四、水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)項(xiàng)目設(shè)置

1、四、水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)項(xiàng)目設(shè)置開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括基礎(chǔ)型、提高性、研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目占實(shí)驗(yàn)總數(shù)的50%左右，共8項(xiàng)。其中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)包括：顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)包括活性炭吸附試驗(yàn)、離子交換軟化實(shí)驗(yàn)、曝氣設(shè)備充氧能力測定、混凝實(shí)驗(yàn)、過濾實(shí)驗(yàn)、污泥比阻測定實(shí)驗(yàn)、污泥沉降比和污泥指數(shù)測定實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)處理項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。提高性實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目占實(shí)驗(yàn)總數(shù)的30%左右，共3項(xiàng)。包括膜法水處理實(shí)驗(yàn)、食品廢水中酵母的分離培養(yǎng)與核酸提取、有機(jī)廢水處理好氧優(yōu)勢菌的分離、純化及屬的鑒定。研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目占實(shí)驗(yàn)總數(shù)的20%左右，共2項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為污水厭氧處理實(shí)驗(yàn)、完全混合生化反應(yīng)

2、器處理校園生活污水，設(shè)計(jì)多種工藝路線處理生活污水。詳細(xì)見表4-1。表4-1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一覽表實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一覽表序號實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）項(xiàng)目名稱項(xiàng)目類型計(jì)劃課時(shí)備注1活性炭吸附實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性2必做2離子交換軟化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性2必做3曝氣設(shè)備充氧能力測定實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性2必做4混凝實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性2必做5顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性2必做6過濾實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性2必做7污泥比阻測定實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性2必做8污泥沉降比和污泥指數(shù)（SVI）的測定實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性2必做9膜法水處理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性2必做10食品廢水中酵母的分離培養(yǎng)與核酸提取設(shè)計(jì)性2選做11有機(jī)廢水處理好氧優(yōu)勢菌的分離、純化及屬的鑒定設(shè)計(jì)性4必做12污水厭氧處理實(shí)驗(yàn)研究創(chuàng)新性2選做13完全混合生化反應(yīng)器處

3、理校園生活污水研究創(chuàng)新性4必做合計(jì)30實(shí)驗(yàn)一 活性炭吸附實(shí)驗(yàn) 活性炭吸附是目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的一種水處理工藝，由于活性炭種類多、可去除物質(zhì)復(fù)雜，因此掌握“間歇”法與“連續(xù)淤法確定活性炭吸附工藝設(shè)計(jì)參數(shù)的方法，對水處理工程技術(shù)人員至關(guān)重要。 目的 1通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解活性炭的吸附工藝及性能，并熟悉整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的操作。 2掌握用“間歇”法、“連續(xù)流”法確定活性炭處理污水的設(shè)計(jì)參數(shù)的方法。 原理 活性炭吸附是目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的一種水處理手段。由于活性炭對水中大部分污染物都有較好的吸附作用，因此活性炭吸附應(yīng)用于水處理時(shí)往往具有出水水質(zhì)穩(wěn)定，適用于多種污水的優(yōu)點(diǎn)?；钚蕴课匠Ｓ脕硖幚砟承┕I(yè)污水，在有

4、些特殊情況下也用于給水處理。比如當(dāng)給水水源中含有某些不易去除而且含量較少的污染物時(shí)；當(dāng)某些偏遠(yuǎn)小居住區(qū)尚無自來水廠需臨時(shí)安裝一小型自來水生產(chǎn)裝置時(shí)，往往使用活性炭吸附裝置。但由于活性炭的造價(jià)較高，再生過程較復(fù)雜，所以活性炭吸附的應(yīng)用尚具有一定的局限性。 活性炭吸附就是利用活性炭的固體表面對水中一種或多種物質(zhì)的吸附作用，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的?；钚蕴康奈阶饔卯a(chǎn)生于兩個(gè)方面，一是由于活性炭內(nèi)部分子在各個(gè)方向都受著同等大小的力而在表面的分子則受到不平衡的力，這就使其它分子吸附于其表面上，此為物理吸附；另一個(gè)是由于活性炭與被吸附物質(zhì)之間的化學(xué)作用，此為化學(xué)吸附。活性炭的吸附是上述二種吸附綜合作用的結(jié)果

5、。當(dāng)活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等時(shí)，即單位時(shí)間內(nèi)活性炭吸附的數(shù)量等于解吸的數(shù)量時(shí)，此時(shí)被吸附物質(zhì)在溶液中的濃度和在活性炭表面的濃度均不再變化，而達(dá)到了平衡，此時(shí)的動(dòng)平衡稱為活性炭吸附平衡，而此時(shí)被吸附物質(zhì)在溶液中的濃度稱為平衡濃度?；钚蕴康奈侥芰σ晕搅縬表示。 (3-105)式中 q活性炭吸附量，即單位重量的吸附劑所吸附的物質(zhì)重，g/g； V污水體積，L； C0、C分別為吸附前原水及吸附平衡時(shí)污水中的物質(zhì)濃度，g/L； X被吸附物質(zhì)重量，g； M活性炭投加量，g； 在溫度一定的條件下；活性炭的吸附量隨被吸附物質(zhì)平衡濃度的提高而提高，兩者之間的變化曲線稱為吸附等溫線，通常用費(fèi)蘭德利

