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水污染控制工程实验1实验一 颗粒自由沉淀1实验二 混凝实验5实验三 活 性 炭 吸 附 实 验9实验四 加压溶气气浮实验13实验五 生物接触氧化实验16实验六 活性污泥性质的测定19水污染控制工程实验实验一 颗粒自由沉淀在污水预处理或物理处理阶段，针对无机较大颗粒物质一般采用沉淀方法来进行处理，典型的构筑物为沉砂池。沉砂池的设置目的就是去除污水中的泥沙、煤渣等相对密度比较大的无机颗粒，以免影响后续构筑物的正常运行。沙粒在沉砂池中的沉淀就属于自由沉淀。一 实验目的（1）观察沉淀过程，认识自由沉淀的现象，加深对自由沉淀的理解。（2）初步掌握颗粒自由沉淀的试验方法。（3）进一步了解和掌握自由沉淀规律，根据试验结果绘制时间沉淀效率（tE），沉速沉淀效率（uE）和Ct/C0u的关系曲线。 二 实验原理沉淀是水污染控制中用以去除水中杂质的常用方法。根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀通常可以分成四种不同的类型：自由沉淀、絮凝沉淀、区域沉淀、压缩沉淀。浓度较稀的、粒状颗粒的沉降称为自由沉淀，其特点是在静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉淀在层流区符合Stokes(斯托克斯)公式。但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒密度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，但其直径应该足够大，一般应使D100mm，以免沉淀颗粒受柱壁的干扰。自由沉淀所反映的一般是沙砾、河流等的沉淀特点。具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率E与截留速度u0、颗粒质量分数的关系如下： (1-1)式中 E总沉淀效率； P0沉速小于ui的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；1-P0沉速大于或等于ui的颗粒去除百分数；ui某一指定颗粒的最小沉降速度；u小于最小沉降速度ui的颗粒沉速。 公式推导如下：设在水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验。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ti，颗粒最小沉淀速度ui相应为 ui （1-2）ui此即为ti时间内从水面下沉到取样点的最小颗粒di所具有的沉速。此时取样点处水样悬浮物浓度为Ci，未被去除之颗粒即示意ddi的颗粒所占的百分比为： Pi = （1-3） 因此，被去除的颗粒(粒径ddi)所占比例为： E0=1Pi （1-4）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uui的那一部分颗粒能全部沉至池底；除此之外，颗粒沉速uui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uui，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，他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去除。沉速uui的那一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,并求出可颗粒在时间ti内能沉到池底的颗粒占本颗粒粒径的百分比,则二者乘积即为此中颗粒粒径在全部颗粒中的去除率。如此分别求出uui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，我们绘制Pu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，如图所示。由图中可见P = P1-P2 = (1-4)故P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时水中所能多去除的，即粒径在d1d2间的那部分颗粒所占的百分比。因此当P间隔无限小时，则dP代表了直径为小于di的某一粒径d的颗粒占全部颗粒的百分比。这些颗粒能沉至池底的条件，应是在水中某图11 Pu关系曲线 点沉至池底所用的时间，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 即 x (1-5)由于颗粒均匀分布，又为等速沉淀，故沉速uxui的颗粒只有在x水深以内才能沉到池底.