给排水综合实验城市给水处理系统.docx
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给排水综合实验城市给水处理系统
综合实验
（二）
——城市给水处理系统实验
（实验方案）
彭天技朱信聪姓名：
周彬莫钦程何承益
学号:
班级：
给排水0922
实验时间：
综合实验二城市给水处理系统一一预处理段及尾端消毒
该本实验通过采用所选择的工艺，模拟实际运行状况进行处理，以得到最佳的设计参数及控制指标。
该实验采用开放性实验的运行模式，让学生自己动脑、动手，老师指导，以取得最佳的实验效果。
一、实验目的和要求：
目的：
1、掌握城市给水处理实验设计的一般方法；
2、掌握各处理工序的基本原理；
3、掌握根据不同出水水质指标要求所控制的运行条件及控制方法；
4、了解对整套给水处理系统运行的调试、运行、控制方法；
5、要求掌握的技能和知识点：
水处理实验方案的编制要点，浊度仪、pH计、溶解氧仪等的正确使用和操作；取样方法；实验数据记录、整理和分析方法。
二、实验原理
供水水源中一般都含有一定量的杂质和砂粒，有可能会对后面设施造成堵塞、於积等，有的可能还含的微污染源。
给水处理主要考核的指标为COD、MnPH、SS、浊度、电导率等，主要采用工艺为沉淀、过滤、吸附、消毒等。
通过对这几种工艺的控制运行，使学生不出校门就能直观了解给水处理所需注意事项、系统长期运行的状况及废水处理自动化管理的概念。
本实验预处理采用臭氧氧化和生物接触氧化的方法，消毒处理采用紫外光和臭氧（UV/03）结合的方法，原水从原水调节池出发经泵的提升进入臭氧氧化池，生物接触氧化曝气池，然后依次流经加药系统、中间调节池、混凝池及沉淀池、机械加速澄清池、无阀滤池、出水经过臭氧氧化池，紫外消毒器消毒，而后排放。
1.臭氧氧化
（1）臭氧氧化优缺点臭氧具有很强的氧化性，可以氧化多种化合物，因此，臭氧氧化技术在水处理中被广泛应用。
臭氧氧化技术具有如下特点：
臭氧不仅有很好的快速杀菌、消毒性质，而且具有极高的氧化有机和无①．机化合物的氧化力，可去除其它水处理工艺难以去除的物质。
2臭氧的反应完全、速度快，从而可以减小构筑物体积。
3剩余臭氧会迅速转化为氧气，能增加水中溶解氧，效率高，不产生污泥，不造成二次污染。
4在提高净化效果、杀菌、消毒的同时，可除嗅、除味。
5制备臭氧用的电和空气不必储存和运输，臭氧化装置占地小，运行操作管理简单，特别适用干原有水厂的提高水质和水量。
6臭氧有助于提高絮凝效果，减少混凝剂的投加量，可以提高滤速。
但臭氧消毒也存在着一定的弊端，如；不能长时间维持剩余臭氧，必须在使用现场产生l水质水量发生变化时，调节投加量困难等等。
另外，臭氧杀菌受臭氧浓度、水温、pH值、水的浊度等因素影响。
一般情况下，随臭氧浓度的提高，杀菌作用加强；水温越高，杀菌作用越强l水中pH值较高时，杀菌效果不好，需增大臭氧投放量；水的浊度对臭氧杀菌效果也有一定的影响，当水中浊度在5mg／1以下时，这种影响则不明显。
（2）臭氧的作用机理
臭氧的物理性质。
臭氧是一种不稳定的物质，在空气中会慢慢地连续自行分解成氧，同时放出大量热，其浓度为25％以上时很容易爆炸。
但一般臭氧化空气中臭氧浓度不超过lo％，故不会发生爆炸。
浓度为1％以下的臭氧，在常温常压下的空气中分解，半衰期为16h左右。
而在水中，其分解速度比在空气中快得多,水中臭氧浓度为3mg/1,其半衰期仅15〜30min。
臭氧在水中分解速度随水温、pH值提高而加快。
故臭氧一般都就地制造、就地利用。
臭氧的化学性质。
臭氧是氧气的同素异构体，呈无色或淡蓝色气体，氧化、杀菌能力极强且非常不稳定，无法贮存。
臭氧可以进攻有机物负电原子，进行亲电反应；臭氧还可以进攻有机物分子中带正电原子核，进行亲核反应。
工业上常使用电晕放电法。
