水处理实验指导DOC.docx
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水处理实验指导DOC
水处理实验指导
（一）
水处理实验具体组织安排
第一阶段
实验项目名称
自由沉淀实验
过滤实验
混凝实验
曝气充氧实验
常规水处理工艺运行
第二阶段
活性炭吸附
气浮实验
水的膜分离实验
综合水处理实验
代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
地点
建工南楼205
建工南楼205
建工南楼204
建工南楼205
建工南楼205
建工南楼
205
建工南楼
204
建工南楼
204
建工南楼
204、205
注意：
1、实验开始时间为上午8：
30；下午1:
30开始；
2、实验前请预习，在校园网-组织机构-教学机构-建筑工程学院-教学工作-资料下载。
做实验时，交实验预习报告给老师检查后方可进行实验；
第一阶段实验安排
实验项目及代码
实验时间
实验周次
实验组别及内容
自由沉淀实验—1
过滤实验—2
混凝实验—3
曝气充氧实验—4
常规水处理工艺演示—5
A（1+4）B（4+1）C（2+3）D（3+2）——5
C（1+4）D（4+1）E（2+3）F（3+2）——5
A（2+3）B（3+2）E（1+4）F（4+1）
第二阶段安排
活性炭吸附实验———6
气浮实验—————7
水的膜分离实验———8
综合水处理实验——9
A（6）B（6）C（7+8）D（8+7）
C（6）D（6）E（7+8）F（8+7）
E（6）F（6）A（7+8）B（8+7）
实验9各组自行预约安排
实验组别代码
实验组成员（每班分成6组）
A
B
C
D
E
F
实验一颗粒自由沉淀实验————————————5
实验二过滤实验————————————————9
实验三混凝实验————————————————17
实验四曝气充氧实验——————————————22
实验五常用水处理工艺运行演示————————27
附录一
酸度计、溶解氧和浊度仪的使用—————————48
附录二
常规水质检测方法—————————————55
绪论
给水排水工程是给排水专业、环境工程专业的主干专业课程，课程本身就不是一个纯理论性学科，而是实践性很强的学科，因而相关的实验技术更为重要，不仅一些现象、规律、理论，而且工程设计和运行管理中的许多问题，也都离不开实验。
如给水处理工程中的混凝沉淀的药剂种类选择及生产运行适宜条件的确定需要通过实验测定，才能正确地选择。
同时水处理实验可应用于指导水处理规律的研究，改进现有工艺、设备以及研究新工艺、新设备。
因此在学习给排水工程有关专业课程的同时，非常有必要加强《水处理实验》课程的学习，注意培养学生自己独立解决工程实践中实验技术问题的能力。
一、水处理实验课的教学目的与任务
1.通过对实验的观察、分析，加深对水处理基本概念、现象、规律与基本原理的理解；
2.掌握一般水处理实验技能和仪器、设备的使用方法，具有一定的解决实验技术问题的能力；
3.学会设计实验方案和组织实验的方法；
4.学会对实验数据进行测定、分析与处理，从而能得出切合实际的结论；
5.培养实事求是的科学态度和工作作风。
二、水处理实验过程
１实验准备工作
（１）理论准备工作
（２）实验设备、测试仪器准备
（３）测试步骤与记录表格的准备
（４）人员分工
２实验
（１）仪器设备的安装与调试
（２）实验
（３）实验数据分析处理与实验报告
1实验数据的分析处理
②实验报告：
包括实验名称、实验目的、实验原理、实验装置仪器、实验步骤（预习
报告）、实验数据及分析处理、结论、问题讨论。
实验报告参考格式
