(环境管理)水污染实验

实验一 颗粒自由沉淀 .......................................................................................... 1 实验二 混凝实验.................................................................................................. 8 实验三 活 性 炭 吸 附 实 验 .......................................................................... 17 实验四 加压溶气气浮实验 ................................................................................. 22 实验五 生物接触氧化实验 ................................................................................... 27 实验六 活性污泥性质的测定 ............................................................................... 33

水污染控制工程实验

实验一 颗粒自由沉淀

在污水预处理或物理处理阶段，针对无机较大颗粒物质一般采用沉淀方法来进行处理，典型的构筑物为沉砂池。沉砂池的设置目的就是去除污水中的泥沙、煤渣等相对密度比较大的无机颗粒，以免影响后续构筑物的正常运行。沙粒在沉砂池中的沉淀就属于自由沉淀。

一 实验目的

（1）观察沉淀过程，认识自由沉淀的现象，加深对自由沉淀的理解。 （2）初步掌握颗粒自由沉淀的试验方法。

（3）进一步了解和掌握自由沉淀规律，根据试验结果绘制时间～沉淀效率（t~E），沉速～沉淀效率（u~E）和Ct/C0～u的关系曲线。

二 实验原理

沉淀是水污染控制中用以去除水中杂质的常用方法。根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀通常可以分成四种不同的类型：自由沉淀、絮凝沉淀、区域沉淀、压缩沉淀。

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浓度较稀的、粒状颗粒的沉降称为自由沉淀，其特点是在静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉淀在层流区符合Stokes(斯托克斯)公式。但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒密度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，因而自由沉淀可在一般沉淀柱内进行，但其直径应该足够大，一般应使D≥100mm，以免沉淀颗粒受柱壁的干扰。

自由沉淀所反映的一般是沙砾、河流等的沉淀特点。具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率E与截留速度u0、颗粒质量分数的关系如下：

1 E(1P0)ui式中 E——总沉淀效率；

p00udp (1-1)

P0——沉速小于ui的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；

1-P0——沉速大于或等于ui的颗粒去除百分数； ui——某一指定颗粒的最小沉降速度； u——小于最小沉降速度ui的颗粒沉速。

公式推导如下：

设在水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验。实验开始，沉淀时间为0，此时沉淀柱内悬浮物分布是均匀的，即每个断面上颗粒的数量与粒径的组成相同，悬浮物浓度为C0(mg/L)，此时去除率E=0。

实验开始后，不同沉淀时间ti，颗粒最小沉淀速度ui相应为

ui ＝

H （1-2） ti 2

ui此即为ti时间内从水面下沉到取样点的最小颗粒di所具有的沉速。此时取样点处水样悬浮物浓度为Ci，未被去除之颗粒即示意dPi =

Ci （1-3） C0 因此，被去除的颗粒(粒径d≥di)所占比例为：

E0=1－Pi （1-4）

实际上沉淀时间ti内，由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成。即沉速u≥ui的那一部分颗粒能全部沉至池底；除此之外，颗粒沉速u沉速u为了推求其计算式，我们绘制P～u关系曲线，其横坐标为颗粒沉速u，纵坐标为未被去除颗粒的百分比P，如图所示。

由图中可见 ΔP = P1-P2 =

C1C2CC2－= 1 (1-4) C0C0C0故ΔP是当选择的颗粒沉速由u1降至u2时，

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整个水中所能多去除的那部分颗粒的去除率，也就是所选择的要去除的颗粒粒径由d1减到d2时水中所能多去除的，即粒径在d1～d2间的那部分颗粒所占的百分比。因此当ΔP间隔无限小时，则dP代表了直径为小于di的某一粒径d的颗粒占全部颗粒的百分比。这些颗粒能沉至池底的条件，应是在水中某

图1－1 P～u关系曲线 点沉至池底所用的时间，必须等于或小于具有沉速

为ui的颗粒由水面沉至池底所用的时间，即应满足

HuxxH≤ 即 x≤ (1-5) uxuiui由于颗粒均匀分布，又为等速沉淀，故沉速uxx，如图1-1所示，而 Hxux= (1-6) Hui此即为同一粒径颗粒的去除率。取u0=ui，且为设计选用的颗粒沉速；us=ux，则有

uxu= s (1-7) uiu0us则反映了u0由上述分析可见，dPs反映了具有沉速us的颗粒占全部颗粒的百分比，而

在设计沉速为u0的前提下，具有沉速us(usdP正是反映了在设计沉速为u0时，具有沉速为us(p00usdp。 u0故颗粒的去除率为：

E = (1-P0) +

p00usdp (1-8) u0 4

工程中常用下式计算：

E = (1-P0) +

三 实验装置与设备

1、沉淀管、储水箱、水泵和搅拌装置 2、秒表，皮尺

3、测定悬浮物的设备：分析天平，称量瓶，烘箱、滤纸（烘干备用）、漏斗、漏斗架、量筒，烧杯等。

4、污水水样，采用高岭土配置。

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Puu0s (1-9)