6、希經(jīng)驗(yàn)式加以表達(dá)。 （3-106）式中q活供發(fā)吸附量，g/g； C被吸附物質(zhì)平衡濃度g/L； K、h一一是與溶液的溫度，pH值以及吸附劑和被吸附物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。K、h值求法如下：通過間歇式活性炭吸附實(shí)驗(yàn)測得q、C一一相應(yīng)之值，將式（3-106）取對數(shù)后變?yōu)橄率剑?（3-107）將q、C相宜值點(diǎn)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，所的直線的斜率為截距則為k。如圖（3-69）所示。由于間歇式靜態(tài)吸附法處理能力低、設(shè)備多，故在工程中多采用連續(xù)流活性炭吸附法，即活性炭動(dòng)態(tài)吸附法。采用連續(xù)流方式的活性炭層吸附性能可用勃哈特（Bohart）和亞當(dāng)斯(Adams)所提出的關(guān)系式來表達(dá)。 （3-108） （3-109）

7、式中 t工作時(shí)間，h；V流速，m/h；D活性炭層厚度，m；K速度常數(shù)，L/mg·h；N0吸附容量、即達(dá)到飽和時(shí)被吸附物質(zhì)的吸附量，mg/L；C0進(jìn)水中被吸附物質(zhì)濃度，mg/L；CB允許出水溶質(zhì)濃度，mg/L。當(dāng)工作時(shí)間t=0時(shí)，能使出水濃度小于CB的炭層理論深度稱為活性炭層的臨界深度，其值由上式t=0推出 （3-110）炭柱的吸附容量（N）和速度常數(shù)（K），可通過連續(xù)流活性炭吸附實(shí)驗(yàn)并利用式（3-109）tD線形關(guān)系回歸或作圖法求出。設(shè)備及用具1 間歇式活性炭吸附實(shí)驗(yàn)裝置如圖3-67所示；2 連續(xù)流活性炭吸附實(shí)驗(yàn)裝置如圖3-68所示；3 間歇與連續(xù)流實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備及用具： （1）康氏振

8、蕩器一臺。 （2）500mL三角燒杯6個(gè)； （3）烘箱； （4）COD、SS等測定分析裝置，玻璃器皿、濾紙等。 （5）有機(jī)玻璃炭柱d2030mm，H1.0m； （6）活性炭； （7）配水及投配系統(tǒng)。 步驟及記錄 1間歇式活性炭吸附實(shí)驗(yàn) （1）將某污水用濾布過濾，去除水中懸浮物，或自配污水，測定該污水的 COD、pH、SS等值。 （2）將活性炭放在蒸餾水中浸24小時(shí)，然后放在105烘箱內(nèi)烘至恒重，再將烘干后的活性炭壓碎，使其成為能通過200目以下篩孔的粉狀炭。因?yàn)榱罨钚蕴恳_(dá)到吸附平衡耗時(shí)太長，往往需數(shù)日或數(shù)周，為了使實(shí)驗(yàn)?zāi)茉诙虝r(shí)間內(nèi)結(jié)束，所以多用粉狀炭。 （3）在六個(gè)500mL的三角燒瓶中分

9、別投加0、100、200、300、4D0、500mg粉狀活性炭。 （4）在每個(gè)三角燒瓶中投加同體積的過濾后的污水，使每個(gè)燒瓶中的 COD濃度與活性炭濃度的比值在0.055.0之間（沒有投加活性炭的燒瓶除外）。（5）測定水溫，將三角燒瓶放在振蕩器上振蕩，當(dāng)達(dá)到吸附平衡（時(shí)間延至濾出液的有機(jī)物濃度COD值不再改變）時(shí)即可停止振蕩。（振蕩時(shí)間一般為30min以上）。（6）過濾各三角燒瓶中的污水，測定其剩余COD值，求出吸附量x。實(shí)驗(yàn)記錄如表3-66示。 表3-66 活性發(fā)間歇吸附實(shí)驗(yàn)記錄 序號原污水出水污水體積(mL)或(L)活性炭投加量(mg)或(g)COD去除率(%)備注COD(mg/L)PH值

10、水溫SS(mg/L)COD(mg/L)pHSS(mg/L)2連續(xù)流活性炭吸附實(shí)驗(yàn) （1）將某污水過濾或配制一種污水，測定該污水的COD、pH、SS、水溫等各項(xiàng)指標(biāo)并記人表3-67。 （2）在內(nèi)徑為2030mm，高為1000mm的有機(jī)玻璃管或玻璃管中裝人500750mm高的經(jīng)水洗烘干后的活性炭。表3-67連續(xù)流炭柱吸附實(shí)驗(yàn)記錄 原水COD濃度(mg/L) 允許出水濃度CB(mg/L)=水溫T()= pH = SS= (mg/L)進(jìn)流率q(m3/m2·h)= 濾 速V(m/h)=炭柱厚D1= D2= D3=工作時(shí)間出水水質(zhì)t(h)柱1柱2柱3(3）以每分鐘40mL200mL的流量（具體可

11、參考水質(zhì)條件而定），按升流或降流的方式運(yùn)行（運(yùn)行時(shí)炭層中不應(yīng)有空氣氣泡）。本實(shí)驗(yàn)裝置為降流式。實(shí)驗(yàn)至少要用三種以上的不同流速V進(jìn)行。 （4）在每一流速運(yùn)行穩(wěn)定后，每隔1030min由各炭柱取樣，測定出水COD值，至出水中COD濃度達(dá)到進(jìn)水中COD濃度的0.90.95為止。并將結(jié)果記于表3-67中。 成果整理 1間歇式活性炭吸附實(shí)驗(yàn) （1）按表3-66記錄的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。 （2）按（3-105）式計(jì)算吸附量q。（3）利用qc相應(yīng)數(shù)據(jù)和式（3-106），經(jīng)回歸分析求出K、n值或利用作圖法，將C和相應(yīng)的q值在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪制出吸附等溫線，直線斜率為、截距為K.。值越小活性炭吸附性能越好，一般認(rèn)