实验名称：
姓名：
班级：
同组人：
实验日期：
实验地点：
环境条件：
实验目的
指出实验所要达到的主要目的
实验原理
简述实验所依据的有关原理和相关的理论基础
实验装置
绘制实际的实验装置流程简图，并注明主要设备和检测仪器的种类与型号
实验步骤
结合实际操作计划，对操作方法、程序进行简单阐述
实验数据记录与整理
用表格形式记录实测数据，依据实验原理完成数据的计算处理，计算过程、步骤要求全面、清楚。
类型相同的多组数据处理，计算时可用一组数据处理的全过程为例进行整理，其他数据的计算、处理过程可省略，并把计算结果列于表中
实验结果与分析讨论及合理化建议
主要包括实验结果总结、实验结果与理论值间的误差及相关分析、回答有关问题，并针对产生误差的原因、提出合理化建议等
实验一颗粒自由沉淀实验
一、沉淀概况
沉淀是去除水中杂质的常用方法。
基本类型
自由沉淀用以去除低浓度的离散性颗粒如沙砾、铁屑等。
一般是通过沉淀柱静沉实验，获取颗粒沉淀曲线。
它不仅具有理论指导意义，而且也是给水排水处理工程中沉砂池设计的重要依据。
二、实验目的
1、掌握颗粒自由沉淀实验的方法，学会对实验数据进行分析、整理、计算的方法；
2、进一步了解和掌握自由沉淀的规律，根据实验结果绘制时间—沉淀率（t—E）、沉速－沉淀率（u—E）、和沉淀速度-残余颗粒百分比（u-P）的关系曲线。
三、实验原理
浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀，其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉、其沉速在层流区符合斯笃克斯公式（Stokes）。
由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒比重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，所以自由沉淀可在一般沉淀柱内进行，但其直径应足够大，一般应大于100mm以免颗粒沉淀受柱壁干扰。
实验用装置见图1-1
设水深为h，在t时间能沉到h深度颗粒的沉速u=h/t。
根据给定的时间t0，计算出颗粒的沉速u0。
凡是沉淀速度等于或大于u0的颗粒，在t0时都可全部去除。
设原水中悬浮物浓度为c0（mg/L），则与沉淀历时t相对应的悬浮物沉淀效率百分率为
其中不同沉淀时间ti时，沉淀柱未被去除的悬浮物百分比为
沉淀试验时，可算出H对应的时间t的颗粒沉速为
ui即为ti时间内从水面下沉到池底（实验中为取样点）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，
从而可绘出u-E、t-E及u-P的曲线，其形式见图1-2
具有颗粒大小不同、沉速为ui的悬浮物静沉总去除率E与设计沉速u0、未被去除颗粒重量百分率P0的关系如下：
四、实验装置、仪器
1、装置：
沉淀柱外形尺寸：
直径×高=φ100mm×1500mm数量：
4根，有效水深即由水面至取样口距离，原水箱、水泵等；
2、仪器：
烘箱、分析天平、过滤装置、秒表、标尺等；
3、器皿及材料：
量筒、烧杯（200ml6个）、滤纸、称量瓶、干燥皿等。
五、实验步骤
1、将原水样搅拌均匀，启动水泵把水样注入沉淀柱；
2、在进水过程中取样测定原水样悬浮物含量：
取两个100ml水样过滤、烘干、称重；
3、当水上升到实验所定高度处，关进水即记录沉淀实验开始时间；
4、经过5、10、20、30、50、70……分钟分别在取样口取样一次，记录沉淀柱内液面高度，每次取样两个100ml（平行样）过滤、烘干、称重。
5、观察悬浮颗粒沉淀特点、现象。
