水质工程学(二)实验指导书1
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1 实验一 颗粒自由沉淀
一、[实验目的]
（1） 通过实验加深对自由沉淀的概念、特点及规律的理解；
（2） 掌握颗粒自由沉淀实验方法，能对实验数据进行分析、整理、计算并绘制沉降曲线。
（3） 求出指定沉淀时间的总沉降率。
二、[实验原理与实验方法]
沉淀是借重力从液体中去除固体颗粒的一种过程，根据液体中固体物质的浓度和性质可将沉淀过程分为自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀和压缩沉淀四类。
颗粒的自由沉淀指的是颗粒在沉淀的过程中，颗粒之间不互相干扰、碰撞，呈单颗粒状态，各自独立的完成的沉淀过程。自由沉淀有两个含义：（1）颗粒沉淀过程中不受器壁干扰影响；（2）颗粒沉降时，不受其他颗粒的影响。当颗粒与器壁的距离大于50d（d为颗粒的直径）时就不受器壁的干扰。当污泥浓度小于5000mg/l时就可假设颗粒之间不会产生干扰。
颗粒在沉砂池中的沉淀以及底浓度污水在初沉池中的沉降过程均是自由沉淀。自由沉淀过程可以由斯笃克斯公式（stokes）进行描述。但对沉淀的效果、特性的研究，通常要通过沉淀实验来实现。
实验在沉淀柱（见图1）中进行。取一定直径、一定高度的沉淀柱，在沉淀柱中下部设有取样口，将已知悬浮物浓度Co的水样注入沉淀柱，取样口上水深为ho，在搅拌均匀后开始沉淀实验，并开始计时，经沉淀时间t1，t2，„ti从取样口取一定体积水样，分别记下取样口高度h，分析各水样的悬浮物浓度C1，C2，„，Ci，从而通过公式计算颗粒的去除百分率。 2 η=00ccci×100%
式中η——颗粒被去掉百分率；
Co，Ci——原水、ti时刻悬浮物质量浓度（mg/l）
同时计算
p=0cci×100%
式中Co，Ci同上；
p——称为悬浮物剩余百分数。
通过下式计算沉淀速率，即
u=ith0×6010
式中 u——沉淀速率（mm/s）；
ho——取样口高度（cm）；
ti——沉淀时间（min）
三、[实验仪器设备及药品]
（1） 沉淀装置（沉淀柱，储水箱，水泵）
（2） 秒表
（3） 分析天平
（4） 恒温烘箱
（5） 干燥器
（6） 小烧杯100ml 9个
（7） 量筒100ml 4个
（8） 定量滤纸若干
（9） 漏斗9个
（10）玻璃棒若干
四、[实验操作步骤]
（1） 称量已烘干并恒温的小烧杯和滤纸重量；
（2） 将实验用水倒入水池中，用机械搅拌装置将水样搅拌，数分钟后开启阀门向沉淀柱中注入水样；
（3） 同时用量筒取样约100ml，记录所取原水样体积，移入小烧杯，过滤、烘干、称量。计算原水悬浮物浓度并记为Co；
（4） 当水升到所需高度时关闭阀门，开动秒表开始计时，当时间为1min，5min，10min，15min，20min，40min，60min，120min时，在取样口取出约100ml水样，在每次取样后记录水样准确体积和取样口上水面高h；观察水样沉降变化；
（5） 用第3步方法测出每次水样的悬浮物浓度，记入表1。
五、 [实验数据及结果整理]
（1） 描述水样沉降变化； 3 （2） 计算悬浮物去除率η，剩余率P，及沉淀速率u，并填入表2；
（3） 绘制η—T（去除率—沉淀历时）、P—u（剩余率—沉淀速率）曲线。
表1 颗粒自由沉淀实验记录
静沉时间
min 滤纸+杯+样重mg 小烧杯+
滤纸mg 水样SS重g 取样体积ml 悬浮物浓度mg/l 取样口上水深mm C ＿
C
0（初始）
1
5
10
15
20
40
60
120
表2 剩余率及沉淀速度数据
静沉时间
min 去除率η
% 剩余率P
% 沉淀速度u
mm/s
1
5
10
15
20
40
60
120
六、[思考题]
自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有什么区别？
4 实验二 活性污泥沉降性能测定
一、 [实验目的]
（1） 掌握污泥沉降比、污泥指数的测定及计算方法；
（2） 加深对活性污泥的絮凝及沉淀特点和规律的认识；
（3） 明确沉降比、污泥指数和污泥浓度三者之间的关系，及其在工程上的重要意义。
二、[实验原理]