在放电间隙，氧被电离成离子，高活性的氧离子同氧分子反应生成臭氧。
臭氧在水溶液中的氧化反应。
由于臭氧是一种不稳定的强氧化剂，03及其在水
中分解的中间产物游离基具有很强氧化性。
因此，它能迅速而广泛地氧化水溶臭氧在水溶液中也能瞬间完成。
即使在低浓度下，液中某些元素和有机化合物，的氧化作用取决于其分解条件和机理。
臭氧在水中能形成具有强氧化作用的羟基自由基H0—，不仅可以消毒杀菌，还可以氧化分解水中污染物。
臭氧化处理中由于小分子酸的生成使水溶液酸度不断升高，因此被处理液经常加入碱以保持适当的pH值，同时也使HCNH2S等有害物形成不易挥发的离子，并反应降解。
（3）臭氧氧化化池运行控制要点：
反应室出口的溶解臭氧浓度，臭氧投加量.浊度，CODMn
1）反应室出口的溶解臭氧浓度
一般而言,可以通过控制反应室出口的溶解臭氧浓度就可以实现对臭氧氧化过程的控制。
通过模型，可以获得臭氧投加量与溶解臭氧浓度之间的关系，并通
过控制反应器出口臭氧浓度（0.1mg/L），来推算臭氧投加量.
2）浊度
预臭氧氧化能有效提高浊度的去除效果，此时常规工艺出水浊度的平均值-<0.1NTU臭氧是强氧化剂，可以改变水中悬浮固体颗粒的表面特性，有利于混凝，同时，臭氧的微絮凝效应也有助于有机胶体和颗粒物的混凝。
3）CODMn
预臭氧氧化能明显提高常规工艺出水中CODM的去除率。
这是由于臭氧具有强氧化性，可以氧化去除有机物，或改变有机物分子的特性以便在后续工艺中去除。
同时，臭氧对混凝效果的改善也有利于有机物的去除。
2.生物接触氧化（BC0
（1）生物氧化优缺点
工艺使用范围广泛；②
没有污泥膨胀和污泥回流，管理简便；③④
耐冲击，适应性较强；⑤挂膜简单，启动快;
⑥节能效果明显；生物接触氧化处理工艺，实际上是从生物膜派生出来增加曝气氧化工艺，这些九十年代的工程应用在长期运行中也暴露出一些弱点：
需要较大的占地面积，尤其是为了延长原水停留时间，提高水质净化效①果,
扩大池容，提高了工程造价；作为氧化手段的曝气系统的氧利用率低，增加了
运行费用；②
普遍采用的弹性立体填料挂膜和脱膜清洗困难，填料寿命短给运行和检③修带
来困难;
（2）填料40填料使用组合式双环填料塑料，环片四周均置束维纶醛化丝
均布在四周，呈放射个方孔，方孔有8
）。
状。
纤维束丝串通8个方型孔，非常牢固（见图3,））生物接触氧化池运行
控制要点：
浊度（NTU3,亚硝酸盐氮（mg/L）mg/L氨氮（mg/L）,CODMO,,HRT
水温，溶解氧（mg/L）。
气水比①浊度的去除其去除机理主要依赖以下作用：
填料上生物膜的生物絮凝作用和对形成浊度的有机物吸附降解；1）由于溶解氧充足，以细菌为食料的原生动物大量繁殖促进了生物絮凝，而且2）这些原生动物（如轮虫和纤毛虫等）还可以吞食水中游离细菌和微小的污泥质点，从而降低生化池出水的浊度；与细小的悬浮颗粒形成大絮体老化脱落的生物膜可起到生物絮凝剂的作用，3）沉降到底部；部分原水中的较大颗粒可自然沉降除去。
总的来说，当原水浊度较高时，浊4）度的去除以自然沉降和生物絮凝沉降为主，生物吞噬分解能力有限。
微孔曝气的生化池气水比一般取（0.5-1.0）:
1，既可以使生化池有足够的溶解氧，又有适当的曝气搅拌强度。
若气水比过大，会有部分老化脱落生物膜和固体颗粒被冲出生化池而导致出水浊度升高。
②氨氮的去除
生物接触氧化系统对进水氨氮浓度的变化有较好的适应性，在HRT为60
min、气水比为1：
1的条件下，对氨氮的去除率可基本维持在70%以上。
随着进水氨氮浓度的升高，系统对氨氮的去除率略有下降。
．当水温较低时生化池的氨氮去除氨氮的去除主要受水温和原水氨氮的影响。
但要注意的是当水温逐渐率大幅度下降，进而导致生化池出水的氨氮浓度较高。
但可能由于生物膜有上升时，虽然生化池氨氮的平均去除率也呈逐渐上升趋势，以上，生化池也需要一个多月才能10C一个适应的过程，这期间即使水温回升到为了在冬季水温较低时保持生化池有较高的氨氮去除达到稳定的氨氮去除效果。