注意：
1、取样间隔时间的长短可根据原水样悬浮物含量调整；
2、开启取样口取样时，先排除取样管中积水再取样；
3、每次取样前观察水面高度H，记录（㎝）。
4、如果原水样悬浮物含量较低时，可把取样时间拉长。
六、实验结果处理
1、实验基本参数：
实验日期年月日水样性质及来源：
沉淀柱内径d=mm柱高H=
原水样悬浮物含量C0=mg/L水温：
℃
2、把实验测得数据记入表1-1-1
3、根据表1-1-1实验数据进行整理计算填入表1-1-2
表1-1-1自由沉淀实验记录表
取样序号
沉淀时间
（min）
沉淀高度H
（cm）
称量瓶号
称量瓶+滤纸重（g）
瓶纸+悬浮物重
（g）
水样悬
浮物重
（g）
取样体积
（ml）
C
（mg/L）
（mg/L）
0
5
10
20
30
50
70
表1-1-2实验原始数据整理表
沉淀高度（cm）
沉淀时间（min）
计算用SS（mg/L）
残余颗粒的百分比Pi
颗粒沉速ui（mm/s）
表中不同沉淀时间ti时，沉淀柱内未被去除的悬浮物的百分比及颗粒沉速分别按下式计算：
①未被去除的残余颗粒百分比：
2相应颗粒沉速：
4、以颗粒沉速ui为横坐标，以Pi为纵坐标，在格纸上绘制P～u关系曲线。
5、根据实验所得曲线，分析推导相应于沉淀时间ti的悬浮固体去除百分率
七、思考题
1、自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有何区别？
2、沉淀柱高分别为H=1.0m，H=1.2m，两组实验成果是否一样，为什么？
实验二过滤实验
一、过滤概况
1．什么是过滤？
4、以颗粒沉速ui为横坐标，以Pi为纵坐标，在格纸上绘制P～u关系曲线。
5、根据实验所得曲线，分析推导相应于沉淀时间ti的悬浮固体去除百分率
七、思考题
3、自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有何区别？
4、沉淀柱高分别为H=1.0m，H=1.2m，两组实验成果是否一样，为什么？
实验二过滤实验
一、过滤概况
1．什么是过滤？
过滤是具有孔隙的物料层截留水中杂质从而使水得到澄清的工艺过程。
过滤方式有：
砂滤、硅藻土涂膜过滤、烧结管微孔过滤、金属丝编织物过滤等。
2．过滤的作用
（1）去除化学和生物过程未能去除的微细颗粒和胶体物质，提高出水水质。
（2）提高悬浮固体、浊度、磷、BOD、COD、重金属、细菌、病毒等的去除率。
（3）强化后续消毒效果，由于提高了悬浮物和其他干扰物质的去除率，因而可降低消毒剂的用量。
（4）使后续离子交换、吸附、膜过程等处理装置免于经常堵塞，并提高它们的处理效率。
二、实验目的
1、了解滤料的级配方法，绘制筛分曲线；
2、熟悉普通快滤池过滤、反冲洗的过程；
3、加深对滤速、反冲洗强度、滤层膨胀率、初滤水浊度的变化、反冲洗强度与滤层膨胀率关系及滤速与清洁滤层水头损失关系的理解；
三、实验原理
1、为了取得良好的过滤效果，滤料应具有一定级配。
滤料级配是指将不同大小粒径的滤料按一定比例加以组合，以取得良好的过滤效果。
生产上有时为了方便起见，常采用0.5mm和1.2mm孔径的筛子进行筛选，这样就不可避免地出现细滤料（或粗滤料）有时过多或过少现象。
为此应采用一套不同筛孔的筛子进行筛选，并选定有效粒径d10、d80值和不均匀系数K80。
d10是表示通过滤料重量10%的筛孔孔径，它反映滤料中细颗粒尺寸，即产生水头损失的“有效”部分尺寸，d80是指通过滤料重量80%的筛孔孔径，它反映粗颗粒尺寸，不均匀系数K80为d80与d10之比（K80=d80/d10）。
K80越大表示粗细颗粒尺寸相差越大，滤料粒径越不均匀，这样的滤料对过滤及反冲都不利。