活性污泥是活性污泥法污水处理系统中的主体作用物质，活性污泥性能的优劣，对活性污泥处理系统的净化效果起着决定性的影响。所以，只有活性污泥反应器——曝气池中的活性污泥具有很高的活性才能有效的降解水中有机污染物，达到净化水体的预定目标。通常性能优良的活性污泥应该具有很强的凝聚沉淀性能，在工程上人们也常通过测定污泥沉淀性能来判断污泥活性。一般应用以下两个指标来评价活性污泥的沉降性能
① 污泥沉降比（Settling Velocity），简称为SV
污泥沉降比又称为30min沉降率。它是指混合液在量筒中静置30min后所形成的沉淀污泥的容积V占原混合液容积V0的百分率，以百分数表示，即
SV=100V/V0（%）
污泥沉降比不仅在一定程度上反映了活性污泥的沉降性能，还能够反映曝气池运行过程中的活性污泥量，可用以控制、调节剩余污泥的排放量，还能通过它及时发现污泥膨胀等异常现象，它是评价污泥数量和质量的重要参数。
② 污泥指数（Sludge Volume Index），简称为SVI
污泥指数也称为污泥容积指数。它是指曝气池出口处的混合液，在经过30min净沉后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占有容积，单位为ml/g，通常习惯把单位省去。SVI值可通过下式计算，即
SVI=）（混合液中悬浮固体干重）（静沉形成活性污泥容积混合液glmll1min301=MLSSSV10
MLSS：污泥干重，g/l
污泥指数表示的是经30min静沉后污泥浓度的倒数，因此它能客观的评价活性污泥的松散程度和沉淀、凝聚的性能，及时地反映出污泥是否有膨胀的倾向或已经发生污泥膨胀。
三、[实验仪器设备及药品]
（1） 活性污泥装置
（2） 烘箱（1台）
（3） 天平、秒表、100ml量筒、定量滤纸、漏斗、三角瓶、玻璃棒、小烧杯、干燥器等
（4） 活性污泥水样
四、 [实验操作步骤]
（1） 在曝气池出口处取混合液；
（2） 取出约100mL活性污泥水样注入100mL量筒内，当液面接近或到100mL刻度时开始计时，并观察沉淀过程，当时间为1min，3min，5min，10min，15min，20min，30min时分别记下污泥容积；
（3） 将经30min沉淀后的污泥和上清液用定量滤纸过滤，测污泥干重。（重量法、过 5 滤操作）；
（4） 将以上测得数据记入表中，作3个平行样。
五、[数据记录及整理]
沉降性能实验数据
序号
项目 1 2 3
取样体积m l
污泥体积ml 沉淀时间min 1
2
10
15
20
30
SV%
SV平均值%
烧杯+滤纸g
烧杯+滤纸+污泥g
污泥干重g
MLSS/g·l-1
MLSS平均值/g·l-1
SVI/ml·g-1
SVI平均值/ml·g-1
（1）测定污泥沉降比SV值；
（2）计算污泥容积指数SVI值；
（3）以污泥容积为纵坐标，以时间为横坐标，绘制污泥容积随时间变化曲线；
（4）用你所测得的指标评价该活性污泥的性能。
六、[思考题]
（1）污泥容积指数和污泥沉降比有何区别与联系？
（2）活性好的污泥的沉淀过程有何特征？
6 实验三 加压溶气气浮实验
一、[实验目的]
（1）加深对气浮净水基本概念及原理的理解；
（2）掌握加压溶气气浮实验方法，能熟练操作各种仪器；
（3）通过实验模型的运行，掌握加压溶气气浮装置的工艺流程。
二、[实验原理]
气浮是固液分离或液液分离的一种技术。它是指人为采取某种方式产生大量的微小气泡，使气泡与水中一些杂质物质微粒相吸附形成相对密度比水轻的气浮体，气浮体在水浮力的作用下，上浮到水面而形成浮渣，进而达到杂质与水分离的目的。
气浮处理工艺可分为电解气浮法、散气气浮法和溶气气浮法。其中溶气气浮法可分为溶气真空气浮法和加压溶气气浮法。加压溶气气浮指的是，使空气在加压的条件下溶解在水中，在常压下，将水中过饱和的空气以微小气泡的形式释放出来。
加压溶气气浮装置由以下部分组成（见图3）：
（1）空气供给及空气饱和设备
这部分的作用就是在一定的压力下,将供给的空气溶于水中，以提供废水处理所要求的溶气水。这一部分主要是由以下部分组成：①加压水泵：作用是提供压力水：②溶气罐：作用是使水与空气充分接触，加速空气溶解，并在其中形成溶气水；③空气供给设备：作用提供制造溶气水所需要的空气，该设备的形式主要取决于溶气方式，通常采取空压机为空气供给设备。
（2）溶气水减压释放设备
这一部分设备的作用是：将压力溶气水减压后迅速将溶于水中的空气以微小气泡的形式释放出来。
（3）气浮池
这部分设备的作用是使释放的微气泡与废水充分接触，并形成气浮体，完成水与杂质的分离过程。
