水质工程学实验指导书

水质工程学实验指导书xx工业学院市政工程实验室实验一混凝实验一、实验目的（1）通过实验确定实验水样的最佳投药量；（2）观察絮体（俗称矾花）的形成过程及混凝沉淀的效果，从而加深对混凝理论的理解。二、实验原理天然水中存在大量胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能去除的。水中粒径小的悬浮物以及胶体物质，由于微粒的布朗运动，胶体颗粒间的静电斥力和胶体的表面物质，致使水中这种含浊状态稳定。向水中投加混凝剂后，由于：能降低颗粒间的排斥能峰，降低胶粒的ζ电位，实现胶粒“脱稳”；同时也能发生高聚物式高分子混凝剂的吸附架桥作用；网捕作用而达到颗粒的凝聚。混凝是水处理工艺中十分重要的一个环节。他所处理的对象主要是水中悬浮物和胶体物质。混合和反应是混凝工艺的两个阶段，投药是混凝工艺的前提，选择性能良好的药剂，创造适宜的化学和水利条件是混凝的关键问题。由于各种原水有很大差别，混凝效果不尽相同。混凝剂的效果不仅取决于混凝剂投加量，同时还取决于水的PH值，水流速度梯度等因素。投加混凝剂的多少，直接影响混凝效果。投加量不足不可能有很好的混凝效果同样如果投加的混凝剂过多也未必能得到好的混凝效果。水质千变万化，最佳的投加量各不相同，必须通过实验方可确定。三、实验设备及药品1、实验器材及设备（1）六联搅拌器，1台；（2）浊度仪，1台；（3）pH计，1台。（4）温度计，1根。（5）1000mL量筒，1个；（6）1000mL烧杯，12个；（7）250mL烧杯，12个；（8）5mL，10ml，2ml，1ml移液管，各2个；（9）医用针筒，2个；（10）洗耳球，2个；2、药品1%浓度硫酸铝[Al2(SO4)3]溶液，或氯化铁溶液。四、实验步骤1．测定原水的浊度及pH值。2．用1000ml量筒分别取6个水样至6个1000mL烧杯中。注意：取水样要搅拌均匀，以尽量减少取样浓度上的误差。3．在6个水样中分别加入0.25、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0ml1%浓度的Al2(SO4)3溶液。4．将烧杯置于六联搅拌器上，先调转速为快速搅拌300rpm，启动仪器，然后加药，同时开始计时，快速搅拌时间为30s；调整转速为100rpm，搅拌时间5min；然后转速为50rpm，搅拌时间10min；关闭搅拌器，静沉15min。5．注意：加药时，在搅拌器第一次加药后，用蒸馏水冲洗加药试管2次。关闭搅拌器后，静沉时不要移动水样。6．搅拌过程中，注意观察并记录“矾花”形成的过程，“矾花”形成的快慢、外观、大小、密实程度、下沉快慢等。7．静沉15min后，用医用针筒在6个水样中依次取出约100mL的上清液，置于200mL烧杯中。测定上清液的浊度及pH值，并记录至表格1中。五、实验原始数据记录表1实验原始记录表1混凝剂名称硫酸铝混凝剂浓度原水温度原水pH值原水浊度水样体积实验设备参数水样编号123456投药量mlmg/l剩余浊度沉淀后pH值实验小组人员实验时间表2实验原始记录表2混凝剂名称氯化铁混凝剂浓度原水温度原水pH值原水浊度水样体积实验设备参数水样编号123456投药量mlmg/l剩余浊度沉淀后pH值实验小组人员实验时间六、实验结果整理和分析1．比较两种混凝剂混凝效果，确定混凝剂种类。2.以投药量为横座标，以剩余浊度为纵座标，绘制投药量-剩余浊度曲线图。3．根据混确定混凝药剂的最佳投药量。