水處理工程實驗項目

1、水處理工程實驗項目清華大學環(huán)境科學與工程系一、必修實驗實驗一：混凝實驗二：自由沉淀實驗三：氣浮實驗四：過濾實驗五：廢水可生化性實驗六：厭氧污泥活性的測試實驗七：污泥過濾脫水二、選擇實驗實驗八：臭氧脫色實驗九：吸附三、演示實驗 虹吸濾池 脈沖澄清池 活性污泥工藝 UASB反應器 膜分離技術實驗一混凝一、實驗目的1、 了解混凝的現(xiàn)象及過程，凈水作用及影響混凝的主要因素；2、 學會求水樣最佳混凝條件（包括投藥量、pH值、水流速度梯度）的基本方法；3、 了解助凝劑對混凝效果的影響。二、實驗原理膠體顆粒帶有一定電荷，它們之間的電斥力是膠體穩(wěn)定性的主要因素。膠體表面的電荷值常用電動電位表示，又稱為Zeta

2、電位。Zeta電位的高低決定了膠體顆粒之間斥力的大小和影響范圍。一般天然水中的膠體顆粒的Zeta電位約在-30mV以上，投加混凝劑之后，只要該電位降到-15mV左右即可得到較好的混凝效果。相反，當Zeta電位降到零，往往不是最佳混凝狀態(tài)。投加混凝劑的多少，直接影響混凝效果。水質是千變萬化的，最佳的投藥量各不相同，必須通過實驗方可確定。在水中投加混凝劑如Al2(SO4)3、FeCl3后，生成的Al(III)、Fe(III)化合物對膠體的脫穩(wěn)效果不僅受投加的劑量、水中膠體顆粒的濃度、水溫的影響，還受水的pH值影響。如果pH值過低（小于4），則混凝劑水解受到限制，其化合物中很少有高分子物質存在，絮凝

3、作用較差。如果pH值過高（大于9-10），它們就會出現(xiàn)溶解現(xiàn)象，生成帶負電荷的絡合離子，也不能很好地發(fā)揮絮凝作用。投加了混凝劑的水中，膠體顆粒脫穩(wěn)后相互聚結，逐漸變成大的絮凝體，這時，水流速度梯度G值的大小起著主要的作用。在混凝攪拌實驗中，水流速度梯度G值可按下式計算：式中：P攪拌功率（J/s）；水的粘度（Pa·s）；V被攪動的水流體積（m3）；本實驗G值可直接由攪拌器顯示板讀出。當單獨使用混凝劑不能取得預期效果時，需投加助凝劑以提高混凝效果。助凝劑通常是高分子物質，作用機理是高分子物質的吸附架橋，它能改善絮凝體結構，促使細小而松散的絮粒變得粗大而結實。三、實驗設備1、 梅宇SC20

4、00-6智能型六聯(lián)攪拌機（附6個1000ml燒杯）；2、 轉速表（用于校正攪拌機的轉速）；3、 ORION 828型pH計；4、 溫度計；5、 HANNA LP2000濁度儀。四、實驗水樣各組自定實驗水樣。水樣參考：自配水（高嶺土懸濁液）、生活污水、河水等。五、實驗藥劑1、 精制硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O溶液；2、 氯化鐵FeCl3·6H2O溶液；3、 聚合氯化鋁Al2(OH)mCl6-mn溶液；4、 聚丙烯酰胺PAM溶液（助凝劑）；5、 濃度為10%的HCl溶液（化學純）；6、 濃度為10%的NaOH溶液（化學純）。本實驗提供較高濃度的混凝劑和助凝劑，各組可根據(jù)

5、自己實驗要求進行稀釋。六、實驗方案1、 觀察礬花：于燒杯中加入一定體積的原水并用玻璃棒慢速攪拌，向燒杯中緩慢投加混凝劑并仔細觀察，直到礬花的出現(xiàn)。2、 實驗水樣千差萬別，對不同的水樣、不同的混凝劑或助凝劑其最佳混凝條件也各不相同。各組可根據(jù)自己的興趣從以下參考實驗方案中進行選擇，也可發(fā)揮創(chuàng)造力自行確定實驗方案。實驗方案參考：（1） 選取某種混凝劑，比較其對不同實驗水樣的混凝效果（2） 選取某種實驗水樣，比較不同混凝劑的混凝效果（3） 選取某種實驗水樣，確定某種混凝劑的最佳投加量（4） 選取某種實驗水樣，確定某種混凝劑的最佳pH值（5） 選取某種實驗水樣和混凝劑投加量，確定助凝劑的最佳投加量（6

6、） 選取某種實驗水樣和混凝劑投加量，確定混凝最佳速度梯度注意事項：1、 混凝一般分慢速攪拌和快速攪拌階段，其攪拌速度和攪拌時間可根據(jù)實驗自行確定；2、 實驗過程中需記錄水樣的名稱及濁度、pH值、溫度等參數(shù)，同時記錄所使用混凝劑或助凝劑的種類和濃度以及混凝時的水流速度梯度等；3、 水樣的濁度應取多次測量的平均值；4、 在最佳pH值實驗中，用來測定pH值的水樣，仍倒入原燒杯中；5、 在測定水的濁度用注射管抽吸上清液時，不要擾動底部沉淀物。同時，各燒杯抽吸的時間間隔應盡量減小。實驗二自由沉淀一、實驗目的1、 觀察沉淀過程，加深對自由沉淀特點、基本概念及沉淀規(guī)律的理解；2、 掌握顆粒自由沉淀實驗的方法

