水处理实验指导

1、水 处 理 实 验 指 导（一）水处理实验具体组织安排第一阶段实验项目名称自由沉淀实验过滤实验混凝实验曝气充氧实验常规水处理工艺运行第二阶段活性炭吸附气浮实验水的膜分离实验综合水处理实验代码123456789地点建工南楼205建工南楼205建工南楼204建工南楼205建工南楼205建工南楼205建工南楼204建工南楼204建工南楼204、205注意：1、实验开始时间为上午8：30；下午1:30开始；2、实验前请预习，在校园网-组织机构-教学机构-建筑工程学院-教学工作-资料下载。做实验时，交实验预习报告给老师检查后方可进行实验；第 一 阶 段 实 验 安 排实验项目及代码实 验 时 间实 验周

2、 次实验组别及内容自由沉淀实验1过滤实验2混凝实验3曝气充氧实验4常规水处理工艺演示5A(1+4) B(4+1) C(2+3) D(3+2) 5C(1+4) D(4+1) E(2+3) F(3+2)5A(2+3) B(3+2) E(1+4) F(4+1)第二阶段安排活性炭吸附实验6气浮实验7水的膜分离实验8综合水处理实验9A(6) B(6) C(7+8) D(8+7) C(6) D(6) E(7+8) F(8+7)E(6) F(6) A(7+8) B(8+7) 实验9各组自行预约安排实验组别代码实验组成员（每班分成6组）ABCDEF77 目 录实验一 颗粒自由沉淀实验5实验二 过滤实验9实验三

3、 混凝实验17实验四 曝气充氧实验22实验五 常用水处理工艺运行演示 27附录一酸度计、溶解氧和浊度仪的使用 48附录二常规水质检测方法 55 绪 论 给水排水工程是给排水专业、环境工程专业的主干专业课程，课程本身就不是一个纯理论性学科，而是实践性很强的学科，因而相关的实验技术更为重要，不仅一些现象、 规律、理论，而且工程设计和运行管理中的许多问题，也都离不开实验。如给水处理工程中的混凝沉淀的药剂种类选择及生产运行适宜条件的确定需要通过实验测定，才能正确地选择。同时水处理实验可应用于指导水处理规律的研究，改进现有工艺、设备以及研究新工艺、新设备。因此在学习给排水工程有关专业课程的同时，非常有必

4、要加强水处理实验课程的学习，注意培养学生自己独立解决工程实践中实验技术问题的能力。一、 水处理实验课的教学目的与任务1. 通过对实验的观察、分析，加深对水处理基本概念、现象、规律与基本原理的理解；2. 掌握一般水处理实验技能和仪器、设备的使用方法，具有一定的解决实验技术问题的能力；3. 学会设计实验方案和组织实验的方法；4. 学会对实验数据进行测定、分析与处理，从而能得出切合实际的结论；5. 培养实事求是的科学态度和工作作风。二、 水处理实验过程实验准备工作（）理论准备工作（）实验设备、测试仪器准备（）测试步骤与记录表格的准备（）人员分工实验（）仪器设备的安装与调试（）实验（）实验数据分析处理

5、与实验报告 实验数据的分析处理实验报告：包括实验名称、实验目的、实验原理、实验装置仪器、实验步骤(预习报告)、实验数据及分析处理、结论、问题讨论。 实验报告参考格式实验名称：姓名：班级：同组人：实验日期：实验地点：环境条件：实验目的指出实验所要达到的主要目的实验原理简述实验所依据的有关原理和相关的理论基础实验装置绘制实际的实验装置流程简图，并注明主要设备和检测仪器的种类与型号实验步骤结合实际操作计划，对操作方法、程序进行简单阐述实验数据记录与整理用表格形式记录实测数据，依据实验原理完成数据的计算处理，计算过程、步骤要求全面、清楚。类型相同的多组数据处理，计算时可用一组数据处理的全过程为例进行整

6、理，其他数据的计算、处理过程可省略，并把计算结果列于表中实验结果与分析讨论及合理化建议主要包括实验结果总结、实验结果与理论值间的误差及相关分析、回答有关问题，并针对产生误差的原因、提出合理化建议等实验一 颗粒自由沉淀实验 一、沉淀概况沉淀是去除水中杂质的常用方法。基本类型 自由沉淀用以去除低浓度的离散性颗粒如沙砾、铁屑等。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沉砂池设计的重要依据。二、实验目的1、 掌握颗粒自由沉淀实验的方法，学会对实验数据进行分析、整理、计算的方法；2、 进一步了解和掌握自由沉淀的规律，根据实验结果绘制时间沉淀率(tE)