七、注意事项1、加药的药液量少时，可掺点蒸馏水摇匀，以免试管上沾的药液过多，影响投药量的精确度。2、移取烧杯中的沉淀水上清液时，要用相同的条件取，不要把沉下去的矾花搅起来。八、思考题1、根据实验结果以及实验中所观察到的现象，简述影响混凝效果的几个主要因素。2、为什么投药量最大时，混凝效果不一定好?实验二滤料筛分级配实验一、实验目的1.掌握滤料筛分实验方法。2.绘制滤料筛分级配曲线3.根据实验所得筛分曲线进行滤料级配的选用二、实验设备1.圆孔标准筛一套，筛孔孔径为2、1.6、1.25、1.0、0.9、0.8、0.71、0.63、0.56、0.5、0.4、0.355mm2.电子天平一台3.石英砂滤料300g4.刷子（软、硬），250ml烧杯2个等三、实验原理 滤料的级配在滤池运行中直接影响出水水质、过滤速度和工作周期。因此，正确选用滤料级配对提高滤池工作效率有很大影响。 滤料级配是指滤料粒径范围及在此范围内不同粒径的滤料所占的百分比。为了合理选用滤料，一般采用d10、d80和k80三个指标来控制滤料级配，d10是指在筛分时通过滤料重量10%的筛孔孔径，它反映了滤料中小颗粒的大小；d80是通过滤料重量80%的筛孔孔径，K80=d80/d10，它表示滤料粒径的不均匀程度，称为不均匀系数。K80愈大，则颗粒间差别愈大，越不均匀。大小颗粒掺杂的结果是使滤池孔隙率降低，影响滤层的含污能力并增加过滤时的水头损失。反之，K80越小，则滤料粒径越均匀。虽然由于孔隙率的增加能提高滤层的含污能力减少过滤时的水头瞬时，但是杂志容易穿透滤层，且滤料的利用率低，成本高。四实验步骤1.称取石英砂200g，将筛子从大到小排列，并用刷子清除筛子上残留的砂砾。2.将称重的200g砂样倒入筛子内，手筛，直至每分钟的筛出量不超过试样总量的0.1%为止。3.称量各个筛子上的筛余试样的重量并记录，所有各筛子上的重量与底盘中沙量之和与筛分前石英砂重量之比大于等于99%。五实验数据记录表3实验记录表筛子号筛子孔径（mm）留在筛子上的砂重量通过该号筛子的砂量重量（g）%重量（g）%1221.631.2541.050.960.870.7180.6390.56100.5110.4120.35513底盘合计六、实验结果整理与计算1.由表中数据，以筛子孔径为横坐标，通过筛孔砂量百分比为纵坐标，绘制滤料级配曲线。2.在滤料级配曲线中找出有效粒径d10，d80，并求出不均匀系数k80，然后设d10=0.55，k80=1.8，在图中求出相应的d80以及最大粒径和最小粒径。实验三水处理构筑物演示实验实验目的:掌握水处理流程中基本处理构筑物的构造及运行原理。比较相似处理构筑物间的特点。通过观察水处理构筑物的运行，加深对相关理论的理解。实验原理:本实验主要是观察机械搅拌澄清池、虹吸滤池、V型滤池、网格絮凝池+斜管沉淀池，城市污水处理全套构筑物（包括沉砂池，初沉池，氧化沟，二沉池（中间进水，四周出水），浓缩池），SBR法间歇式构筑物模型，A2/O工艺构筑物模型，二沉池（四周进水，中间出水），这几种构筑物模型的运行过程。其中，1、沉淀池是根据沉淀理论设计的去除悬浮物质的构筑物。按池内水流方向的不同，可分为平流式沉淀池、辐流式沉淀池等。为了解决沉淀池的排泥问题，把水平隔板改为斜板，就变为斜板沉淀池。平流式沉淀池的构造：平流式沉淀池工艺由流入装置、流出装置、沉淀区、缓冲区、污泥区及排泥装置等组成。辐流式斜板沉淀池是中心进水，周边出水的斜板沉淀池，外形应用的是辐流式形式，呈正方形。