尤其是反冲时，为了满足滤料粗颗粒的膨胀要求就会使细颗粒因过大的反冲强度而被冲走，相反若为满足细颗粒不被冲走的要求而减少反冲强度，则粗颗粒可能因冲不起来而得不到充分清洗。
所以滤料需经过筛分级配。
在研究过滤过程的有关问题时，常常涉及到孔隙（率）度的概念，孔隙率为滤料体积内孔隙体积所占的百分数。
孔隙体积等于自然状态体积与绝对密实体积之差。
孔隙率的测定要先借助于比重瓶测出比重，然后经过计算求出。
其计算方法为
（2-1）
式中：
m—滤料孔隙（率）度（%）：
—滤料层孔隙体积（cm3）；
V—滤料层体积（cm3）
VC—滤料层中滤料所占体积（cm3）
G—滤料重量（在105℃下烘干）（g）
γ—滤料比重（g/cm3）
2、快滤池滤料层能截留粒径远比滤料孔隙小的水中杂质，主要通过接触絮凝作用，其次为筛滤作用和沉淀作用。
过滤是水中悬浮颗粒与滤料颗粒间黏附作用的结果。
黏附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质，当水中颗粒迁移到滤料表面上时，在范德华引力和静电引力及某些化学键和特殊的化学吸附力作用下，它们黏附到滤料颗粒的表面上。
此外，某些絮凝颗粒的架桥作用也同时存在。
研究表明，过滤主要还是悬浮颗粒与滤料颗粒经过迁移和黏附两个过程来完成去除水中杂质的过程。
在过滤过程中随着过滤时间的增加，滤层中悬浮颗粒的量也会随着不断增加，就会导致过滤过程水力条件的改变，滤层截污量增加后，滤层孔隙度m减小，水流穿过砂层缝隙流增大，于是水头损失增大。
当滤料粒径、形状、滤层级配和厚度及水位一定时，如果孔隙率减少，则在水头损失不变的情况下，必然引起滤速减小。
反之，在滤速保持不变时，必然引起水头损失的增加。
就整个滤料层而言，上层滤料截污量多，下层滤料截污量小，因此水头损失的增值也由上而下逐渐减小。
清洁滤料的水头损失计算表达式为
（2-2）
式中：
h0—水流通过清洁滤层水头损失，cm；
d0—与滤料体积相同的球体直径（cm）
v—过滤滤速（cm/s）
g—重力加速度，981cm/s2；
m0—滤料孔隙率；
L0—滤层厚度（cm）
γ—水的运动粘滞系数（cm2/s）;
ψ—滤料颗粒球度系数，可取0.80左右。
当滤速不高，清洁滤层中水流属层流时，水头损失与滤速成正比，两者成直线关系；当滤速较高时，（2-2）式计算结果偏低，即水头损失增长率超过滤速增长率。
3、过滤时，随着滤层中杂质截留量的增加，当水头损失增至一定程度，滤池产水量锐减，或由于滤后水质不符合要求时，为了保证滤后水质和过滤滤速，需要对滤层进行反冲洗，反冲洗的目的是清除滤层中的污物，使滤料层在短时间内恢复过滤能力。
反冲洗的方式有多种多样，其原理是一致的。
反冲洗开始时承托层、滤料层未完全膨胀，相当于滤池处于反向过滤状态，这时滤层水头损失可用式（2-2）计算。
当反冲洗进度增大后，滤料层膨胀起来，截留于滤层中的污物，在滤层孔隙中的水流剪力以及滤料颗粒相互碰撞摩擦的作用下，从滤料表面脱落下来，然后被冲洗水流带出滤池。
反冲洗效果主要取决于滤层孔隙水流剪力。
该剪力既与冲洗流速有关，又与滤层膨胀率有关。
冲洗流速小，水流剪力小；而冲洗流速较大时，滤层膨胀度大，滤层孔隙中水流剪力又会降低，因此冲洗流速应控制在适当的范围。
高速水流冲洗是最常用的一种形式，反冲洗效果通常由滤床膨胀率e来控制。
根据滤料层膨胀前后的厚度便可求出膨胀度（率）
（2-3）
式中：
L—砂层膨胀后厚度（cm）
L0—砂层膨胀前厚度（cm）
膨胀度e值的大小直接影响了反冲洗效果，而反冲洗的强度大小决定了滤料层膨胀度。
反冲洗强度可按下列公式计算
（2-4）
式中：