效果，就必须延长生化池有效水力停留时间。
③CODM的去除
HRT越长，工艺对CODMn的去除率越高；另外，当进水CODMn浓度较高时，相应的去除率也越高。
生物预处理去除的有机物主要为小分子有机物，分子质量一般在1500u以下，而絮凝沉淀工艺去除的有机物主要为大分子有机物，分子质量一般在10000u以上。
因此生物预处理和后续的絮凝沉淀工艺对有机物的去除有很好的互补效果。
HRT,水温，气水比④HRT、水温和气水比等工艺参数都对生物预处理工艺的处理效果有明显影响，随HRT的缩短、水温的降低及气水比的减小，系统对氨氮的去除效果会相应下降；但原水的水温基本满足工艺的要求，而当气水比高于0．5：
1时可满足系统去除氨氮的溶解氧要求；另外，要保持填料的流化状态，曝气量需在2m3/（m2・h）以上。
3.紫外光和臭氧（UV/O3）的方法
（1）紫外光和臭氧（UV/O3）的方法的特点
紫外/臭氧组合工艺（UVIO），是将臭氧（03）和紫外（UV）相结合的一种高级氧化技术。
该组合工艺具有强氧化性．不需要加入任何催化剂．已经被证明可以用于水中有机污染物的去除．微生物的灭活等。
目前已经在水处理行业被广泛研究，并有可能实现广泛应用。
组合工艺存在的主要问题
UV/03臭氧T艺的在水处理方面的效果显著•但现有的UV,03工艺复杂，初期投资及后续运行费用很高。
特别是对于小型净水装置，除光辐射源外，还需配备臭氧发生器，设备复杂，造价偏高，因而应用上受到一定程度限制。
另外，国产紫外线灯强度小、寿命短，缺乏自动清洗装置；微生物方面缺乏单类菌种的灭活经验，光复活研究条件不够，都是需要进一步改进的地方。
）组合工艺的去除机理2（．
关于臭氧和紫外的协同作用机理目前主要有2种观点。
一种是臭氧先在紫外作用下分解成氧原子．氧原子再与水反应生成羟基自由基：
外一种是臭氧在紫外照射下先与水反应生成双氧水，双氧水进一步分解生成羟基自由基（•OHK
1臭氧的分解。
臭氧在水中与有机物的作用一般分为直接反应和间接反应2种历程：
臭氧分解产生羟基自由基的反应会由于水体中存在碱度而受到抑制．使得氧化反应以直接反应为主。
由于臭氧迅速分解产生羟基自由基．使得水中以臭氧与有机物直接反应为主的氧化反应转变为以自由基和有机物直接反应为主的氧化反应。
从而可以增加臭氧的利用率，提高反应效率。
2羟基自由基氧化反应。
常温常压下，臭氧的标准电位为2.07V.而羟基自由基的标准电位为2.80V氧化性方面后者要大于前者.因此羟基自由基能够与水中绝大多数有机物发生氧化反应。
羟基自由基与水中有机物的氧化反应大体上可以分为2类：
A.除氢反应；B.加成反应有机物中的芳香烃和含有不饱和键的共轭体系在紫外光区都有强烈的吸收.故羟基自由基更易于与芳香族化合物及不饱和化合物发生加成反应。
臭氧在水中与有机物发生的直接氧化反应的选择性较强，且速度不如羟基自由基快。
因此羟基自由基在有机物氧化方面比臭氧效果要好。
（3）紫外光和臭氧（UV/O3）的方法运行控制要点：
浊度（NTU,UV254CODPH值，臭氧浓度，水流流速。
1）UV254，COD（UV254值反映的是水中天然存在的腐殖质类大分子有机物以及含C=C双）
双键的芳香族化合物的多少。
C=O键和对于的去除效果，王欣泽等分别在有紫外
光辐照和无紫外光辐照2种情况下通入臭氧考查水中UV254的去除情况；结果显示，臭氧与紫外线联合作用时水中的Uv254去除效果较好，并且紫外光的照射可以使去除率有明显的升高：
而对于CODfc除效果却各不相同.单独臭氧或单独紫外作用时.水中的CODS基本没有变化：
即使在臭氧紫外线联用时.最初COD的变化也不明显；随着反应的进行，尤这些现象再次可以证明紫外和臭氧则出现明显的下降趋势。
其是一段时间以后.