图2.1 自由沉淀实验装置图

四 实验步骤

1．开启水泵，将配水箱中的水打入高位水箱中，并将一定量的高岭土投入到配水箱中，开动搅拌机，充分搅拌。

2．停止搅拌机，启动阀门将混合液流入沉淀管到一定高度，并且记录高度值。开动秒表，开始记录沉淀时间。

3．取水样100ml（测定悬浮浓度为c0）并且确定取样管内取样口位置。

4．当时间为1、3、5、10、15、20、40、60分钟时，在取样口分别取水100ml，测定悬浮物浓度（ct）。

5、每次取样应先排出取样口中的积水，减少误差，在取样前和取样后皆需测量沉淀管中液面至取样口的高度，计算时取二者的平均值。

6．测定每一沉淀时间的水样的悬浮物浓度固体量。首先调烘箱至105±1℃，叠好滤纸放入称量瓶中，打开盖子，将称量瓶放入105℃烘箱中至恒重，称取重量，然后将恒重好的滤纸取出放在玻璃漏斗中，过滤水样，并用蒸馏水冲净，使滤纸上得到全部悬浮性固体。最后将带有滤渣的滤纸移入称量瓶中，称其悬浮物的重量（还要重复烘干至恒重的过程）

7．悬浮固体计算：

C(W2W1)10001000(mg/L) （1-10）

V式中： W1—称量瓶+滤纸重量（g）

W2—称量瓶+滤纸重量+悬浮物（g） V—水样体积（100ml）

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五 试验结果整理

1.根据不同沉淀时间的取样口距液面平均深度h和沉淀时间t，计算出各种颗粒的沉淀速度ut和沉淀率E，并绘制沉淀时间～沉淀效率和沉速～沉淀效率的曲线

2．利用上述资料，计算不同时间t时，沉淀管内未被去除的悬浮物的百分比，即：

P＝（ct/c0）×100％

以颗粒沉速u为横坐标，以P为纵坐标，绘制u－P关系曲线。 3．讨论自由沉淀净沉曲线的意义。

表1-1 自由沉淀实验记录表

取样号 取样时间 （min） 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 3 5 15 20 40 60 取样体积 （mL）

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沉降柱高度H1 （mm） 浓度 （mg/L） 表1-2 自由沉淀实验记录表

取样号 平均沉降高度H （mm） 沉降速度 U=H/t (mm/min) 水中残余悬浮物浓度（mg/L） 水中残留悬浮物浓度与原水悬浮物浓度比 P=C/C0 1 2 3 4 5 6 7 8 沉降效率Ei （%） 沉降总效率Ea（%）

六 实验结果讨论

1.自由沉淀效率跟那些因素有关，如何提高自由沉淀的效率？

实验二 混凝实验

混凝沉淀是废水与给水处理中的一种重要处理方法，在自然水体或废水中加入混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离去除。

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一 实验目的

1、通过实验观察混凝现象、加深对混凝沉淀理论的理解； 2、掌握确定最佳投药量的方法，选择和确定最佳混凝工艺条件； 3、了解影响混凝条件的相关因数。

二 实验原理

混凝的机理主要包括三部分：1）压缩双电层作用；2）吸附架桥作用；3）网捕作用。胶体表面的电荷值常用电动电位ξ表示，又称为Zeta电位。 一般天然水中的胶体颗粒的Zeta电位约在-30mV以上，投加混凝剂之后，只要该电位降到-15mV左右即可得到较好的混凝效果。相反，当电位降到零，往往不是最佳混凝状态。因为水中的胶体颗粒主要是带负电的粘土颗粒。胶体间存在着静电斥力，胶粒的布朗运动，胶粒表面的水化作用，使胶粒具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大，若向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，能加速胶体的凝结和沉降。

向水中投加的能使水中胶体颗粒脱稳的高价电解质，称之为“混凝剂”。混凝剂可分为无机盐混凝剂和高分子混凝剂。水处理中常用的混凝剂有：三氯化铁、硫酸铝、聚合氯化铝（简称PAC）、聚丙烯酰胺等。本实验使用PAC，它是介于AlCl3 和Al(OH)3 之间的一种水溶性无机高分子聚合物，化学通式为[Al2(OH)nCl(6-n)]m其中m代表聚合程度，n表示PAC产品的中性程度。对高分子混凝剂来说，主要以吸附架桥机理为主。而无机的金属盐混凝剂则三种作用同时存在。

单位体积水中投加的混凝剂量称为“投药量”，单位为mg/L。混凝剂的投加量除与混凝剂品种有关外，还与原水的水质有关。当投加的混凝剂量过小时，高价电解质对胶体颗粒

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的电荷斥力改变不大，胶体难以脱稳，混凝效果不明显；当投加的混凝剂量过大时，则高价反离子过多，胶体颗粒会吸附过多的反离子而使胶体改变电性，从而使胶体粒子重新稳定。因此混凝剂的投加量有一个最佳值，其大小需要通过试验确定。