12、為當(dāng)=0.10.5時(shí)，水中欲去除雜質(zhì)易被吸附；>2時(shí)難于吸附。當(dāng)較小時(shí)多采用間歇式活性炭吸附操作；當(dāng)較大時(shí)，最好采用連續(xù)式活性炭吸附操作。 2連續(xù)流活性炭吸附實(shí)驗(yàn) （1）求各流速下K、N0值 1）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表3-67，并根據(jù)tC關(guān)系確定當(dāng)出水溶質(zhì)濃度等于CB時(shí)各柱的工作時(shí)間t1、t2、t3。2）根據(jù)式（3-109）以時(shí)間ti為縱坐標(biāo)，以炭層厚Dt為橫坐標(biāo)，點(diǎn)繪t、D值，直線截距為 斜率為N0/C0·V。如圖3-70示。 3）將已知C0、CB、V等值代人，求出流速常數(shù)K和吸附常量N0值。4）根據(jù)式（3-110）求出每一流速下炭層臨界深度值D0值。5）按表（3-68）給出各濾速

13、下炭吸附設(shè)計(jì)參數(shù)K、D0、N0值，或繪制成如圖3-71所示的圖，以供活性炭吸附設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)參考。表3-68活性炭吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果 流速V(m/h)N0(mg/L)K(L/mg·h)D0(m)思考題1 吸附等溫線有什么現(xiàn)實(shí)意義，作吸附等溫線時(shí)為什么要用粉狀炭？2 連續(xù)流的升流式和降流式運(yùn)動(dòng)方式各有什么缺點(diǎn)？實(shí)驗(yàn)二 離子交換軟化實(shí)驗(yàn)離子交換軟化法在水處理工程中有廣泛的應(yīng)用。強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的使用也很普遍。作為水處理工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)掌握這種樹脂交換容量（即全交換容量）的測定方法并了解軟化水裝置的操作運(yùn)行。一、強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂交換容量的測定 目的 1加深對強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂交換容量的理解

14、。 2掌握測定強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂交換容量的方法。 原理 交換容量是交換樹脂最重要的性能，它定量地表示樹脂交換能力的大小。樹脂交換容量在理論上可以從樹脂單元結(jié)構(gòu)式粗略地計(jì)算出來。以強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離于交換樹脂為例，其單元結(jié)構(gòu)式為： 單元結(jié)構(gòu)式中共有8個(gè)碳原子、8個(gè)氫原子、3個(gè)氧原子、一個(gè)硫原子，其分子量等于8×12.0118×1.0083×1599941×32.06184.2，只有強(qiáng)酸基因SO3H對中的H遇水電離形成H+離子可以交換，即每184.2g干樹脂中只有 1克當(dāng)量可交換離子。所以，每克干樹脂具有可交換離子1/184.20.00543e5.43me

15、。扣去交聯(lián)劑所占份量（按 8重量計(jì)），則強(qiáng)酸干樹脂交換容量應(yīng)為5.43×92/100=4.99me/g。此值與實(shí)際測定值差別不大。0.01×7強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂交換容量規(guī)定為4.2me/g（干樹脂）。 強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂交換容量測定前需經(jīng)過預(yù)處理，即經(jīng)過酸堿輪流浸泡，以去除樹脂表面的可溶性雜質(zhì)。測定陽離子交換樹脂容量常采用堿滴定法，用酚酞作指示劑，按下式計(jì)算交換容量： （干氫樹脂） （393）式中 NNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的當(dāng)量濃度； V一NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，mL； W樣品濕樹脂重，g。 設(shè)備及用具 1天平 萬分之一克精度 1架 2烘箱 1臺 3干燥器 1個(gè) 4三

16、角燒瓶 250mL 2個(gè) 5秒液管 10mL 2支 步驟及記錄 1強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的預(yù)處理取樣品約10g以2 N硫酸（或1N鹽酸）及 1N NaOH輪流浸泡，即按酸一堿一酸一堿一酸順序浸泡5次，每次兩小時(shí)，浸泡液體積約為樹脂體積的23倍。在酸堿互換時(shí)應(yīng)用200mL無離子水進(jìn)行洗滌。5次浸泡結(jié)束用無離子水洗滌至溶液呈中性。2測強(qiáng)酸性陽離于交換樹脂團(tuán)體含量稱取雙份1.0000g的樣品，將其中一份放入105110烘箱中約2小時(shí)，烘干至恒重后放入氯化鈣干燥器中冷卻至室溫，稱重，記錄干燥后的樹脂重。 固體含量=干燥后的樹脂重 ×100/樣品重 3強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂交換容量的測定 將一份1

17、.0000g的樣品置于250mL三角燒瓶中，投加0.5NNaCl溶液100mL搖動(dòng)5分鐘，放置兩小時(shí)后加人 l酚酞指示劑 3滴，用標(biāo)準(zhǔn)0.10000N NaOH溶液進(jìn)行滴定，至呈微紅色15秒鐘不退，即為終點(diǎn)。記錄NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的當(dāng)量濃度及用量。 表350強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂交換容量測定記錄 濕樹脂樣品重W(g)干燥后的樹脂重W1（g）樹脂固體含量(%)NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液的當(dāng)量濃度NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量V (mL)交換容量me/g干氫樹脂成果整理 1根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定數(shù)據(jù)計(jì)算樹脂固體含量。 2根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定數(shù)據(jù)計(jì)算樹脂交換容量。 思考題 1測定強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的交換容量為何用強(qiáng)堿液NaOH滴定？

