排水工程实验指导书.docx

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排水工程实验指导书

《水处理实验技术》

---排水工程

实

验

指

导

书

目录

实验一生物接触氧化工艺……………………………………3

实验二间歇式活性污泥法（SBR法）实验………………………4

实验三生物转盘实验……………………………………………6

实验四曝气设备充氧性能实验…………………………………8

实验五电解气浮实验…………………………………………………13

实验六活性炭吸附实验………………………………………………14

实验七污水可生化性能测定…………………………………………16

实验八酸性废水过滤中和实验………………………………17

实验九气浮实验………………………………………………………19

实验十生物滤池实验……………………………………………25

实验十一溶解氧（碘量法）…………………………………………27

实验十二生化需氧量……………………………………………28

实验一生物接触氧化工艺

一、实验目的

（1）通过观察接触氧化工艺系统的运行，加深对该处理系统特点及运行规律的认识。

（2）加深对接触氧化工艺及运行过程的认识。

二、实验原理

生物接触氧化处理技术的实质之一是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。

在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢功能下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化，因此，生物接触氧化技术，又称为“淹没式生物滤池”。

生物接触氧化技术的另一项技术实质是采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供其所需要的氧，并起到搅拌和混合作用。

生物接触氧化是一种介于活性污泥法和生物滤池之间的生物处理技术。

兼有两者的优点。

由底部进水，采用曝气盘曝气，由附着在填料上生长的生物处理污水。

由上部的三角堰出水。

三、工艺特点（优点）

1．处理时间短，装置设备占地面积小；

2．能够克服污泥膨胀问题，且剩余污泥量少；

3．BOD容积负荷高，污泥生物量大，处理效果相对较高，且对进水冲击负荷的适应性强；

4．可以间歇运转；

5．维护管理方便，无须污泥回流。

三工艺设备简易流程图

图1几种形式的接触氧化池

1一进水管；2一出水管；3一进气管；4一叶轮；5一填料；6一泵

思考题：

生物接触氧化技术的工艺特点有哪些？

实验二间歇式活性污泥法（SBR法）实验

一、实验目的

（1）了解SBR法系统的特点。

（2）加深对SBR法工艺及运行过程的认识。

二、实验原理

间歇式活性污泥法，又称序批式活性污泥法（SequencingBathReactorActivatedSludgeProcess，简称SBR）是一种不同于传统的连续流活性污泥法的活性污泥处理工艺。

SBR法实际上并不是一种新工艺，1914年英国的Alden和Lockett首创活性污泥法时，采用的就是间歇式。

当时由于曝气器和自控设备的限制该法未能广泛应用。

随着计算机的发展和自动控制仪表、阀门的广泛应用，近年来该法又得到了重视和应用。

SBR工艺作为活性污泥法的一种，其去除有机物的机理与传统的活性污泥法相同，即都是通过活性污泥的絮凝、吸附、沉淀等过程来实现有机污染物的去除；所不同的只是其运行方式。