7、、沉速沉淀率(uE)、和沉淀速度-残余颗粒百分比（u-P）的关系曲线。三、实验原理浓度较稀的、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斯笃克斯公式（Stokes）。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，所以自由沉淀可在一般沉淀柱内进行，但其直径应足够大，一般应大于100mm以免颗粒沉淀受柱壁干扰。实验用装置见图1-1设水深为h，在t时间能沉到h深度颗粒的沉速u=h/t。根据给定的时间t0，计算出颗粒的沉速u0。凡是

8、沉淀速度等于或大于u0的颗粒，在t0时都可全部去除。设原水中悬浮物浓度为c0(mg/L)，则与沉淀历时t相对应的悬浮物沉淀效率百分率为 其中不同沉淀时间ti时，沉淀柱未被去除的悬浮物百分比为 沉淀试验时，可算出H对应的时间t的颗粒沉速为ui即为ti时间内从水面下沉到池底（实验中为取样点）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，从而可绘出u-E、t-E及u-P的曲线，其形式见图1-2具有颗粒大小不同、沉速为ui的悬浮物静沉总去除率E与设计沉速u0、未被去除颗粒重量百分率P0的关系如下： 四、实验装置、仪器1、 装置：沉淀柱外形尺寸：直径×高=100mm×

9、1500mm 数量：4根，有效水深即由水面至取样口距离，原水箱、水泵等；2、 仪器：烘箱、分析天平、过滤装置、秒表、标尺等；3、 器皿及材料：量筒、烧杯（200ml 6个）、滤纸、称量瓶、干燥皿等。五、实验步骤1、 将原水样搅拌均匀，启动水泵把水样注入沉淀柱；2、 在进水过程中取样测定原水样悬浮物含量：取两个100ml水样过滤、烘干、称重；3、 当水上升到实验所定高度处，关进水即记录沉淀实验开始时间；4、 经过5、10、20、30、50、70分钟分别在取样口取样一次，记录沉淀柱内液面高度，每次取样两个100ml（平行样） 过滤、烘干、称重。5、 观察悬浮颗粒沉淀特点、现象。注意： 1、取样间隔

10、时间的长短可根据原水样悬浮物含量调整； 2、开启取样口取样时，先排除取样管中积水再取样；3、每次取样前观察水面高度H，记录（）。4、如果原水样悬浮物含量较低时，可把取样时间拉长。六、实验结果处理1、 实验基本参数：实验日期 年 月 日 水样性质及来源：沉淀柱内径d= mm 柱高H= 原水样悬浮物含量C0= mg/L 水温： 2、 把实验测得数据记入表1-1-13、 根据表1-1-1实验数据进行整理计算填入表1-1-2表1-1-1 自由沉淀实验记录表取样序号沉淀时间 (min)沉淀高度 H(cm)称量瓶 号称量瓶+滤纸重（g）瓶纸+悬浮物重（g）水样悬浮物重（g）取样体积 (ml)C(mg/L)

11、(mg/L)051020305070表1-1-2 实验原始数据整理表沉淀高度 (cm)沉淀时间 (min)计算用SS(mg/L)残余颗粒的百分比Pi颗粒沉速ui（mm/s）表中不同沉淀时间ti时，沉淀柱内未被去除的悬浮物的百分比及颗粒沉速分别按下式计算： 未被去除的残余颗粒百分比： 相应颗粒沉速 ： 4、 以颗粒沉速ui为横坐标，以Pi为纵坐标，在格纸上绘制Pu关系曲线。5、 根据实验所得曲线，分析推导相应于沉淀时间ti的悬浮固体去除百分率七、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、 沉淀柱高分别为H=1.0m，H=1.2m，两组实验成果是否一样，为什么？实验二 过滤实

12、验 一、过滤概况1什么是过滤？4、以颗粒沉速ui为横坐标，以Pi为纵坐标，在格纸上绘制Pu关系曲线。5、根据实验所得曲线，分析推导相应于沉淀时间ti的悬浮固体去除百分率七、思考题3、 自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有何区别？4、 沉淀柱高分别为H=1.0m，H=1.2m，两组实验成果是否一样，为什么？实验二 过滤实验 一、过滤概况1什么是过滤？过滤是具有孔隙的物料层截留水中杂质从而使水得到澄清的工艺过程。过滤方式有：砂滤、硅藻土涂膜过滤、烧结管微孔过滤、金属丝编织物过滤等。2过滤的作用 （1） 去除化学和生物过程未能去除的微细颗粒和胶体物质，提高出水水质。（2） 提高悬浮固体、浊度、磷