因此能沉到池底的这部分颗粒，占这种颗粒的百分比为，如图1-1所示，而 = (1-6)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=ux，则有 = (1-7)由上述分析可见，dPs反映了具有沉速us的颗粒占全部颗粒的百分比，而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 dP正是反映了在设计沉速为u0时，具有沉速为us(u0)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us2时难于吸附。当较小时多采用间歇式活性炭吸附操作；当较大时，最好采用连续式活性炭吸附操作。 六、实验结果讨论1 吸附等温线有什么现实意义，作吸附等温线时为什么要用粉状炭？实验四 加压溶气气浮实验气浮是一种固液分离技术，该技术将水、污染物杂质和气泡组成的多相体系中含有的疏水性污染粒子，或者附有表面活性物的亲水性污染粒子有选择地从废水中吸附在气泡上，以泡沫的形式把污染物质从水中分离去除。一 实验目的1、通过观察实验现象，加深对基本概念及原理的理解；2、掌握加压溶气气浮实验方法，并能熟练操作相关仪器；3、通过运行试验系统，掌握加压溶气气浮的工艺流程。二 实验原理气浮法处理废水的实质是：人为采取某种方式产生大量的微小气泡，使气泡与水中一些杂质物质微粒进行物理吸附，形成相对密度比水轻的气浮体(气泡+粒子)，气浮体在水浮力的作用下，上浮到水面而形成浮渣，进而达到杂质与水分离的目的。 气浮处理工艺可分为电解气浮法、散气气浮法和溶气气浮法。其中溶气气浮法可分为溶气真空气浮法和加压溶气气浮法。加压溶气气浮指的是，使空气在加压的条件下溶解在水中(在溶气罐中进行)，在常压下，将水中过饱和的空气以微小气泡的形式释放出来(在气浮池中进行)，与污染粒子一起形成气浮体上浮分离。加压溶气气浮是国内外最常用的气浮分离法。影响加压溶气气浮效果的因素很多，如水在空气中的溶解度，气泡直径的大小，气浮时间，水质，混凝药剂种类，加药量，表面活性剂的种类及数量等。因此，采用气浮法进行水处理时，经常需要通过实验确定一些设计、运行参数。其中，设计气浮池加压溶气系统时最基本的参数是气固比，气固比的定义是溶解空气量(A)与原水中悬浮固体含量(S)的比值，其计算公式如下：式中 气固比；空气密度，g/L；在一定温度下，一个大气压时的的空气溶解度，mL/L；压力为p时，水中的空气溶解系数；加压溶气水的流量，m3/d；气浮处理的废水量，m3/d；废水中的悬浮固体浓度，g/ m3；溶气压力（绝对压力）。三 实验装置与设备(一)实验装置加压溶气气浮装置由三部分组成，分别为空气供给及空气饱和设备、溶气水减压释放设备和气浮池，具体实验装置如图4-1所示。图4-1 加压溶气气浮实验装置示意图 (二)实验材料 1硫酸铝Al2(SO4)3 2. 废水样（以乳化油替代） 3测试水中悬浮物浓度需用分析天平、烧杯、浊度仪。四 实验步骤1. 检查气浮设备是否完好。向加压水箱中注入清水。 2. 将待处理废水样（以乳化油替代）加入到废水水箱中，并测定原水中SS浓度，根据水箱中的水量向废水箱中加入混凝剂(Al2(SO4)318H2O)破乳，投量可按5060mg/l。3. 打开空压机向溶气罐内压缩空气至0.3MPa左右。4. 打开水泵，向溶气罐内送入压力水，在0.30.4MPa压力下，将气体溶入水中，形成溶气水，此时，进水流量可控制在24L/min左右，进气流量可以为0.10.2L/min。5. 待溶气罐中液位升至溶气罐中上部时，缓慢打开溶气罐底部出水阀，出水量与溶气罐压力水进水量相对应。6. 经加压溶气的水在气浮池中释放并形成大量微小气泡时，再打开废水进水阀门，废水进水量可按46L/min控制。7. 浮渣由排渣管排至下水道，处理水可排至下水道也可部分回流至回流水箱。五 实验结果整理1、 实验纪录表表4-1 实验纪录表时间表面负荷回流比原污水流量L/min溶气水流量L/min投药量mg/Lmg/min空气量L/min溶气罐压力Mpa乳化油原水NTU（浊度）出水NTU（浊度）去除效率(%)备注2、 计算1） 池体积、上浮速度、停留时间及表面负荷的计算。i. 反应段；ii. 分离段。2） 乳化油去除率EE=100%式中：Co起始废水乳化油浓度（用NTU替代）；C处理水乳化废水乳化油（mg/l）（用NTU替代）3、结论分析与探讨六 实验结果讨论1. 根据观察的实验运行过程，气浮池内的气泡是否很微小，若不正常，是何原因？如何解决？实验五 生物接触氧化实验生物接触氧化又名浸没式曝气滤池，也称固定式活性污泥法，它是一种兼有活性污泥和生物膜法特点的废水处理构筑物，所以它兼有这两种处理法的优点。