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水处理工程实验讲义 1 实验一五日生化需氧量测定 2 一 实验目的 掌握生活污水或工业废水五日生化需氧量的测定 湖北大学环境工程实验教学中心 3 生化需氧量是指在好氧条件下 微生物分解水中的有机物的生物化学过程中所消耗溶解氧的量 此生化全过程进行的时间很长 如在20 下培养 完成此过程需100多天 目前国内外都采用20 培养五天作为检验指标 称为五日生化需氧量 BOD5 分别测定样品培养前后的溶解氧 二者之差即为BOD5值 以氧的mg L表示 二 实验原理 湖北大学环境工程实验教学中心 4 水样用稀释水稀释 确定合适的倍数非常重要 稀释倍数太大或太小 则五天培养后剩余的溶解氧太多或太少 甚至为零 都不能得到可靠的结果 稀释的程度应使五天培养中所消耗的溶解氧大于2mg L 而剩余溶解氧在1mg L以上 在此前提条件下 稀释倍数可以估算 也可以依据经验值法来确定 对于不含或少含微生物的废水 在测定BOD5时应进行接种 湖北大学环境工程实验教学中心 5 三 实验仪器 湖北大学环境工程实验教学中心 恒温培养箱 20 l 5 20升细口玻璃瓶 1000mL量筒 BOD培养瓶 曝气装置 虹吸管 玻璃搅拌棒 各规格的 胖肚 刻度 移液管等 6 四 实验试剂 湖北大学环境工程实验教学中心 测定溶解氧所需的试剂 氯化钙溶液 三氯化铁溶液 硫酸镁溶液 磷酸盐缓冲溶液 葡萄糖 谷氨酸标准溶液 稀释水 接种液 接种稀释水等 7 稀释水的配制 使蒸馏水的溶解氧为20 时的饱和溶解氧 在这含有饱和溶解氧蒸馏水中 每l000mL加入上述四种溶液各1mL 水样预处理 测定污水的CODMn值或CODCr值 调节水样pH值至中性 在测定前水样若pH值过高或过低 含有少量游离氯 含过饱和溶解氧及有毒物质等均需预处理后再进行测定 五 实验过程及实验步骤 湖北大学环境工程实验教学中心 8 3 不经稀释水样的测定 溶解氧含量高 有机物含量较少的地面水 可以不经稀释 直接用虹吸管将混合均匀的水样虹吸入两个溶解氧瓶中 在虹吸过程中不能损失或带入溶解氧 水样注满溶解氧瓶并溢出少许 加塞 其中一瓶立刻测定溶解氧 另一瓶加满水封后 放入培养箱 在20 1 培养5天 培养过程中注意添加水封 从开始放入培养箱算起 经过五昼夜后 取出测定剩余的溶解氧 湖北大学环境工程实验教学中心 9 湖北大学环境工程实验教学中心 4 经稀释水样的测定 1 确定稀释比 根据测得的COD值计算出稀释倍数 一般同时做3 4种稀释倍数 2 即用虹吸先把一些稀释水引入1000mL的量筒中 约所需体积的1 3 再用移液管吸取所需水样的体积 加入量筒中 3 用稀释水稀释到所需的体积 注意 本次实验所稀释的总体积为700mL 小心摇匀 将此配好的水样用虹吸法引入带编号的2个培养瓶中 至完全充满 盖好盖子 水封 此为第一种稀释倍数的培养液 在整个操作过程应避免产生气泡 其余的几种稀释倍数培养液 亦按上法操作 同一稀释配制两瓶 10 5 葡萄搪 谷氨酸标准溶液的测定 配制稀释比为2 的葡萄糖 谷氨酸标准溶液的稀释水样 按经稀释水样的测定步骤进行 用接种稀释水进行稀释 6 用培养瓶装两瓶稀释水作为空白培养 7 检查瓶子的编号 每一种稀释倍数中取一瓶及一瓶空白液测当天溶解氧 其余各瓶水封后送入20 培养箱中培养5d 8 从开始培养起 经过5个整昼夜后 取出测定溶解氧 湖北大学环境工程实验教学中心 11 表BOD5与试验稀释比 湖北大学环境工程实验教学中心 12 六 实验结果分析及思考题 