SBR法具有工艺简单，运行方式也较灵活，脱氮除磷效果好，SVI值较低，污泥易于沉淀，可防止污泥膨胀，耐冲击负荷和所需费用较低，不需要二沉池和污泥回流设备等优点。

SBR法系统包含预处理池、一个或几个反应池及污泥处理设施。

反应池兼有调节池和沉淀池的功能。

该工艺被称为序批间歇式，它有两个含义：

（1）其运行操作在空间上按序排列；

（2）每个SBR的运行操作在时间上也是按序进行。

SBR工作过程通常包括5个阶段：

进水阶段（加入基质）；反应阶段（基质降解）；沉淀阶段（泥水分离）；排放阶段（排上清液）；闲置阶段（恢复活性）。

这5个阶段都是在曝气池内完成，从第一次进水开始到第二次进水开始称为一个工作周期。

每一个工作周期中的各阶段的运行时间、运行状态可根据污水性质、排放规律和出水要求等进行调整。

对各个阶段若采用一些特殊的手段，又可以达到脱氮、除磷，抑制污泥膨胀等目的。

SBR法典型的运行模式见图2。

图2SBR法典型运行模式图

三、设备及用具

①　SBR法实验装置及计算机控制系统1套，如图3所示。

②　水泵。

③　水箱。

④　空气压缩机。

⑤　DO仪。

⑥　COD测定仪或测定装置及相关药剂。

图3SBR法实验装置示意

l一进水管；2一排水管；3一空气管：

4一曝气管；5一放空管；6一滗水器；7一排气管；8一液位继电器；9一水箱；lO一水泵；1l一计算机；12一电磁阀；13一手动阀

四、步骤及记录

（1）打开计算机并设置各阶段控制时间（填入表1中），启动控制程序。

（2）水泵将原水送人反应器，达到设计水位后停泵（由水位继电器控制）。

（3）打开气阀开始曝气，达到设定时间后停止曝气，关闭气阀。

（4）反应器内的混合液开始静沉，达到设定静沉时间后，阀I打开滗水器开始工作，关闭阀工打开阀Ⅱ，排出反应器内的上清液。

（5）滗水器停止工作，反应器处于闲置阶段。

（6）准备开始进行下一个工作周期。

表1SBR法实验记录

进水时间

（h）

曝气时间

（h）

静沉时间

（h）

滗水时间

（h）

闲置时间

（h）

进水COD

（mg／L）

出水COD

（mg／L）

五、成果整理

计算在给定条件下SBR法的有机物去除率η：

式中Sa——进水中有机物浓度，mg/L；

Se——出水有机物浓度，mg/L。

思考题

（1）简述SBR法与传统活性污泥法的同异?

（2）SBR法工艺上的特点及滗水器的作用。

（3）如果对脱氮除磷有要求，应怎样调整各阶段的控制时间?

实验三生物转盘实验

一、实验目的

1．了解由盘体、氧化槽、转动轴和驱动装置等各部分的构造。

2．通过观察重物转盘处理系统的运行，加深对该处理系统的特点和运行规律的认识。

二、设备简图

图4生物转盘设备简图

三、构造

生物转盘主体由盘片，转轴和氧化槽三部分组成。

盘片串联成组，形成盘体，中心贯以转轴，两端固定在氧化槽边的支座上，盘片面积有40～50％浸没在氧化槽内的污水中。

由电机以变速箱驱动缓慢旋转。

（0.8～0.3转/分）使盘片交替地与污水和空气接触，盘片上所繁殖的微生物得以交替地吸附污水中的有机物和吸收空气中的氧，从而净化污水。

氧化槽为半园形断面，与盘片形状吻合，盘边与槽面至少相距15mm，槽底设排泥、放空阀门，槽两侧设齿形溢流堰。

级间设导流槽（本设备为单轴三级）。

四、运行操作

污水从被引入第一级导流槽溢流进第一级氧化槽后，由于进出水堰的高差，水自动地从第一组逐级向后流动、到第三级出水。

故主要的操作就是在盘片上的生物膜培养生成后，根据所需的污水处理程度、调整进水流量。

运转中老化的生物膜要脱落，故间歇地要从各级氧化槽排泥。

对各级的污水，都可以取样分析化验，监测运转情况。

五、工程实例

1．阳光校区污水处理站工艺流程：

.

