水污染控制工程实习讲义(完整)演示教学

水污染控制工程实习讲义

环境科学与工程系

厦门大学嘉庚学院

实验一混凝沉淀实验

实验目的：

１．通过本实验，加深对混凝机理的理解，了解影响混凝沉淀的主要因素；

２．通过实验，确定给定所配水样的混凝剂最佳投药量；

３．认识几种混凝剂，掌握其配制方法。

实验原理：

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１、能降低颗粒间的排斥能峰，降低胶粒的Zeta电位，实现胶粒“脱稳”；２、同时也能发生高聚物式高分子混凝剂的吸附架桥作用；３、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。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，选者性能良好的药剂，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。水质是千变万化的，最佳的投药量各不相同，必须通过实验方可确定。

设备及用具：

１．定时变速六联搅拌机；

２．HS酸度计；

３．WG光电浊度仪；

４．1000 mL烧杯、洗耳球、移液管；

５．硫酸铝、氯化铁、蒸馏水；

６．水样。

注意事项：

1．在搅拌过程中，注意观察并记录矾花的形成、外观、大小、密实程度、沉降性能等；

2．因投药量少，所以要用洗瓶将加药管内的残余药液洗至水样杯内以免影响投药量的精确度；

３．吸取上清液时，要用相同条件吸取上清液，不要把沉下去的矾花搅带上来，以免影响测量效果。

步骤及纪录：

１．测定原水水温、浊度；

２．认真了解六联搅拌机的使用方法；

３．分别量取原水样600mL于六个1000mL烧杯中，置于搅拌机下；

４．选用一种混凝剂，用移液管分别量取不同量药液于搅拌机的加药试管中；

５．开机，并调整搅拌机转速，至150转／分左右，待转速稳定后将投药管内的药剂投入水样杯中，并从投药那一刻开始计时，

150~180 转／分，1分钟，

100~120转／分，5分钟

60 ~ 80转／分，10分钟

６．搅拌完成达设定时间后，停机。水样杯静沉15—20分钟；

注意：不要将水样杯摇动以带起或搅动矾花。

７．静沉后，用移液管吸取上清液，测残余浊度，将结果填入下表。

实验结果整理：

1．原水水温：

2．原水浊度：

以投药量为横坐标，剩余浊度为纵坐标绘制曲线，

剩余浊度(度)

投药量（mg/L）

投药量与剩余浊度关系曲线；

实验讨论：

１．根据本实验所给定的条件，计算出最佳投药量及适用范围。

２．根据实验结果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。

３．为什么投药量大时，混凝效果不一定好？

实验二 充氧曝气实验

实验目的：

1．加深理解曝气充氧的机理及影响因素。

2．了解掌握曝气设备清水充氧性能测定的方法。 3．测定几种不同形式的曝气设备氧的总转移系数K Las ，充氧能力Q c ，氧利用率η％等，并进行比较。

实验原理：

曝气是活性污泥系统的一个重要环节，它的作用是向池内充氧，保证微生物生化作用所需之氧，同时保持池内微生物、有机物、溶解氧，即泥、水、气三者的充分混合，为微生物降解创造有利条件。因此了解掌握曝气设备充氧性能，不同污水充氧修正系数a 、B 值及其测定方法，不仅对工程设计人员、而且对污水处理厂（站）运行管理人员也至关重要。此外，二级生物处理厂（站）中，曝气充氧电耗占全厂动力消耗的60—70％，因而高效省能型曝气设备的研制是当前污水生物处理技术领域面临的一个重要课题。因此本实验是水处理实验中的一个重要项目，一般列为必开实验。 一、曝气设备清水充氧性能测定

曝气是人为地通过一些设备加速向水中传递氧的过程，常用的曝气设备分为机械曝气与鼓风曝气两大类，无论哪一种曝气设备，其充氧过程均属传质过程，氧传递机理为双膜理论，如图3-43示在氧传递过程中，阻力主要来自液膜，氧传递基本方程式为：

)(C C K dt

dc

S La -=

（3-58） 式中

dt

dc

——液体中溶解氧浓度变化速率mg/L ·min ；

C S －C ——氧传质推动力，mg ／L ； C S ——液膜处饱和溶解氧浓度，mg/L ；

C —一液相主体中溶解氧浓度，mg ／L ；

W

Y A

D K L L La ••=

——氧总转移系数；

D L ——液膜中氧分子扩散系数；

Y L ——液膜厚度

A ——气液两相接触面积； W ——曝气液体体积。

由于液膜厚度Y L 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，故用氧总转移系数K La 代替。

将式（3-58）积分整理后得曝气设备氧总转移系数K La 计算式。 t

S S La C C C C t t K ---=

0lg 303.2 (3-59) 式中 K La ——氧总转移系数。1/min 或1/h ； t 0、t ——曝气时间，min ；

C 0——曝气开始时池内溶解氧浓度，t 0＝0时，C 0＝0，mg ／L ； C S ——曝气池内液体饱和溶解氧值，mg ／L ；

C t ——曝气某一时刻t 时，池内液体溶解氧浓度，mg ／L 。

由式中可见，影响氧传递速率K La 的因素很多，除了曝气设备本身结构尺寸，运行条件而外，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K las 充氧能力Q c 、动力效率E 和氧利用率η％。 曝气设备充氧性能测定实验，一种是间歇非稳态法，即实验时一池水不进不出，池内溶解氧浓度随时间而变；另一种是连续稳态测定法，即实验时池内连续进出水，池内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，将待曝气之水以无水亚硫酸钠为脱氧剂，氯化钻为催化剂，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 取曝气水样，测定水中溶解氧浓度，从而利用上式计算K La 值，或是以亏氧量（C S －C t ）为纵坐标，在半对数坐标纸上绘图，直线斜率即为K La 值。 设备及用具

1．鼓风曝气清水充氧设备（包括一体式膜生物反应器和接触氧化池的充氧曝气设备）。 2. 水中溶解氧测定设备、秒表、温度计等。 3. 无水亚硫酸钠、氯化钴等。

步骤及记录：

鼓风曝气清水充氧实验步骤：

1．往柱内注人清水，测定水样体积V 和温度，测定水中溶解氧值，计算池内溶氧量G=DO ·V 。

2．计算投药量：

（1）脱氧剂采用无水亚硫酸钠。

根据 2Na 2SO 3+O 2=2Na 2SO 4 则每次投药量g=G ×8×(1.1～1.5)。1.1～1.5值是为脱氧安全而取的系数，本实验取1.5。

（2）催化剂采用氯化钻，清水中有效钴离子浓度以0.4mg ／L 为好，一般使用氯化钴（CoCl 2·H 2O ），因为

CoCl 2·H 2O/Co 2+= 238/59 ≈ 4.0 所以单位水样投加钴盐量为

CoCl 2·H 2O 0.4×4.0 = 1.6V V 为水样体积，m 3。

将称得的药剂用温水化开，由池顶倒人池内，约10min 后，取水样、测其溶解氧。 3．当水中溶解氧为零后，打开气泵开始曝气，并记录时间；同时每隔一定时间（l min ）取一次样，测定溶解氧值，连续取样10一15个；而后，拉长间隔，直至水中溶解氧不再增长（达到饱和）为止；随后，关闭进气阀门。

4．实验中计量风量、室外温度。并观察曝气时柱内现象。 [数据处理]