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。

三 实验装置与设备

(一)实验装置

混凝实验装置主要是实验六联混凝搅拌机，见图2-1。搅拌机上装有电机的调速设备，电源采用稳压电源。

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图2-1 混凝实验装置示意图图（六联搅拌器）

(二)实验设备及仪器仪表

1．混凝六联搅拌器 ZR4-6型 1 台 3．光电式浊度仪 GDS-3型 1台 4．酸度计 pH－3型 1台 5．烧杯 200mL 1个 6．量筒 1000mL 1个 7，移液管 1、2.5、10mL 各2支 8．注射针筒、温度计、秒表、卷尺等。 9．原水箱

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四 实验步骤

混凝实验分为最佳投药量、最佳pH值、最佳水流速度梯度三部分．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。然后按照最佳投药量求出混凝最佳pH值。最后根据最佳投药量、最佳pH值，求出最佳的速度梯度，在混凝实验中所用的实验药剂可参考下列浓度进行配制：

1 精制硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O 浓度10g/L 2 三氯化铁FeCl3·6H2O 浓度10g/L 3 聚合氯化铝[A12(OH)mC16-m] 浓度10g/L 4 化学纯盐酸HCI 浓度10% 5 化学纯氢氧化钠NaOH 浓度10% (一)最佳投药量实验步骤

1．确定原水特征，即测定原水水样混浊度、pH值、温度。

2．确定形成矾花所用的最小混凝剂量。方法是通过搅拌(或150r/min,5min)烧杯中200mL原水，并每次增加0.5mL混凝剂投加量，直至出现矾花为止。这时的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量。

3．用6个1000mL的烧杯，分别放入1000mL原水，置实验搅拌机平台上。 4．确定实验时的混凝剂投加量。根据步骤2得出的形成矾花最小混凝剂投加量，取其1／4作为1号烧杯的混凝剂投加量，取其2倍作为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1—6号烧杯中。

5．启动搅拌机，快速搅拌半分钟、转速约300r/min：中速搅拌6分钟，转速约100r/min；慢速搅拌6分钟、转速约50r/min。

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如果用污水进行混凝实验，污水胶体颗粒比较脆弱，搅拌速度可适当放慢。

6．关闭搅拌机、抬起搅拌桨、静止沉淀5分钟，用50mL注射针筒抽出烧杯中的上清液(共抽三次约100mL)放入200mL烧杯内，立即用浊度仪测定浊度，(每杯水样测定三次)，记入表1-1中。

(二)最佳pH值实验步骤

1．取6个1000mL烧杯分别放入1000mL原水，置于实验搅拌机平台上。 2．确定原水特征，测定原水浑浊度、pH值，温度．本实验所用原水和最佳投药量实验时相同。

3．调整原水pH值， 用移液管依次向1号、2号、3号装有水样的烧杯中分别加入1.5、1.0、0.5mL 10％浓度的盐酸。依次向5号、6号装有水样的烧杯中分别加入0.5、1.0mL10％浓度的氢氧化钠。

该步骤也可采用变化pH值的方法，即调整1号烧杯水样使其pH值等于3，其它水样的pH值(从1号烧杯开始)依次增加一个pH值单位。

4．启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约300r/min。随后从各烧杯中分别取出50mL水样放入三角烧杯，用pH仪测定各水样pH值记入表1-2中。

5．用移液管向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂．(投加剂量按照最佳投药量实验中得出的最佳投药量而确定)．

8．启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约300r/min：中速搅拌6分钟，转速约100r/min慢速搅拌6分钟，转速约50r/min。

7．关闭搅拌机，静置5分钟，用50mL注射针筒抽出烧杯中的上清液(共抽三次约100mL放入200mL烧杯中，立即用浊度仪测定浊度(每杯水样测定三次)，记入表1-2中。

(三)混凝阶段最佳速度梯度实验步骤

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按照最佳pH值实验和最佳投药量实验所得出的最佳混凝pH值和投药量，分别向6个装有1000mL水样的烧杯中加入相同剂量的盐酸HCl(或氢氧化钠NaOH)和混凝剂，置于实验搅拌机平台上；

2．启动搅拌机快速搅拌1分钟，转速约300r/min。 随即把其中5个烧杯移到别的搅拌机上，1号烧杯继续以20r/min转速搅拌20分钟。其它各烧杯分别用55r/min、90r/min、125r/min、160r/min、200r/min搅拌20分钟：

3．关闭搅拌机，静置10分钟，分别用50mL注射针筒抽出烧杯中的上清液(共抽三次约100mL)放入200mL烧杯中，立即用浊度仪测定浊度(每杯水样测定三次)，记入表1-3中；