一 实验目的1、通过观察实验现象，加深对基本概念及原理、环境影响因素等的理解；2、掌握接触氧化塔的启动方法，观察到微生物生长情况，能看到气泡、水流、生物膜的状态；3、就某种污水利用该装置进行动态实验，以掌握采用生物接触氧化法处理污水的调试、运行过程。二 实验原理生物接触氧化法，就是在曝气池中填充块状填料，经曝气的废水流经填料层，使填料颗粒表面长满生物膜，废水和生物膜相接触，在生物膜生物作用下废水得到净化的一种高效水处理工艺。在可生化条件下，该工艺具有高效节能、占地面积小、耐冲击负荷、运行管理方便等特点，广泛用于生活污水、工业废水、养殖污水等不同行业的污水处理。生物接触氧化法是一种介于活性污泥法和生物滤池法之间的生物膜法工艺，又称为淹没曝气式生物滤池。池内设置填料，填料淹没在废水中，池底放置曝气装置对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与填料的充分接触，避免局部厌氧现象。该法中微生物所需氧气由鼓风曝气供给，生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行新陈代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷这样而造成生物膜的脱落，脱落的生物膜随水流出此外。生物接触氧化法具有如下特征：1、本法目前所使用的多是蜂窝式或列管式填料，上下贯通，废水在管内流动，水力条件好，能很好的向管壁上固着的生物膜供应营养及氧，因此，生物膜上的生物相很丰富，除细菌外，球衣菌类的丝状菌、多种种属的原生动物和后生动物，能够形成稳定的生态系。2、填料表面全为生物膜所布满，形成了生物膜的主体结构，有利于维护生物膜的净化功能；还能够提高充氧能力和氧的利用率；有利于保持高度的生物量。据实验资料，每平方米填料表面上的活性生物膜量可达125g，如折算成MLSS，则为13g/L。生物膜的立体结构形成了一个密集的生物网，废水从中通过，能够提高净化效果。3、生物接触氧化对冲击负荷有较强的适应能力，污泥生成量少，不产生污泥膨胀的危害，能够保证出水水质，勿需污泥回流，易于维护管理，不产生池蝇，也不散发臭气。4、生物接触氧化具有多种净化功能，它除能够有效的去除有机污染物质外，还能够用以脱氮和除磷，因此，可以用于三级处理。生物接触氧化法的主要缺点是：填料易于堵塞，布气、布水布不均匀。影响生物膜生长、繁殖、处理废水效果的环境因素主要有：1、营养物质：要求水中C:N:P之比应保持在100:5:1；2、溶解氧：溶解氧的浓度控制在24mg/L较为适宜；3、温度：适宜温度为1535，此范围内温度变化对运行影响不大；4、酸碱度：一般pH为6.58.5。超过此范围，应加酸碱调节。三 实验装置与设备(一)实验装置直流式接触氧化池（又称全面曝气式接触氧化池）即直接在填料底部进行鼓风充氧，如图所示。这种构造形式的生物接触氧化装置的主要特点是：在填料下直接布气，生物膜直接受到上升气流的强烈搅动，加速了生物膜的更新，使其经常保持较高的活性，而且能够克服堵塞的现象，国内多采用直流式。具体实验装置如图5-1所示，装置外形总尺寸：650mm500mm1300mm。图5-1 加压溶气气浮实验装置示意图1 池体；2 填料； 3 曝气头； 4 曝气动力设备；5出水堰；6 废水池；7 水泵(二)实验仪器 1、生物接触氧化池：一座。 尺寸：长400mm 宽350mm 高550mm ；材质：有机玻璃。2、污水泵（提升污水），一台。3、气泵，一台。流量：0.5 m3/min；压力：5mH2O。4、纤维填料（组合式）：一批。5、废水池：一座。尺寸：长400mm 宽400mm 高600mm ；材质：PVC。6、管道、管件、阀门等：一批。7、TOC测定仪。8、重铬酸盐法测定化学需氧量(COD)的相关仪器材料。9、便携式溶解氧(DO)测定仪。(三)实验材料1、废水：人工废水：1L自来水加入：葡萄糖450mg，硫酸铵，130mg，磷酸氢钾：30mg，碳酸氢钠：450mg，氯化铁：10 mg（对应的COD大概为450 mg/L）。2、活性污泥：从城市污水处理厂取污泥。四 实验步骤1、在生物接触氧化池内加入配对的人工废水，并测试pH、水温、DO、COD和TOC等水质指标。2、从城市污水处理厂取浓缩污泥，置于生物接触氧化池中，进行培养。具体方法：将取回的浓缩污泥置于接触氧化池中，接种污泥的体积为生化反应池有效容积的10%，加满清水，曝气2h，静置沉淀22h，使固着态的微生物接种到填料上。3、曝气驯化挂膜。具体方法：将接种后的微生物系统的水放空，每天投加配制的有机营养液（BOD5:N:P=100:5:1），营养液的COD以500800 mg/L为宜。开始曝气培养驯化，连续曝气22h（溶解氧的浓度控制在24mg/L），静置沉淀2h，然后排水。