13、、BOD、COD、重金属、细菌、病毒等的去除率。（3） 强化后续消毒效果，由于提高了悬浮物和其他干扰物质的去除率，因而可降低消毒剂的用量。（4） 使后续离子交换、吸附、膜过程等处理装置免于经常堵塞，并提高它们的处理效率。 二、 实验目的1、 了解滤料的级配方法，绘制筛分曲线； 2、 熟悉普通快滤池过滤、反冲洗的过程；3、 加深对滤速、反冲洗强度、滤层膨胀率、初滤水浊度的变化、反冲洗强度与滤层膨胀率关系及滤速与清洁滤层水头损失关系的理解；三、实验原理1、为了取得良好的过滤效果，滤料应具有一定级配。滤料级配是指将不同大小粒径的滤料按一定比例加以组合，以取得良好的过滤效果。生产上有时为了方便起见，常

14、采用0.5mm和1.2mm孔径的筛子进行筛选，这样就不可避免地出现细滤料（或粗滤料）有时过多或过少现象。为此应采用一套不同筛孔的筛子进行筛选，并选定有效粒径d10、d80值和不均匀系数K80。d10是表示通过滤料重量10%的筛孔孔径，它反映滤料中细颗粒尺寸，即产生水头损失的“有效”部分尺寸，d80是指通过滤料重量80%的筛孔孔径，它反映粗颗粒尺寸，不均匀系数K80为d80与d10之比（K80= d80/d10）。K80越大表示粗细颗粒尺寸相差越大，滤料粒径越不均匀，这样的滤料对过滤及反冲都不利。尤其是反冲时，为了满足滤料粗颗粒的膨胀要求就会使细颗粒因过大的反冲强度而被冲走，相反若为满足细颗粒不

15、被冲走的要求而减少反冲强度，则粗颗粒可能因冲不起来而得不到充分清洗。所以滤料需经过筛分级配。在研究过滤过程的有关问题时，常常涉及到孔隙（率）度的概念，孔隙率为滤料体积内孔隙体积所占的百分数。孔隙体积等于自然状态体积与绝对密实体积之差。孔隙率的测定要先借助于比重瓶测出比重，然后经过计算求出。其计算方法为 （2-1） 式中：m滤料孔隙（率）度（%）： 滤料层孔隙体积（cm3）； V滤料层体积（cm3） VC滤料层中滤料所占体积（cm3） G滤料重量（在105下烘干）(g) 滤料比重（g/ cm3）2、快滤池滤料层能截留粒径远比滤料孔隙小的水中杂质，主要通过接触絮凝作用，其次为筛滤作用和沉淀作用。过

16、滤是水中悬浮颗粒与滤料颗粒间黏附作用的结果。黏附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质，当水中颗粒迁移到滤料表面上时，在范德华引力和静电引力及某些化学键和特殊的化学吸附力作用下，它们黏附到滤料颗粒的表面上。此外，某些絮凝颗粒的架桥作用也同时存在。研究表明，过滤主要还是悬浮颗粒与滤料颗粒经过迁移和黏附两个过程来完成去除水中杂质的过程。在过滤过程中随着过滤时间的增加，滤层中悬浮颗粒的量也会随着不断增加，就会导致过滤过程水力条件的改变，滤层截污量增加后，滤层孔隙度m减小，水流穿过砂层缝隙流增大，于是水头损失增大。当滤料粒径、形状、滤层级配和厚度及水位一定时，如果孔隙率减少，则在水头损失不变的

17、情况下，必然引起滤速减小。反之，在滤速保持不变时，必然引起水头损失的增加。就整个滤料层而言，上层滤料截污量多，下层滤料截污量小，因此水头损失的增值也由上而下逐渐减小。清洁滤料的水头损失计算表达式为 (2-2)式中：h0水流通过清洁滤层水头损失，cm； d0与滤料体积相同的球体直径（cm） v过滤滤速（cm/s） g重力加速度，981cm/s2； m0滤料孔隙率； L0滤层厚度（cm） 水的运动粘滞系数（cm2/s）; 滤料颗粒球度系数，可取0.80左右。当滤速不高，清洁滤层中水流属层流时，水头损失与滤速成正比，两者成直线关系；当滤速较高时，（2-2）式计算结果偏低，即水头损失增长率超过滤速增长

18、率。3、过滤时，随着滤层中杂质截留量的增加，当水头损失增至一定程度，滤池产水量锐减，或由于滤后水质不符合要求时，为了保证滤后水质和过滤滤速，需要对滤层进行反冲洗，反冲洗的目的是清除滤层中的污物，使滤料层在短时间内恢复过滤能力。反冲洗的方式有多种多样，其原理是一致的。反冲洗开始时承托层、滤料层未完全膨胀，相当于滤池处于反向过滤状态，这时滤层水头损失可用式（2-2）计算。当反冲洗进度增大后，滤料层膨胀起来，截留于滤层中的污物，在滤层孔隙中的水流剪力以及滤料颗粒相互碰撞摩擦的作用下，从滤料表面脱落下来，然后被冲洗水流带出滤池。反冲洗效果主要取决于滤层孔隙水流剪力。该剪力既与冲洗流速有关，又与滤层膨胀