达标排放

2．流程说明

1校园内生活污水经过格栅除污机去除水中漂浮物及大颗粒杂质后进入调节池进行水量调节和水质均化。

2调节池出水通过提升泵进入水力旋转生物膜反应器处理系统，该系统由生物膜反应器和水力驱动装置两部分组成。

水力旋转生物膜反应器是由固定在横轴上的一系列间距很近的桔瓣形转笼所组成，转笼可由不锈钢网或塑料网制成，转笼内装填高效生物填料，每个转笼周边有二个配水槽。

转笼横轴以下的部分浸没于半圆形或矩形断面的水槽（转笼槽或反应槽）中，当污水在配水槽中积累至一定量时，水槽中的水在重力作用下驱动转笼以很小的转速转动。

污水中原有的或接种培养的微生物被吸附于生物填料表面，逐渐繁殖形成生物膜。

当转笼水下部分旋转露出水面时，填料夹带的污水进入空气中，污水由生物膜表面向下滴洒时从空气中吸氧，而生物膜内的微生物则从污水薄膜中得到所需要的氧并吸收和降解污水中的有机物。

转笼交替地使生物膜与污水和空气相接触，让经过曝气和净化的污水膜回到转笼槽内，从而使槽内污水增加溶解氧和降低有机物含量。

如此连续转动，达到污水进行生物处理的效果。

生物填料通过污水时，填料之间相互碰撞及水力剪力作用，使过量的生物膜脱落在槽内混合液中；由于转笼的搅拌作用，使反应槽中活性污泥、脱落的生物膜维持在悬浮状态。

当处理过的污水流出槽外时，它夹带剥落的生物膜和活性污泥，在沉淀池内进行固液分离。

3沉淀的大部分污泥回流至水力旋转生物膜反应器进水端，以保持活性污泥量，提高反应器转速，增加供氧量并达到脱氮除磷目的。

因生物膜工艺污泥产量少，故剩余污泥采用板框压滤机脱水。

剩余污泥经过污泥浓缩池浓缩后进入板框压滤机进行泥水分离，滤液回调节池再处理，泥饼可作为校园绿化肥料或外运填埋。

思考题：

画出阳光校区污水处理站工艺流程图并说明该流程。

实验四曝气设备充氧性能实验

1．实验目的

活性污泥法处理过程中曝气设备的作用是使空气、活性污泥和污染物三者充分混合，使活性污泥处于悬浮状态，促使氧气从气相转移到液相，从液相转移到活性污泥上，保证微生物有足够的氧对有机污染物进行氧化降解。

由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素之一，因而需通过实验测定氧的总传递系数KLa，评价曝气设备的供氧能力和动力效率，为合理的选择曝气设备提供理论依据。

