水污染控制工程實習講義完整

1、水污染控制工程實習講義環(huán)境科學與工程系廈門大學嘉庚學院實驗一混凝沉淀實驗實驗目的：1 .通過本實驗，加深對混凝機理的理解，了解影響混凝沉淀的主要因素；2 .通過實驗，確定給定所配水樣的混凝劑最佳投藥量；3 .認識幾種混凝劑，掌握其配制方法.實驗原理：水中粒徑小的懸浮物以及膠體物質，由于微粒的布朗運動， 膠體顆粒間的靜電斥力和膠體的表面物質，致使水中這種含濁狀態(tài)穩(wěn)定。向水中投加混凝劑后，由于1、能降低顆粒間的排斥能峰，降低膠粒的Zeta電位，實現膠?！懊摲€(wěn)” ；2、同時也能發(fā)生高聚物式高分子混 凝劑的吸附架橋作用；3、網捕作用；而達到顆粒的凝聚?；炷撬幚砉に囍惺种匾囊粋€環(huán)節(jié)。所處理的對象

2、，主要是水中懸浮物和膠體物質?；旌虾头磻腔炷に嚨膬蓚€階段，投藥是混凝工藝的前提，選者性能良好的藥劑，創(chuàng)造適宜的化學和水利條件，是混凝的關鍵問題。由于各種原水有很大差別， 混凝效果不盡相同?；炷齽┑男Ч粌H取決于混凝劑投加量， 同時還取決于水的pH值、水流速度梯度等因素。投加混凝劑的多少，直接影響混凝效果。 投加量不足不可能有很好的混凝效果。同樣，如果投加的混凝劑過多也未必能得到好的混凝效果。水質是千變萬化的，最佳的投藥量各不相同，必須通過實驗方可確定設備及用具：1 .定時變速六聯(lián)攪拌機；2 . HS酸度計；3 . WG光電濁度儀；4 . 1000 mL燒杯、洗耳球、移液管;5 .硫酸鋁、氯

3、化鐵、蒸儲水 ；6 .水樣。注意事項：1 .在攪拌過程中，注意觀察并記錄磯花的形成、外觀、大小、密實程度、沉降性能等；2 .因投藥量少，所以要用洗瓶將加藥管內的殘余藥液洗至水樣杯內以免影響投藥量的 精確度；3 .吸取上清液時，要用相同條件吸取上清液，不要把沉下去的磯花攪帶上來，以免影 響測量效果.步驟及紀錄：1 .測定原水水溫、濁度；2 .認真了解六聯(lián)攪拌機的使用方法；3 .分別量取原水樣 600mL于六個1000mL燒杯中，置于攪拌機下；4 .選用一種混凝劑，用移液管分別量取不同量藥液于攪拌機的加藥試管中；試管編號123456投藥量mL5 .開機，并調整攪拌機轉速 ，至150轉/分左右，待轉

4、速穩(wěn)定后將投藥管內的藥劑投 入水樣杯中，并從投藥那一刻開始計時，150180 轉/分,1 分鐘 ，100120 轉/分，5 分鐘6080 轉/分，10 分鐘6 .攪拌完成達設定時間后，停機。水樣杯靜沉1520分鐘；注意:不要將水樣杯搖動以帶起或攪動磯花。7 .靜沉后，用移液管吸取上清液，測殘余濁度，將結果填入下表.實驗結果整理:1.原水水溫2.原水濁度3.殘余濁度水樣杯號123456投藥量mL/mgL73殘余濁度磯花形成及 沉淀過程描述以投藥量為橫坐標，剩余濁度為縱坐標繪制曲線,剩余濁度（度）投藥量（mg/L ） A投藥量與剩余濁度關系曲線；實驗討論：1 .根據本實驗所給定的條件，計算出最佳投

5、藥量及適用范圍。2 .根據實驗結果及實驗中所觀察到的現象，簡述影響混凝效果的幾個主要因素3 .為什么投藥量大時，混凝效果不一定好？實驗二 充氧曝氣實驗實驗目的：1 .加深理解曝氣充氧的機理及影響因素.2 . 了解掌握曝氣設備清水充氧性能測定的方法3 .測定幾種不同形式的曝氣設備氧的總轉移系數KLas,充氧能力 Qc,氧利用率刀%等并進行比較。實驗原理：曝氣是活性污泥系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，它的作用是向池內充氧， 保證微生物生化作用所需之氧，同時保持池內微生物、有機物、溶解氧，即泥、水、氣三者的充分混合，為微生物 降解創(chuàng)造有利條件。因此了解掌握曝氣設備充氧性能，不同污水充氧修正系數a、B值及其測定方

