水质工程学2实验 (1)

水质工程学II实验指导书榆林学院污水处理实验室2011年9月学生实验守则水质工程学实验目的在于将书本上所学的理论知识，通过实验验证，增强动手能力、掌握操作技能、测量方法和培养分析实验数据、整理实验成果及编写实验报告的能力。

进行水质工程学实验必须遵守：一、遵守上课时间，不得迟到及无故缺课。

因故不能上课者必须及时请假并进行补课。

二、实验课前必须预习实验讲义中有关内容，了解本次实验的目的、要求、仪器设备、实验原理、实验步骤、记录表格等。

三、进入实验室内必须严肃认真、不得喧哗。

不得乱动其它与本实验无关的仪器设备。

四、开始实验之前，要先对照实物了解仪器设备的使用方法，弄清实验步骤，做好实验前的准备工作，然后再进行实验。

实验小组成员应互相配合，精心操作、细心观察、认真进行数据测量。

五、实验过程中应按照教师要求及时对所测量的数据进行认真整理，以便检验实验的正确性。

六、爱护仪器设备和其它公共财物，如有损坏，应查清责任，立即向指导教师报告，视损失情况酌情赔偿。

七、实验完毕应报告指导教师，经许可后将仪器设备恢复原状后，方可离开实验室。

八、实验报告应力求书写工整，图表清晰，成果正确。

并写上同实验小组成员的名称，以便教师检验。

目录实验一混凝实验 (1)实验二曝气设备充氧实验 (5)实验三小区污水处理及水中回用实验 (9)实验四工业废水处理流程实验 (12)实验一 混凝实验分散在水中的胶体颗粒带有负电荷，同时在布朗运动及表面水化作用下，处于稳定状态，不能依靠其自身的重力而发生自然下沉，而向这种水中投加混凝剂，通过电性中和或吸附架桥作用，而使胶粒脱稳，颗粒相互凝聚在一起形成矾花。

混凝处理的效果不仅与混凝剂的投量有关，同时还与被处理水的PH 、水温及处理过程中的水力条件等因素有密切的关系。

1. 实验目的：1. 掌握水和废水混凝处理中最佳混凝条件（投药量、pH 及水力条件）的确定方法。

2. 加深对混凝机理的理解。

3. 了解混凝过程中凝聚和絮凝的作用及其表现特征。

4. 了解絮体的产生及其聚集增大的基本过程。

5. 深入理解不同混凝剂混凝效果的差别及pH 值对混凝效果的影响。

2. 实验原理：胶体颗粒带有一定的电荷，它们之间的静电斥力是胶体颗粒长期处于稳定的分散悬浮状态的主要原因，胶粒所带的电荷即电动电位称ξ电位，ξ电位的高低决定了胶体颗粒之间斥力的大小及胶体颗粒的稳定性程度，胶粒的ξ电位越高，胶体颗粒的稳定性越高。

胶体颗粒的ξ电位通过在一定外加电压下带电颗粒的电泳迁移率计算：HDK πημξ=式中：K ——微粒形状系数，对于圆球体6=K ；π ——系数，为3.1416； η——水的粘度（Pa ·S ），（此取S Pa ⋅=-110η）；μ ——颗粒电泳迁移率（cm V s m ///μ）；H ——电场强度梯度（V/cm ）；D ——水的介电常数D 水=8.1。

通常，ξ电位一般值在10-200mv 之间，一般天然水体中胶体颗粒的ξ电位约在-30mv 以上，投加混凝剂以后，只要该电位降至-15mv 左右，即可得到较好的混凝效果，相反，ξ电位降为0时，往往不是最佳混凝效果。

投加混凝剂的多少，直接影响混凝的效果。

投加量不足或投加量过多，均不能获得良好的混凝效果。

不同水质对应的最优混凝剂投加量也各不相同，必须通过实验的方法加以确定。

向被处理水中投加混凝剂（如Al2(SO4)3）后，生成Al(Ⅲ)化合物对胶体颗粒的脱稳效果不仅受投量、水中胶体颗粒的浓度影响，同时还受水PH的影响。

若PH＜4，则混凝剂的水解受到限制，其水解产物中高分子多核多羟基物质的含量很少，絮凝作用很差；如水PH＞8-10,它们就会出现溶解现象而生成带负电荷，不能发挥很好混凝效果的络合离子。