q—冲洗强度（L/s.㎡）
de—滤层的校准孔径（cm）
μ—动力粘度（N.s/m2）
e—膨胀率，用%计；
m0—滤层原来的孔隙率。
滤料的校准孔径de可用下式计算
（2-5）
式中：
di1、di2—相邻两层滤料粒径（cm）
pi—di粒径的滤料占全部滤料的比例。
例如，以滤料粒径d为横坐标，以所占比例为纵坐标作累计曲线，把此累计曲线分成n段，每短曲线所对应的粒径为di1和di2，对应的纵坐标为
、pi2。
则
。
把n个
相加，便求出de值。
通过实验研究，e为25%时反冲洗效果即可以为最佳。
四、实验装置与设备
（一）过滤装置：
图2-1-1过滤实验装置示意图（老装置）
1.过滤柱2.滤料层3.承托层4.5.转子流量计6.水泵7.反冲洗水箱8.9.10.阀门
11.总排水管12.测压板13.水泵14.原水箱15.溢流口
图2-1-2过滤实验装置示意图（新装置）
实验装置包括：
Ø110×2000有机玻璃柱1套、取样和测压阀6套、进水流量计1只、反冲洗流量计1只、反冲洗出水管1套、气体反冲洗流量计1个、气体反洗管路1套、反冲洗气泵1台、滤料、承托层1套、塑料水泵（104）1只、塑料配水箱1只、反冲洗水箱1只、测压管6根Φ8mm×2000mm、测压板1块（2米，最小刻度1cm）、不锈钢实验支架1套、进水管阀反冲洗管阀、电源线、插头、开关1套、排水管1根
（二）实验设备及器皿：
1、筛子孔径0.2-2mm，中间不少于4档1组
2、托盘天平（500g/0.1g）、烘箱
3、量筒、容量瓶、比重瓶、干燥器、钢尺、温度计等
4、酸度计1台
5、浊度仪1台
6、烧杯（200mL）
7、硫酸铝（质量分数1%）
五、实验步骤
1、滤料筛分和孔隙度测定
（1）滤料筛分：
①称取洗净并105℃烘干的滤料200g；
②用孔径0.2—2.0mm的一组筛子过筛，称出留在各筛号上的砂重（精确到0.1g）；所有各筛余重量与底盘中剩余试样重量之和与筛分前的试样总重相比，其差值不应超过1%；
（2）孔隙度测定：
1测定滤料比重：
向比重瓶中注入冷开水至一定刻度，擦干瓶颈内部附着水，记录水的体积（V1）；称取烘干砂样50g（g0）徐徐装入盛水的比重瓶中，直至试样全部装入为止，瓶中水不宜太多以免装入试样后溢出；用瓶中水将粘附在瓶颈及瓶内壁上的试样全部洗入水中，摇转比重瓶以排除气泡，静置24小时后记录瓶中水面升高后的体积（V2），至少测两个试样取平均值。
滤料比重按下式计算：
（γ-滤料比重g/cm3;g0-试样的烘干重量g；V1-水的原有体积cm3；V2-投入试样后水和试样的体积cm3）。
2测定孔隙率：
将测定比重后的滤料放入过滤柱中，用清水过滤一段时间后量测滤料层体积，用公式
求出孔隙率。
（G-烘干后滤料的重量，g；V-滤料体积，cm3；γ-滤料比重g/cm3）
2、污水过滤实验（老装置做）
（1）开启反冲洗进水阀，启动水泵，反冲洗滤层几分钟，以便去除滤层内的气泡；
（2）关闭反冲洗进水阀，开启过滤阀门、过滤柱出水阀，降低柱内水位，将滤柱有关数据记录表
4-2
（3）调整加药量，使流量为40L/h时投药量符合要求，通入浑水同时加药，开始过滤，流量约40L/h。
开始过滤后的1、3、5、10、20、及30min测出水浊度。
并测进水浊度和水温。
（4）调整加药量，使流量为60L/h时投药量符合要求，加大流量至60L/h，加大流量后的10、20、30min测出水浊度并测进水浊度。
将有关数据记入表2-3
（5）提前结束过滤，用设计规范规定的冲洗强度、冲洗时间进行冲洗（生产上石英砂滤料冲洗强度取12～15（L/s.m2），冲洗时间为7～5min），观察整个滤层是否均已膨胀。
冲洗将结束时，取冲洗排水测浊度。
