，但是这部分颗粒并不都在水面，而是均匀地分布在整个沉淀柱的高度内，因此，只有在水面下它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速
的颗粒由水面降至池底所用的时间
，那么这部分颗粒也能从水中被除去；沉速u<
的那部分颗粒虽然有一部分能从水中去除，但其中也是粒径大的沉到池底的多，粒径小的沉到池底的少，各种粒径颗粒去除率并不相同。
因此公式中未包含u<
的那部分颗粒被去除。
三、实验仪器及用具
（1）仪器
①自由沉淀实验装置如图4—1所示。
②分析天平（1／100001台）
图4-1自由沉淀实验装置
1—配水箱；2—水泵；3—搅拌装置；4—有效水位沉淀柱；
5—0.9m取水样阀；6—水循环用阀门；7—配水阀门；
8—沉淀柱上水阀门；9—1.2m取水样阀；10—溢流管
③恒温烘箱（1台）
（2）器具
①量筒（100mL2个）
②三角瓶（200mL10个）
③漏斗（10个）
④玻璃棒（2根）
⑤称量瓶（40mm
70mm，12个）
⑥秒表（2块）
⑦干燥皿（1个）
（3）其他
定量滤纸
四、实验步骤
①定量滤纸编号后放人称量瓶中，编号、烘干（烘箱调节温度至100—105℃，烘干2—3h）、称重，置于干燥皿中待用。
②准备实验用原水。
取河水或用细土和自来水配制水样，置于水箱中。
③开启循环管路阀门，启动水泵和搅拌装置。
④水箱内水质均匀后，开启放空阀，以便冲洗管路中的沉淀物。
稍后开启沉淀柱进水阀，并同时关闭放空阀。
水位升至取样口与溢流口中间时，从取样口取水样100mL。
当沉淀柱溢流口出水时，关闭沉淀柱进水阀，停泵；同时开动秒表记录时间，沉淀实验开始。
⑤当时间5min、l0min、20min、40min、60min时，用量筒在取样口取水样100mL。
（注意：
取水样时，需先放掉一些水，以便冲洗取样口处的沉淀物），在每次取样前后读出水面高度H。
⑥用定量滤纸分别过滤12个水样。
待定量滤纸内无明显水滴后将定量滤纸折叠并放人称量瓶。
⑦将称量瓶放在恒温烘箱中，调节温度至100~105
C，烘干2～3h。
⑧取出定量滤纸，放在干燥皿中冷却至室温称重。
相关数据记录如表4-1所列。
表4-1颗粒自由沉淀记录
静沉时间t/min
称量瓶号
称量瓶+滤纸/g
水样体积
/mL
瓶纸+SS
质量/g
水样SS质量/g
悬浮物浓度
/（mL/L）
取样口高度/m
0
5
10
15
20
40
60
0
5
10
20
40
60
五、成果整理
①计算悬浮物去除率
、悬浮物剩余率p、沉淀速度u，将结果填入表4-2。
②据表4-2中数据，绘制t-
曲线、u-
曲线、u-P曲线。
表4-2颗粒自由沉淀实验成果表
取样高度/m
静沉时间t/min
悬浮物去除率
/%
悬浮物剩余率p/%
沉淀速度u/（mm/s）
0
5
1
20
40
60
0
5
10
20
40
60
实验三气浮实验
一、实验目的
1、了解和掌握气浮净水方法的原理及其工艺流程；
2、了解悬浮颗粒浓度、操作压力、气固比、澄清分离效率之间的关系。
3、了解加压溶气系统和设备各部分的组成、运行过程、操作和控制要点、溶气水释放的表现特征以及浮渣的形成。
二、实验原理
气浮法是目前水处理工程中应用日益广泛的一种水处理方法。
该法主要用于水处理中相对密度小于或接近于1的悬浮杂质，如乳化油、羊毛脂、纤维以及其他各种有机或无机的悬浮絮体等。
气浮法的净水机理：
使空气以微气泡的形式出现于水中，并自下而上慢慢地上浮，在上浮过程中，使气泡与水中污染物质充分解出，污染物质与气泡相互黏附，形成相对密度小于气水结合物浮升到水面，使污染物质以浮渣的形式从水中分离以去除。
要产生相对密度小于水的气、水结合物，应满足以下条件：
（1）水中污染物质具有足够的憎水性；
（2）水中污染物质相对密度应小于或接近于1；
（3）微气泡的平均直径应为50~100μm；
（4）气泡与水中污染物质的接触时间足够长。
气浮净水法按照水中气泡产生的方法可分为电解气浮、散气气浮和溶气气浮几种。
由于散气气浮一般气泡直径较大，气浮效果较差；而电解气浮气泡直径虽远小于散气气浮和溶气气浮，但电耗较多；溶气气浮法又分为加压溶气气浮和真空溶气气浮。
在目前国内外的实际工程中，加压溶气气浮法的应用最为广泛。