斜板沉淀池一般由清水区、斜板区、配水区、沉积区几部分组成，在工艺方面有以下特征：（1）沉淀效率高（2）停留时间短（3）占地面积省。3.澄清池是将絮凝和沉淀这两个单元过程综合于一个构筑物中完成，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时，便被泥渣层阻留下来，使水得到澄清。泥渣层的形成方法是在澄清池开始运行时，在原水中加入较多的混凝剂，并适当降低负荷。澄清池的种类和形式很多，基本上可分为泥渣悬浮型和泥渣循环型，机械加速澄清池属后者。泥渣循环型澄清他的特点是：泥渣在一定范围内循环利用，在循环过程中，活性泥渣不断与原水中脱稳微粒进行接触絮凝作用，使杂质从水中分离出去。4.虹吸滤池是采用真空系统来控制进水虹吸管、排水虹吸管，并采用小阻力配水系统的一种新型滤池。虹吸滤池的构造及工作原理见下图所示。虹吸滤池因完全采用虹吸真空原理，省去了各种阀门，只在真空系统中设置小阀门即可完成滤池的全部操作过程。虹吸滤池一般是由6～8格滤池组成一个整体，滤池底部的清水区和配水系统彼此相通，可利用其他滤格的滤后水来冲洗其中一格；又因为这种滤池是小阻力配水系统，可利用出水堰顶高于排水槽的滤后水位作为反冲洗的动力（即反冲洗水头），因此，此种滤池不需专设反冲洗水泵。图中右半部表示过滤情况，左半部表示反冲洗过程。5、SBR是一个间歇运行的污水处理工艺，与传统连续流活性污泥法相比：该工艺集进水、调节、反应、沉淀于一池，不需调节池和二沉池等构筑物，也不需污泥回流设备，工艺流程简单，构筑物少，占地省，造价低，设备费、运行管理费用低；SBR反应器内，虽然混合液呈完全混合状态，但底物浓度随着污水在池内反应时间的延长由高到低，即在时间上是一个推流状态，根据活性污泥动力学理论，生物反应速度与基质浓度成正比，在理想的推流装置中，不存在返混作用，因此单位容积处理效率高，反应速率快，底物去除率高；为了不同的净化目的，SBR工艺可通过不同的控制手段灵活地运行，由于在时间上的灵活控制，为其实现脱氮除磷提供了有利的条件；ＳＢＲ工艺在反应阶段，由于时间上的理想推流状态，使得底物浓度梯度大，而且因为进水与反应阶段的缺氧(或厌氧)与好氧状态的交替，既能抑制专性好氧丝状菌的过量繁殖，防止污泥膨胀，又不会对多数微生物产生不利影响；SBR法虽然对于时间来说是一个理想的推流过程，但是，就反应器本身的混合状态仍属典型的完全混合式，因此，该工艺具有更强的耐冲击负荷和处理有毒或高浓度有机废水的能力。6、为了实现系统同步脱氮除磷功能，A2/O工艺是A/O的变型工艺，即在A/O工艺厌氧区之后，曝气区之前增设一个缺氧区。好氧区具有硝化功能，并使好氧区的混合液回流到缺氧区，使其反硝化脱氮。污水首先进入厌氧区，废水中的可生物降解有机物被兼性细菌转化为发酵产物，如挥发性有机酸（VFA）。聚磷菌将体内储存的聚合磷酸盐分解，释放的能量供聚磷菌在厌氧环境下维持生存，另外一部分的能量供聚磷菌吸收VFA类低分子有机物，将其以PHB的形式储存在细胞内。废水通过厌氧区后，进入缺氧区，缺氧区中的反硝化菌有利于好氧段混合液回流的硝酸盐以及废水中的可降解有机污染物进水硝化，可以同时达到去除COD和脱氮的目的。接着废水进入好氧区，在此区域内聚磷菌利用废水中的可降解有机物的同时分解体内的PHB，产生能量供其生长。此外，聚磷菌吸收周围环境中的溶解性磷酸盐，并以聚合磷酸盐的形式在体内贮存。通过剩余污泥的排放将含有大量超量储存聚合磷的聚磷菌排除系统，达到生物除磷的目的。实验仪器：1、平流式沉淀池、辐流式斜板沉淀池模型2