湖北大学环境工程实验教学中心 式中 c1一稀释试样培养前的溶解氧 mg L c2一稀释试样培养五天后的溶解氧 mg L B1一稀释水 或接种稀释水 培养前的溶解氧 mg L B2一稀释水 或接种稀释水 培养五天后的溶解氧 mg L f 稀释水用量在稀释试样中所占的百分数 以小数表示 P一水样用量在稀释试样中所占的百分数 以小数表示 1 计算公式 13 湖北大学环境工程实验教学中心 2 数据记录 14 湖北大学环境工程实验教学中心 3 实验结果分析 15 湖北大学环境工程实验教学中心 4 思考题 16 七 实验注意事项 在配稀释水时应用含20 时的饱和氧浓度的蒸馏水进行配制 同时也需注意营养盐及菌种 配制培养液时 在混匀搅拌的同时赶走空气泡 并用虹吸管进行装瓶 控制好培养温度和时间 在测定溶解氧时 也应注意相关的事项 湖北大学环境工程实验教学中心 17 实验二活性污泥形态及生物相的观察 18 一 实验目的 湖北大学环境工程实验教学中心 1通过显微镜直接观察活性污泥菌胶团和原生动物 掌握用形态学的方法来判别菌胶团的形态 结构 并据此判别污泥的性状 2掌握识别原生动物的种属以及用原生动物来间接评定活性污泥质量和污水处理效果的方法 19 二 实验原理 湖北大学环境工程实验教学中心 在活性污泥法中起主要作用的是由各种微生物组成的混合群体 菌胶团 细菌是菌胶团主体 活性污泥的净化能力和菌胶团的组成和结构密切相关 而水温 pH值 溶解氧浓度 营养物等环境因素也对微生物的新陈代谢有着重要的影响 活性污泥菌胶团的微生物中除细菌外 还有真菌 原生动物和后生动物等多种微生物群体 当运行条件和环境因素发生变化时 原生动物种类和形态亦随之发生变化 20 湖北大学环境工程实验教学中心 若游泳型或固着型的纤毛虫类 如循纤虫 盖纤虫 钟虫等 大量出现时 说明处理系统运行正常 因此 原生动物在某种意义上可以用来指示活性污泥系统的运行状况和处理效果 原生动物通过一般的光学显微镜就可以观察 通过观察菌胶团的形状 颜色 密度以及是否有丝状菌存在 还可以判断有无污泥膨胀的倾向等 因此 用显微镜观察菌胶团是监测处理系统运行的一项重要手段 本实验就是通过测定曝气池中的溶解氧浓度 pH值 温度 通过观察菌胶团的特征考察不同条件下活性污泥形态及生物相的变化 21 三 实验仪器 湖北大学环境工程实验教学中心 1有条件情况下 本实验应尽量在活性污泥法污水处理系统厂进行 若无条件 必须在实验室进行时 应建立相应的活性污泥系统 包括曝气池 沉淀池 曝气系统 污泥回流系统和进出水系统 2普通光学显微镜 温度自动控制仪 载玻片 盖玻片等 3酸度计 4溶解氧测定仪 22 四 实验试剂 湖北大学环境工程实验教学中心 活性污泥 23 五 实验过程及实验步骤 湖北大学环境工程实验教学中心 1首先确认活性污泥处理系统的运行状况 测定和记录活性污泥系统的相关参数 如溶解氧 温度 pH值等 2调试显微镜 3从曝气池中取少许混合液 沉淀后取一滴加到干净的载玻片的中央 盖上盖玻片 加盖玻片时应使其中央接触到水滴后才放下 以避免在片内形成气泡 影响观察 24 湖北大学环境工程实验教学中心 4把载玻片放在显微镜的载物台上 将标本放到圆孔的正中央 转动调节器 对准焦距 进行观察 5观察生物相全貌 注意污泥絮粒的大小 结构的松紧程度 菌胶团和丝状菌比例及生长情况 并加以记录和必要描述 观察微型动物种类 活动状况 进一步观察微型动物的结构特征 如纤毛虫的运动情况 菌胶团细菌的胶原薄厚及色泽 丝状菌菌丝的生长情况等 画出所见原生动物和菌胶团等微生物形态草图 25 六 实验结果分析及思考题 