7、，求出沉淀曲線。二、實驗原理濃度較稀的、粒狀顆粒的沉淀屬于自由沉淀，其特點是靜沉過程中顆?；ゲ桓蓴_、等速下沉，其沉速在層流區(qū)符合Stokes公式。由于水中顆粒的復雜性，顆粒粒徑、顆粒比重很難或無法準確地測定，因而沉淀效果、特性無法通過公式求得，而是要通過靜沉實驗確定。由于自由沉淀時顆粒是等速下沉，下沉速度與沉淀高度無關，因而自由沉淀可在一般沉淀柱內進行，但其直徑應足夠大，一般應使D100mm以免顆粒沉淀受柱壁干擾。圖1自由沉淀實驗裝置圖1、沉淀柱 2、水泵 3、水箱 4、支架5、氣體流量計 6、氣體入口 7、排水口 8、取樣口一般來說，自由沉淀實驗可按以下兩個方法進行：（一） 底部取樣法底部取

8、樣法的沉淀效率通過曲線積分求得。設在一水深為H的沉淀柱內進行自由沉淀實驗，如圖1所示。將取樣口設在水深H處，實驗開始時（t=0），整個實驗筒內懸浮物顆粒濃度均為C0。分別在t1、t2、tn時刻取樣，分別測得濃度為C1、C2、Cn。那么，在時間恰好為t1、t2、tn時，沉速為h/t1=u1、h/t2=u2、h/tn=un的顆粒恰好通過取樣口向下沉，相應地這些顆粒在高度H中已不復存在了。記pi=Ci/C0，則1-pi代表時間ti內高度H中完全去除的顆粒百分數(shù)，pj-pk（k>ji）代表沉速位于uj和uk之間的顆粒百分數(shù)，在時間ti內，這部分顆粒的去除百分數(shù)為，當j、k無限接近時，。這樣，在時

9、間ti內，沉淀柱的總沉淀效率。實際操作過程中，可繪出p-u曲線并通過積分求出沉淀效率。（二） 中部取樣法與底部取樣法不同的是，中部取樣法將取樣口設在沉淀柱有效沉淀高度（H）的中部。實驗開始時，沉淀時間為0，此時沉淀柱內懸浮物分布是均勻的，即每個斷面上顆粒的數(shù)量與粒徑的組成相同，懸浮物濃度為C0（mg/l），此時去除率E=0。實驗開始后，懸浮物在筒內的分布變得不均勻。不同沉淀時間ti，顆粒下沉到池底的最小沉淀速度ui相應為。嚴格來說，此時應將實驗筒內有效水深H的全部水樣取出，測量其懸浮物含量，來計算出ti時間內的沉淀效率。但這樣工作量太大，而且每個實驗筒只能求一個沉淀時間的沉淀效率。為了克服上述

10、弊病，又考慮到實驗筒內懸浮物濃度隨水深的變化，所以我們提出的實驗方法是將取樣口裝在H/2處，近似地認為該處水樣的懸浮物濃度代表整個有效水深內懸浮物的平均濃度。我們認為這樣做在工程上的誤差是允許的，而實驗及測定工作也可以大為簡化，在一個實驗筒內就可以多次取樣，完成沉淀曲線的實驗。假設此時取樣點處水樣水樣懸浮物濃度為Ci，則顆粒總去除率。而則反映了ti時未被去除的顆粒（即d<di的顆粒）所占的百分比。三、實驗水樣硅藻土自配水。四、主要實驗設備1、 沉淀實驗筒直徑140mm，工作有效水深（由溢出口下緣到筒底的距離）為2000mm；2、 過濾裝置；3、 懸浮物定量分析所需設備。以SS為評價指標時

11、，定量分析設備包括萬分之一電子天平，帶蓋稱量瓶，干燥器，烘箱等；以懸浮物濁度為衡量指標時，定量分析設備為濁度儀。五、實驗步驟1、 將水樣倒入攪拌筒中，用泵循環(huán)攪拌約5分鐘，使水樣中懸浮物分布均勻；2、 用泵將水樣輸入沉淀實驗筒，在輸入過程中，從筒中取樣兩次，每次約20ml（若以SS為評價指標時，取樣量應提高到100ml并在取樣后準確記下水樣體積）。此水樣的懸浮物濃度即為實驗水樣的原始濃度C0；3、 當廢水升到溢流口，溢流管流出水后，關緊沉淀實驗筒底部閥門，停泵，記下沉淀開始時間。4、 觀察靜置沉淀現(xiàn)象；5、 隔5、10、20、30、45、60、75、90分鐘，從實驗筒底部取樣口及中部取樣口各取

12、樣兩次，每次約20ml（若以SS為評價指標時，取樣量應提高到100ml并在取樣后準確記下水樣體積）。取水樣前要先排出取樣管中的積水約10ml左右，取水樣后測量工作水深的變化；6、 將每一種沉淀時間的兩個水樣作平行實驗，測量其SS值或濁度。水樣SS值的測量步驟如下：用濾紙過濾（濾紙應當是已在烘箱內烘干后稱量過的），過濾后，再把濾紙放入已準確稱量的帶蓋稱量瓶內，在105-110烘箱內烘干后稱量濾紙的增重即為水樣中懸浮物的重量。7、 分別對底部取樣法和中部取樣法計算不同沉淀時間t的水樣中的懸浮物濃度C，沉淀效率E，以及相應的顆粒沉速u，并畫出E-t和E-u的關系曲線。六、對實驗報告的要求1、 提出實