4．测量搅拌桨尺寸。 注意事项：

1．在最佳投药量、最佳pH值实验中，向各烧杯投加药剂时希望同时投加，避免因时间间隔较长各水样加药后反应时间长短相差太大，混凝效果悬殊。

2．在最佳pH实验中，用来测定pH的水样，仍倒入原烧杯中．

3．在测定水的浊度、用注射针筒抽吸上清液时，不要扰动底部沉淀物。同时，各烧杯抽吸的时间间隔尽量减小。

五 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。

2．以沉淀水浊度为纵坐标，混凝剂加注量为横坐标．绘出浊度与药剂投加量关系曲线，

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并从图上求出最佳混凝剂投加量。

表2-1 确定最佳混凝剂

项目 混凝剂名称 形成矾花时最佳 投量/mL 1 2 浊度(NTU) 3 平均

表2-2 最佳混凝剂投加量

水样编号 投药量mg/l 初矾花时间 矾花沉淀情况 剩余浊度

(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。

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，从图上求出所投加混凝剂的混凝最佳pH值及其适用范围。

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原水浊度： 原水温度： 原水pH值： Al2(SO4)3 FeCl3 聚合氯化铝 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 4 5 6 表2-3 最佳pH

水样编号 盐酸ml 烧碱ml 水样PH 剩余浊度

(三)混凝阶段最佳速度梯度实验结果整理

1．把原水特征、混凝剂加注量、pH值、搅拌速度记入表。

2．以沉淀水浊度为纵坐标，速度梯度G值为横坐标绘出浊度与G值关系曲线，从曲线中求出所加混凝剂混凝阶段适宜的G值。

表2-4 最佳速度梯度

水样编号 搅拌速度 剩余浊度

六 实验结果讨论

1 根据最佳投药量实验曲线，分析沉淀水浊度与混凝剂加注量的关系。 2 本实验与水处理实际情况有哪些差别?如何改进?

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 16

实验三 活 性 炭 吸 附 实 验

活性炭吸附是目前国内外应用较多的一种水处理工艺，由于活性炭种类多、可去除物质复杂，因此掌握“间歇”法与“连续淤法确定活性炭吸附工艺设计参数的方法，对水处理工程技术人员至关重要。 一、实验目的

1．通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作。 2．掌握用“间歇”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。 二、实验原理

活性炭吸附是目前国内外应用较多的一种水处理手段。由于活性炭对水中大部分污染物都有较好的吸附作用，因此活性炭吸附应用于水处理时往往具有出水水质稳定，适用于多种污水的优点。活性炭吸附常用来处理某些工业污水，在有些特殊情况下也用于给水处理。比如当给水水源中含有某些不易去除而且含量较少的污染物时；当某些偏远小居住区尚无自来水厂需临时安装一小型自来水生产装置时，往往使用活性炭吸附装置。但由于活性炭的造价较高，再生过程较复杂，所以活性炭吸附的应用尚具有一定的局限性。

活性炭吸附就是利用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是由于活性炭内部分子在各个方向都受着同等大小的力而在表面的分子则受到不平衡的力，这就使其它分子吸附于其表面上，此为物理吸附；另一个是由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此为化学吸附。活性炭的吸附是上述二种吸附综合作用的结果。当活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内活性炭吸附的数量等于解吸的数量时，此时被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不再变化，而达到了平衡，此时的动平衡称为活性炭吸附平衡，而此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。活性炭的吸附能力以吸附量q表示。

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qV(C0C)X (1)

MM式中 q——活性炭吸附量，即单位重量的吸附剂所吸附的物质重，g/g； V——污水体积，L；

C0、C——分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质浓度，g/L； X——被吸附物质重量，g； M——活性炭投加量，g；

在温度一定的条件下；活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高，两者之间的变化曲线称为吸附等温线，通常用霍兰德利希经验式加以表达。

qK•C （2） 式中q——活供发吸附量，g/g； C——被吸附物质平衡浓度g/L；

K、h一一是与溶液的温度，pH值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。

K、h值求法如下：通过间歇式活性炭吸附实验测得q、C一一相应之值，将式（2）取对数后变为下式：

1n1lgC （3） n1将q、C相宜值点绘在双对数坐标纸上，所的直线的斜率为截距则为k。如图（3）所示。

n lgqlgk

三、实验设备及用具

1． 间歇式活性炭吸附实验装置如图1所示；

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图1间歇式活性炭吸附装置

2． 间歇与连续流实验所需设备及用具： （1）康氏振荡器一台。 （2）500mL三角烧杯6个； （3）烘箱；

（4）721分光光度计一台，玻璃器皿、滤纸等。

（5）有机玻璃炭柱d＝35*1000mm，H＝1.0m； （6）活性炭； （7）配水及投配系统。 四、实验步骤及记录 1．间歇式活性炭吸附实验

（1）自行配置一定浓度的有机染料水， 稀释标样，做浓度与吸光度的标准曲线。 （2）将活性炭放在蒸馏水中浸24小时，然后放在105℃烘箱内烘至恒重，再将烘干后的活性炭压碎，使其成为能通过200目以下筛孔的粉状炭。因为粒状活性炭要达到吸附平衡耗时太长，往往需数日或数周，为了使实验能在短时间内结束，所以多用粉状炭。