水力条件对混凝效果有重大的影响，水中投加混凝剂后，胶体颗粒发生凝聚而脱稳，之后相互聚集，逐渐变成大的絮凝体，最后长大至能发生自然沉淀的程度。

在此过程中，必须严格控制水流的混合条件，在凝聚阶段，要求在投加混凝剂的同时，使水流具有强烈的混合作用，以便所投加的混凝剂能在较短时间内扩散到整个被处理水体中，起压缩双电层作用，降低胶体颗粒的 电位，而是其脱稳，此阶段所需延续的时间仅为几十秒钟，最长不超过2min。

絮凝（混合）阶段结束以后，脱稳的颗粒即开始相互接触、聚合。

此阶段要求水流具有由强至弱的混合强度。

以一方面保证脱稳的颗粒间相互接触的机率，另一方面防止已形成的絮体被水力剪切作用而打破，一般要求混合速度由大变小，通常可用G值和GT值来反映沉淀的效果，G值一般控制在70～20，GT值为104-105之间为宜。

3.实验仪器、装置实验搅拌机示意图1——电机2——烧杯3——搅拌桨4——传动齿轮六联搅拌器、光电式浊度仪、1000ml烧杯6个、吸管（1ml、2ml、5ml）各6支、10L水桶1个、秒表、Al2(SO4)3混凝剂（10g/l）500ml、NaOH溶液、HCL溶液、滴管、精密pH试纸、普通滤纸若干、200ml烧杯6只、50ml注射器1个、原水水样1桶4.实验内容以及步骤：A)确定最佳混凝剂和最小投药量1、测定原水特征（水温、pH、浊度）2、取2个1000ml烧杯，将其置于搅拌仪上，向烧杯中各注入600ml原水，启动搅拌仪，使搅拌仪处于慢速搅拌状态，向烧杯中投加已配置的Al2(SO4)3和FeCl3混凝剂，直至杯中出现矾花为止，此时的混凝剂投量即为形成矾花的最小投量。

静沉10分钟，观察矾花的形成，并判断最佳混凝剂。

B)测定最佳投药量1、取6个1000ml烧杯并依次分别编号（1～6）并将他们按顺序安放在搅拌仪上。

2、根据A确定的混凝剂的最小投量，取最小投量为1号杯的投加量；取最小投加量的4倍作为6号杯的投加量。

2～5烧杯为最小投量的1.25、1.5、2.0、3.0倍。

3、各组用吸管一一对应将上述混凝剂量移入6个编号（1～6）的小试管中，备用。

4、开启搅拌仪，使其使用搅拌的快速而剧烈的混合状态，同时将3中所备的混凝剂一一对应加入烧杯中，并同时开始计时，进行快速混合，转速约300r/min，1min快速混合结束后，调节搅拌仪转速至中速，转速约150r/min，3min。

最后慢速搅拌，转速为50r/min，8min。

5、关闭搅拌仪，静置5min，用50ml注射器，分别从烧杯中取上清液，立即用浊度仪分别测定水浊度，并记录。

6、分析浊度与投加量的关系，找出相应的最佳投药量。

5.实验记录：（A）、原水浊度________NTU 原水pH________Al2(SO4)3最小投药量_____ml Fecl3最小投药量_____ml选定的最佳混凝剂________原因____________________（B）、测定最佳投药量作出水浊度对投加量的曲线图。