13、驗紀錄及沉淀曲線。2、 分析實驗所得結果，并對底部取樣法和中部取樣法所得結果進行比較。3、 分析不同工作水深的沉淀曲線，如應用到設計沉淀池，需注意什么問題？實驗三氣?。ǜ∵x）一、實驗目的1、 了解氣浮實驗系統(tǒng)設備及構成；2、 通過靜態(tài)實驗考察氣固比對氣浮效果的影響；3、 通過動態(tài)實驗了解氣浮工藝工作過程及操作運行方法。二、實驗設備1、 平流式沉淀池；2、 溶氣水系統(tǒng)：包括尼可泵、溶氣罐、水箱、除油器、截門及流量計、壓力表、減壓釋放器等；3、 水源系統(tǒng)：包括水泵、配水箱、流量計、定量投藥泵、截門等；4、 排水管及排渣槽等；5、 設備系統(tǒng)示意圖及氣浮池構造圖如圖一所示：圖一氣浮工藝流程圖6、 測定

14、懸浮物、pH值、COD等所用儀器設備。三、實驗步驟本實驗用尼可泵取代原有的空壓機，簡化了溶氣水的制作過程，使得實驗更加便于操作。1、在原水箱中加原紙漿（或濃污水），用自來水配成所需水樣（懸浮物約為 mg/L）。同時在投藥瓶中配好混凝劑（1%的硫酸鋁溶液）。2、將氣浮池及溶氣水箱充滿自來水待用。3、開啟尼可泵使回流水和空氣混合后進入溶氣罐，按一定的回流比調節(jié)流量，當壓力水壓力達到約0.26Mpa（即2.6kg/cm2）時，打開釋放器前閥門放溶氣水，然后調節(jié)流量及氣壓使溶氣罐氣壓穩(wěn)定，氣浮池進出水平衡。4、 靜態(tài)氣浮實驗確定最佳投藥量取5個1000ml量筒，加750ml原水樣，按藥量20、40、6

15、0、80、100mg/l加入混凝劑（1%的硫酸鋁溶液），快攪1min，慢攪3min，快速通過溶氣水至1000ml，靜置10min，觀察現(xiàn)象，確定最佳投藥量。5、 調節(jié)投藥量和原水流量，用泵混合后通入氣浮池，用調節(jié)排水量來控制池中水位或溢流排渣。6、 根據(jù)氣浮池體積及進水流量估算出水時間，待穩(wěn)定后取進出水樣測定懸浮物、COD及pH值。四、實驗紀錄、計算及結論1、 實驗紀錄表；2、 計算1） 池體積、上浮速度、停留時間及表面負荷的計算。i. 反應段；ii. 分離段。2） 處理效率計算：COD、懸浮物3、 結論與評價時間表面負荷回流比原污水流量l/h溶氣水流量l/h投藥量mg/Lmg/min空氣量l

16、/h溶氣罐壓力Mpa懸浮物原水mg/L出水mg/L去除效率%COD原水mg/L出水mg/L去除效率%pH值原水出水備注實驗四過濾一、實驗目的1、 熟悉濾池實驗設備和方法；2、 觀察濾池反沖洗的情況：濾料的水力篩分現(xiàn)象，濾料層膨脹與沖洗強度的關系；3、 觀察濾料層的水頭損失與工作時間的關系；4、 探求不同濾料層的水質，以了解大部分的過濾效果是在頂上完成的。二、實驗原理過濾是具有孔隙的物料層截留水中雜質從而使水得到澄清的工藝過程。常用的過濾方式有砂濾、硅藻土涂膜過濾、燒結管微孔過濾、金屬絲編織物過濾等。過濾不僅可以去除水中細小懸浮顆粒雜質，而且細菌病毒及有機物也會隨濁度降低而被去除。為了取得良好的

17、過濾效果，濾料應具有一定級配。三、實驗設備1、 濾池模型2、 濁度儀3、 溫度計、秒表、各種玻璃器皿四、實驗步驟1、 熟悉實驗設備。對照實驗設備，熟悉濾池及相應的管路系統(tǒng)，包括配水設備、加藥裝置、過濾柱、濾池進水閥門及流量計、濾池出水閥門、反沖洗進水閥門及流量計、反沖洗出水閥門、測壓管等。2、 進行濾料層反沖洗膨脹率與反沖洗強度關系的測定。首先標出濾料層原始高度及各相應膨脹率的高度，然后打開反沖洗排水閥，再慢慢開啟反沖洗進水閥，用自來水對濾料層進行反沖洗，量測一定的膨脹率（10，30，40，50，60，70%）時的流量，并測水溫。3、 進行過濾周期運行情況測定。關閉反沖洗進水閥及排水閥，全部打

18、開濾池出水閥，待濾柱中水面下降到測壓管1015cm處時，打開濾池進水閥門，控制流量在 L/h，相應濾速 m/h，加藥量控制在 ml/min，Al2(SO4)3藥液濃度為1%，相應加藥量為 mg/l。約35min后，濾柱中水面達到相對穩(wěn)定，以此時作過濾周期的起點時刻開始測定，測定間隔15min，測定項目為各測壓管水位、進出水濁度、水溫。由于實驗時間有限，過濾周期運行2小時左右即可結束。此時關閉濾池進水閥，濾池出水閥及加藥裝置。4、 進行過濾后的濾柱反沖洗。打開反沖洗排水閥，再開反沖洗進水閥，控制濾池膨脹率為50%，觀察沖洗水混濁度的變化情況。5min后，結束實驗。五、實驗結果及報告1、 實測并繪