18、2寫出本實(shí)驗(yàn)有關(guān)化學(xué)反應(yīng)式。二、軟 化 實(shí) 驗(yàn)?zāi)康?1熟悉順流再生固定床運(yùn)行操作過程。 2加深對鈉離子交換基本理論的理解。 原理 當(dāng)含有鈣鹽及鎂鹽的水通過裝有陽離子交換樹脂的交換器時(shí)，水中的Ca2+及Mg2+離子便與樹脂中的可交換離子（Na+或H+）交換使水中Ca2+、Mg2+含量降低或基本全部去除，這個(gè)過程叫做水的軟化。樹脂失效后要進(jìn)行再生，即把樹脂上吸附的鈣、鎂離子置換出來，代之以新的可交換離子。鈉離子交換用食鹽（NaCl）再生、氫離子交換用鹽酸（HCI）或硫酸（H2SO4）再生?；痉磻?yīng)式如下： 1鈉離子交換： 軟化： 再生： (3-96) (3-97) 2氫離子交換： 交換 再生； 鈉

19、離子交換的最大優(yōu)點(diǎn)是不出酸性水，但不能脫堿。本實(shí)驗(yàn)采用鈉離子交換。 設(shè)備及用具 1軟化裝置二套，如圖3-58， 2100mL量簡1個(gè)、秒表1塊（控制再生液流量用）； 3200000鋼卷尺1個(gè)；4測硬度所需用品及測定方法詳見水質(zhì)分析書籍； 5食鹽數(shù)百克。 步驟及記錄 1熟悉實(shí)驗(yàn)裝置，搞清楚每條管路、每個(gè)閥門的作用； 2測原水硬度，測量交換柱內(nèi)徑及樹脂層高度； 3將交換柱內(nèi)樹脂反洗數(shù)分鐘，反洗流速采用15m八，以去除樹脂層的氣泡。 4軟化。運(yùn)行流速采用15m巾，每隔10min測一次水硬度，測兩次并進(jìn)行比較。 5改變運(yùn)行流速。流速分別取20、25、30m/h，每個(gè)流速下運(yùn)行5min，測出水硬度。6反

20、洗。沖洗水用自來水反洗流速采用15m/h，反洗時(shí)間15min。反洗結(jié)束將水放到水面高于樹脂表面10cm左右。 7根據(jù)軟化裝置樹脂工作交換容量（e/L），樹脂體積（L），順流再生鈉離子交換NaCl耗量(100120g/e)以及食鹽NaCl含量（海鹽NaCI含量8093），計(jì)算再生一次所需食鹽量。配制濃度10的食鹽再生液。 8再生。再生流速采用 35m/h。調(diào)節(jié)定量投再生液瓶出水閥門開啟度大小以控制再生流速。再生液用畢時(shí)，將樹脂在鹽液中浸泡數(shù)分鐘。9清洗。清洗流速采用15m/h，每5 min測一次出水硬度，有條件還可測氯根，直至出水水質(zhì)符號要求時(shí)為止。清洗時(shí)間約需50min。10清洗完畢結(jié)束實(shí)驗(yàn)，

21、交換柱內(nèi)樹脂應(yīng)浸泡在水中。表3-51原水硬度及實(shí)驗(yàn)有關(guān)數(shù)據(jù) 原水硬度（以CaCO3計(jì)）(mg/L)交換柱內(nèi)徑(cm)樹脂層高度(cm)樹脂名稱及型號表3-52交換實(shí)驗(yàn)記錄 運(yùn)行流速(m/h)運(yùn)行流量(L/h)運(yùn)行時(shí)間(min)出水硬度（以CaCO3計(jì)(mg/L)）15152025301010555表3-53反洗記錄 反洗流速(m/h)反洗流量(L/h)反洗時(shí)間(min)表3-54再生記錄 再生一次所需食鹽量(kg)再生一次所需濃度10%的食鹽再生液（L）再生流速(m/h)再生流量(mL/s)表3-55清洗記錄 清洗流速(m/h)清洗流量(L?h)清洗歷時(shí)(min)出水硬度（以CaCO3計(jì)(mg

22、/L)）151515 1551050注意事項(xiàng)1反沖洗時(shí)注意流量大小，不要將樹脂沖走。2再生溶液沒有經(jīng)過過濾器，宜用精制食鹽配制。成果整理1繪制不同運(yùn)行流速與出水硬度關(guān)系的變化曲線。2繪制不同清洗歷時(shí)與出水硬度關(guān)系的變化曲線。思考題1本實(shí)驗(yàn)鈉離子交換運(yùn)行出水硬度是否小于0.05me/L？影響出水硬度的因素有哪些?2影響再生劑用量的因素有哪些？再生液濃度過高或過低有何不利？實(shí)驗(yàn)三 曝氣設(shè)備充氧能力測定實(shí)驗(yàn)曝氣是活性污泥系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它的作用是向池內(nèi)充氧，保證微生物生化作用所需之氧，同時(shí)保持池內(nèi)微生物、有機(jī)物、溶解氧，即泥、水、氣三者的充分混合，為微生物降解創(chuàng)造有利條件。因此了解掌握曝氣設(shè)備充

23、氧性能，不同污水充氧修正系數(shù)a、B值及其測定方法，不僅對工程設(shè)計(jì)人員、而且對污水處理廠（站）運(yùn)行管理人員也至關(guān)重要。此外，二級生物處理廠（站）中，曝氣充氧電耗占全廠動(dòng)力消耗的6070，因而高效省能型曝氣設(shè)備的研制是當(dāng)前污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域面臨的一個(gè)重要課題。因此本實(shí)驗(yàn)是水處理實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要項(xiàng)目，一般列為必開實(shí)驗(yàn)。一、曝氣設(shè)備清水充氧性能測定 目的 1加深理解曝氣充氧的機(jī)理及影響因素。 2了解掌握曝氣設(shè)備清水充氧性能測定的方法。 3測定幾種不同形式的曝氣設(shè)備氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLas，氧利用率，動(dòng)力效率等，并進(jìn)行比較。 原理 曝氣是人為地通過一些設(shè)備加速向水中傳遞氧的過程，常用的曝氣設(shè)備分為機(jī)械曝