19、率有关。冲洗流速小，水流剪力小；而冲洗流速较大时，滤层膨胀度大，滤层孔隙中水流剪力又会降低，因此冲洗流速应控制在适当的范围。高速水流冲洗是最常用的一种形式，反冲洗效果通常由滤床膨胀率e来控制。根据滤料层膨胀前后的厚度便可求出膨胀度（率） （2-3）式中：L 砂层膨胀后厚度（cm）L0砂层膨胀前厚度 (cm)膨胀度e值的大小直接影响了反冲洗效果，而反冲洗的强度大小决定了滤料层膨胀度。反冲洗强度可按下列公式计算 （2-4）式中： q冲洗强度(L/s.) de滤层的校准孔径(cm) 动力粘度(N.s/m2) e膨胀率，用%计； m0滤层原来的孔隙率。滤料的校准孔径de可用下式计算 （2-5）式中：d

20、i1、di2相邻两层滤料粒径（cm） pidi粒径的滤料占全部滤料的比例。例如，以滤料粒径d为横坐标，以所占比例为纵坐标作累计曲线，把此累计曲线分成n段，每短曲线所对应的粒径为di1和di2，对应的纵坐标为、pi2。则。把n个相加，便求出de值。通过实验研究，e为25%时反冲洗效果即可以为最佳。四、实验装置与设备（一） 过滤装置： 图2-1-1过滤实验装置示意图（老装置）1.过滤柱 2.滤料层 3.承托层 4.5.转子流量计 6.水泵 7.反冲洗水箱 8.9.10.阀门 11.总排水管 12.测压板 13.水泵 14.原水箱 15.溢流口 图2-1-2过滤实验装置示意图（新装置）实验装置包括：

21、Ø110×2000有机玻璃柱1套、取样和测压阀6套、进水流量计1只、反冲洗流量计1只、反冲洗出水管1套、气体反冲洗流量计1个、气体反洗管路1套、反冲洗气泵1台、滤料、承托层1套、塑料水泵（104）1只、塑料配水箱1只、反冲洗水箱1只、测压管6根8mm×2000mm、测压板1块（2米，最小刻度1cm）、不锈钢实验支架1套、进水管阀反冲洗管阀、 电源线、插头、开关1套、排水管1根（二）实验设备及器皿： 1、筛子 孔径0.2-2mm，中间不少于4档 1组 2、托盘天平(500g/0.1g)、烘箱3、量筒、容量瓶、比重瓶、干燥器、钢尺、温度计等4、酸度计1台5、浊度仪1台

22、6、烧杯（200mL）7、硫酸铝（质量分数1%）五、实验步骤1、滤料筛分和孔隙度测定（1） 滤料筛分： 称取洗净并105烘干的滤料200g； 用孔径0.22.0mm的一组筛子过筛，称出留在各筛号上的砂重（精确到0.1g）；所有各筛余重量与底盘中剩余试样重量之和与筛分前的试样总重相比，其差值不应超过1%；（2） 孔隙度测定： 测定滤料比重：向比重瓶中注入冷开水至一定刻度，擦干瓶颈内部附着水，记录水的体积（V1）；称取烘干砂样50g（g0）徐徐装入盛水的比重瓶中，直至试样全部装入为止，瓶中水不宜太多以免装入试样后溢出；用瓶中水将粘附在瓶颈及瓶内壁上的试样全部洗入水中，摇转比重瓶以排除气泡，静置24

23、小时后记录瓶中水面升高后的体积（V2），至少测两个试样取平均值。滤料比重按下式计算：（-滤料比重 g/cm3;g0-试样的烘干重量 g；V1-水的原有体积 cm3；V2-投入试样后水和试样的体积 cm3）。 测定孔隙率：将测定比重后的滤料放入过滤柱中，用清水过滤一段时间后量测滤料层体积， 用公式求出孔隙率。（G-烘干后滤料的重量，g；V-滤料体积，cm3；-滤料比重 g/cm3）2、污水过滤实验（老装置做）（1） 开启反冲洗进水阀，启动水泵，反冲洗滤层几分钟，以便去除滤层内的气泡；（2） 关闭反冲洗进水阀，开启过滤阀门、过滤柱出水阀，降低柱内水位，将滤柱有关数据记录表4-2（3） 调整加药量，