有协同作用效果。
一般说来.臭氧在紫外线的照射下.其对COD去除率可以提高5％.10％左右。
（2）PH值的影响。
当pH值过高时，如果水中只有臭氧存在.碱度会与羟基自由基结合，对臭氧的催化反应造成抑制。
使臭氧在水溶液中以直接反应为主。
当紫外线和臭氧同时存在时.可产生大量的羟基自由基。
但过高的pH值同样对反应不利.它会大
量消耗水中的羟基自由基，使其浓度下降。
处理效率也会随之下降。
当水中存在过多的碳酸根或重碳酸根离子时.容易水解产生OH-,同时碳酸根或重碳酸根
离子自身也会与羟基自由基结合。
降低处理效率，结合反应式为：
（OH）•+HC03--QH）—+WCD3-
（3）臭氧浓度的影响。
在相同紫外线照射剂量和臭氧投量的情况下.进气臭氧浓度越高.则处理效果越明显。
这是因为当水中臭氧浓度较高时.可以产生较高浓度的羟基自由基。
对有机物的氧化更为彻底，所以处理效果也较好。
这表明.处理效果不仅与紫外线的照射剂量有关。
而且与进气中的臭氧浓度有关。
（4）水流流速的影响。
流速的不同也会对处理效果造成影响。
当流速较高时。
紫外光对总细菌和大肠杆菌均有良好的去除效率.这一点似乎有悖常理。
IranpourRetal等通过进一步研究发现.当水流过紫外灯管与反应器之间时.会形成一个边界层.如果这个边界层较厚.则会阻碍水对紫外光的吸收。
水流速度较慢时，出现的边界层较厚，反之则较薄，故流速快时.杀菌效果较好。
三、要测定的参数，实验装置与设备
1、要测定的参数；
测定项目
测定方法
国标
PH
玻璃电极法
GB/T6920-1986
浊度
分光光度法
GB/T13200-1991
COD
高锰酸酸盐法
GB/T15456-2008
氨氮
纳氏试剂光度法
GB7479--87
.实验装置2.
1）装置工艺说明
1.整个系统的总处理流量为60L/h,接触氧化和臭氧氧化可转换。
2.处理单元间连接管道为PVC。
3.进水流量由流量计进行控制；进水泵的开停可手动自动切换，采用耐腐蚀材质的泵，一用一备。
4.反冲洗系统应包括气冲及气水联合反冲洗，滤池同时需有水头显示的装置，气量及水量需可调可计量。
5.所有电线电缆应有线管与线槽，暗装。
6.混凝剂投加配置国内知名品牌计量泵。
2）设备、仪器、材料配置
该装置的主要设备、仪器、材料配置如下表。
表1城市给水系统实验装置配置单
名称
部件
规格
数量
系统给水
提升泵
塑料耐污水泵，一备一用
2
流量计
管道式液体浮子流量计
1
原水调节池
PVC720L、含排空、溢流
1
搅拌电机
PRM1-20，可调速
1
臭氧氧化池
臭氧接触室
，与后处理单元共用臭有机玻璃，接触时间1.5h氧
发生装置
1
压力调节阀
减压恒压供气阀，安全包括装置
1
臭氧曝气头
精密合金曝气头，可拆卸
1
气体流量计
耐压，耐腐型，气体流量计
1
生物接触氧化
池
提升泵
塑料耐污水泵
1
流量计
管道式液体浮子流量计
2
接触氧化池
含排空、曝气装置，含8h,有机玻璃，停留时间半
软性调料
1
流量计
气体型，管道安装结构
1
风机
LP-60，静音风机
1
微孔曝气
微孔合金曝气头，可拆卸
1套
加药系统中间
调节池
加药罐
有机玻璃，10L
2
搅拌电机
PRM1-150，可调速
2
加药计量泵
加药计量泵BT-100
2
搅拌电机
PRM1-20，可调速
1
中间调节池
设置溢流口以及液位开关，含排空30L,PVC
1
混凝池及沉淀
池
提升泵
塑料耐污水泵.