6、法，不僅對工程設計人員、而且對污水處理廠(站)運行管理人員也至關重要。此外， 二級生物處理廠(站)中，曝氣充氧電耗占全廠動力消耗的6070%,因而高效省能型曝氣設備的研制是當前污水生物處理技術領域面臨的一個重要課題。因此本實驗是水處理實驗中的一個重要項目，一般列為必開實驗。 一、曝氣設備清水充氧性能測定界商求Ml卜:體氣相主悻氧擴觸方向圖33 雙糜理論模式曝氣是人為地通過一些設備加速向水中 傳遞氧的過程，常用的曝氣設備分為機械曝氣 與鼓風曝氣兩大類，無論哪一種曝氣設備，其 充氧過程均屬傳質過程，氧傳遞機理為雙膜理 論，如圖3 43示在氧傳遞過程中， 阻力主要 來自液膜，氧傳遞基本方程式為：KL

7、a(Cs C) dt (3-58) .dc 式中dc 液體中溶解氧濃度變化速率dt mg/L min ;Cs- C氧傳質推動力，mg/L ;Cs-液膜處飽和溶解氧濃度，mg/L ;C液相主體中溶解氧濃度，mg/L ;，, Dl?A 一、KLaL-氧總轉移系數；Yl ?wD L 液膜中氧分子擴散系數；YL液膜厚度a氣液兩相接觸面積； W曝氣液體體積。由于液膜厚度 Yl和液體流態(tài)有關，而且實驗中無法測定與計算 ，同樣氣液接觸面積 A的 大小也無法測定與計算，故用氧總轉移系數KLa代替。將式（3-58）積分整理后得曝氣設備氧總轉移系數K La計算式.KLa2.303, Cs Colgt to Cs

8、Ct59）式中KLa氧總轉移系數。1/min或1/h;to、t曝氣時間，min;Co曝氣開始時池內溶解氧濃度，t0=0時,C0=0, mg/L;Cs-曝氣池內液體飽和溶解氧值，mg/ L;Ct曝氣某一時刻t時，池內液體溶解氧濃度，mg/L.由式中可見，影響氧傳遞速率 KLa的因素很多，除了曝氣設備本身結構尺寸，運行條件而 外，還與水質水溫等有關.為了進行互相比較，以及向設計、使用部門提供產品性能，故產品給 出的充氧性能均為清水，標準狀態(tài)下，即清水 （一般多為自來水）一個大氣壓20c下的充氧性能。常用指標有氧總轉移系數Klas充氧能力Qc、動力效率E和氧利用率Y1 %。曝氣設備充氧性能測定實驗，

9、一種是間歇非穩(wěn)態(tài)法，即實驗時一池水不進不出，池內溶解氧濃度隨時間而變；另一種是連續(xù)穩(wěn)態(tài)測定法，即實驗時池內連續(xù)進出水，池內溶解氧濃度 保持不變。目前國內外多用間歇非穩(wěn)態(tài)測定法，即向池內注滿所需水后，將待曝氣之水以無水亞硫酸鈉為脫氧劑，氯化鉆為催化劑，脫氧至零后開始曝氣，液體中溶解氧濃度逐漸提高。液體中溶解氧的濃度 C是時間t的函數，曝氣后每隔一定時間 t取曝氣水樣，測定水中溶解氧 濃度，從而利用上式計算KLa值，或是以虧氧量（CsCt）為縱坐標，在半對數坐標紙上繪圖，直線斜率即為KLa值。設備及用具1 .鼓風曝氣清水充氧設備（包括一體式膜生物反應器和接觸氧化池的充氧曝氣設備）2。水中溶解氧測定

10、設備、秒表、溫度計等.3。無水亞硫酸鈉、氯化鉆等。步驟及記錄：鼓風曝氣清水充氧實驗步驟 ：1 .往柱內注人清水，測定水樣體積V和溫度，測定水中溶解氧值，計算池內溶氧量G=DO - V.2 .計算投藥量：（1）脫氧劑采用無水亞硫酸鈉。根據2Na2SO3+O2=2Na2SO4則每次投藥量g=GX 8 X （1.11.5） .1.11.5值是為脫氧安全而取的系數 ，本實驗取1.5.（2）催化劑采用氯化鉆，清水中有效鉆離子濃度以0。4mg/L為好，一般使用氯化鉆（CoCi 2 - H2O），因為C0CI2 H2O/Co2+= 238/59 4.0所以單位水樣投加鉆鹽量為CoCi 2 H2O0。4X4.

