以活性炭吸附的应用尚具有一定的局限性。

活性炭吸附就是利用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，以达到净化

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