24、氣與鼓風(fēng)曝氣兩大類，無論哪一種曝氣設(shè)備，其充氧過程均屬傳質(zhì)過程，氧傳遞機(jī)理為雙膜理論，如圖3-43示在氧傳遞過程中，阻力主要來自液膜，氧傳遞基本方程式為： （3-58）式中 液體中溶解氧濃度變化速率mg/L·min； CSC氧傳質(zhì)推動(dòng)力，mgL； CS液膜處飽和溶解氧濃度，mg/L；C一液相主體中溶解氧濃度，mgL；氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；DL液膜中氧分子擴(kuò)散系數(shù)； YL液膜厚度 A氣液兩相接觸面積； W曝氣液體體積。 由于液膜厚度YL和液體流態(tài)有關(guān)，而且實(shí)驗(yàn)中無法測定與計(jì)算，同樣氣液接觸面積A的大小也無法測定與計(jì)算，故用氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa代替。 將式（3-58）積分整理后得曝氣設(shè)備氧總轉(zhuǎn)移系

25、數(shù)KLa計(jì)算式。 (3-59)式中 KLa氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)。1/min或1/h； t0、t曝氣時(shí)間，min； C0曝氣開始時(shí)池內(nèi)溶解氧濃度，t00時(shí)，C00，mgL； CS曝氣池內(nèi)液體飽和溶解氧值，mgL； Ct曝氣某一時(shí)刻t時(shí)，池內(nèi)液體溶解氧濃度，mgL。 由式中可見，影響氧傳遞速率KLa的因素很多，除了曝氣設(shè)備本身結(jié)構(gòu)尺寸，運(yùn)行條件而外，還與水質(zhì)水溫等有關(guān)。為了進(jìn)行互相比較，以及向設(shè)計(jì)、使用部門提供產(chǎn)品性能，故產(chǎn)品給出的充氧性能均為清水，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，即清水（一般多為自來水）一個(gè)大氣壓20下的充氧性能。常用指標(biāo)有氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)Klas充氧能力Qc、動(dòng)力效率E和氧利用率。 曝氣設(shè)備充氧性能測定實(shí)驗(yàn)，

26、一種是間歇非穩(wěn)態(tài)法，即實(shí)驗(yàn)時(shí)一池水不進(jìn)不出，池內(nèi)溶解氧濃度隨時(shí)間而變；另一種是連續(xù)穩(wěn)態(tài)測定法，即實(shí)驗(yàn)時(shí)池內(nèi)連續(xù)進(jìn)出水，池內(nèi)溶解氧濃度保持不變。目前國內(nèi)外多用間歇非穩(wěn)態(tài)測定法，即向池內(nèi)注滿所需水后，將待曝氣之水以無水亞硫酸鈉為脫氧劑，氯化鉆為催化劑，脫氧至零后開始曝氣，液體中溶解氧濃度逐漸提高。液體中溶解氧的濃度C是時(shí)間t的函數(shù)，曝氣后每隔一定時(shí)間 t取曝氣水樣，測定水中溶解氧濃度，從而利用上式計(jì)算KLa 值，或是以虧氧量（CSCt）為縱坐標(biāo)，在半對數(shù)坐標(biāo)紙上繪圖，直線科率即為KLa值。 設(shè)備及用具 1自吸式射流曝氣清水充氧設(shè)備。見圖3-44 1）曝氣池：以鋼板制成0.8×1.0

27、15;4.3m。 2）射流暖氣設(shè)備。噴嘴d=14 mm，喉管D32 mm，喉管長L=2975mm。 3）水循環(huán)系統(tǒng)，吸水池、塑料泵。 4）計(jì)量裝置：轉(zhuǎn)子流量計(jì)、壓力表、真空表、熱球式測風(fēng)儀。 5）水中溶解氧測定設(shè)備，測定方法詳見水質(zhì)分析（碘量法），或用上海第二分析儀器廠的溶解氧測定儀。 6）無水亞硫酸鈉、氯化鈷、秒表。2穿孔管鼓風(fēng)曝氣清水充氧設(shè)備。見圖3-45。 1）有機(jī)玻璃柱：150mm（三套）、200mm（一套）H3.2m。 2）穿孔管布?xì)庋b置：孔眼400.5mm，與垂直線成45°夾角，兩排交錯(cuò)排列。 3）空氣壓縮機(jī)、貯氣罐。 3平板葉輪表面曝氣清水充氧實(shí)驗(yàn)設(shè)備。見圖3-46。

28、1）有機(jī)玻璃平板葉輪完全混合式暖氣池，電動(dòng)攪拌機(jī)調(diào)速器。 2）溶解氧測定儀、記錄儀。 步驟及記錄 1自吸式射流曝氣設(shè)備清水充氧實(shí)驗(yàn)步驟：（1）關(guān)閉所有閘門，向曝氣池內(nèi)注人清水（自來水）至小2米，取水樣測定水中溶解氧值，并計(jì)算池內(nèi)溶解氧含量GDO×V。 （2）計(jì)算投藥量： （a）脫氧劑采用無水亞硫酸鈉。 根據(jù) 2Na2SO3+O2=2Na2SO4 則每次投藥量g=G×8×(1.11.5)。1.11.5值是為脫氧安全而取的系數(shù)。 (b)催化劑采用氯化鉆，投加濃度為0.1mgL，將稱得的藥劑用溫水化開，由池頂?shù)谷顺貎?nèi)，約10min后，取水樣、測其溶解氧。 （3）當(dāng)池內(nèi)水