11、0 = 1.6V V 為水樣體積， m3。將稱得的藥劑用溫水化開，由池頂倒人池內，約 10min后，取水樣、測其溶解氧。3 .當水中溶解氧為零后，打開氣泵開始曝氣，并記錄時間；同時每隔一定時間（I min）取一次樣，測定溶解氧值，連續(xù)取樣10 15個；而后，拉長間隔，直至水中溶解氧不再增長（達到飽和）為止；隨后，關閉進氣閥門。4 .實驗中計量風量、室外溫度。并觀察曝氣時柱內現象。數據處理水溫;水樣體積 ;Cs=;亞硫酸鈉用量 ;氯化鉆用量 表3-40水中溶解氧測定記錄表時間DO(mg/L )時間DO(mg/L )時間DO(mg/L)1 .參數選用因清水充氧實驗給出的是標準狀態(tài)下氧總轉移系數KL

12、aso ,即清水(本次實驗用的是自來水)在一個大氣壓，20c下的充氧性能，而實驗過程中曝氣充氧的條件并非是一個大氣壓， 20C ,但這些條件都對充氧性能有影響，故引入了壓力、溫度修正系數。(1)溫度修正系數K1.02420 T(360)修正后的氧總轉移速率為20 T(3-61)國內外大多采用此式,KLas K?KLa1.02420 T a此為經驗式，它考慮了水溫對水的粘滯性和飽和溶解氧值的影響, 本次實驗也以此進行溫度修正。(2)水中飽和溶解氧值的修正由于水中飽和溶解氧值受其中壓力和所含無機鹽種類及數量的影響，所以式(3- 59)中的飽和溶解氧值最好用實測值，即曝氣池內的溶解氧達到穩(wěn)定時的數值

13、。另外也可以用理論 公式對飽和溶解氧標準值進行修正。用埃肯費爾德公式進行修正。P旦唐0.206 42式中Pb空氣釋放點處的絕對壓力；PbPa0.1MPaH 空氣釋放點距水面高度，Qt-空氣中氧的克分子百分比；Qt刀-曝氣設備氧的利用率，則式(359)中飽和溶解氧值 Cs應用下式求得：CSm= Cs ' P式中Csm-清水充氧實驗池內經修正后的飽和溶解氧值，mg/L ;Cs1個大氣壓下某溫度下氧飽和濃度理論值，mg/L ;P壓力彳正系數.有實測飽和溶解氧值用實測值，無實測值可采用理論修正值。(3 62)PaMPa10 10(363)m；21(1%)?10079 21(1%)(3-64)(

14、365)2 .氧總轉移系數KLas氧總轉移系數KLas是指在單位傳質推動力的作用下，在單位時間、向單位曝氣液體中所 充入的氧量。它的倒數 1/KLas單位是時間，表示將滿池水從溶解氧為零充到飽和值時所用時 間，因此KLas是反映氧傳遞速率的一個重要指標。KLas的計算首先是根據實驗記錄，或溶解氧測定記錄儀的記錄和式（359）,按表3-41計算,或者是在半對數坐標紙上，以（Csm Ct）為縱坐標，以時間t為橫坐標繪圖求KLa值。表3- 41氧總轉移系數 KLa計算表t-to(min)Ct (mg/L)Cs-Ct(mg/L)C sft,2.303tga t t0KLa (min)Cs Ct求得KL

15、a值后,利用式（3 61）求得KLas值。3.充氧能力Qc充氧能力是反映曝氣設備在單位時間內向單位液體中充入的氧量。Qc= KLas Cs kg(O2)/h m3(3-66)式中 KLas氧總轉移系數（標準狀態(tài)）1/h或l/min ;Cs-l個大氣壓，20c時氧飽和值， CS=9.17mg/L。4.動力效率EQc ?WEkg（O2）/kW?h（3一67）E是指曝氣設備每消耗一度電時轉移到曝氣液體的氧量。由此可見，動力效率將曝氣供氧與所消耗的動力聯(lián)系在一起，是一個具有經濟價值的指標，它的高低將影響到活性污泥處 理廠（站）的運行費用。式中 N 理論功率，即不計管路損失，不計風機和電機的效率，只計算

