水处理技术项目设置.docx
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水处理技术项目设置
四、水处理实验技术项目设置
开设的实验项目包括基础型、提高性、研究创新性实验教学项目。
基础型实验教学项目占实验总数的50%左右，共8项。
其中验证性实验包括：
颗粒自由沉淀实验；验证性实验包括活性炭吸附试验、离子交换软化实验、曝气设备充氧能力测定、混凝实验、过滤实验、污泥比阻测定实验、污泥沉降比和污泥指数测定实验。
数据处理项目实验数据分析处理及实验设计。
提高性实验教学项目占实验总数的30%左右，共3项。
包括膜法水处理实验、食品废水中酵母的分离培养与核酸提取、有机废水处理好氧优势菌的分离、纯化及属的鉴定。
研究创新性实验教学项目占实验总数的20%左右，共2项，实验项目为污水厌氧处理实验、完全混合生化反应器处理校园生活污水，设计多种工艺路线处理生活污水。
详细见表4-1。
表4-1实验项目一览表
实验项目一览表
序号
实验（实训）项目名称
项目类型
计划课时
备注
1
活性炭吸附实验
验证性
2
必做
2
离子交换软化实验
验证性
2
必做
3
曝气设备充氧能力测定实验
验证性
2
必做
4
混凝实验
验证性
2
必做
5
颗粒自由沉淀实验
验证性
2
必做
6
过滤实验
验证性
2
必做
7
污泥比阻测定实验
验证性
2
必做
8
污泥沉降比和污泥指数（SVI）的测定实验
验证性
2
必做
9
膜法水处理实验
设计性
2
必做
10
食品废水中酵母的分离培养与核酸提取
设计性
2
选做
11
有机废水处理好氧优势菌的分离、纯化及属的鉴定
设计性
4
必做
12
污水厌氧处理实验
研究创新性
2
选做
13
完全混合生化反应器处理校园生活污水
研究创新性
4
必做
合 计
实验一活性炭吸附实验
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。
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、“连续流”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。
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。
（3-105）
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，通常用费兰德利希经验式加以表达。
（3-106）
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（3-106）取对数后变为下式：
（3-107）
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（3-69）所示。
由于间歇式静态吸附法处理能力低、设备多，故在工程中多采用连续流活性炭吸附法，即活性炭动态吸附法。
采用连续流方式的活性炭层吸附性能可用勃哈特（Bohart）和亚当斯（Adams）所提出的关系式来表达。
（3-108）
（3-109）
式中t——工作时间，h；
V——流速，m/h；
D——活性炭层厚度，m；
K——速度常数，L/mg·h；
N0——吸附容量、即达到饱和时被吸附物质的吸附量，mg//L；
C0——进水中被吸附物质浓度，mg/L；
CB——允许出水溶质浓度，mg/L。
当工作时间t=0时，能使出水浓度小于CB的炭层理论深度称为活性炭层的临界深度，其值由上式t=0推出
（3-110）
炭柱的吸附容量（N）和速度常数（K），可通过连续流活性炭吸附实验并利用式（3-109）t～D线形关系回归或作图法求出。
设备及用具
1．间歇式活性炭吸附实验装置如图3-67所示；
2．连续流活性炭吸附实验装置如图3-68所示；
3．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）COD、SS等测定分析装置，玻璃器皿、滤纸等。
（5）有机玻璃炭柱d＝20～30mm，H＝1.0m；
（6）活性炭；
（7）配水及投配系统。
步骤及记录
1．间歇式活性炭吸附实验
（1）将某污水用滤布过滤，去除水中悬浮物，或自配污水，测定该污水的COD、pH、SS等值。
（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、4D0、500mg粉状活性炭。