19、制實驗設備草圖，注明各部分的主要尺寸。2、 計算并填寫下列表格。3、 繪制過濾時濾料層水頭損失與時間的關系曲線。4、 繪制反沖洗強度與濾料層膨脹率的關系曲線。5、 實驗過程中的心得及存在問題。實驗報告日期：濾池號濾池直徑：96mm斷面面積：濾料：當量直徑：原水及預處理過程：平均水溫：平均濾速：一、濾池反沖洗時間砂層膨脹率觀測值（%）沖洗水流量（L/h）沖洗強度（L/s·m2）沖洗排水水溫（）備注二、經(jīng)混凝預處理的過濾加藥量= mg/L（以Al2(SO4)3計）時間流量ml/min濾速m/h混濁度水位cm進水出水濾池水面濾層A點濾層B點濾層C點濾層D點濾層E點濾池出水實驗五 廢水可生化

20、性一、實驗目的工業(yè)廢水中所含有的有機物，有的不容易被微生物所降解，有的則對微生物有毒害作用。為了合理地選擇廢水處理方法，或是為了確定進入生化處理構筑物的有毒物質容許濃度，都要進行廢水可生化性實驗。鑒定廢水可生化性的方法很多，利用瓦勃氏呼吸儀（簡稱瓦呼儀）測定廢水的生化呼吸線是一種較有效的方法之一。本實驗的目的主要在于：1.熟悉瓦呼儀的基本構造及操作方法；2.理解內源呼吸線及生化呼吸線的基本含義；3.分析不同濃度的含酚廢水的生物降解性及生物毒性。二、實驗原理微生物處于內源呼吸階段時，耗氧的速率基本上恒定不變。微生物與有機物接觸后，其呼吸耗氧的特性反映了有機物被氧化分解的規(guī)律，一般來說，耗氧量大，

21、耗氧速率高，即說明該有機物易被微生物降解，反之亦然。測定不同時間的內源呼吸耗氧量及與有機物接觸后的生化呼吸耗氧量，可得內源呼吸線及生化呼吸線，通過比較即可判定廢水的可生化性。當生化呼吸線位于內源呼吸線之上時說明廢水中的有機物一般是可被微生物氧化分解得；當生化呼吸線與內源呼吸線重合時，則說明有機物可能是不能被微生物降解的，但它對微生物的生命活動尚無抑制作用；當生化呼吸線位于內源呼吸線之下時，則說明有機物對微生物的生命活動產(chǎn)生了明顯的抑制作用。瓦呼儀的工作原理是，在恒溫及不斷攪拌的條件下，使一定量的菌種與廢水在定容的反應瓶中接觸反應，反應產(chǎn)生的CO2用KOH溶液吸收，因此，微生物的耗氧將使反應瓶中

22、氧的分壓降低，測定氧分壓的變化，即可推算出消耗的氧量。三、實驗設備1.瓦呼儀一臺；2.離心機一臺；3.活性污泥培養(yǎng)及馴化裝置一套；4.測酚裝置一套。四、實驗步驟1.活性污泥的培養(yǎng)、馴化及預處理(1) 取已建污水活性污泥或帶菌土壤為菌種，在間竭式培養(yǎng)瓶中以含酚合成廢水為營養(yǎng)、曝氣或攪拌，以培養(yǎng)活性污泥。(2) 每天停止曝氣一小時，沉淀后去除上清液，加入新鮮含酚合成為水，并逐步提高酚的濃度。達到馴化活性污泥的目的。(3) 當活性污泥數(shù)量足夠，且對酚具有相當去除能力后，即認為活性污泥的培養(yǎng)和馴化已告完成。停止投加營養(yǎng)，空曝24小時，使活性污泥處于內源呼吸階段。(4) 取上述活性污泥在3000rpm的

23、離心機上離心十分鐘，傾去上清液，加入蒸餾水洗滌，在電磁攪拌器上攪拌均勻后再離心，反復三次，用pH=7的磷酸鹽緩沖液稀釋，配制成所需濃度的活性污泥懸濁液。因需時間較長，此步驟由教師進行。2.含酚合成廢水的配制按下表配制五種含酚濃度不同的合成廢水（單位為mg/L）：苯酚751504507501500硫酸銨2244130217435K2HPO45103051102NaHCO3751504507501500FeCl310101010103.取清潔干燥的反應瓶及測壓管14套，測壓管中裝好Brodie溶液備用，反應瓶按下表加入各種溶液。反應瓶編號反應瓶內液體體積(ml)中央小杯中10% KOH溶液體積(m

24、l)液體總體積(ml)備注蒸餾水活性污泥懸浮液75mg/L的含酚廢水150mg/L的含酚廢水450mg/L的含酚廢水750mg/L的含酚廢水1500mg/L的含酚廢水1、230.23.2溫度壓力對照3、4210.23.2內源呼吸5、6120.23.27、8120.23.29、10120.23.211、121220.23.213、1412220.23.2在試驗過程中應注意以下事項：(1) 應先向中央小杯加入10%KOH溶液，并將折成皺折狀的濾紙放在杯口，以擴大對CO2的吸收面積，但不得使KOH溢出中央小杯之外。(2) 加入活性污泥懸浮液及合成廢水的動作盡可能迅速，使各反應瓶開始反應的時間不致相差

25、太多。4.在測壓管磨砂接頭上涂上羊毛脂，塞入反應瓶瓶口，以牛皮筋拉緊使之密封，然后放入瓦呼儀的恒溫水槽中(水溫預先調好至20)使測壓管閉管與大氣相通，振搖5分鐘，使之反應瓶內溫度與水浴一致。5.調節(jié)各測壓管閉管中檢壓液的液面至刻度150mm處然后迅速關閉各管頂部的三通，使之與大氣隔斷，記錄各測壓管中檢壓液液面讀數(shù)(此值應在150mm附近)，再開啟瓦呼儀振搖開關，此時刻為呼吸耗氧試驗的開始時刻。6.在開始試驗后的0，0.25，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0小時，關閉援搖開關，調整各測壓管閉管液面至150mm處，并記錄開管液面讀數(shù)，按下表記錄。注意：讀數(shù)及記錄操作應盡可能迅速，作為