湖北大学环境工程实验教学中心 测定活性污泥系统的溶解氧 pH值 温度 并记录 记录观察所取污泥的形状 结构 有无丝状菌 原生动物的情况 分析环境因素对污泥形态及生物相的影响 1 实验数据及结果分析 26 湖北大学环境工程实验教学中心 2 思考题 观测曝气池中的环境因素和生物相有何意义 丝状菌的大量繁殖对活性污泥处理系统有何危害 27 七 实验注意事项 1注意观察活性污泥的颜色 气味 浊度等 2活性污泥取样时应搅拌均匀 3注意显微镜的正确使用 湖北大学环境工程实验教学中心 28 实验三污泥沉降比 SV 和污泥体积指数 SVI 的测定 29 一 实验目的 湖北大学环境工程实验教学中心 掌握表征活性污泥沉淀性能的指标 沉降比和污泥体积指数的测定和计算方法 明确沉降比 污泥体积指数和污泥浓度三者之间的关系 以及它们对活性污泥法处理系统的设计和运行控制的重要意义 加深对活性污泥的絮凝及沉淀特点和规律的认识 30 二 实验原理 湖北大学环境工程实验教学中心 二次沉淀池是活性污泥系统的重要组成部分 二次沉淀池的运行状态 直接影响处理系统的出水质量和回流污泥的浓度 影响二次沉淀池沉淀效果的主要因素是混合液 活性污泥 的沉降情况 活性污泥的沉降性能用污泥沉降比和污泥指数来表示 污泥沉降比 SludgeVolume SV 为曝气池出水的混合液在100mL的量筒中静置沉淀30min后 沉淀后的污泥体积和混合液的体积 100mL 之比值 31 湖北大学环境工程实验教学中心 污泥体积指数 SVI 即曝气池出口处混合液经30min静沉后 1g干污泥所占的容积 以mL计 即 污泥沉降比是评价活性污泥的重要指标之一 在一定程度上反映了活性污泥的沉降性能 而且测定方法简单 快速 直观 当污泥浓度变化不大时 用污泥沉降比可快速反映出活性污泥的沉降性能以及污泥膨胀等异常情况 当处理系统水质 水量发生变化或受到有毒物质的冲击影响或环境因素发生变化时 曝气池中的混合液浓度或污泥指数都可能发生较大的变化 单纯地用污泥沉降比作为沉降性能的评价指标则很不充分 因为污泥沉降比中并不包括污泥浓度的因素 这时 常采用污泥体积指数 SVI 来判定系统的运行情况 32 湖北大学环境工程实验教学中心 简单地说 污泥体积指数是经30min沉淀后的污泥密度的倒数 因此它能客观地评价活性污泥的松散程度和絮凝 沉淀性能 及时地反映出是否有污泥膨胀的倾向或已经发生污泥膨胀 SVI越低 沉降性能越好 对城市污水 一般认为SVI300污泥膨胀 33 湖北大学环境工程实验教学中心 正常情况下 城市污水SVI值在100 150之间 此外 SVI大小还与水质有关 当工业废水中溶解性有机物含量高时 正常的SVI值偏高 而当无机物含量高时 正常的SVI值可能偏低 影响SVI值的因素还有温度 污泥负荷等 从微生物组成方面看 活性污泥中固着型纤毛类原生动物 如钟虫 盖纤虫等 和菌胶团细菌占优势时 吸附氧化能力较强 出水有机物浓度较低 污泥比较容易凝聚 相应的SVI值也较低 34 三 实验仪器 湖北大学环境工程实验教学中心 SV及SVI测定装置 活性污泥法处理系统 过滤器 烘箱 马弗炉 天平 称量瓶等 虹吸管 吸球等提取污泥的器具 100ml量筒 定时器 秒表 等 35 四 实验试剂 湖北大学环境工程实验教学中心 活性污泥 36 五 实验过程及实验步骤 湖北大学环境工程实验教学中心 将虹吸管吸入口放入曝气池的出口处 用吸球将曝气池的混合液吸出并形成虹吸 通过虹吸管将混合液置于100ml量筒中 至100ml刻度处 并从此时开始计算沉淀时间 将装有污泥的100ml量筒静置 