测冲洗水温。
将有关数据记入表2-3
3、滤层气、水反冲洗实验（新装置做）
气、水反冲洗是从浸水的滤柱下送入空气，当其上升通过滤层时形成若干气泡，使周围的水产生紊动，促使滤料反复碰撞，将粘附在滤料上的污物搓下，再用水冲出粘附污物。
紊动程度的大小随气量及气泡直径大小而异，紊动越强烈则滤层搅拌也越强烈。
气、水反冲洗的优点是可以洗净滤料内层，较好地消除结泥球现象且省水。
当用于直接过滤时，优点更为明显，这是由于在直接过滤的原水中，一般都投加高分子助滤剂，它在滤层中所形成的泥球，单纯用水反洗较难去除。
气、水反冲洗的方法一般是先气后水；也可气、水同时反洗，但此种方法滤料容易流失。
（1）、量出滤层厚度L0，开启气泵，进行反问冲洗；
（2）、慢慢开启反冲洗进水阀门，使滤料刚刚膨胀起来，待滤料表面稳定后，记录反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L；
（3）、开大反冲洗阀门，变化反冲洗流量，按步骤1测出反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L；
（4）、改变反冲洗流量6-8次，直至最后一次砂层膨胀达100%为止。
测出反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L，记入表2-4中
4、滤速与清洁滤层水头损失的关系实验（新装置做）
（1）、通入清水，调节流量计进水量和阀门，使流量约为60-80L/h，待测压管中水位稳定后，记下滤柱最高、最低两根测压管中水位值；
（2）、增大过滤水量，使过滤流量依次为100、120、140、160L/h左右，最后一次流量控制在200L/h,分别测出滤柱最高、最低两根测压管中水位值,记入表2-6中。
注意：
1、用筛子筛分滤料时不要用力拍打筛子；
2、反冲洗滤料柱中的滤料时，不要使进水阀门开启度过大，应缓慢打开以防滤料冲出柱外；
3、在过滤实验前，滤层中应保持一定水位，不要把水放空以免过滤实验时测压管中积存空气；
4、冲洗时，为了准确地量出砂层厚度，一定要在砂面稳定后再测量，并在每一个反冲洗流量下连续测量三次。
六、实验结果整理
（一）滤料筛分和孔隙测定实验结果
1．根据砂滤料筛分情况按表4-1进行记录。
表2-1滤料筛分记录表
筛孔
（mm）
留在筛上的砂量
通过该筛号的砂量
重量（g）
%
重量（g）
%
筛后总重量W
误差[（100-W）/100]×100%=
2．根据表2-1所列数据，以通过筛孔的砂量百分率为纵坐标，以筛孔孔径（mm）为横坐标，绘制滤料筛分级配曲线，并可求得d10,d80,K80。
。
3．根据粒径0.5、0.8、1.2mm滤料重量、体积、容重分别求出它们的孔隙度m值。
（二）过滤实验结果
表2-2滤柱基本参数表
滤柱内径（mm）
滤料名称
滤料粒径（cm）
滤料厚度（cm）
表2-3过滤记录表
混凝剂：
原水水温：
流量（L/h）
滤速（m/h）
投药量（mg/L）
过滤历时（min）
进水浊度
出水浊度
40
1
3
5
10
20
30
60
10
20
30
根据表2-3实验数据，以过滤历时为横坐标，出水浊度为纵坐标，绘流量40L/h时的初滤水浊度变化曲线。
设出水浊度不得超过3度，问滤柱运行多少分钟出水浊度才符合要求？
绘流量60L/h时的出水浊度变化曲线。
（三）滤层反冲洗实验结果
按照反冲洗流量变化情况、膨胀后砂层厚度填入表2-4；
表2-4滤层反冲洗实验记录表
序号
测定次数
反冲洗流量
（L/h）
反冲洗强度
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