26、溫度及壓力對照的1，2兩瓶應分別在第一個及最后一個讀數(shù)，以修正操作時間的影響(即從測壓管2開始讀數(shù)，然后3，4，5最后是測壓管1)。讀數(shù)、記錄全部操作完成后即迅速工啟振搖開關，使試驗繼續(xù)進行，待測壓管讀數(shù)降至50mm以下時，需開啟閉管頂部三通放氣。再將閉管液位調至150mm。并記錄此時開管液位高度。7.停止試驗后，取下反應瓶及測壓管，擦凈瓶口及磨塞上的羊毛脂，倒去反應瓶中液體，用清水沖洗后置于肥皂水中浸泡，再用清水沖洗后以洗液浸泡過夜，洗凈后置于55烘箱內烘干后待用。五、實驗結果的計算與分析1.根據(jù)實驗中記錄下的測壓管讀數(shù)(液面高度)計算耗氧量。主要計算公式為： （1）式中：各測壓管計算的Br

27、odie溶液液面高度變化值mm溫度壓力對照管中Brodie溶液液面高度變化值mm各測壓管實驗的Brodie溶液液面高度變化值mm （2）式中：各反應瓶不同時間的耗氧量分別以微升及微克表示。Ki各反應瓶的體積常數(shù)，由教師事先測得。測定及計算方法從略。1.429氧的容重克/升 （3）式中：Gi各反應瓶不同時刻單位重量活性污泥的耗氧量mg/g Xi見前。 Si各反應瓶中的活性污泥重量 mg2.上述計算宜列表進行。3.以時間為橫坐標，Gi為縱坐標，繪制內源呼吸線及不同含酚濃度合成廢水的生化呼吸線，進行比較分析含酚濃度對生化呼吸過程的影響及生化處理可允許的含酚濃度。六、思考題1.你認為利用瓦呼儀測定廢水

28、可生化性是否可靠?有何局限性?2.你在試驗過程中曾發(fā)現(xiàn)那些異?，F(xiàn)象?試分析其原因及解決辦法。3.了解其他鑒定可生化性的方法。實驗六 厭氧污泥活性的測試 厭氧污泥的活性，實際上是指單位質量的厭氧污泥（以VSS計）在單位時間內最多能產(chǎn)生的甲烷量，或者，是指單位質量的厭氧污泥（以VSS計）在單位時間內最多能去除的有機物（以COD計）。因此，厭氧污泥活性一般可以用兩個參數(shù)測量，即最大比產(chǎn)甲烷速率和最大比COD去除率。二者的定義分別如下：最大比產(chǎn)甲烷速率（）：單位質量的厭氧污泥在單位時間內的最大產(chǎn)甲烷量（mlCH4/gVSS.d）；最大比COD去除速率（Umax.COD）：單位質量的厭氧污泥在單位時間內

29、的最大的COD降解量（gCOD/gVSS.d）。一、實驗原理厭氧生物處理過程中的有機物降解速率或甲烷生成速率可用第五章中提出的相似的Monod公式來描述，即： （1）式中：S基質濃度（gCOD或BOD/L）；t 時間（d）；Umax 最大比基質降解速度（d-1）；X 微生物或污泥濃度（gVSS/L）；Ks 飽和常數(shù)。 （2）式中：VCH4間歇反應開始后的積累甲烷產(chǎn)量（ml）；Yg 基質的甲烷轉化系數(shù)（mlCH4/gCOD）；Vr 間歇反應器的反應區(qū)容積（L）。由（1）、（2）式得： （3）因為厭氧細菌的世代周期一般相對很長，合成量相對較少，在短期內（12天內）可以認為厭氧微生物的生物量不會發(fā)生

30、變化，即上式中的X可以認為是一個常數(shù)；同時，由于在反應初期基質濃度很高，即可以認為S>>Ks，此時式（3）就可以簡化為： （4）或： （5）其中的就是上面提到的厭氧污泥的最大比產(chǎn)甲烷速率。從式（5）可以知道，我們只要能夠通過試驗求得某種污泥的產(chǎn)甲烷速率，就可以得到該種污泥的最大比產(chǎn)甲烷速率，即其活性。從可以進一步推算出衡量厭氧污泥活性的另一個指標最大比COD去除速率（Umax.COD），一般可以有下面的兩種方法：第一，先求出COD對CH4的轉化系數(shù)Yg，再由Yg和計算Umax.COD，即： （6）則： （7）上兩式中：間歇培養(yǎng)結束時的累積甲烷產(chǎn)量（ml）；培養(yǎng)瓶內初始COD濃度（g

31、/L）；標志絕對溫度（273K）；測試時室溫絕對溫度（K）第二，假定在厭氧條件下，約有15%的有機物會被用于合成菌體細胞，剩下的有機物則被轉化為甲烷，又根據(jù)1gCOD在厭氧條件下完全分解理論上能產(chǎn)生350mlCH4，由此得出最大比COD去除速率和最大比產(chǎn)甲烷速率之間的關系如下： （8）二、測試裝置及方法（一）測試裝置厭氧污泥活性的測試可以采用如下的間歇試驗的方法，其裝置如下圖所示。史氏發(fā)酵管恒溫水浴槽錐形瓶厭氧污泥活性測試的間歇試驗裝置圖如圖所示，裝有一定量受試厭氧污泥的100ml錐形反應瓶被放置在可以控溫的恒溫水浴槽內，反應瓶內還裝有被調整到一定濃度的受試的有機物溶液或某種有機廢水，反應瓶用