通过本实验希望达到以下目的：

（1）掌握曝气设备清水充氧性能的测定方法；

（2）了解求曝气设备氧总转移系数k的实验方法；

（3）评价曝气设备充氧能力的好坏。

2.实验原理

所谓曝气就是人为的通过一些设备，加速向水中传递氧的过程。

曝气方式主要有二种，鼓风曝气和机械曝气。

本实验装置采用鼓风曝气方式。

影响氧转移的因素主要有温度、污水性质、氧分压、水的紊流程度、气流之间接触时间和面积。

氧转移的基本方程式为

（1）

式中dC/dt——液相中氧转移速度[mg/（L·h）]；

KLa——氧总转移系数；

CS——实验室的温度和压力下，自来水的溶解氧饱和浓度，mg/L：

C——相应某一时刻t的溶解氧浓度，mg/L。

上式积分，得ln（CS-C）=-KLat+常数

得CS和相应于每一时刻t的C后绘制ln（CS-C）与t的关系曲线，或dc/dt与C的关系曲线便可得到Kla。

由于溶解氧饱和浓度、温度、污水性质、氧分压、水的紊流程度等因素均影响氧的传递效率，因此应进行温度、压力校正，并测定校正废水性质的修正系数a、β。

所采用的公式如下

（2）

（3）

充氧能力为

（4）

3．装置的组成和规格

曝气充氧装置外形尺寸长×宽×高＝830mm×500mm×3100mm，其主体是一个Φ400mm×300mm圆柱形的有机玻璃水池。

采用三种曝气方式，即压缩空气方式、机械曝气方式或射流方式。

主要设备如下：

（1）单相自吸式清水泵一台，Q＝3m3/h、H＝50m、功率0.75w；

（2）压力表一台，0.4Mpa；

（3）气体转子流量计二个，一个LZB-6lm3/h，另一个LZB-10

2.5m3/h；

（4）电源控制箱一个；

（5）曝气头二个，一个射流曝气头或机械曝气，另一个压缩空气曝气头压缩空气。

4．实验配套设备及仪器

（1）溶解氧测定仪；

（2）秒表；

（3）电子天平；

（4）烧杯；

（5）亚硫酸钠（Na2SO3·7H2O）；

（6）氯化钴（CoCl2·6H2O）。

5．实验步骤

（1）向主体内注入自来水，计算水样体积V和测定水温。

（2）由水温查出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脱氧剂亚硫酸钠（Na2SO3·7H2O）的用量计算。

2Na2SO3+O2=2Na2SO4

在自来水中加入Na2SO3·7H2O还原剂来还原水中的溶解氧。

Na2SO3·7H2O理论用量为水中溶解氧量的16倍。

而水中有部分杂质会消耗亚硫酸钠，故实际用量为理论用量的1.5倍。

所以实验投加的Na2SO3·7H2O用量为

（5）

式中W——亚硫酸钠投加量，g；

CS——实验时水温条件下水中溶解氧饱和浓度，mg/L；

V——水样体积，m3。

②根据水样体积V确定催化剂的用量。

清水中有效钴离子浓度大约为0.4mg/L，一般使用氯化钴（CoCl2·6H20），所以单位体积水样钴盐投加量为1.6g/m3。

③将亚硫酸钠用热水溶解，均匀倒入本体内，并加入催化剂，轻微搅动使其混合。

（3）待溶解氧降为零以后，开始曝气，当溶解氧出现上升时开始计时每隔O.5～1min测定一次溶解氧值，直到溶解氧值不再增长。

（4）记录空气流量、气温、水温。

6．实验记录

①曝气设备清水充氧记录，见表1。

表1曝气设备清水充氧记录

水温/℃

曝气柱截面积/m2

水深/m

风量

气水比（体积比）

曝气头规格

②水中溶解氧测定记录，见表2。

表2水中溶解氧测定记录

时间/min

溶解氧/（mg/L）

时间/min

溶解氧/（mg/L）

7．注意事项

①实验前必须熟悉设备、仪器的使用方法及注意事项。

②测饱和溶解氧值时，一定要在读数稳定后进行。

③水温、风量、风压应取实验开始、中间和结束前的平均值。

8．成果整理

（1）参数的确定

因为氧总转移系数KLa要求在标准状态下测定，即清水在1个大气压、20℃下的充氧性能。

但一般充氧实验过程并非在标准状态下，因此需要对压力和温度进行修正。

（6）

式中Kla——氧总转移系数，L/min或L/h；

t0、t——曝气时间，min；

C。

——曝气开始时池内溶解氧浓度，t0=0时，Co=0mg/L；

CS——曝气池内液体饱和溶解氧值，mg/L；

Ct——曝气某时刻t时，池内液体溶解氧浓度，mg/L。

①温度修正系数

K=1.02420—T（7）

修正后的氧总转移系数为

KLas=KKLa=1.02420-TKLa（8）

②水中饱和溶解氧值的修正由于水中饱和溶解氧受压力和所含无机盐种类及数量的影响，所以式

（1）中的饱和溶解氧值最好用实测值，即曝气池内的溶解氧达到稳定时的数值。

（2）氧总转移系数KLas

氧总转移系数KLas，是指在单位传质推动力的作用下，在单位时间、向单位曝气液体中所充入的氧量；它的倒数1/KLas，单位是时间，表示将满池水从溶解氧为零充到溶解氧饱和值时所用时间。

因此KLas是反映氧传递速率的一个重要指标。

KLas的计算首先是根据实验记录，或溶解氧测定记录仪的记录和式

（1），按表3计算；或者是在半对数坐标纸上，以（Csm一Ct）为纵坐标，以时间t为横坐标绘图求KLa值。

求得KLa值后，利用式（3）求得KLas值。

表3氧总转移系数KLa计算表

t-t0/min

Ct/（mg/L）

Csm一Gt/（mg/L）

Cs/（Csm一Ct）

lg[Cs/（Csm一Ct）]

tga=2.303/（t-t0）

KLa/min

思考题

1．在生物处理中，曝气的作用是什么?