（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COD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COD值不再改变）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COD值，求出吸附量x。
实验记录如表3-66示。
表3-66活性发间歇吸附实验记录
序号
原污水
出水
污水体积（mL）或（L）
活性炭投加量（mg）或（g）
COD去除率（%）
备注
COD（mg/L）
PH值
水温℃
SS（mg/L）
COD（mg/L）
pH
SS（mg/L）
2．连续流活性炭吸附实验
（1）将某污水过滤或配制一种污水，测定该污水的COD、pH、SS、水温等各项指标并记人表3-67。
（2）在内径为20～30mm，高为1000mm的有机玻璃管或玻璃管中装人500～750mm高的经水洗烘干后的活性炭。
表3-67连续流炭柱吸附实验记录
原水COD浓度（mg/L）允许出水浓度CB（mg/L））=
水温T（℃）=pH=SS=（mg/L）
进流率q（m3/m2·h）=滤速V（m/h）=
炭柱厚D1=D2=D3=
工作时间
出水水质
t（h）
柱1
柱2
柱3
（3）以每分钟40mL～200mL的流量（具体可参考水质条件而定），按升流或降流的方式运行（运行时炭层中不应有空气气泡）。
本实验装置为降流式。
实验至少要用三种以上的不同流速V进行。
（4）在每一流速运行稳定后，每隔10～30min由各炭柱取样，测定出水COD值，至出水中COD浓度达到进水中COD浓度的0.9～0.95为止。
并将结果记于表3-67中。
成果整理
1．间歇式活性炭吸附实验
（1）按表3-66记录的原始数据进行计算。
（2）按（3-105）式计算吸附量q。
（3）利用q～c相应数据和式（3-106），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、截距为K.。
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；>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，最好采用连续式活性炭吸附操作。
2．连续流活性炭吸附实验
（1）求各流速下K、N0值
1）将实验数据记入表3-67，并根据t～C关系确定当出水溶质浓度等于CB时各柱的工作时间t1、t2、t3。
2）根据式（3-109）以时间ti为纵坐标，以炭层厚Dt为横坐标，点绘t、D值，直线截距为
斜率为N0/C0·V。
如图3-70示。
3）将已知C0、CB、V等值代人，求出流速常数K和吸附常量N0值。
4）根据式（3-110）求出每一流速下炭层临界深度值D0值。
5）按表（3-68）给出各滤速下炭吸附设计参数K、D0、N0值，或绘制成如图3-71所示的图，以供活性炭吸附设备设计时参考。
表3-68活性炭吸附实验结果
流速V（m/h）
N0（mg/L）
K（L/mg·h）
D0（m）
思考题
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？
2．连续流的升流式和降流式运动方式各有什么缺点？
实验二离子交换软化实验
离子交换软化法在水处理工程中有广泛的应用。
强酸性阳离子交换树脂的使用也很普遍。
作为水处理工程技术人员应当掌握这种树脂交换容量（即全交换容量）的测定方法并了解软化水装置的操作运行。
一、强酸性阳离子交换树脂交换容量的测定
目的
1．加深对强酸性阳离子交换树脂交换容量的理解。
2．掌握测定强酸性阳离子交换树脂交换容量的方法。
原理
交换容量是交换树脂最重要的性能，它定量地表示树脂交换能力的大小。
树脂交换容量在理论上可以从树脂单元结构式粗略地计算出来。
以强酸性苯乙烯系阳离于交换树脂为例，其单元结构式为：
单元结构式中共有8个碳原子、8个氢原子、3个氧原子、一个硫原子，其分子量等于8×12.011＋8×1.008＋3×15．9994＋1×32.06＝184.2，只有强酸基因SO3H对中的H遇水电离形成H+离子可以交换，即每184.2g干树脂中只有1克当量可交换离子。
所以，每克干树脂具有可交换离子1/184.2＝0.00543e＝5.43me。
扣去交联剂所占份量（按8％重量计），则强酸干树脂交换容量应为5.43×92/100=4.99me/g。
此值与实际测定值差别不大。
0.01×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂交换容量规定为≥4.2me/g（干树脂）。
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