（3）在六个500mL的三角烧瓶中分别投加0、100、200、300、400、500mg粉状活性炭。

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（4）在每个三角烧瓶中投加同体积的过滤后的污水，使每个烧瓶中的 染料浓度与 活性炭浓度的比值在0.05～5.0之间（没有投加活性炭的烧瓶除外）。

（5）测定水温，将三角烧瓶放在振荡器上振荡，当达到吸附平衡（时间延至滤出液的有机物浓度值（颜色）不再改变）时即可停止振荡。（振荡时间一般为30min以上）。

（6）过滤各三角烧瓶中的污水，测定其剩余吸光度值，求出吸附量x。 实验记录如表1示。

表1 活性发间歇吸附实验记录

序号 原污水 水温℃ 吸光度值 浓度 吸光度值 出水 浓度 污水体积(mL)或(L) 活性炭投加量(mg)或(g) 去除率(%) 备注 五、实验数据整理 1．间歇式活性炭吸附实验

（1）按表1记录的原始数据进行计算。 （2）按（1）式计算吸附量q。

（3）利用q～c相应数据和式（2），经回归分析求出K、n值或利用作图法，将C和相应的q值在双对数坐标纸上绘制出吸附等温线，直线斜率为

1、截距为K.。 n11值越小活性炭吸附性能越好，一般认为当=0.1～0.5时，水中欲去除杂质易被吸附；nn111>2时难于吸附。当较小时多采用间歇式活性炭吸附操作；当较大时，最好采用连续nnn式活性炭吸附操作。

六、实验结果讨论

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1． 吸附等温线有什么现实意义，作吸附等温线时为什么要用粉状炭？

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实验四 加压溶气气浮实验

气浮是一种固液分离技术，该技术将水、污染物杂质和气泡组成的多相体系中含有的疏水性污染粒子，或者附有表面活性物的亲水性污染粒子有选择地从废水中吸附在气泡上，以泡沫的形式把污染物质从水中分离去除。

一 实验目的

1、通过观察实验现象，加深对基本概念及原理的理解； 2、掌握加压溶气气浮实验方法，并能熟练操作相关仪器； 3、通过运行试验系统，掌握加压溶气气浮的工艺流程。

二 实验原理

气浮法处理废水的实质是：人为采取某种方式产生大量的微小气泡，使气泡与水中一些杂质物质微粒进行物理吸附，形成相对密度比水轻的气浮体(气泡+粒子)，气浮体在水浮力的作用下，上浮到水面而形成浮渣，进而达到杂质与水分离的目的。

气浮处理工艺可分为电解气浮法、散气气浮法和溶气气浮法。其中溶气气浮法可分为溶气真空气浮法和加压溶气气浮法。加压溶气气浮指的是，使空气在加压的条件下溶解在水中(在溶气罐中进行)，在常压下，将水中过饱和的空气以微小气泡的形式释放出来(在气浮池中进行)，与污染粒子一起形成气浮体上浮分离。加压溶气气浮是国内外最常用的气浮分离法。

影响加压溶气气浮效果的因素很多，如水在空气中的溶解度，气泡直径的大小，气浮

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时间，水质，混凝药剂种类，加药量，表面活性剂的种类及数量等。因此，采用气浮法进行水处理时，经常需要通过实验确定一些设计、运行参数。其中，设计气浮池加压溶气系统时最基本的参数是气固比，气固比的定义是溶解空气量(A)与原水中悬浮固体含量(S)的比值，其计算公式如下：

ACSfP1QR SQSa式中

A——气固比； S——空气密度，g/L；

CS——在一定温度下，一个大气压时的的空气溶解度，mL/L；

f——压力为p时，水中的空气溶解系数； QR——加压溶气水的流量，m3/d；

Q——气浮处理的废水量，m3/d； Sa——废水中的悬浮固体浓度，g/ m3；

。 P——溶气压力（绝对压力）

三 实验装置与设备

(一)实验装置

加压溶气气浮装置由三部分组成，分别为空气供给及空气饱和设备、溶气水减压释放设备和气浮池，具体实验装置如图4-1所示。

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图4-1 加压溶气气浮实验装置示意图

(二)实验材料

1．硫酸铝Al2(SO4)3 2. 废水样（以乳化油替代）

3．测试水中悬浮物浓度需用分析天平、烧杯、浊度仪。

四 实验步骤

1. 检查气浮设备是否完好。向加压水箱中注入清水。

2. 将待处理废水样（以乳化油替代）加入到废水水箱中，并测定原水中SS浓度，根据水箱中的水量向废水箱中加入混凝剂(Al2(SO4)3·18H2O)破乳，投量可按50~60mg/l。