16、曝氣充氧所耗有 用功。(3-68)(3-69)QbHb102 3.6式中 Hb-風壓，m；Qb-風量，m3/h。Pb0 ?TbQbQb0 ,Pb?Tb0由于供風時計量條件與所用轉子流量計標定時的條件相差較大，而要進行如上修正。 式中 Qb。-儀表的刻度流量 m3/h;Pb0-標定時氣體的絕對壓力，0.1MPa;Tb0標定時氣體的絕對溫度，293° TPb氣體的實際絕對壓力 MPa;Tb被測氣體的實際絕對溫度，273° +tC；Qb-修正后的氣體實際流量，m3/h。5.氧的利用率100%Qc ?W cQ 0.2870）式中Q-標準狀態(tài)下（latmi、273° T時）

17、的氣量。c Qb?Pb?TaTb?Pa71）Qb、Tb、Pb-意義同前；Pa 1atm;Ta273K;0。28kg/m3-標準狀態(tài)下一立方米空氣中所含氧的重量。注意事項：1 .每個實驗所用設備、儀器較多，事前必須熟悉設備、儀器的使用方法及注意事項2 .加藥時，將脫氧劑與催化劑用溫水化開后，加入到儲水池中，攪拌均勻，再進水。3 .實測飽和溶解氧值時，一定要在溶解氧值穩(wěn)定后進行。4 .水溫、風溫（送風管內空氣溫度）宜取開始、中間、結束時實測值的平均值思考題：1 .論述曝氣在生物處理中的作用。2 .曝氣充氧原理及其影響因素是什么？3 .曝氣設備類型、動力效率、優(yōu)缺點是什么 ？4 .氧總轉移系數 KL

18、a的意義是什么？5 .曝氣設備充氧性能指標為何均是清水？標準狀態(tài)下的值是多少？6 .鼓風曝氣設備與機械曝氣設備充氧性能指標有何不同？實驗三過濾實驗實驗目的：1、了解普通快濾池過濾、反沖洗的工作原理，加深對過濾基本規(guī)律的理解。2、了解濾速、反沖洗強度、濾層膨脹率、出濾水濁度變化、清潔濾層水頭損失、濾層 膨脹率之間的關系.實驗原理：快濾池濾料層能截留粒徑遠比濾料空隙小的水中雜質，主要通過接觸絮凝作用，其次為篩濾作用和沉淀作用。欲得到水質較好的濾后水 ，除了濾料組成需符合要求外，濾前投加絮凝 劑也是必需的。當過濾水頭損失達到最大允許水頭損失時，濾池需進行反沖洗。少數情況下，雖然水頭損失未達到最大允許

19、值，但如果濾池出水濁度超過規(guī)定值，也需要進行反沖洗，反沖洗強度需滿足底部濾層恰好膨脹的要求。為了保證濾池的出水水質，常規(guī)濾前水濁度不宜超過 1015度.本實驗采用投加混凝劑 的直接過濾，進水濁度可以高達幾十甚至百度以上。因原水加藥較少，混合后不經充分絮凝反應直接進入濾池，形成磯花粒徑小、密度大，不易穿透，故允許進水濁度較高。實驗設備及用具：1、過濾實驗柱，石英砂；2、PHS-3C精密酸度計；3、SGZ-2P微機濁度儀；4、1000 mL燒杯、1000 mL量筒、洗耳球、移液管、溫度計、秒表 ；5、10 g/L FeCl3、蒸儲水；6、水樣。實驗步驟及記錄:測定原水水溫、濁度、pH值，測量過濾實

20、驗柱的相關數據，并分別填入表一和表二;表一原水的相關數據原水水溫濁度PH表二濾柱的相關數據濾柱內徑（cm）過濾水頭高度（cm）濾料名稱濾料厚度（cm）2、將濾柱傾倒后裝填濾料，裝填高度約為 20 cm,然后將濾柱立起，正確連接反沖洗 管路（下進上出），打開閥門用自來水對濾料進行反沖洗 ，直至出水水質清澈為止，同時濾料 自行分層；沖洗完畢后將沖洗水從濾柱下端的出水口排出（盡可能把水全部排出），同時觀察濾層9的分層情況。連接濾柱上端的進水管開始進水，控制進水流量，使液面高度保持在進水管口位置；分別測定開始過濾后的1 min、2 min、3 min、4 min、5 min、7 min、10 min