观察活性污泥絮凝和沉淀的过程和特点 在第30min时记录污泥界面以下的污泥容积 将经30min沉淀的污泥和上清液一同倒人过滤器中 测定其污泥干重 计算测定的污泥浓度 37 湖北大学环境工程实验教学中心 1 实验结果分析 根据测定污泥沉降比 SV 和污泥浓度 MLSS 计算污泥指数 SVI 通过所得到的污泥沉降比和污泥指数 评价该活性污泥法处理系统中活性污泥的沉降性能 是否有污泥膨胀的倾向或已经发生膨胀 并分析其原因 六 实验结果分析及思考题 38 湖北大学环境工程实验教学中心 2 思考题 1 污泥沉降比和污泥体积指数二者有什么区别和联系 2 活性污泥的絮凝沉淀有什么特点和规律 3 当曝气池中MLSS一定时 如发现SVI大于200 应采取什么措施 为什么 4 对于城市污水来说 SVI大于200或小于50各说明什么问题 39 七 实验注意事项 称量瓶在恒重和灼烧时应将盖子打开 称重时应盖好盖子 干燥器的盖子在打开和关上时应用手推或拉 勿往上拎 3 过滤和沉降污泥的浓度应一致 4 电子天平称重时要随时关门 称重物要轻拿轻放 5 活性污泥取样时应搅拌均匀 湖北大学环境工程实验教学中心 40 实验四完全混合式活性污泥法处理系统的观测和控制运行 41 一 实验目的 湖北大学环境工程实验教学中心 1 通过观察完全混合型活性污泥法处理系统的运行 加深对该处理系统的特点和运行规律的认识 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法处理系统的控制方法 进一步理解污泥负荷 污泥龄 溶解氧浓度等控制参数及在实际运行中的作用和意义 42 2020 1 7 43 二 实验原理 湖北大学环境工程实验教学中心 活性污泥法是污水处理的最主要的方法之一 从国内外的污水处理现状来看 95 以上的城市污水和几乎所有的有机工业废水都采用活性污泥法来处理 因此 了解和掌握活性污泥处理系统的特点和运行规律以及实验方法是很重要的 本实验用完全混合式活性污泥法模型 对于特定的处理系统在 定的环境条件下 运行的控制因素有污泥负荷 污水停留时间 曝气池中溶解氧浓度 可用气水比来控制 污泥排放量等等 这些参数也是设计污水处理厂的重要参考资料 44 三 实验仪器 湖北大学环境工程实验教学中心 1 活性污泥处理小型设备 2 供气系统 空压机 贮气罐 减压阀 转子流量计 输送管路 3 配水系统 集水池 酸水箱 小型泵 酸水管 排水管 4 温度控制仪 加热器 5 溶解氧测定仪 6 测定分折所需用的药品及仪器 45 四 实验试剂 湖北大学环境工程实验教学中心 活性污泥 46 五 实验过程及实验步骤 湖北大学环境工程实验教学中心 1 活性污泥的培养利驯化 采用中南民族大学工商学院污水处理站污泥接种 然后采用连续培养驯化 2 每套试验装置的污泥浓度或进水流量可以控制在不同的范围 3 认真观察曝气池中气水混合 二沉池中的絮凝沉淀以及污泥从二沉池向曝气池回流等情况 47 湖北大学环境工程实验教学中心 4 若曝气池中的气水液混合不充分 可通过流量计加大曝气量 若二沉池中的沉淀状态不佳 可以通过调节回流污泥的挡板 减小回流污泥量 若回流污泥不畅 则可提高挡板来增大回流缝的高度 5 进行如下项目的测定并记录 进水流量 可用容积法计量 进出水的COD 或BOD 值 出水的悬浮物 SS 浓度 曝气池的混合液浓度 曝气池内的溶解氧浓度 每日排放的污泥浓度和污泥流量 48 六 实验结果分析及思考题 湖北大学环境工程实验教学中心 1 实验结果分析 49 湖北大学环境工程实验教学中心 2 思考题 1 通过本实验系统的观测和控制 