3. 打开空压机向溶气罐内压缩空气至0.3MPa左右。

4. 打开水泵，向溶气罐内送入压力水，在0.3~0.4MPa压力下，将气体溶入水中，形

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成溶气水，此时，进水流量可控制在2~4L/min左右，进气流量可以为0.1~0.2L/min。

5. 待溶气罐中液位升至溶气罐中上部时，缓慢打开溶气罐底部出水阀，出水量与溶气罐压力水进水量相对应。

6. 经加压溶气的水在气浮池中释放并形成大量微小气泡时，再打开废水进水阀门，废水进水量可按4~6L/min控制。

7. 浮渣由排渣管排至下水道，处理水可排至下水道也可部分回流至回流水箱。

五 实验结果整理

1、 实验纪录表

表4-1 实验纪录表

时间 表面负荷 回流比 原污水流量L/min 溶气水流量L/min mg/L 投药量 mg/min 空气量L/min 溶气罐压力Mpa 乳化油 原水NTU（浊度） 25

出水NTU（浊度） 去除效率(%) 备注 2、 计算

1） 池体积、上浮速度、停留时间及表面负荷的计算。 i.

反应段；

ii. 分离段。 2） 乳化油去除率E

E=

C0C×100% C0式中：Co——起始废水乳化油浓度（用NTU替代）；

C——处理水乳化废水乳化油（mg/l）（用NTU替代）

3、结论分析与探讨

六 实验结果讨论

1. 根据观察的实验运行过程，气浮池内的气泡是否很微小，若不正常，是何原因？如何解决？

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实验五 生物接触氧化实验

生物接触氧化又名浸没式曝气滤池，也称固定式活性污泥法，它是一种兼有活性污泥和生物膜法特点的废水处理构筑物，所以它兼有这两种处理法的优点。

一 实验目的

1、通过观察实验现象，加深对基本概念及原理、环境影响因素等的理解；

2、掌握接触氧化塔的启动方法，观察到微生物生长情况，能看到气泡、水流、生物膜的状态；

3、就某种污水利用该装置进行动态实验，以掌握采用生物接触氧化法处理污水的调试、运行过程。

二 实验原理

生物接触氧化法，就是在曝气池中填充块状填料，经曝气的废水流经填料层，使填料颗粒表面长满生物膜，废水和生物膜相接触，在生物膜生物作用下废水得到净化的一种高效水处理工艺。在可生化条件下，该工艺具有高效节能、占地面积小、耐冲击负荷、运行管理方便等特点，广泛用于生活污水、工业废水、养殖污水等不同行业的污水处理。

生物接触氧化法是一种介于活性污泥法和生物滤池法之间的生物膜法工艺，又称为淹没曝气式生物滤池。池内设置填料，填料淹没在废水中，池底放置曝气装置对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与填料的充分接触，避免局部厌氧现象。该法中微生物所需氧气由鼓风曝气供给，生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行新陈代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷这样而造成生物膜的脱落，脱落的生物膜随水流

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出此外。

生物接触氧化法具有如下特征：

1、本法目前所使用的多是蜂窝式或列管式填料，上下贯通，废水在管内流动，水力条件好，能很好的向管壁上固着的生物膜供应营养及氧，因此，生物膜上的生物相很丰富，除细菌外，球衣菌类的丝状菌、多种种属的原生动物和后生动物，能够形成稳定的生态系。

2、填料表面全为生物膜所布满，形成了生物膜的主体结构，有利于维护生物膜的净化功能；还能够提高充氧能力和氧的利用率；有利于保持高度的生物量。据实验资料，每平方米填料表面上的活性生物膜量可达125g，如折算成MLSS，则为13g/L。生物膜的立体结构形成了一个密集的生物网，废水从中通过，能够提高净化效果。

3、生物接触氧化对冲击负荷有较强的适应能力，污泥生成量少，不产生污泥膨胀的危害，能够保证出水水质，勿需污泥回流，易于维护管理，不产生池蝇，也不散发臭气。

4、生物接触氧化具有多种净化功能，它除能够有效的去除有机污染物质外，还能够用以脱氮和除磷，因此，可以用于三级处理。

生物接触氧化法的主要缺点是：填料易于堵塞，布气、布水布不均匀。 影响生物膜生长、繁殖、处理废水效果的环境因素主要有： 1、营养物质：要求水中C:N:P之比应保持在100:5:1； 2、溶解氧：溶解氧的浓度控制在2~4mg/L较为适宜；

3、温度：适宜温度为15~35℃，此范围内温度变化对运行影响不大； 4、酸碱度：一般pH为6.5~8.5。超过此范围，应加酸碱调节。

三 实验装置与设备

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(一)实验装置

直流式接触氧化池（又称全面曝气式接触氧化池）即直接在填料底部进行鼓风充氧，如图所示。这种构造形式的生物接触氧化装置的主要特点是：在填料下直接布气，生物膜直接受到上升气流的强烈搅动，加速了生物膜的更新，使其经常保持较高的活性，而且能够克服堵塞的现象，国内多采用直流式。