29、脫氧至零后，打開回水閥門和放氣閥門，向吸水池灌水EK。 （4）關(guān)閉水泵出水閥門，啟動(dòng)水泵，然后，徐徐打開閥門，至池頂壓力表讀數(shù)為0.15MPa為止。 （5）開啟水泵后，由觀察孔觀察射流器出口處，當(dāng)有氣泡出現(xiàn)時(shí)，開始計(jì)時(shí)，同時(shí)每隔1分鐘（前3個(gè)間隔）和0.5分（后幾個(gè)間隔）開始取樣，連續(xù)取15個(gè)水樣左右。 （6）計(jì)量水量、水壓、風(fēng)速（ms）（進(jìn)氣管d32mm）。 （7）觀察曝氣時(shí)喉管內(nèi)現(xiàn)象和池內(nèi)現(xiàn)象。 （8）關(guān)閉進(jìn)氣管閘門后，記錄真空表讀數(shù)。 （9）關(guān)閉水泵出水閥門，停泵。 2鼓風(fēng)曝氣清水充氧實(shí)驗(yàn)步驟： （1）河柱內(nèi)注人清水至3lin處時(shí)，測定水中溶解氧值，計(jì)算池內(nèi)溶氧量G=DO·V。

30、 （2）計(jì)算投藥量。 （3）將稱得藥劑用溫水化開由柱頂?shù)谷酥鶅?nèi)，幾分鐘后，測定水中溶解氧值。 （4）當(dāng)水中溶解氧為零后，打開空壓機(jī)，向貯氣罐內(nèi)充氣?？諌簷C(jī)停止運(yùn)行后，打開供氣閥門，開始曝氣，并記錄時(shí)間；同時(shí)每隔一定時(shí)間（lmin）取一次樣，測定溶解氧值，連續(xù)取樣10一豆5個(gè)；而后，拉長間隔，直至水中溶解氧不再增長（達(dá)到飽和）為止；隨后，關(guān)閉進(jìn)氣閥門。 （5）實(shí)驗(yàn)中計(jì)量風(fēng)量、風(fēng)壓、室外溫度。并觀察曝氣時(shí)柱內(nèi)現(xiàn)象。 3平板葉輪表面曝氣清水充氧實(shí)驗(yàn)步驟 （1）向池內(nèi)注滿清水，按理論加藥量的1.5倍加入脫氧劑及催化劑。 （2）當(dāng)溶解氧測定儀的指針達(dá)到O后，開始啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行曝氣，直至池內(nèi)溶解氧達(dá)到穩(wěn)定值

31、為止。 4記錄 （l）自吸式射流曝氣設(shè)備清水充氧記錄見表3-39。 （2）化學(xué)滴定法測定水中溶解氧記錄見表3-40。 （3）溶解氧測定儀與記錄儀配用的記錄，記錄紙自記的形式如圖3-47。表3-39自吸式射流曝氣清水充氧實(shí)驗(yàn)記錄 水溫曝氣池平面尺寸(m2)進(jìn)水流量(m3)進(jìn)風(fēng)量氣水比（體積比）風(fēng)速風(fēng)速風(fēng)量進(jìn)水壓力(Mpa)池內(nèi)水深(m)噴嘴直徑d(mm)吼管直徑d(mm)吼管長度L(mm)面積比D2/d2長徑比L/D表3-40水中溶解氧測定記錄表 瓶號 取樣點(diǎn) (mL)V(mL)DO(mL)瓶號取樣點(diǎn)(mL)V(ml) DO(ml)Na2S2O3(N= ) 注意事項(xiàng) 1每個(gè)實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備、儀器較多

32、，事前必須熟悉設(shè)備、儀器的使用方法及注意事項(xiàng)。2加藥時(shí)，將脫氧劑與催化劑用溫水化開后，從柱或池頂，均勻加人。 3無溶解氧測定儀的設(shè)備，在曝氣初期，取樣時(shí)間間隔宜短。 4實(shí)測飽和溶解氧值時(shí)，一定要在溶解氧值穩(wěn)定后進(jìn)行。 5水溫、風(fēng)溫（送風(fēng)管內(nèi)空氣溫度）宜取開始、中間、結(jié)束時(shí)實(shí)測值的平均值。 成果整理 1參數(shù)選用 因清水充氧實(shí)驗(yàn)給出的是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLas。，即清水（本次實(shí)驗(yàn)用的是自來水）在一個(gè)大氣壓，20下的充氧性能，而實(shí)驗(yàn)過程中曝氣充氧的條件并非是一個(gè)大氣壓，20，但這些條件都對充氧性能有影響，故引入了壓力、溫度修正系數(shù)。 （1）溫度修正系數(shù) (3-60) 修正后的氧總轉(zhuǎn)移速率為 （

33、3-61） 此為經(jīng)驗(yàn)式，它考慮了水溫對水的粘滯性和飽和溶解氧值的影響，國內(nèi)外大多采用此式，本次實(shí)驗(yàn)也以此進(jìn)行溫度修正。 （2）水中飽和溶解氧值的修正 由于水中飽和溶解氧值受其中壓力和所含無機(jī)鹽種類及數(shù)量的影響，所以式（359）中的飽和溶解氧值最好用實(shí)測值，即曝氣池內(nèi)的溶解氧達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的數(shù)值。另外也可以用理論公式對飽和溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行修正。 用?？腺M(fèi)爾德公式進(jìn)行修正。 （362）式中 Pb空氣釋放點(diǎn)處的絕對壓力； (3-63) Pa0.1MPa H空氣釋放點(diǎn)距水面高度，m； Qt空氣中氧的克分子百分比； (3-64) 曝氣設(shè)備氧的利用率，。 則式（359）中飽和溶解氧值CS應(yīng)用下式求得： CSm