阐述完全混合式活性污泥法的优缺点 2 控制曝气池中的溶解氧浓度对处理系统的运行有何影响 3 控制BOD5 污泥负荷对处理系统的运行有何影响 50 七 实验注意事项 湖北大学环境工程实验教学中心 1 由于实验模型设备规模小 须准确地测定流量 容积等数据 以免引起较大的误差 2 防止进水管路和空气管路的堵塞 注意调节回流污泥挡板 时刻保证污泥回流畅通 3 排放的污泥量可用容积法测定 其浓度则要在排放完毕后 搅拌均匀再测定 4 正确使用和掌握溶解氧测定仪和其它仪器 51 实验五污泥比阻的测定 52 一 实验目的 湖北大学环境工程实验教学中心 1 通过实验进一步理解比阻的概念 掌握污泥比阻的测定方法 2 通过比阻测定评价污泥脱水性能 3 了解化学调理对污泥脱水性能的影响 4 掌握用布氏漏斗实验选择混凝剂 掌握确定污泥脱水的泥凝剂浓度和最佳投加量 53 二 实验原理 湖北大学环境工程实验教学中心 污泥脱水是将含水率降低到85 以下的操作 污泥经脱水后具有固体特性 成块或饼状 便于运输和最终处理 常用的脱水方法有真空过滤 压滤 离心等 污泥机械脱水是以过滤介质两面的压差作为推动力 达到泥水分离和污泥浓缩的目的 影响污泥脱水的因素有很多 主要有 污泥浓度 或含水率 污泥种类及性质 污泥预处理方法 压力差 过滤介质种类 性质 54 湖北大学环境工程实验教学中心 污泥比阻r是表示污泥过滤特性的综合性指标 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 即单位过滤面积上滤饼单位干重所具有的阻力 求此值的作用是比较不同的污泥 或同一污泥加入不同量的混合剂后 的过滤性能 污泥比阻愈大 过滤性能愈差 投加混凝剂可以改善污泥的脱水性能 使污泥的比阻减小 本实验主要考察混凝剂投加前后污泥过滤性能的改变 55 湖北大学环境工程实验教学中心 在定压下过滤 t V与V成直线关系 b的求法 以抽滤实验为基础 在定压下 真空度保持不变 通过测定一系列的t V数据 用图解法求斜率 见右图 即测定不通过滤时间t时的滤液量V 以滤液量V为横坐标 以t V为纵坐标 所得直线的斜率为b 56 湖北大学环境工程实验教学中心 根据所设定义式中Q0 污泥量 mL Qy 滤液量 mL Cb 滤饼固体浓度 g mL 上述求 值的方法 必须测量滤饼的厚度方可求得 但在实验过程中测量滤饼厚度是很困难的且不易量准 故改用测滤饼含水率的方法 求 值 的求法 57 三 实验仪器 湖北大学环境工程实验教学中心 2 秒表 滤纸 3 烘箱 4 布氏漏斗 1 实验装置如图6 1 图6 1比阻实验装置图1 真空泵 2 吸滤瓶 3 真空度调节阀 4 真空表 5 布式漏斗 6 吸滤垫 7 计量管 58 四 实验试剂 湖北大学环境工程实验教学中心 FeCl3 A12 SO4 3等 59 五 实验过程及实验步骤 湖北大学环境工程实验教学中心 1 测定污泥的含水率 求出其固定浓度C0 2 配制FeCl3 10g L 和A12 SO4 3 10g L 混凝剂或聚丙烯酰胺 0 3 絮凝剂 3 用FeCl3混凝剂调节污泥 每组加一种混凝剂 加量分别为干污泥质量的0 不加混凝剂 2 4 6 8 10 4 在布氏漏斗上 直径65 80mm 放置滤纸 用水润湿 贴紧周底 60 湖北大学环境工程实验教学中心 5 开动真空泵 调节真空压力 大约比实验压力小1 3 实验时真空压力采用266mmHg 35 46kPa 或532mmHg 70 93kPa 关掉真空泵 6 加入l00mL需实验的污泥于布氏漏斗中 开动真空泵 调节真空压力至实验压力 