6.实验思考1.简述影响混凝的几个主要因素；2.产生误差的原因及改进意见。

实验二 曝气设备充氧实验活性污泥法处理过程中曝气设备的作用是将空气充入混合液中，使水、气、固三者充分混合，以满足微生物代谢所需的氧气。

而评定曝气设备氧的转移效果，通常可采用实验的方法进行测试。

因而工程设计人员和操作管理人员常需通过实验测定氧的总转移系数K La ，评价曝气设备充氧能力提供理论依据。

1. 实验目的1、加深理解曝气充氧的机理及影响；2、了解掌握曝气设备清水充氧性能测定的方法。

2. 实验原理本实验选用不稳定状态下的曝气试验。

实验过程中水样中溶解氧的浓度是变化的，由零到饱和浓度随时间而增加，并在达到饱和浓度是水中的DO 值保持恒定。

假定这个过程中液体是完全混合的，符合一级动力学反应，水中溶解氧的变化可以用下式表示：)(C C K dtdC s La -= 式中： dtdC ——氧转移速率（mg/h ） KLa ——氧的总转移系数（1/h ）；KLa 可以认为是一混合系数。

它的倒数表示使水中的溶解氧由C 变到Cs 所需要的时间，使气液界面阻力和街面面积的函数。

Cs ——实验条件下自来水（或污水）的溶解氧饱和浓度（mg/l ）C ——相应于某一时刻t 的溶解氧浓度（mg/l ）将上式积分得ln(Cs –C)=–KLa •t+常数上式表明，通过实验测得Cs 和相应于每一时刻t 的溶解氧C 值后，绘制ln(Cs –C)与t 的关系曲线，其斜率即KLa （见下图）ln(Cs-C)(mg/l)ln(Cs–C)与t的关系曲线图3.实验装置与设备本实验所用实验装置为自制的曝气槽系统，包括有机玻璃曝气槽、溶氧仪和充氧泵等设备（见下图）。

曝气实验装置实验设备及仪器仪表：溶氧仪、10升清水桶、无水亚硫酸钠、曝气装置、充氧泵、量筒、烧杯、精密pH试纸。

4.实验内容及步骤1.向有机玻璃塔内灌满自来水，测定水样体积2.由水温查处实验条件水样溶解氧饱和值Cs, 并根据Cs和V求投药量，然后投药脱氧。

①脱氧剂无水亚硫酸钠的用量计算。

Na2SO3,每的理论用量为水中溶解氧量的8倍，而水中有部分杂质会消耗Na2SO3，故实际用量为理论用量的1.5倍。

Na 2SO3,每次投药量式中：W——无水亚硫酸钠投加量，g;Cs——实验时水温条件下饱和溶解氧值，mg/L；V ——水样体积，m3。

②根据水样体积V确定催化剂CoCl l2,·6H2O的投加量。

经验证明，清水中有效钴离子浓度约0.4mg/L为好单位水样投加钴盐量为：本实验所需投加钴盐为：1.6V (g)V ——水样体积，m3。

③加药时，须将脱氧剂和催化剂用温开水化开，均匀倒入曝气塔内，并开启风机进行微气搅动使其混合，进行脱氧。

3.当清水脱氧至零时，再开大气量进行曝气，并计时。

每隔0.5分钟测定一次溶解氧值，记录对应时间下的DO浓度，直到数值不在变化达到饱和为止。

4.关闭充氧泵和溶氧仪，拔出探头。

5.作出清水曝气实验所得的ln(Cs–C)与t的关系曲线，确定K La值。

5.实验及计算值模型曝气池内径D=_______m 高度H=_______m 体积V=_______m3 pH__________________; 水温_________________;无水亚硫酸钠投加量_________g氯化钴投加量________g（1）计算氧总转移系数KLa（T）。

Cs=____________________________(mg/l)K La=____________________________(1/h)ln(Cs–C)与t的关系曲线图：（2）计算温度修正系数K，根据KLa（T），求氧总转移系数KLa（20）K=1.024（20-T）KLa（20）=K·KLa（T）= 1.024（20-T）×KLa（T）（3）计算充氧设备充氧能量EL。

EL= KLa（20）·Cs kgO2/h·m3式中：Cs—1atm下，20℃时溶解氧饱和值，Cs=9.17mg/L6.实验思考1.氧总转移系数KLa的意义；2.氧转移的影响因素。