24、使流量为40L/h时投药量符合要求，通入浑水同时加药，开始过滤，流量约40L/h。开始过滤后的1、3、5、10、20、及30min测出水浊度。并测进水浊度和水温。（4） 调整加药量，使流量为60L/h时投药量符合要求，加大流量至60L/h，加大流量后的10、20、30min测出水浊度并测进水浊度。将有关数据记入表2-3（5） 提前结束过滤，用设计规范规定的冲洗强度、冲洗时间进行冲洗（生产上石英砂滤料冲洗强度取1215（L/s.m2），冲洗时间为75min），观察整个滤层是否均已膨胀。冲洗将结束时，取冲洗排水测浊度。测冲洗水温。将有关数据记入表2-33、滤层气、水反冲洗实验（新装置做） 气、水反

25、冲洗是从浸水的滤柱下送入空气，当其上升通过滤层时形成若干气泡，使周围的水产生紊动，促使滤料反复碰撞，将粘附在滤料上的污物搓下，再用水冲出粘附污物。紊动程度的大小随气量及气泡直径大小而异，紊动越强烈则滤层搅拌也越强烈。气、水反冲洗的优点是可以洗净滤料内层，较好地消除结泥球现象且省水。当用于直接过滤时，优点更为明显，这是由于在直接过滤的原水中，一般都投加高分子助滤剂，它在滤层中所形成的泥球，单纯用水反洗较难去除。气、水反冲洗的方法一般是先气后水；也可气、水同时反洗，但此种方法滤料容易流失。（1）、量出滤层厚度L0，开启气泵，进行反问冲洗；（2）、慢慢开启反冲洗进水阀门，使滤料刚刚膨胀起来，待滤料表

26、面稳定后，记录反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L；（3）、开大反冲洗阀门，变化反冲洗流量，按步骤1测出反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L；（4）、改变反冲洗流量6-8次，直至最后一次砂层膨胀达100%为止。测出反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L，记入表2-4中4、滤速与清洁滤层水头损失的关系实验（新装置做）（1）、通入清水，调节流量计进水量和阀门，使流量约为60-80L/h，待测压管中水位稳定后，记下滤柱最高、最低两根测压管中水位值；（2）、增大过滤水量，使过滤流量依次为100、120、140、160 L/h左右，最后一次流量控制在200 L/h,分别测出滤柱最高、最低两根测压管中水位值,记入表2-6中。

27、注意：1、用筛子筛分滤料时不要用力拍打筛子；2、反冲洗滤料柱中的滤料时，不要使进水阀门开启度过大，应缓慢打开以防滤料冲出柱外；3、在过滤实验前，滤层中应保持一定水位，不要把水放空以免过滤实验时测压管中积存空气 ；4、冲洗时，为了准确地量出砂层厚度，一定要在砂面稳定后再测量，并在每一个反冲洗流量下连续测量三次。六、 实验结果整理（一） 滤料筛分和孔隙测定实验结果1 根据砂滤料筛分情况按表4-1进行记录。表2-1 滤料筛分记录表 筛孔（mm）留在筛上的砂量通过该筛号的砂量重量（g）%重量（g）%筛后总重量W误差（100-W）/100×100%=2 根据表2-1所列数据，以通过筛孔的砂量百

28、分率为纵坐标，以筛孔孔径（mm）为横坐标，绘制滤料筛分级配曲线，并可求得d10,d80,K80。3 根据粒径0.5、0.8、1.2mm滤料重量、体积、容重分别求出它们的孔隙度m值。（二） 过滤实验结果表2-2 滤柱基本参数表滤柱内径（mm）滤料名称滤料粒径（cm）滤料厚度（cm）表2-3 过滤记录表 混凝剂： 原水水温：流量（L/h）滤速（m/h）投药量（mg/L）过滤历时（min）进水浊度出水浊度4013510203060102030根据表2-3实验数据，以过滤历时为横坐标，出水浊度为纵坐标，绘流量40L/h时的初滤水浊度变化曲线。设出水浊度不得超过3度，问滤柱运行多少分钟出水浊度才符合要求

29、？绘流量60L/h时的出水浊度变化曲线。（三）滤层反冲洗实验结果按照反冲洗流量变化情况、膨胀后砂层厚度填入表2-4；表2-4 滤层反冲洗实验记录表序号测定次数反冲洗流量(L/h)反冲洗强度（L/s.m2）膨胀后砂层厚度L (cm)砂层膨胀度1123平均2123平均 反冲洗前滤层厚度L0= (cm)根据表2-4实验数据，以冲洗强度为横坐标，滤层膨胀率为纵坐标，绘制冲洗强度与滤层膨胀率关系曲线。（四）清洁砂层过滤水头损失实验结果将过滤时所测流量、测压管水头填入表2-5。表2-5 清洁滤层水头损失实验记录表滤 速(m/h流量（L/h）清洁滤层顶部的测压管水位（cm）清洁滤层底部的测压管水位（cm）清