具体实验装置如图5-1所示，装置外形总尺寸：650mm×500mm×1300mm。

图5-1 加压溶气气浮实验装置示意图

1 池体；2 填料； 3 曝气头； 4 曝气动力设备；5出水堰；6 废水池；7 水泵 (二)实验仪器

1、生物接触氧化池：一座。

尺寸：长400mm 宽350mm 高550mm ；材质：有机玻璃。 2、污水泵（提升污水），一台。 3、气泵，一台。

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流量：0.5 m3/min；压力：5mH2O。 4、纤维填料（组合式）：一批。 5、废水池：一座。

尺寸：长400mm 宽400mm 高600mm ；材质：PVC。 6、管道、管件、阀门等：一批。 7、TOC测定仪。

8、重铬酸盐法测定化学需氧量(COD)的相关仪器材料。 9、便携式溶解氧(DO)测定仪。 (三)实验材料

1、废水：人工废水：1L自来水加入：葡萄糖450mg，硫酸铵，130mg，磷酸氢钾：30mg，碳酸氢钠：450mg，氯化铁：10 mg（对应的COD大概为450 mg/L）。 2、活性污泥：从城市污水处理厂取污泥。

四 实验步骤

1、在生物接触氧化池内加入配对的人工废水，并测试pH、水温、DO、COD和TOC等水质指标。

2、从城市污水处理厂取浓缩污泥，置于生物接触氧化池中，进行培养。具体方法：将取回的浓缩污泥置于接触氧化池中，接种污泥的体积为生化反应池有效容积的10%，加满清水，曝气2h，静置沉淀22h，使固着态的微生物接种到填料上。

3、曝气驯化挂膜。具体方法：将接种后的微生物系统的水放空，每天投加配制的有机营养液（BOD5:N:P=100:5:1），营养液的COD以500~800 mg/L为宜。开始曝气培养驯化，连续曝气22h（溶解氧的浓度控制在2~4mg/L），静置沉淀2h，然后排水。每天重复一次。

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持续4~8天，直到填料表面生长了一层薄薄的黄褐色生物膜。 4、开启进水，开启曝气

5、测定原水和处理水质的COD对比分析 注意事项：

1、环境温度：5℃～40℃ 2、处理水量：20～30L/h 3、进、出水水质：

进水 出水 BOD5 160～300mg/L CODCr 300～500 mg/L SS pH

五 实验结果整理

1、实验纪录表

实验小组号: 实验日期: 姓名:

原水pH: 原水温度:

表5-1 不同的曝气时间与处理效果实验纪录表

曝气时间(min) CODCr(mg/L) 处理效率(%) TOC 处理效率(%) 备注 80～160 mg/L 6～9

20～40 mg/L 28～60 mg/L 8～15 mg/L 6～9

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2、实验结果分析与评价

六 实验结果讨论

1、向有接种污泥的生物接触氧化池投加营养物并曝气，使微生物生长繁殖，如何合理配置营养物？

2、影响处理效果的因素有哪些。

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实验六 活性污泥性质的测定

活性污泥是指充满了大量微生物及有机物和无机物的絮状泥粒，它具有很大的表面积和强烈的吸附和氧化能力，沉降性能良好。活性污泥生长的好坏，与其所处的环境因素有关，而活性污泥性能的好坏，又直接关系到废水中污染物的去除效果。为此，水质净化厂经常要通过观察和测定活性污泥的工作状况，从而预测处理出水的好坏。

一 实验目的

1、了解评价活性污泥性能的四项指标及其相互关系，以及它们对活性污泥法处理系统的设计和运行控制的重要意义。

2、观察活性污泥性状。

3、掌握污泥性质MLSS、SV、SVI的测定和计算方法。

二 实验原理

活性污泥是人工培养的生物絮凝体，它是由好氧微生物及其吸附的有机物组成的。活性污泥具有吸附和分解废水中的有机物（有些也可利用无机物质）的能力，显示出生物化学活性。活性污泥组成可分为四部分：有活性的微生物(Ma)、微生物自身氧化残留物(Me)、吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有机物(Mi)和无机悬浮固体(Mii)。

活性污泥的评价指标一般有生物相、混合液悬浮固体浓度（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）、污泥沉降比（SV）、污泥体积指数（SVI）等。

在生物处理废水的设备运转管理中，可观察活性污泥的颜色和性状，并在显微镜下观察生物相的组成。

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混合液悬浮固体浓度（MLSS）是指曝气池单位体积混合液中活性污泥悬浮固体的质量。又称为污泥浓度。它由活性污泥中Ma、Me、Mi和Mii四项组成。单位为mg/L或g/L。

混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）指曝气池单位体积混合液悬浮固体中挥发性物质的质量。表示有机物含量，即由MLSS中的前三项组成。单位为mg/L或g/L。一般生活污水处理厂曝气池混合液MLVSS/MLSS在0.7~0.8。