加压溶气气浮法就是使空气在一定压力的作用下溶解在水中，至饱和状态，然后突然把水的表面压力降低到常压，此时溶解于水中的空气便以微气泡的形式从水中逸出。
加压溶气气浮工艺由空气饱和设备、空气释放设备和气浮池等组成。
其基本工艺流程有全溶气流程、部分溶气流程和回流加压溶气流程。
目前工程中广泛采用由回流系统的加压溶气气浮法。
该流程将部分废水进行回流加压，废水直接进入气浮池。
影响加压溶气气浮的主要因素有二个方面：
一是废水中悬浮颗粒的物理化学性质，如密度、粒径、对水的浸润程度；二是加压溶气水释放出空气微气泡的大小、数量、稳定性以及和废水中悬浮颗粒的接触方式及接触时间等。
在加压溶气气浮系统设计中，常用的基本参数是气固比，即空气析出量与去除污染物量的比值。
气固比与操作压力、悬浮固体的浓度、性质有关。
对活性污泥进行气浮时，气：
固=0.005～0.06，变化范围较大。
气固比可按下式计算：
气固比A/S是空气量与固体物数量的比值，无量纲，是设计气浮系统是经常使用的一个基本参数。
其定义为：
A/S=减压释放的溶解空气量（kg/d）/进水的固体总量（kg/d）
对于有回流系统的加压溶气气浮法，其气固比可表示如下：
①当分离相对密度大于水的固态悬浮物时，气体以质量浓度c（mg/l）表示：
a/s=r（c1－c2）/s0（6-11）
②当分离相对密度小于水的液态悬浮物时，气体以体积浓度sa（ml/l）表示：
a/s=r[rasa（f·p－1）/s0]（6-12）
式中：
c1、c2——系统中溶气罐及回流水中气体在水中的浓度，mg/l；
s0——进水悬浮物浓度，mg/l；
sa——水中空气溶解量，ml/l，c=saρa；
ra——空气浓度，当20℃，1个大气压时，ra=1.2g/l；
p——溶气罐内压力，mpa；
f——比值因素，在溶气罐内压力为p=（0.2-0.4）mpa，温度为20℃时，f≈0.5；
r——压力水毁流量或加压溶气水量，m3/d。
不同的气固比，水中空气量也不同，不仅会影响出水水质，也影响运行费用。
本实验通过改变气固比a/s，测定出水的ss值，并绘制出a/s-出水ss关系曲线。
根据出水ss值确定气浮系统的a/s值。
如图6-3、6-4所示。
三、实验设备及试剂
1、加压气溶装置；
2、混凝剂
3、量筒：
1升，1个
四、实验步骤
（1）检查设备中溶气罐、释放器、安全阀是否有堵塞、渗漏现象，检查水泵和空压机是否损坏；
（2）向污水中加药，进行混凝沉淀，取2/3溶气罐体积的上清液加入压力溶气罐；
（3）开启空压机，将压缩机压入加压容器中，使溶气罐内的压力达到表压（0.3-0.4mpa）关闭进气阀4Kg/cm2，保持数分钟；
（4）测定释气量检验溶气水是否合格，一般释气量与理论饱和值的比值大于0.9即可；
（5）将已加药并混匀的污水倒入反应罐中，测定污水悬浮物ss浓度；
（6）当反应罐内出现微小气泡时，打开减压阀，按设定好的流量（由回流比确定）向反应罐内加入溶气水，同时搅拌，使得气泡均匀分布；
（7）观察反应罐内浮渣截面随时间上升的高度，并记录下来，计算分离速度；
（8）静置10-30min后，记录浮渣和澄清液的体积；
（9）打开排放阀，取清液和浮渣分别测定悬浮物浓度值；
（10）按照不同的回流比重复上述实验步骤，取不同的气固比和清水ss值。
五、实验结果整理
1、记录实验数据
实验日期：
污泥性质及来源：
活性污泥混合液浓度：
mg/l
气温：
℃
水温：
℃
溶气罐工作压力：
pa
混凝剂名称：
表6-14中气固比为每去除1g固体所需的气体量，为了简化计算可用l（气体）/g（固体悬浮物），计算公式如下：
a/s=（w×a）/（ss×q）（6-13）
式中：
a——释气量，l；
s——总悬浮物量，g；
a——单位溶气水的释气量，mg/l；
w——溶气水体积，l；
ss——原水中的悬浮物浓度，mg/l；
q——原水体积，l。
表6-14气固比与出水水质
序号
原水
溶气水
出水
浮渣
ph值
体积/ml
投药量/（mg/l）
ss/
（mg/l）
体积/ml
压力/mpa
释气量ml
气固比
回流比
ss/
（mg/l）
去除率/%
体积/ml
体积/ml
ss/
（mg/l）
2、绘制不同回流比与出水水质的关系曲线。
六、思考题
1、气浮法与沉淀法有什么相同之处?