34、CS·P （3-65）式中 CSm清水充氧實(shí)驗(yàn)池內(nèi)經(jīng)修正后的飽和溶解氧值，mgL； CS1個(gè)大氣壓下某溫度下氧飽和濃度理論值，mgL； P壓力修正系數(shù)。 有實(shí)測飽和溶解氧值用實(shí)測值，無實(shí)測值可采用理論修正值。 2氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLas 氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLas是指在單位傳質(zhì)推動(dòng)力的作用下，在單位時(shí)間、向單位曝氣液體中所充入的氧量。它的倒數(shù)1/KLas單位是時(shí)間，表示將滿池水從溶解氧為零充到飽和值時(shí)所用時(shí)間，因此KLas是反映氧傳遞速率的一個(gè)重要指標(biāo)。 KLas的計(jì)算首先是根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，或溶解氧測定記錄儀的記錄和式（3-59），按表3-41計(jì)算，或者是在半對數(shù)坐標(biāo)紙上，以（CSmCt）為縱坐

35、標(biāo)，以時(shí)間t為橫坐標(biāo)繪圖求KLa值。 表341 氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa計(jì)算表t-t0(min)Ct(mg/L)CS-Ct(mg/L)KLa(min)求得KLa值后，利用式（3-61）求得KLas值。 3充氧能力Qc 充氧能力是反映曝氣設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)向單位液體中充入的氧量。 QcKLas·CS kg（O2）/h·m3 （3-66） 式中 KLas氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）1/h或l/min； CSl個(gè)大氣壓，20時(shí)氧飽和值，CS9.17mgL。4動(dòng)力效率E (3-67) E是指曝氣設(shè)備每消耗一度電時(shí)轉(zhuǎn)移到曝氣液體的氧量。由此可見，動(dòng)力效率將曝氣供氧與所消耗的動(dòng)力聯(lián)系在一起，是一個(gè)

36、具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的指標(biāo)，它的高低將影響到活性污泥處理廠（站）的運(yùn)行費(fèi)用。式中 N理論功率，即不計(jì)管路損失，不計(jì)風(fēng)機(jī)和電機(jī)的效率，只計(jì)算曝氣充氧所耗有用功。 (3-68)式中 Hb風(fēng)壓，m； Qb風(fēng)量，m3h。 （3-69）由于供風(fēng)時(shí)計(jì)量條件與所用轉(zhuǎn)子流量計(jì)標(biāo)定時(shí)的條件相差較大，而要進(jìn)行如上修正。式中 Qb0儀表的刻度流量m3h； Pb0一標(biāo)定時(shí)氣體的絕對壓力，0.1MPa；Tb0標(biāo)定時(shí)氣體的絕對溫度，293°TPb氣體的實(shí)際絕對壓力MPa； Tb被測氣體的實(shí)際絕對溫度，273°t； Qb修正后的氣體實(shí)際流量，m3h。 5氧的利用率 (3-70)式中 Q標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（1atmi、2

37、93°T時(shí)）的氣量。 （3-71） Qb、Tb、Pb意義同前； Pa1atm； Ta293°T；0 28kg/m3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下一立方米空氣中所含氧的重量。思考題 1論述曝氣在生物處理中的作用。 2曝氣充氧原理及其影響因素是什么？ 3溫度修正、壓力修正系數(shù)的意義如何？如何進(jìn)行公式推導(dǎo)？4曝氣設(shè)備類型、動(dòng)力效率、優(yōu)缺點(diǎn)是什么？5氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa的意義是什么？怎樣計(jì)算？ 6曝氣設(shè)備充氧性能指標(biāo)為何均是清水？標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的值是多少？ 7鼓風(fēng)曝氣設(shè)備與機(jī)械曝氣設(shè)備充氧性能指標(biāo)有何不同？二、污水充氧修正系數(shù)、值的測定 目的l了解測定、值的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、掌握測試方法。2進(jìn)一步加深理解生物處理曝

38、氣過程及、值在設(shè)計(jì)選用曝氣設(shè)備時(shí)的意義。原理由于氧的轉(zhuǎn)移受到水中溶解有機(jī)物、無機(jī)物等的影響，造成同一曝氣設(shè)備在同樣曝氣條件下清水與污水中氧的轉(zhuǎn)移速率不同，水中氧的飽和濃度不同，而曝氣設(shè)備充氧性能指標(biāo)又均為清水中之值，為此引人修正系數(shù)、值。 （3-72） （3-73） 式中 KLaw、KLa在曝氣設(shè)備相同的條件下，污水和清水中暖氣充氧肘氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)， 1/min或1/h； Csw、CS曝氣設(shè)備向污水中充氧時(shí)水中氧的飽和濃度值，同溫度下清水中氧飽和濃度理論值，mgL。由此可知，、的測定實(shí)際上就是分別測定同一曝氣設(shè)備在清水和污水中充氧的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)及飽和溶解氧值。 1對曝氣液體內(nèi)無生物耗氧物質(zhì)的清水

39、、曝氣池的上清液等，曝氣池內(nèi)存在如下關(guān)系式， 2對曝氣池混合液曝氣充氧時(shí)，由于有生物耗氧物質(zhì)，池內(nèi)存在如下關(guān)系式 （3-74）式中 曝氣液體內(nèi)溶解氧濃度隨時(shí)間的變化率； KLaw污水中曝氣設(shè)備氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)； Csw、C污水中氧飽和濃度及t時(shí)刻的氧的濃度； r單位污泥耗氧速率； x污泥濃度。實(shí)驗(yàn)采用間歇非穩(wěn)態(tài)方法進(jìn)行，當(dāng)水樣為污水或曝氣池上清液時(shí)，在相同條件下按照清水充氧實(shí)驗(yàn)方法，分別進(jìn)行清水與污水充氧實(shí)驗(yàn)，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、值。 當(dāng)水樣為曝氣池內(nèi)混合液肘，除在同一條件下先進(jìn)行數(shù)組清水充氧實(shí)驗(yàn)，求得曝氣設(shè)備清水充氧的K