达到此压力后 开始启动秒表 并记下开动时计量管内的滤液V0 7 每隔一定时间 开始过滤时可每隔10s或15s 滤速减慢后可隔30s或60s 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 61 湖北大学环境工程实验教学中心 9 关闭阀门取下滤饼放人称量瓶内称量 10 称量后的滤饼干105 的烘箱内烘干称量 11 计算出滤饼的含水率 求出单位体积滤液的固体量 12 量取加A12 SO4 3混凝剂的污泥 每组的加量与FeCl3量相同 及不加混凝剂的污泥 按实验步骤 2 11 分别进行实验 13 量取加聚丙烯酰胺 0 3 絮凝剂的污泥 每组的加量分别为干污泥质量的0 0 1 0 2 0 5 及不加混凝剂的污泥 按实验步骤 2 11 分别进行实验 62 六 实验结果分析及思考题 湖北大学环境工程实验教学中心 1 计算公式 式中Ci l00g污泥中的干污泥量 Cf 100g滤饼中的干污泥量 63 湖北大学环境工程实验教学中心 2 数据记录 1 测定并记录实验基本参数 记录格式如下 实验日期 年月日原污泥的含水率及固体浓度C0 含水率 固体浓度C0 mg L 实验真空度 mmHg 不加混凝剂的滤饼的含水率 加混凝剂滤饼的含水率 2 将布氏漏斗实验所得数据按表6 1记录并计算 64 湖北大学环境工程实验教学中心 表6 1布氏测斗实验所得数据 65 湖北大学环境工程实验教学中心 3 实验结果分析 1 以t V为纵坐标 V为横坐标作图 求b 2 根据原污泥的含水率及滤饼的含水率求出 3 列表计算比阻值 表6 2比阻值计算表 4 以比阻为纵坐标 混凝剂投加量为横坐标 作图求出最佳投加量 66 表6 2比阻值计算表 tan 67 湖北大学环境工程实验教学中心 4 思考题 1 判断生污泥 消化污泥脱水性能好坏 分析其原因 2 污泥比阻的定义 测定污泥比阻在工程上有何实际意义 3 测定污泥比阻应注意的问题 68 七 实验注意事项 湖北大学环境工程实验教学中心 1 检查计量管与布氏漏斗之间是否漏气 2 滤纸称量烘干 放到布氏漏斗内 要先用蒸馏水湿润 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 所以正常开始实验后记录量筒内滤液体积 4 污泥中加混凝剂后应充分混合 5 在整个过滤过程中 真空度确定后始终保持一致 69 实验六间歇式活性污泥法综合实验 70 一 实验目的 湖北大学环境工程实验教学中心 1 通过实验了解SBR系统的特点 主要组成部分和内部构造 2 掌握SBR工艺各工序的运行操作要点 加深对SBR法工艺及运行过程的认识 3 通过污泥性能指标的测定和生物相的观察 加深对活性污泥系统的了解 4 就某种污水进行动态试验 以确定工艺参数和处理水的水质 71 二 实验原理 湖北大学环境工程实验教学中心 间歇式活性污泥法 又称序批式活性污泥法 简称SBR 是一种不同于传统的连续活性污泥法的活性污泥处理工艺 SBR工艺也是通过活性污泥的絮凝 吸附 沉淀等过程来实现有机物的去除 所不同的只是其运行方式 SBR系统包含预处理池 一个或几个反应池及污泥处理设施 反应池兼有调节池和沉淀池的功能 72 湖北大学环境工程实验教学中心 SBR工作过程通常包括5个阶段 进水阶段 加入基质 反应阶段 基质降解 沉淀阶段 泥水分离 排放阶段 排上清液 闲置阶段 恢复活性 这5个阶段都是在曝气池内完成 从第一次进水开始到第二次进水开始称为一个工作周期 每一个工作周期中的各阶段的运行时间 运行状态可根据污水性质 排放规律和出水要求等进