有什么不同之处?
2、气固比实验中得到的二条曲线各有什么意义？
实验四曝气设备充氧能力的测定实验
一、实验目的
1.掌握测定曝气设备的KLa的实验方法及计算Qs；
2.评价充氧设备充氧能力的好坏；
3.掌握曝气设备充氧性能的测定方法。
二、实验原理
活性污泥处理过程中曝气设备的作用是使氧气、活性污泥、营养物三者充分混合，使污泥处于悬浮状态，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进行物质代谢。
由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素，因此工程设计人员通常通过实验来评价曝气设备的供氧能力。
评价曝气设备充氧能力的试验方法有两种：
（1）不稳定状态下进行试验，即试验过程水中溶解氧浓度是变化的，由零增到饱和浓度；
（2）稳定状态下的试验，即试验过程水中溶解氧浓度保持不变。
试验可以用清水或在生产运行条件下进行。
三、实验设备与试剂
（1）溶解氧测定仪1台；
（2）空压机1台；
（3）曝气筒1个；
（4）搅拌器1个；
（5）秒表1块；
（6）分析天平1台；
（7）亚硫酸钠（Na2SO3·7H2O）；
（8）氯化钴（CoCl2·6H2O）；
（9）烧杯
四、测定步骤
（一）曝气设备清水充氧性能测定
1.原理
在现场用自来水实验时，先用亚硫酸钠（或氮气）进行脱氧，然后在溶解氧等于或接近零的状况下再曝气，使溶解氧升高趋于饱和水平。
假定整个液体是完全混合的，符合一级反应，此时水中溶解氧的变化可以用下式表示
dc/dt=KLa（CS－C）（6-1）
式中dc/dt—氧转移速率，mg/（L·h）；
KLa—氧的总传递系数，L/h；
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—相应的某一时刻t的溶解氧浓度，mg/L。
将上式积分，得ln（CS－C）=－KLat+常数
测得CS和相应的某一时刻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，c=（CS－C）。
充氧能力为Qs=V·dc/dt=V（kg/h）·KLa（20℃）·CS（校正）（6-2）
2.实验步骤
（1）向曝气筒中注入自来水，测定水样体积V（L）、溶解氧值CS和水温t（℃）；
（2）计算柱内水中溶解氧量G=CS×V，并根据CS和V求投药量，然后投药脱氧；
1）脱氧剂亚硫酸钠的用量计算：
在自来水中加入还原剂Na2SO3·7H2O来还原水中的溶解氧。
2Na2SO3+O2CoCl22Na2SO4
相对分子质量之比为：
O2/2Na2SO3·7H2O=32/（2×252）≈1/16
故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Na2SO3·7H2O的用量为：
W=1.5×16CS=24VCS
式中W—亚硫酸钠用量，g；
CS—实验时水温条件下水中饱和溶解氧值，mg/L；
V—水样体积，m3。
2）根据水样体积V确定催化剂（钴盐）的投加量
经验证明，清水中有效钴离子浓度约为0.4mg/L为好，一般使用氯化钴（CoCl2·6H2O）。
因为：
CoCl2·6H2O/=Co2+=238/59≈4.0
所以水样投加钴盐量为W=0.4×4.0V=1.6V（g）
式中V—水样体积，m3。
3）将Na2SO3用热水化开，均匀倒入曝气筒内，溶解的钴盐倒入水中，并开动搅拌叶轮轻微搅动使其混合，进行脱氧；
4）当清水脱氧至零时，打开空压机便进行曝气，并计时。
每隔1min测定一次溶解氧值，直到溶解氧值达到饱和为止，关闭进气阀。
3.实验结果整理
（1）将测定数据记录于表6-10中。
水温℃，水样体积m3，CS=mg/L，Na2SO3用量=g，CoCl2用量g。
表6-10实验记录
时间/min
溶解氧/（mg/L）
时间/min
溶解氧/（mg/L）
（2）根据测定记录计算KLaS值
①根据公式计算
KLa=2.303/（t-t0）·[lg（CS–C0）/（CS–Ct）]
表6-11氧总转移系数计算表
水样瓶编号
时间t/min
Ct/mg/L
CS–Ct
lg（CS–Ct）
KLa
1
2
…
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