40、La、CS外，對混合液的實(shí)驗(yàn)要利用式（3-74）進(jìn)行測定。首先向曝氣罐內(nèi)曝氣到池內(nèi)溶解氧達(dá)到穩(wěn)定后停止曝氣，同時(shí)開啟攪拌裝置，此時(shí)由于不曝氣，故 式（374）有如下形式 (3-75)由于罐內(nèi)活性污泥不斷消耗溶解氧，造成溶解氧值的降低，其變化如圖卜48（1）由式（3-75）可見，直線斜率即為rx值，在內(nèi)源呼吸期，污泥耗氧速率r值可看為一常量。 當(dāng)罐內(nèi)溶解氧值降到DO=12mg/L時(shí)，再次曝氣，并測定罐內(nèi)溶解氧值隨時(shí)間的變化，如圖3-48（2）所示，將式（3-74）變換后得 （3-76）以為橫坐標(biāo)，以C為縱坐標(biāo)繪圖，直線斜率為，截距為Csw，如圖3-49示。或用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行回歸，求解KLaw與

41、Csw值。 設(shè)備及用具 實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖3-50示。 1曝氣罐：有機(jī)玻璃內(nèi)徑25cm，容積10L，內(nèi)設(shè)工字形布?xì)夤?，孔?.75mm，熱電偶測溫計(jì)，攪拌葉片，溶解氧測定儀探頭等。 2儀器控制箱：裝有溶解氧測定儀（上海第M分析儀器廠STG203型）轉(zhuǎn)子流量計(jì)，電壓表（控制葉片轉(zhuǎn)速），溫度表、可控硅電壓調(diào)整器（控制恒溫裝置）等。溶解氧記錄儀。 3小型空氣壓縮機(jī)。 步驟及記錄 1方法 采用間歇非穩(wěn)態(tài)的測試法。這是一種較為普遍、簡單的實(shí)驗(yàn)方法。2步驟 2.1 值測定步驟 （1）自來水、初次沉淀池進(jìn)水、出水、二次沉淀池出水的測試。 1）預(yù)熱溶解氧測定儀一小時(shí)，調(diào)整溶解氧儀零度、滿度。 2）向曝氣罐內(nèi)投加待測

42、曝氣液體。 3）測定液體溶解氧值并計(jì)算投加無水亞硫酸鈉和氨化鉆的數(shù)量，以消除水中溶解氧。 4）調(diào)節(jié)葉片轉(zhuǎn)速以滿足溶解氧探頭所需流速，而后開動(dòng)風(fēng)機(jī)，充氧，由轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)整所需風(fēng)量。打開記錄儀開關(guān)。 5）當(dāng)溶解氧測定儀指針從零點(diǎn)啟動(dòng)，開始計(jì)時(shí)，至溶解氧達(dá)飽和指針穩(wěn)定不動(dòng)為止。 （2）曝氣池內(nèi)混和液的測試 1）預(yù)熱溶解氧測定儀一小時(shí)。 2）取生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)曝氣池內(nèi)混合液，其中污泥濃度X和停留時(shí)間t要盡量與生產(chǎn)運(yùn)行結(jié)果一致，注入曝氣柱或罐內(nèi)，并測定混合液濃度X（g/L）。 3）開動(dòng)空壓機(jī)充氧至溶解氧量穩(wěn)定時(shí)，停止供風(fēng)。 4）在有攪拌的條件下，測混合液污泥耗氧速率r值 5）當(dāng)溶解氧值下降至1.02.0mg/

43、L時(shí)，再曝氣記錄溶解氧隨時(shí)間變化過程。 2.2 值的測定 1）預(yù)熱溶氧儀一小時(shí)。 2）加入待測液體。 3）開動(dòng)風(fēng)機(jī)，曝氣至溶解氧達(dá)飽和穩(wěn)定止。 實(shí)驗(yàn)記錄本處只給出混合液無溶解氧記錄儀時(shí)的測試記錄，見表3-42，3-43。 表3-42活性污泥耗氧速率表 序 號時(shí)間(min)柱內(nèi)DD(mg/L)C1=備注10.521.031.542.053.064.0tC2=C2應(yīng)在12mg/L左右 表3-43 曝氣充氧記錄 序號時(shí)間(min)池內(nèi)溶解氧（mg/L）備注10213243546576注意事項(xiàng) 1認(rèn)真調(diào)試儀器設(shè)備，特別是溶解氧測定儀，要定時(shí)更換探頭內(nèi)溶解液，使用前定零點(diǎn)及滿度。 2溶解氧測定儀探頭的位置對實(shí)驗(yàn)影響較大，要保證位置的固定不變，探頭應(yīng)保持與被測溶液有一定相對流速，一般在2030cm/s，測試中應(yīng)避免氣池和探頭直接接觸，引起表針跳動(dòng)影響讀數(shù)。 3應(yīng)嚴(yán)格控制各項(xiàng)基本實(shí)驗(yàn)條件，如水溫、攪拌強(qiáng)度、供風(fēng)風(fēng)量等，尤其是對比實(shí)驗(yàn)更應(yīng)嚴(yán)格控制。 4所取曝氣池混合液濃度，應(yīng)為正常條件（設(shè)計(jì)或正常運(yùn)行）下的污泥濃度。 5罐內(nèi)液體攪動(dòng)強(qiáng)度應(yīng)盡可能與生產(chǎn)池相一致。 成果整理 1利用清水充氧計(jì)算方法，分別計(jì)算自來水、初次沉淀池