1
流量计
管道式液体浮子流量计
1
搅拌电机
25w可调速电机，带调控板
2
混合池
12分钟，含搅拌及排空有机玻璃，停留时间
1
反应池
有机玻璃，停留时间28分钟，含搅拌及排空
1
沉淀池
分钟，含斜板式沉淀池，有机玻璃，停留时间45排
空
1
无阀滤池
无阀滤池
有机玻璃过滤罐，含过滤填料
1
空压机
气反冲用空压机，气缸容积10L
1
清水箱
，PVC30L，岀水及反洗清水箱
1
流量计
液体型，管道安装结构
1
反冲洗泵
不锈钢高压水泵
1
机械加速澄清
池
机械加速澄清池
有机玻璃，停留时间45分钟，含搅拌及排空
1
搅拌电机
25w可调速电机，带调控板
1
臭氧消毒系统
臭氧发生器
臭氧产量，工业氧气源2G/H
1
工业氧气瓶
，工业瓶，含液态氧20L
1
压力调节阀
减压恒压供气阀，安全包括装置
1
臭氧曝气头
合金曝气头，可拆卸
1
流量计
管道式气体浮子流量计
1
臭氧消毒室
有机玻璃，接触时间1h
1
其他配件
集中控制柜
标准工业机柜，含系统中所有电器控制及显示元PCB
端子排连接件，设漏电保护系统，工业
1
系统框架
含移动滑轮，整体拼装结构
5
阀门管路及其他
PVC管路及阀门零件等
1
3）工艺流程图
根据现有的实验装置详细绘制如下
实验仪器3.台回流装置:
置：
COD
10ml酸式滴定管支
敞口锥形瓶量筒
全玻璃磨口回流装置2
1酸式滴定管
只500ml2
个
2恒温加热器加热装
1支5ml
只500ml细口锥形瓶
四、实验内容：
1.运行流程
（1）当运行臭氧接触氧化工艺流程时，需要对臭氧臭氧发生器进行操作
1检查管理连接是否正确；
2检查电路连接是否正确；
3打开进出水阀门；
4开启配电柜和控制机柜的空开；
5将提升泵旋钮打到开的状态；
6使自来水进入臭氧发生器，当看到另外一根出水管有自来水时即可；
7打开配电柜上“臭氧发生器”；
8打开氧气瓶阀门，调整压力，打开臭氧发生器开关至“0”；
9通过气体流量的旋钮来调节气体的流量；
10慢慢调整旋钮到达3时，当听到响声时，证明开始产生臭氧；再逐渐调整旋钮，直到最大时为10，这时最大电流为0.35A；
11观察臭氧接触室内气泡的大小，当出现气泡比较均匀时即可；
12关闭氧气瓶阀门；
13将配电柜上的“臭氧发生器”旋钮开关打到“关”；
14关闭相关阀门开关；
注意事项：
1注意用电安全；
2臭氧产生量最大为10G/H,臭氧产生量参考臭氧发生器使用说明书，有对应的关系；
3氧气瓶操作时要注意安全；
4臭氧对人体有害，要远离排放的臭氧。
2.当运行接触氧化池工艺时，需要对接触氧化发生器进行操作。
①“原水提升泵”旋钮打到“开”。
2旋钮打到“开”，提升泵就会进行工作，流量通过管道式流量计进行显示，通过阀门的开启度进行调节。
3将气源管路阀门打开，通过观察气体流量计读数，旋转截止阀开启度调整气量的大小，达到实验要求。
．
2.小组分工彭天技，朱信聪，周彬三人进行尾端消毒的研究，控制流速和臭氧浓度，并测定CO穌口PH值。
从而确定最佳臭氧浓度和流速。
莫钦程和何承益二人对预处理阶段进行研究：
对臭氧氧化工艺控制反应室出口的溶解臭氧浓度，臭氧投加量，并且测定浊度，CODMn从而确定最佳臭氧投加量；对生物接触氧化阶段控制HRT水力停留时间），水温，气水比，并且测定浊度（NTU,氨氮（mg/L）,CODMn（mg/L），从而确定最佳HRT水温，气水比。
五、实验注意事项