2．曝气充氧的主要影响因素是什么?

3．为什么要进行温度和压力的修正?

4．曝气设备类型有哪些，各自的优、缺点是什么?

5．氧总转移系数KLas的意义是什么?

6．曝气设备充氧性能指标的测试条件是什么?

射流充氧实验装置

一、实验目的

活性污泥法处理过程中曝气设备的作用是使空气、活性污泥和污染物三者充分混合，使活性污泥处于悬浮状态，促使氧气从气相转移到液相，从液相转移到活性污泥上，保证微生物有足够的氧对有机污染物进行氧化降解。

由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素之一，因而需通过实验测定氧的总传递系数KLa，评价曝气设备的供氧能力和动力效率，为合理的选择曝气设备提供理论依据。

通过本实验希望达到以下目的：

1.掌握测定曝气设备的氧总传递系数和充氧能力的方法；

2.掌握测定修正系数α、B的方法；

3.了解各种测试方法和数据整理的方法。

二、实验装置的工作原理

评价曝气设备充氧能力的方法有两种：

（1）不稳定状态下的曝气试验，即试验过程中溶解氧浓度是变化的，由零增加到饱和浓度；

（2）稳定状态下的试验，即试验过程中溶解氧浓度保持不变。

本实验仅进行在实验室条件下进行的清水和污水在不稳定状态下的曝气试验。

实验装置的主要部分为泵型叶轮和模型曝气池，如下图所示。

也可不用泵型叶轮在池内放置曝气器，池外放置充氧泵，通过气管同曝气器连接。

用清水或污水进行曝气实验时，先用无水亚硫酸钠（Na2SO3·7H2O）去除水中溶解氧，然后进行曝气，直至水中溶解氧浓度升高到接近饱和的水平。

比较曝气设备充氧能力时，一般认为用清水进行试验较好。

图5充氧能力实验装置示意图

三、实验装置的组成和规格

实验装置由模型曝气池、泵型叶轮、电动机、调压器组成，如果不用叶轮曝气，而用空气曝气则需要微孔曝气器、空气管和充氧泵。

模型曝气池外形尺寸：

直径×高=Φ350mm×300mm

四、实验配套设备及仪器

溶解氧测定仪、无水亚硫酸钠、烧杯、秒表等

实验五电解气浮实验

一、实验目的

以电絮凝气浮法处理染料废水，通过测量水样处理前后的脱色率及CODCr去除率等指标反映染料废水的处理效果。

考察染料初始浓度、pH值、反应时间、温度、外加电压/电流等不同条件对实验结果的影响。

二、实验原理

电絮凝气浮技术是在外电压的作用下，利用可溶性阳极（通常为铁阳极或铝阳极）产生的阳离子在溶液中水解、聚合生成一系列多核羟基络合物和氧氧化物，作为絮凝剂而起絮凝作用，其过程机理与化学混凝法相似，另外产生的络合离子与氧氧化物有很高的吸附活性，其吸附能力高于一般药剂法水解得到的氧氧化物，它能有效地吸附水中的有机污染物及其它胶体物质。

同时，由于水的离解和其它物质被电解氧化，在阳极和阴极上将产生氧气和氢气的微小气泡，这些气泡具有良好的黏附性能，可以将电解过程中产生的凝聚胶团及悬浮物带到水面达到分离的目的。