32、橡膠塞密封并通過細小的乳膠管與25ml史氏發(fā)酵管相連，可以保證反應瓶內所產(chǎn)生的沼氣能夠以小氣泡的形式進入史氏發(fā)酵管內，并在通過濃度為2N的NaOH的NaCl飽和溶液的過程中，沼氣中的CO2、H2S等酸性氣體可以被堿液吸收，而余下的、被計量的氣體可認為是完全是甲烷氣體。（二）試驗條件 （1）溫度：溫度對污泥活性有很大的影響，一般選取中溫（351°C）或常溫（20251°C）進行測試，也可以根據(jù)需要選擇其它溫度；（2）pH值：由于一般認為產(chǎn)甲烷細菌的最佳pH值是在6.87.2的范圍內，而對于普通的厭氧污泥，其pH值范圍可以放寬到6.57.5的范圍，因此，在厭氧污泥活性的測試試驗

33、中一般通過在反應瓶中加入NaHCO3將其pH值調節(jié)到7.0左右；（3）基質濃度及污泥濃度：基質濃度一般設定為5000mgCOD/L，而污泥濃度取37gVSS/L，保證二者的比值約為0.71.6，基質中還必須加入適量的N、P等營養(yǎng)元素，必要時還需要加入微量金屬元素和酵母浸出膏或某些特殊的維生素等，在稀釋時應該用去氧水進行稀釋。（三）測試步驟 （1）首先在錐形瓶容積為100ml處作好標記，再加入濃度為10000mgCOD/L的營養(yǎng)母液50ml，再加入一定量的受試厭氧污泥（保持COD/VSS = 0.71.6），并用去氧水稀釋至100ml； （2）把恒溫水浴槽調至所需要的反應溫度，將錐形瓶、橡膠管、

34、史氏發(fā)酵管等連接好，并利用N2將錐形瓶上部的空氣驅除； （3）將錐形瓶搖勻并放置在水浴槽內開始試驗，一般每小時讀取史氏發(fā)酵管內的產(chǎn)甲烷氣體量一次，每次讀數(shù)后都需要再次將錐形瓶輕輕搖動以使基質與污泥充分接觸以及基質濃度分布均勻，一般整個反應過程共需要約10h，但對于活性較低的污泥可能需要的時間更長； （4）當反應瓶內的污泥不再大量產(chǎn)氣后，即可認為反應基本結束，此時，需要將錐形瓶內的混合液進行離心分離（或過濾）后測量其VSS量；（5）進行數(shù)據(jù)整理，計算出及Umax.COD。（6）一般要求每個試驗需有23個平行樣，以保證試驗結果的可靠性。（四）、測試數(shù)據(jù)的處理 由于間歇反應開始啟動，培養(yǎng)瓶的氣室內存

35、在著空氣（或氮氣）會使反應初期用堿液吸收計量出的甲烷產(chǎn)量讀數(shù)偏高，引起誤差，反應初期進入史氏發(fā)酵管的沼氣中的空氣體積分數(shù)可用下式表示： （9）式中：Ea培養(yǎng)瓶的出氣中，空氣（或N2）的體積分數(shù)； Vg(t)反應開始后到t時的累計出氣量（ml）； Va培養(yǎng)瓶中氣室的容積（ml）。 由（9）式計算可知，當為3.5時，Ea為0.03，即當累計出氣量為氣室容積的3.5倍時，進入史氏發(fā)酵管的氣體中的空氣（或N2）含量只占3%，此時可以認為氣室內的空氣（或N2）已基本排完。實際試驗時，取史氏發(fā)酵管計量的產(chǎn)氣量達氣室容積3.5倍以后的數(shù)據(jù)作為求的計算數(shù)值，便可消除空氣（或N2）的影響。（五）與Umax.CO

36、D的計算040801201602000481216202428反應時間（h)累積甲烷產(chǎn)量(ml)直線段3.5倍Va斜率厭氧污泥活性測試試驗中累積產(chǎn)甲烷量隨時間的變化曲線將厭氧污泥和底物放入培養(yǎng)瓶后，經(jīng)過一定時間的培養(yǎng)，可得如下圖所示的累計甲烷產(chǎn)量（）曲線。一般情況下，在反應的初期，由于反應瓶內的底物濃度相對較高，累積甲烷產(chǎn)量會以較為恒定的速度增加，即產(chǎn)甲烷過程呈零級反應，如圖所示的線性增加的直線段；經(jīng)過一段時間的反應后，反應瓶內的基質濃度由于不斷的被降解而迅速下降，使產(chǎn)甲烷過程不再呈零級反應，在圖中表現(xiàn)為隨時間呈非線性變化。由于我們關心的只是最大比產(chǎn)甲烷速率，因此只需要采用一元線性回歸的方法求

37、出t曲線上的直線段的斜率K，再通過一些計算就可得到受試污泥在試驗條件下的最大比產(chǎn)甲烷速率，還可以根據(jù)上述的公式（7）或公式（8）進一步計算出其最大比COD去除速率Umax.COD。如前所述，應取值為3.5Va以后的數(shù)據(jù)點作為直線段的起點求斜率K。因此，在試驗過程中，可以不必測出整個累積曲線，而只需測出直線段即可，所以一般來說試驗時間共需10h左右。計算中，一般可忽略試驗環(huán)境的大氣壓與標準狀態(tài)下的大氣壓的偏差，并可忽略史氏發(fā)酵管集氣段氣壓與外界大氣壓的偏差（此偏差不超過1.2%）則可用下式近似計算： （10）式中：K累積甲烷產(chǎn)量時間曲線上直線段的斜率（ml CH4/h）。實驗七 污泥過濾脫水一、