1.实验时需了解系统已运行的时间及目前的运行参数；
2.实验结束后，对设备进行清洗、维护。
若实验结束后，不需保留污水进一步实验，则需将污水排空，防止长期放置产生异味，影响空气质量。
排空容器内污水时，不可将所有排空阀门同时开启，以防涨裂排空接口致使污水外溢；
3.实验结束后，注意切断电源；
4.搅拌机、水泵、液位开关、传感器、报警装置、计算机等的维护与保养详见有关使用说明书；
5.注意用电安全，加热棒电源为220V，小心操作；
6.用电设备要注意防水、防潮；
7.机柜电源的空开在开启时，要缓慢上电，防止跳闸；空开上黄色的是漏电保护，蓝色的是短路保护，在短路时自动弹起；
8.所有增压泵均打到“手动”状态；
9.所有设备、仪表均有说明书，在使用时认真阅读说明书；
10.所有增压泵必须有水，不能空转，以免烧坏泵。
六、实验思考题
1、请对几种常用的消毒方法进行比较。
答：
如下表所示
頊目
液氣
二救■
5.0-10.0
2T
）3-5
40nd/cru3
接协时何1（min）
10^30
I0-3C
10-20
討堀甬
镰果好
有效
有建
对颂
无舉
无毀
有效
rm
有效
百害附胸
有
无
奔
有1
可能肓
无
低.
高
彩中
优点
【邑豐札
珠.測产樹少.育审
强氧化性.按竝时向卷.能陆負膻色，牢产生氯化物
快蛊‘无代学爵捌
对廉片病帝、萨枫无戰’披卅，产生对人
物，运疔番理秤一溟
邢住崖・不利于大ftt悩制备和运输.设备
不瞋.布术申黒井解'撫n■罢求高，设备旦余「电摄尢.£建投養大,运和攒筍
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常用方法
中*小找锁
中*小
大、中，不規踐
工艺的，而弘的去除率要大于UV2BAF2接触氧似生物过滤工艺对CODM和BAF工艺的。
推测原因可能有那些？
对氨氮和亚硝态氮的去除效果则不如工艺的，因
而对有机物的消答：
①接触氧似生物过滤工艺中的生物量要大于BAF耗更多。
而组合工艺中生物滤柱对悬浮物和②部分有机物会吸附在悬浮物和胶体颗粒上，BAF工艺的。
胶体颗粒的高效吸附截留，使得其对有机物的去除效果高于向生物DO③在BAF工艺中，气水不断冲刷填料，使得填料上形成的生物膜较薄，亚硝化菌种群沿床层的硝化菌、DO沿床层的传递更均匀，且膜内的传递速度快，分布
更广，更有利于对氨氮和亚硝态氮的去除。
％以上的氨氮和亚硝态氮是在接触氧化％—7060④在接触氧似生物过滤工艺中，中柱中被去除的，在相同的试验条件下，源水在接触氧化柱的停留时间比在BAF的短，这也可导致接触氧似生物过滤工艺对氨氮和亚硝态氮的去除效果不女U的。
BAF3.为什么生物接触氧化池中，
氨氮浓度较低时（＜2.5mg/L），亚硝酸盐氮的去除率在20%-50%低于有关文献报道（70%-90%，而当原水氨氮较高时（＞2.5mg/L），亚硝酸盐氮反而会积累增多？
答：
其原因可能是：
1）生化池填料表面自养菌之间以及自养菌和异养菌之间对优势生长空间的竞争：
异养菌因繁殖较快，占据生物膜的外表层一部分空间，而另外的绝大部分外表层空间则为亚硝化细菌所占据，这样亚硝化细菌就处于对溶解氧和基质利用比较有利的位置；
2）浊度经常较高，生物膜表面有淤泥，阻碍水中的溶解氧和亚硝酸盐氮扩散到生物膜内硝化细菌的表面；
3）氨氮浓度经常较高，生物
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