性能良好的活性污泥，除了具有去除有机物的能力外，还应有好的絮凝沉降性能。活性污泥的絮凝沉降性能可用污泥沉降比（SV）和污泥体积指数（SVI）来评价。

污泥沉降比（SV）是指曝气池混合液在100ml量筒中静止沉淀30min后，污泥体积与混合液体积之比，用百分数（%）表示。活性污泥混合液经30min沉淀后，沉淀污泥可接近最大密度，因此可用30min作为测定污泥沉降性能的依据。一般生活污水和城市污水的SV为15%~30%。

污泥体积指数（SVI）是指曝气池混合液沉淀30min后，每单位质量干泥形成的湿污泥的体积。单位为mL/g，但习惯上把单位略去。SVI的计算式为：

SVISV(ml/L)SV(%)10(ml/L) （6-1）

MLSS(g/L)MLSS(g/L)在一定污泥量下，SVI反映了活性污泥的絮凝沉降性能。如SVI较高，表示SV较大，污泥沉降性能较差；如SVI较小，污泥颗粒密实，污泥老化，沉降性能好。但如果SVI过低，则污泥矿化程度高，活性及吸附性都较差。一般来说，当SVI为100~150时，污泥沉降性能良好；当SVI>200时，污泥沉降性能较差，污泥易膨胀；当SVI<50时，污泥絮体细小紧密，含无机物较多，污泥活性差。

三 实验设备与材料

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(1)接触氧化池池：1套 (2)分析天平：1台 (3)烘箱：1台 (4)100mL量筒：1只 (5)定量滤纸：数张 (6)称量瓶：1只 (7)干燥器：1只 (8) 500mL烧杯：2个 (9)玻璃棒：2根

四 实验步骤

1、活性污泥性状及生物相观察 用肉眼观察活性污泥的颜色和性状。 2、污泥沉降比SV(%)测定

它是指曝气池中取混合均匀的泥水混合液100mL置于100mL量筒中，静置30min后，观察沉降的污泥占整个混合液的比例，记下结果。实验操作步骤如下：

(1)将干净的l00mL量筒用蒸馏水冲洗后，甩干。

(2)取100mL混合液置于l00mL量筒中，并从此时开始计算沉淀时间。

(3)观察活性污泥凝絮和沉淀的过程与特点，且在第1、3、5、10、15、20、30min分别记录污泥界面以下的污泥体积。

(4)第30min的污泥体积（ml）即为污泥沉降比(SV%)。 3、污泥浓度MLSS

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它是单位体积的曝气池混合液中所含污泥的干重，实际上是指混合液悬浮固体的数量，单位为mg/L或g/L。实验操作步骤如下：

(1)将滤纸和称量瓶放在103~105℃烘箱中干燥至恒重，称量并记录W1。 (2)将该滤纸放入漏斗。

(3)将测定过沉降比的100ml量筒内的污泥全部倒入漏斗，过滤（用水冲净量筒，水也倒人漏斗）。

(4)将载有污泥的滤纸移入称量瓶称重，放入烘箱（103~105℃）烘干中恒重，称量并记录W2。

(5)污泥干重= W2 - W1 (6)污泥浓度计算

污泥浓度(g/L)＝[(滤纸质量+污泥干重)一滤纸质量]×10 4、污泥体积指数SVI

污泥体积指数是指曝气池混合液经30min静沉后，1g干污泥所占的容积(单位为mL/g)。计算式如公司（6-1）所示。SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚、沉淀性能。一般在100左右有为宜。

注意事项：

1、仪器设备应按说明调整好，使误差减小。 2、污泥过滤时不可将污泥溢出纸边。

五 实验结果整理

1、实验纪录表

表6-1 原始实验记录表

静沉时间污泥体积(ml)

1 3 5 36

10 15 20 30 W1（g） W2（g） 2、计算

1) 污泥沉降比SV(%)计算

SVV30100% V2) 混合液悬浮固体浓度MLSS计算

MLSSW2W1(mg/L) V式中 W1——滤纸的净重，mg

W2——滤纸及截留悬浮物固体的质量之和，mg V——水样体积，L 3) 污泥体积指数SVI计算

SVISV(ml/L)SV(%)10(ml/L)

MLSS(g/L)MLSS(g/L)4) 绘出l00mL量筒中污泥体积随沉淀时间的变化曲线 3、实验结果分析与评价

六 实验结果讨论

1、测定污泥沉降比时，为什么要静止沉淀30min？ 2、污泥体积指数SVI的倒数表示什么？为什么可以这么说？ 3、对于城市污水来说，SVI大于200或小于50各说明什么问题？

4、通过所得到的污泥沉降比和污泥体积指数，评价该活性污泥法处理系统中活性污泥的沉降性能，是否有污泥膨胀的倾向或已经发生膨胀?

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