38、實驗目的1.通過實驗掌握污泥比阻的測定方法；2.掌握用布氏漏斗試驗選擇混凝劑；3.掌握確定污泥的最佳混凝劑投加量；二、實驗原理污泥比阻是表示污泥過濾特性的綜合性指標，它的物理意義是：單位重量的污泥在一定壓力下過濾時在單位過濾面積上的阻力。求此值的作用是比較不同的污泥(或同一種污泥加入不同量的混劑后)的過濾性能。污泥比阻愈大，過濾性能愈差。過濾時濾液體積V(ml)與推動力P(過濾時的壓強降g/(cm2)，過濾面積F(cm2)，過濾時間t(s)成正比，而與過濾阻力R(cm·S2/ml)，濾液粘度(g/cm2·s)成反比。 (1)過濾阻力包括濾渣阻力Rc和過濾隔層阻力Rg構成。而

39、阻力R隨濾渣層的厚度增加而增大，過濾速度則減少。因此將(1)式改寫成微分形式： (2)由于Rg比Rc相對說較小，為簡化計算，姑且忽略不計。 (3)式中：單位體積污泥的比阻。：濾渣厚度C：獲得單位體積濾液所得的濾渣體積。如以濾渣干重代替濾渣體積，單位重量污泥的比阻代替單位體積污泥的比阻，則(3)式可改寫為： (4)式中：污泥比阻，在CGS制中，其量綱為(s2/g)，在工程單位制中其量綱為(cm/g)。在定壓下，在積分界線由)到t及O到V內對(4)式積分，可得： (5)式(5)說明在定壓下過濾，t/V與V成直線關系，其斜率為： (6) 因此，為求得污泥比阻，需要在實驗條件下求出b及C。b的求法可在

40、定壓下(真空度保持不變)通過測定一系列的tV數(shù)據(jù)，用圖解法求得。C的求法：根據(jù)所設定義： 濾餅干重(g/ml)濾液 (7)式中：Q0：污泥量，ml；Qy：濾液量，ml;Cd:濾餅固體濃度，g/ml根據(jù)液體平衡，有下式成立：Q0=Qy+Qd根據(jù)固體平衡，有下式成立：Q0C0=QyCy+QdCd式中：C0：污泥固體濃度，g/mlCy：濾液固體濃度，g/mlQd：濾餅量，ml?？傻茫捍?7)式，簡化后得： (8)上述求C值的方法，必須量測濾餅的厚度方可求得：但在實驗過程中量測濾餅厚度是很困難的，且不易量準，故改用測濾餅含水比的方法，求C值：濾餅干量(g/ml)濾液式中：C：100g污泥中的干污泥量

41、； C：100g濾餅中的干污泥量。例如污泥含水比97.7%，濾餅含水率為80%一般認為比阻在1091010S2/g的污泥算作難過濾的污泥，比阻在(0.50.9)×109S2/g的污泥算作中等，比阻小于0.4×109S2/g的污泥容易過濾。投加混凝劑可以改善污泥的脫水性能，使污泥的比阻減小。對于無機混凝劑如FeCl3·Al2(SO4)3等投加量，一般為污泥干重的510%高分子混凝劑如聚丙烯酰胺，堿式氯化鋁等，投加量一般為干污泥重的1%”三、實驗設備 污泥比阻測試儀器一套以及相應的污泥濃度測試儀器等。四、實驗步驟1.測定污泥的含水率，求出其固體濃度C0；2.配制FeC

42、l3(10g/l)和Al2(SO4)3(10g/l)混凝劑；3.加入FeCl3混凝劑調節(jié)污泥(每組加一種混凝劑量)，加量分別為干污泥重的0%(不加混凝劑)2%，4%，6%，8%，10%。4.在布氏漏斗上(直徑6580mm)放置濾紙，用水潤濕，貼緊周底。5.開動真空泵，調節(jié)真空壓力，大約比實驗壓力小1/3(實驗時真空壓力采用266mmHg或532mmHg)關掉真空泵。6.加入100ml需實驗的污泥于布氏漏斗中，開動真空泵，調節(jié)真空壓力至實驗壓力；達到此壓力后，開始起動秒表，并記下開始時計量管內的濾液V0。7.間隔一定時間(開始過濾時可每隔10或15秒，濾速減慢后可隔30或60秒)記下計量管內相應

43、的濾液量。8.一直過濾至真空破壞，如真空長時間不破壞，則過濾20分鐘后即可停止。9.關閉閥門取下濾餅放入稱量瓶內烘干稱重。10.稱重后的濾餅于105的烘柜內烘干稱重。11.計算出濾餅的含水比，求出單位體積濾液的固體量C；12.另取加Al2(SO4)3混凝劑的污泥(每組的加量與FeCl3相同)及不加混凝劑的污泥，按實驗步驟211分別進行實驗。試驗過程中應注意以下事項：1.污泥中加混凝劑后應充分混合；2.在整個過濾過程中，真空度應始終保持一致。3.實驗時，抽真空裝置的各個接頭處不應漏氣。五、整理實驗結果1.測定并記錄實驗基本參數(shù)：2.將布氏漏斗實驗所得數(shù)據(jù)按表1記錄并計算。3.以t/V為縱坐標，V