30、洁滤层水头损失（cm） 根据表2-5实验数据，以滤速为横坐标，清洁滤层水头损失为纵坐标，绘滤速与清洁滤层水头损失关系曲线。 七、 实验结果讨论1滤层内有空气泡时对过滤、冲洗有何影响？2当原水浊度一定时，采取什么措施能降低初滤水出水浊度？3冲洗强度为何不宜过大？实验三 混凝实验一、概述什么是混凝？有什么作用？混凝是在废水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳定性，使废水中的胶体和细小悬浮物聚集成具有可分离性的絮凝体，再加以分离除去的过程。作用：（1）有效地去除原水中的悬浮物和胶体物质，降低出水浊度和BOD5。 （2）有效地去除水中微生物、病原菌和病毒。 （3）去除污水中的乳化油、色度、重金属离子及其他

31、一些污染物。 （4）混凝沉淀可去除污水中磷的90%95%，是最便宜而高效的除磷方法。(5) 投加混凝剂可改善水质，有利于后续处理。二、实验目的1、 学会求得一般天然水体最佳混凝条件（包括投药量、pH值、水流速度梯度）的基本方法；2、 加深对混凝机理的理解。三、实验原理 1、胶体的稳定与凝聚 水中胶体颗粒微小、表面水化和带电使其具有稳定性。带电胶体与其周围的离子组成如下图所示双电层结构的胶团(以FeCl3水解Fe(OH)3胶团为例)： 扩散层 胶团吸附层内的离子随胶体核一起运动表现出来的电位称为电动电位,又称为Zeta电位，电位的高低决定了胶体颗粒之间斥力的大小和影响范围。其值可由电泳或电渗实验

32、结果用下式求得： =4u/(DE)式中 _液体的动力粘度,Pa u_颗粒电泳迁移的平均速度或液体电渗的平均移动速度,cm/s； D_液体的介电常数； E_两电极间单位距离外加的电位差，绝对静电单位/cm，l绝对静电单位=300V 一般天然水中胶体颗粒Zeta电位约在-30mV以上，投加混凝剂后，只要该电位降到-15mV左右即可得到较好的混凝效果。相反，当Zeta电位降到零，往往不是最佳混凝状态。要使胶体脱稳与凝聚，必须降低电位和破坏水化膜，并提供胶粒碰撞的动能。造成胶粒碰撞的主要原因是布朗运动、流速梯度和涡流紊动。对于粒径在1m左右的颗粒，布朗运动已基本不起作用。为此,工程上采用投药后快速搅拌

33、，以保持较高的碰撞次数。搅拌产生的速度梯度G与搅拌时间T的乘积可间接表征整个反应时间内颗粒碰撞的总次数，可用来控制反应效果。一般控制GT (无量纲)值在104-105之间。考虑到颗粒数目对碰撞的影响，有人提出应以GTC (C为胶体浓度，质量比)值作为控制参数，并建议GTC值控制在100左右。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。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

34、，当粒径大于15时，布朗运动基本消失。2、影响混凝效果的因素（1）、水的pH值对混凝效果影响很大。pH值的大小直接关系到选用药剂的种类、加药量和混凝沉淀效果。水中H+和OH-参与混凝剂的水解反应，因此，pH值强烈影响混凝剂的水解速度、产物的存在形态与性能。以铝盐为例，铝盐的混凝作用是通过生成Al(OH)3胶体实现的，在不同pH值下，Al3+的存在形态不同。当pH<4时，Al(OH)3溶解，以Al3+存在，混凝除浊效果极差。一般来说，在低pH值时，高电荷低聚合度的多核配合离子占主要地位，起不了粘附、架桥、吸附等作用。在pH=6.5-7.5时，聚合度很大的中性Al(OH)3胶体占绝对多数，故

35、混凝效果好。当pH>8时，Al(OH)3胶体又重新溶解为负离子，生成AlO2-，混凝效果又很差了。高分子絮凝剂受pH值影响较小。水的碱度对pH值有缓冲作用。当碱度不够时，应添加石灰等药剂。(2)、水温对混凝效果有明显的影响。混凝剂水解多是吸热反应。水温低时，水解速度慢，不完全。温度也影响矾花形成速度和结构。低温时，尽管增加投药量，絮体的形成还是很缓慢，而且结构松散，颗粒细小，较难去除;此外，水温低时水的粘度大，布朗运动减弱，碰撞次数减少，同时剪切力增大，难以形成较大的絮体。但温度太高，易使高分子絮凝剂老化或分解生成不溶性物质，反而降低混凝效果。（3）、水中杂质成分、性质和浓度对混凝效果的