21、.。的出水的濁度和流量，將結果填入表三；表二 過濾記錄表時間（min）出水流量（ml/s）進水濁度出水濁度去除率（%）17210345將水樣排出，同步驟 1中的管路連接方式用自來水保持一定的沖洗流量進行反沖洗，注意觀察反沖洗過程中不同的反沖洗強度對濾層膨脹率的影響。并分別測定開始沖洗后的 1 s、10 s、30 s、1 min、2 min的出水的濁度，將結果填入表四。表四反沖洗記錄沖洗水量（L/s）沖洗強度(L/m 2 , s)濾層膨脹率時間出水濁度反沖洗完畢后，將水排盡，然后連接管路，在水樣中加入一定量的混凝劑（氯化鐵，然后用泵提升進入濾柱中重新進行過濾實驗，操作同步驟3,將數據記錄在表五中

22、.并與步驟3中的實驗結果進行比較.表五過濾記錄表時間（min）出水流量（ml/s）投藥量（mg/L）進水濁度出水濁度去除率（% ）12345完成過濾實驗后，將實驗器材清理干凈后擺放整齊。實驗注意事項：1、實驗過程管路的連接要正確，對進出水管施力時切勿用力過猛，接口處要連接緊密,防止?jié)B漏.2、在進行反沖洗時，沖洗強度應當適中，強度過大會將濾料的上層細砂帶走，造成濾 料的損失，影響過濾效果，強度過小則反沖洗效果不佳。10實驗討論：1、濾層內有空氣泡時對過濾和反沖洗有何影響？2、當原水濁度一定時可采取哪些措施來降低出水濁度3、反沖洗時濾料自行分層的原理是什么？11實驗四活性炭吸附實驗實驗目的：1、了

23、解活性炭的吸附工藝及性能；2、掌握用靜態(tài)法和動態(tài)法確定活性炭處理印染廢水的方法3、掌握用亞甲基藍水溶液吸附法測定顆?；钚蕴康谋缺砻娣e。實驗原理：吸附是發(fā)生在固-液（氣）兩相界面上的一種復雜的表面現象，它是一種非均相過程。大多數的吸附過程是可逆的，液相或氣相內的分子或原子轉移到固相表面，使固相表面的物質濃度增高，這種現象就稱為吸附；已被吸附的分子或原子離開固相表面，返回到液相或氣相中去，這種現象稱為解吸或脫附.在吸附過程中，被吸附到固體表面上的物質稱為吸附質， 吸附吸附質的固體物質稱吸附劑?；钚蕴渴且环N由含炭材料制成的外觀呈黑色，內部孔隙結構發(fā)達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質碳素材料。活性

24、炭材料中有大量肉眼看不見的微孔.活性炭主成分除了碳元素以外還有氧、氮、氫等元素及灰份.常見的活性炭有顆粒狀、粉狀兩種?；钚蕴课降淖饔卯a生于兩個方面：一方面是由于活性炭內部分子在各個方面都受著同等大小力而在表面的分子則受到不平衡的力，這就使其他分子吸附于其表面上， 此過程為物理吸附；另一方面是由于活性炭與被吸附物質之間的化學作用，此過程為化學吸附。 活性炭的吸附是上述兩種吸附綜合作用的結果 .當活性炭在溶液中吸附速度和解吸速度相等時，即單位時間內活性炭吸附的數量等于解吸的數量時，被吸附物質在溶液中的濃度和在活性炭表面的濃度均不再變化，而達到了平衡此時的動態(tài)平衡稱為活性炭吸附平衡?；钚蕴康奈侥?/p>

25、力以吸附量q表示。V C0 C X q -M M式中：q-活性炭吸附量，即單體質量的吸附劑所吸附物質質量，g/g;V 污水體積，L ;CO、C-分別為吸附前原水及吸附平衡時污水中的物質濃度，g/L ;X-被吸附物質質量，g;M-活性炭投加量，g.實驗設備及用具：1、吸附柱，活性炭；2、752型紫外可見分光光度計、PHS-3C精密酸度計、THZ-312型恒溫振蕩器；3、燒杯、量筒、錐形瓶、洗耳球、移液管、溫度計、秒表 ；4、模擬印染廢水（亞甲基藍儲備液，濃度為 0。2 g/L）.實驗步驟及記錄:121、標準曲線繪制將亞甲基藍儲備液稀釋 200倍來模擬印染廢水，分別取該模擬印染廢水 1 ml、2 ml、5 ml、 10 ml、20 ml、25 ml、50 ml放入50ml的比色管中，加水到 50ml。設進水濃度為 100%, 則比