44、為橫坐標作圖，求b。4.根據(jù)原污泥的含水率及濾餅的含水率求出C。5.列表計算比阻值(表2比阻值計算表)6.以比阻為縱坐標混凝劑投加量為橫坐標作圖求出最佳投加量。六、對實驗結果進行分析討論實驗八臭氧脫色一、實驗目的1.了解臭氧制備的工藝流程及裝置；2.測定染色廢水用臭氧脫色的效果；3.考察水力停留時間（HRT）、臭氧投加量對脫色效果的影響；4.掌握臭氧發(fā)生器的操作方法和臭氧用于水處理的實驗方法。二、實驗裝置1.實驗系統(tǒng)：包括制氧機、臭氧發(fā)生器、臭氧投配氣水接觸三部分。實驗流程如圖一所示。1制氧機；2臭氧發(fā)生器；3反應柱；4原水箱；5水泵6液體流量計；7鈦板；8尾氣吸收瓶；9測量瓶；10煤氣表11

45、冷卻水進口；12泄水閥；13出水取樣口；14原水取樣口圖一臭氧脫色實驗流程圖2.流程說明：i. 制氧機：作為產(chǎn)生臭氧的氣源。ii. 臭氧發(fā)生器：其原理及構造見教材。實驗裝置為單管（也可用多管或其他形式）發(fā)生器。iii. 接觸反應柱：供臭氧與水接觸反應用（氣液逆向接觸）。柱外境d=60毫米，內徑d內=50毫米，柱高h=2米。布氣板為微孔擴散板（材料為金屬鈦，孔徑1520微米），使氣泡小而分散。iv. 水箱及水泵，提供實驗水樣。3、 儀器設備i. 在臭氧發(fā)生器上除有測定進氣的流量計及壓力表外，還有供臭氧發(fā)生器的電源控制用的變頻變壓器。ii. 為了控制臭氧的濃度和產(chǎn)量，設有測定臭氧濃度的吸收和滴定裝

46、置（即吸收瓶、煤氣表和化學滴定儀器或臭氧濃度測定儀）。iii. 在接觸反應柱設有轉子流量計，以及測定進氣和尾氣中臭氧濃度的裝置，以了解臭氧的投加量和利用率。iv. 尾氣用KI（或Na2S2O3）進行吸收，以防止污染。三、實驗水樣可用生產(chǎn)裝置的原水樣進行實驗，也可用染料廢水與自來水配制成一種或多種不同色度的水樣進行實驗。四、實驗步驟1.熟悉裝置流程、儀器設備和管路系統(tǒng)，并檢查連接是否完好。2.開啟電源，開啟制氧機開關，將制氧機出口氣體流量為 L/min，此時出口壓力為 MPa。3.通臭氧發(fā)生器的冷卻用水。4.水保護和氣體保護警示燈熄滅后，開啟臭氧發(fā)生器啟動開關。5.將變頻變壓器分別調到50V、7

47、5V、100V、125V、150V和175V，測定臭氧濃度，并繪出電壓與臭氧濃度關系曲線。6.將配好的水樣用水泵打入水箱并進入反應柱內，打開反應柱的排水閥門，使柱內維持 m水柱高度，控制流量在 L/h，即停留時間為 min。7.調節(jié)變頻變壓器，穩(wěn)定后使接觸反應柱內脫色高度約為水柱高度的一半。此時變頻變壓器電壓為 V，計算臭氧濃度為 mg/L，臭氧投加量為 mgO3/L水，并測定進水和出水色度、進柱臭氧和柱頂尾氣臭氧濃度。8.維持氣體流量和臭氧投加量不變，改變（增加和減少各一次）停留時間到 min，此時進水流量為 L/h，計算臭氧濃度為 mg/L，計算變頻電壓器電壓為 V，觀察脫色效果并并測定進

48、水和出水色度、進柱臭氧和柱頂尾氣臭氧濃度。9.實驗完畢后，首先停發(fā)生器的電源（先降壓、再停電），然后停冷卻水，最后再停氣源，并關閉有關閥門。五、實驗報告要求1.畫出實驗裝置流程圖，填好實驗紀錄表。2.綜合實驗結果，整理實驗紀錄，對水處理效果從水深、接觸時間、投加量、臭氧濃度進行綜合評價，提出最佳設計參數(shù)。3.提出實驗改進意見、建議。六、實驗紀錄參考格式染色廢水臭氧脫色實驗紀錄及匯總表反應柱內徑D=50mm水樣編號染料品種或名稱柱內水深（m）接觸時間（min）進水流量（L/h）進氣流量（L/h）標準狀態(tài)QN流量計表示Q表臭氧投加量（mg/L水）計算投加實際投加脫色消耗變頻電壓器電壓（V）臭氧濃度

49、（mg/L）計算濃度實測濃度尾氣濃度水質紀錄（mg/L）進水濃度出水濃度去除率（%）臭氧利用率（%）七、注意事項做本實驗，首先要注意安全，尤其高壓電800020000V很危險。要防止臭氧污染。而且本實驗使用的設備裝置很多。因此必須做到：1.實驗前熟悉講義內容和實驗裝置，不清楚時，不許亂動。2.通電后，制氧機和臭氧發(fā)生器后蓋不準打開。3.尾氣需用KI（或Na2S2O3）進行吸收。若泄漏的臭氧濃度過高，要停機檢查，防止對人體產(chǎn)生危害。4.實驗過程中各崗位的人不許離開，密切配合，并隨時注意各處運行情況。若有某處發(fā)生問題，不要慌亂，首先停發(fā)生器的電源，然后再做其他處理。附 錄一、臭氧濃度的測定和計算1、 方法原理：一般采用化學碘量法。利用臭氧與碘化鉀的氧化還原反應，置換出與臭氧等當量的碘。再用硫代硫酸