36、影响。水中粘土杂质，粒径细小而均匀者，混凝效果较差，粒径参差者对混凝有利。颗粒浓度过低往往对混凝不利，回流沉淀物或投加助凝剂可提高混凝效果。水中存在大量有机物时，能被粘土微粒吸附，使微粒具备了有机物的高度稳定性，此时，向水中投氯以氧化有机物，破坏其保护作用，常能提高混凝效果。水中的盐类也能影响混凝效果，如水中Ca2+、Mg2+，硫、磷化合物一般对混凝有利，而某些阴离子、表面活性物质却有不利影响。(4)、混凝剂种类影响。混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。如水中污染物主要呈胶体状态，且电位较高，则应先选无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活化硅胶等助

37、凝剂。很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。对于高分子而言，链状分子上所带电荷量越大，电荷密度越高，链越能充分延伸，吸附架桥的空间范围也就越大，絮凝作用就越好。（5）、混凝剂投加量的影响。对任何混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量，应通过试验确定。一般的投量范围是:普通铁盐、铝盐为10-l00mg/L;聚合盐为普通盐的1/2-1/3;有机高分子混凝剂1-5mg/L。投量过多可能造成胶体再稳。（6）、混凝剂投加顺序的影响。当使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序通过试验确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂并用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理

38、的胶粒在50m以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩双电层而使胶体脱稳。（7）、水力条件对混凝有重要影响。在混合阶段，要求混凝剂与水迅速均匀地混合，而到了反应阶段，既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐步减小，反应时间要长。四、实验装置、设备1、 设备及仪器仪表（每组所需）混凝试验搅拌器、浊度计、酸度计、磁力搅拌器各1台 2、 器皿烧杯 1000ml 8个 300 ml 4个锥形瓶 150 ml 8个量筒 1000ml 1个移液管 1、2、5、10 ml 各1支注射针筒 50 ml 1支温度计 100oC 1支

39、3、 试剂盐酸 10%NaOH溶液 10% FeCl3溶液 10g/L 硫酸铝溶液 10g/L 聚合氯化铝溶液 10g/L五、实验内容及步骤（一） 实验内容：分为最佳投药量、最佳pH值两部分。在进行最佳投药量实验时，先选定一种搅拌速度变化方式和pH值，求出最佳投药量，然后按照投药量求出混凝最佳pH值。（二）实验步骤：准备工作：熟悉搅拌机、酸度计、浊度计的使用方法。1、 最佳投药量(M)实验步骤：（1） 测定原水特征：测原水浊度、pH值、温度。（2） 确定形成矾花所用的最小混凝剂量。方法：通过慢速搅拌烧杯中200mL原水，并每次增加0.1 ml混凝剂投药量，直至出现矾花为止。这时的混凝剂量作为形

40、成矾花的最小投加量M0。（3） 用6个1000ml的烧杯编号后分别加入800ml原水，放在搅拌机平台上。（4） 确定混凝剂投加量：把1/3M0作为1号烧杯的混凝剂投加量，2M0作为6号烧杯的混凝剂投加量，用依次增加混凝剂投加量相等的方法求出2-5号烧杯混凝剂投加量，把混凝剂分别加入烧杯中。（5） 启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约300r/min；中速搅拌5分钟，转速约100r/min；慢速搅拌10分钟转速约50r/min。(注：如果用污水进行混凝实验，污水胶体颗粒比较脆弱，搅拌速度要适当放慢。)（6） 搅拌过程中，注意观察并记录矾花形成的过程、矾花外观、大小、密实程度等。（7） 关闭搅拌机，

41、静止沉淀10分钟，用50ml注射器抽出烧杯中的上清液放入锥形瓶，测定浊度，记录结果，整理得出最佳投药量M。注意：用注射针筒抽吸上清液时，不要搅动底部沉淀物，抽吸要迅速。2、 最佳pH值实验步骤：（1）测定原水特征：测原水浊度、pH值、温度。（2）取6个1000ml的烧杯编号后分别加入800ml原水，根据原水的pH值用10%盐酸调节1号烧杯水样使其pH值等于3，从2-6号烧杯的水样的pH值依次增加一个pH值单位。 注意：调节pH值时，滴加酸碱液时要慢，pH计的反应要一段时间。（1）将水样置于搅拌机平台上，用移液管加入混凝剂M，启动搅拌机，快速（30S）-中速(5min)-慢速(10min)混凝搅