在电解过程中，还会发生电解氧化还原反应，分为直接氧化还原和间接氧化还原。

直接氧化还原是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除；间接氧化还原是指电解时产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，使污染物转化为毒性更小的物质，如水离解时产生的新生态氢和活性氧，其它一些强氧化剂或自由基.通过氧化作用，溶液中的某些大分子有机物被分解为小分子有机物，还有可能直接被氧化成CO2和H2O而不产生污泥，而这些小分子有机物能在随后的絮凝、气浮作用下得到有效分离；通过阴极上产生的新生态氧的还原作用，可以回收重金属，并且还原卤代烃及带苯环的物质等，从而提高了废水的可生化性.所以电絮凝技术作为生物处理过程的预处理是十分有效的。

因此，电絮凝在处理废水的过程中，多种过程同时发生作用，污染物在这些作用下容易被去除。

三、实验部分

3．1实验装置

该实验所用的电絮凝气浮装置为上海嘉定大名教具厂生产,它包括电解槽、玻璃转子流量计，电源开关系统，刮泥机、循环泵。

3．2实验步骤

电絮凝气浮处理分散艳蓝E-4R染料废水：

配制16L分散艳蓝E-4R染料溶液模拟水样

分别取浓度为200mg/L、400mg/L、600mg/L、800mg/L的分散艳蓝E-4R染料废水16L,打开电絮凝气浮装置,反应时间为60min,每隔10min取一次样,分别对所取水样进行吸光度的测定以及CODcr的测定。

3．3分析测试方法

3．3．1测量水样的紫外-可见吸光度

将稀释后的水样使用UV-1100紫外/可见分光广度仪，在200～800nm之间对其进行紫外-可见全波长扫描。

分散艳蓝E-4R在低浓度情况下由其溶液的紫外-可见光谱分析可知，在λ=568nm处有特征吸收峰，且吸光度与浓度C之间遵守比耳定律。

所以，脱色率计算见公式（2-1）。

脱色率（%）=[（C0-C）/C0]×100%=[（A0-A）/A0]×100%公式（2-1）

其中：

C0、C————染料溶液的初始浓度、处理后的浓度；

A0、A————处理前后染料稀释后的溶液在λ=568nm处的吸广度。

3．3．2测量水样的CODcr

测量水样的CODcr的步骤（参照国标GB11914-89）如下：

（1）取20mL水样于依次加入COD石英蒸馏管，依次加入0.4g硫酸汞,10mL的重铬酸钾溶液（浓度0.025mol/L）,30mL硫酸-硫酸银溶液。

最后加入几粒沸石。

将其充分摇匀后连接磨口回流冷凝管，加热回流2小时。

（2）冷却后，将混合液移入250mL锥形瓶中，用蒸馏水将COD石英蒸馏管少量多次冲洗，并将冲洗液同样移入锥形瓶中，使最后溶液体积不少于140mL。

（3）然后，加入3滴试亚铁灵指示液（约0.15mL）,摇匀后用硫酸亚铁铵标准溶液滴定,溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，纪录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。

（4）在测定水样CODcr的同时，取20mL蒸馏水代替水样，按以上同样步骤作空白实验，纪录滴定空白实验时硫酸亚铁铵标准溶液的用量。

（5）计算CODcr值及其去除率（相关公式见公式2-2和2-3）

CODcr（O2，mg/L）=[（V0-V1）×C×1000×8]/V公式（2-2）

式中：

C————硫酸亚铁铵标准溶液的浓度（mol/L）；

V0————滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量（mL）；

V1————滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液的用量（mL）；

V————水样的体积（mL）；

8————氧的摩尔质量（mg/L）。

CODcr去除率（%）=[（CODcr0-CODcr1）/CODcr0]×100%公式（2-3）

式中：

CODcr0——处理前原水样的CODcr值（mg/L）；CODcr1——处理后原水样的CODcr值（mg/L）。

实验六活性炭吸附实验

1．目的

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。

掌握用“间歇”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。

2．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