每天重复一次。持续48天，直到填料表面生长了一层薄薄的黄褐色生物膜。4、开启进水，开启曝气5、测定原水和处理水质的COD对比分析注意事项：1、环境温度：5402、处理水量：2030L/h3、进、出水水质：进水 出水BOD5 160300mg/L2040 mg/LCODCr 300500 mg/L2860 mg/LSS80160 mg/L815 mg/LpH6969五 实验结果整理1、实验纪录表实验小组号: 实验日期: 姓名:原水pH: 原水温度: 表5-1 不同的曝气时间与处理效果实验纪录表曝气时间(min)CODCr(mg/L)处理效率(%)TOC处理效率(%)备注2、实验结果分析与评价六 实验结果讨论1、向有接种污泥的生物接触氧化池投加营养物并曝气，使微生物生长繁殖，如何合理配置营养物？2、影响处理效果的因素有哪些。实验六 活性污泥性质的测定活性污泥是指充满了大量微生物及有机物和无机物的絮状泥粒，它具有很大的表面积和强烈的吸附和氧化能力，沉降性能良好。活性污泥生长的好坏，与其所处的环境因素有关，而活性污泥性能的好坏，又直接关系到废水中污染物的去除效果。为此，水质净化厂经常要通过观察和测定活性污泥的工作状况，从而预测处理出水的好坏。一 实验目的1、了解评价活性污泥性能的四项指标及其相互关系，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。2、观察活性污泥性状。3、掌握污泥性质MLSS、SV、SVI的测定和计算方法。二 实验原理活性污泥是人工培养的生物絮凝体，它是由好氧微生物及其吸附的有机物组成的。活性污泥具有吸附和分解废水中的有机物（有些也可利用无机物质）的能力，显示出生物化学活性。活性污泥组成可分为四部分：有活性的微生物(Ma)、微生物自身氧化残留物(Me)、吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有机物(Mi)和无机悬浮固体(Mii)。活性污泥的评价指标一般有生物相、混合液悬浮固体浓度（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）、污泥沉降比（SV）、污泥体积指数（SVI）等。在生物处理废水的设备运转管理中，可观察活性污泥的颜色和性状，并在显微镜下观察生物相的组成。混合液悬浮固体浓度（MLSS）是指曝气池单位体积混合液中活性污泥悬浮固体的质量。又称为污泥浓度。它由活性污泥中Ma、Me、Mi和Mii四项组成。单位为mg/L或g/L。混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）指曝气池单位体积混合液悬浮固体中挥发性物质的质量。表示有机物含量，即由MLSS中的前三项组成。单位为mg/L或g/L。一般生活污水处理厂曝气池混合液MLVSS/MLSS在0.70.8。性能良好的活性污泥，除了具有去除有机物的能力外，还应有好的絮凝沉降性能。活性污泥的絮凝沉降性能可用污泥沉降比（SV）和污泥体积指数（SVI）来评价。污泥沉降比（SV）是指曝气池混合液在100ml量筒中静止沉淀30min后，污泥体积与混合液体积之比，用百分数（%）表示。活性污泥混合液经30min沉淀后，沉淀污泥可接近最大密度，因此可用30min作为测定污泥沉降性能的依据。一般生活污水和城市污水的SV为15%30%。污泥体积指数（SVI）是指曝气池混合液沉淀30min后，每单位质量干泥形成的湿污泥的体积。单位为mL/g，但习惯上把单位略去。SVI的计算式为： （6-1）在一定污泥量下，SVI反映了活性污泥的絮凝沉降性能。如SVI较高，表示SV较大，污泥沉降性能较差；如SVI较小，污泥颗粒密实，污泥老化，沉降性能好。但如果SVI过低，则污泥矿化程度高，活性及吸附性都较差。一般来说，当SVI为100150时，污泥沉降性能良好；当SVI200时，污泥沉降性能较差，污泥易膨胀；当SVI50时，污泥絮体细小紧密，含无机物较多，污泥活性差。三 实验设备与材料(1)接触氧化池池：1套(2)分析天平：1台(3)烘箱：1台(4)100mL量筒：1只(5)定量滤纸：数张(6)称量瓶：1只(7)干燥器：1只(8) 500mL烧杯：2个(9)玻璃棒：2根四 实验步骤1、活性污泥性状及生物相观察用肉眼观察活性污泥的颜色和性状。2、污泥沉降比SV(%)测定它是指曝气池中取混合均匀的泥水混合液100mL置于100mL量筒中，静置30min后，观察沉降的污泥占整个混合液的比例，记下结果。实验操作步骤如下：(1)将干净的l00mL量筒用蒸馏水冲洗后，甩干。(2)取100mL混合液置于l00mL量筒中，并从此时开始计算沉淀时间。(3)观察活性污泥凝絮和沉淀的过程与特点