42、拌。(2)关闭搅拌机，静止沉淀10分钟，用50ml注射器抽出烧杯中的上清液放入锥形瓶，测定浊度，记录结果，整理得到最佳pH值。六、实验结果整理（一）最佳投药量实验结果整理：1、把原水特征、混凝剂投加情况、沉淀后的剩余浊度记入表3-1-1 2、以沉淀水浊度为纵坐标，混凝剂加药量为横坐标，绘出浊度与药剂投加量关系曲线，求出最佳混凝剂投加量。表3-1-1最佳投药量实验记录第 小组 姓名 实验日期 原水水温 浊度 mg/L pH 原水胶体颗粒Zeta电位 mV 使用混凝剂种类 浓度 水样编号12345678混凝剂加注量（ml/L）矾花形成时间（min）沉淀水浊度FTU（NTU）FTU:1.25mg/L

43、硫酸肼和12.5mg/L六次甲基四胺在水中形成的甲臢聚合物所产生的浊度为1度。（二）最佳pH值实验结果整理：1、把原水特征、混凝剂加注量、酸碱加注情况、沉淀水浊度记入表3-1-2 表3-1-2 最佳pH值实验记录第 小组 姓名 实验日期 原水水温 浊度 mg/L pH 原水胶体颗粒Zeta电位 mV 使用混凝剂种类 浓度 水样编号12345678Hcl投加量（ml/L）NaOH投加量（ml/L）pH值混凝剂加注量（ml/L）沉淀水浊度FTU（NTU）2、 以沉淀水浊度为纵坐标，水样pH值为横坐标，绘出浊度与pH值关系曲线，求出所投加混凝剂的混凝最佳pH值及其适用范围。注：实验结果处理可以用电子

44、表格来进行 七、结果讨论1、根据最佳投药量实验曲线，分析沉淀水浊度与混凝剂投加量的关系。2、本实验与水处理实际情况有哪些差别？有什么改措施？实验四 曝气设备充氧能力的测定一、 概述活性污泥法处理废水过程中曝气设备的作用是使空气、活性污泥和污染物三者充分混合，使活性污泥处于悬浮状态，促使氧气从气相转移到液相，从液相转移到活性污泥上，保证微生物有足够的氧进行物质代谢。由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素之一，因此工程设计人员和操作人员常需通过实验测定氧的总传递系数KLa,评价曝气设备的供氧能力和动力效率。二、 实验目的1 加深理解曝气充氧的机理及影响因素；2 掌握曝气设备清水充氧性能的

45、测定方法；3 测定几种曝气设备的氧总转移系数KLa（20）、氧利用率EA、动力效率EP等并进行比较。三、 实验原理曝气是人为地通过一些设备向水中加速传递氧的过程。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。空气中的氧向水中转移的时候，在气水接触面的两侧分别存在着气体边界层（气膜）和液体边界层（液膜）。氧的转移就是在气液双膜内进行分子扩散，在膜外进行对流扩散的过程。由于对流扩散的阻力比分子扩散的阻力小得多，所以氧的转移阻力基本在双膜上，这就是常用的双膜理论。在如图4-1的氧传递过程中，阻力主要来自液膜，氧传递基本方程式为：式中 液体

46、中溶解氧浓度变化速率，kgO2/(m3.h); CS液膜处饱和溶解氧浓度mg/L； Cb液相主体中溶解氧浓度mg/L； CS -Cb氧传质推动力，mg/L； La氧总转移系数， ，1/h,DL液膜中氧分子扩散系数，m2/h；XL液膜厚度，m；A气、液两相接触面积，m2；V曝气液体积，m3。 （式4-1） PPi气相主体液相主体液膜气膜界面氧扩散方向膜i图4-1双膜理论模式 由于液膜厚度XL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，因此用氧总转移系数La代替。将式4-1积分后整理得曝气设备氧总转移系数La计算式：（式4-2） 图7-1 式中 La氧总转移

47、系数，1/min或1/h, t0、t曝气时间 CS曝气池内液体饱和溶解氧浓度mg/L； C0曝气开始时池内溶解氧浓度（t0=0时，C0=0mg/L）； Ct曝气某一时刻t时，池内液体溶解氧浓度，mg/L； 影响氧传递速率La的因素很多，除了曝气设备本身结构尺寸，运行条件外，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La(20)、充氧能力EL、动力效率EP和氧转移效率EA。氧总转移系数La(20)是指在标准状态下单位传质推动力的作用下，在单位时间、向单

48、位曝气液体中所充入的氧量。它的倒数1/La(20)单位是时间，表示将满池水从溶解氧为零充到饱和质时所用时间，La(20)是反映氧传递速率的一个重要指标。评价曝气设备充氧能力的试验方法有两种：一种是间歇非稳态法：即试验时一池水不进也不出，实验过程中水中溶解氧浓度是随时间变化的，由零增到饱和浓度；另一种是连续稳态测定法：即试验时池内连续进出水，水中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，将待曝气水以无水亚硫酸钠为脱氧剂，氯化钴为催化剂，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测定水中溶解氧浓度，利用式4-2计