《水处理实验》实验指导书张翔凌武汉理工大学土建学院市政工程系二零一三年三月
《水处理实验》 实验指导书 张翔凌 武汉理工大学土建学院市政工程系 二零一三年三月
目录目录1实验要求实验一混凝实验实验二絮凝沉淀实验9实验三滤料筛分析实验.12实验四过滤与反冲洗实验.14实验五清水充氧实验.17实验六活性污泥性能测定实验.21实验七成层沉淀实验.24实验八水处理模型实验.27
1 目 录 目 录 .1 实 验 要 求 .2 实验一 混凝实验 .3 实验二 絮凝沉淀实验 .9 实验三 滤料筛分析实验 .12 实验四 过滤与反冲洗实验.14 实验五 清水充氧实验 .17 实验六 活性污泥性能测定实验.21 实验七 成层沉淀实验 .24 实验八 水处理模型实验 .27
实验要求1、实验前应预习与实验有关的教材内容和实验指导书，了解本次实验目的、实验原理和实验要求，以及本次实验与实际生产的相互关系，做到心中有数。2、在实验室要首先弄清实验装置的构造和尺寸，了解有关仪器的特点、性能和使用方法，使用贵重仪器时需得到教师许可，方能动用。3、实验时需严肃认真，一丝不苟，细致地观察实验中的种种现象，并作好记录。通过实验，训练基本操作技能，培养科学的工作作风。4、实验结束时，学生先检查各自实验记录，再经指导老师审阅方可结束实验。5、学生做完实验后，应将所用玻璃器血和设备等擦洗干净，如不慎损坏实验室物品，应向教师报告并登记，酌情处理。6、按规定格式认真填写实验报告，并按期上交。2
实 验 要 求 1、 实验前应预习与实验有关的教材内容和实验指导书，了解本次 实验目的、实验原理和实验要求，以及本次实验与实际生产的相 互关系，做到心中有数。 2、 在实验室要首先弄清实验装置的构造和尺寸，了解有关仪器的 特点、性能和使用方法，使用贵重仪器时需得到教师许可，方能 动用。 3、 实验时需严肃认真，一丝不苟，细致地观察实验中的种种现象， 并作好记录。通过实验，训练基本操作技能，培养科学的工作作 风。 4、 实验结束时，学生先检查各自实验记录，再经指导老师审阅， 方可结束实验。 5、 学生做完实验后，应将所用玻璃器皿和设备等擦洗干净，如不 慎损坏实验室物品，应向教师报告并登记，酌情处理。 6、 按规定格式认真填写实验报告，并按期上交。 2
实验一混凝实验一、实验目的1、进行原水混凝实验操作，了解混凝的现象，过程及净水作用。2、确定混凝剂的最佳用量。3、确定所用混凝剂在混凝时最佳pH值及适用范围（选做）。二、实验设备1 台1、DBJ一621型定时变速搅拌机2、GDS3型光电浊度仪1台3、秒表1 台6个4、1000毫升烧杯6个5、125毫升水样瓶各1只6、10毫升、1毫升移液管7、0—50℃温度计1只各1个8、50毫升、100毫升量筒三、实验原理硫酸铝加入原水后，产生离解和水解作用，其产物为AI+、AI（OH）2+、AI（OH）2、AI（OH）3等，它们一面通过压缩胶团的扩散层降低电位，减小胶粒之间的斥力，从而使胶粒脱稳，互相聚合成大颗粒；另一方面AI（OH）2+、AI（OH）2、AI（OH）3对于大小胶粒有强烈吸附作用，因此在胶粒之间进行架桥，颗粒逐渐变大形成细矾花，细矾花能粘结悬浮物质吸附溶解杂质，与其他矾花结成粗矾花，从水中分离出来，使浑水得到澄清。由于原水的水质复杂，影响因素多，故在混凝过程中，对于混凝剂品种的选用和最佳投药量的决定，必须依靠原水混凝实验来决定。混凝实验目的即在于利用少量原水，少量药剂，并模拟生产中的混凝处理过程，解决上述问题，提供设计及生产上的依据。实验设备是一台具备六个转杆的同步变速搅拌机，由调压变3
实验一 混凝实验 一、实验目的 1、进行原水混凝实验操作，了解混凝的现象，过程及净水作用。 2、确定混凝剂的最佳用量。 3、确定所用混凝剂在混凝时最佳 pH 值及适用范围（选做）。 二、实验设备 1 、 DBJ—621 型定时变速搅拌机 1 台 2 、 GDS—3 型光电浊度仪 1 台 3 、秒表 1 台 4 、 1000 毫升烧杯 6 个 5 、 125 毫升水样瓶 6 个 6 、 1 0 毫升、 1 毫升移液管 各 1 只 7 、 0—50 ℃ 温度计 1 只 8 、 5 0 毫升、 100 毫升量筒 各 1 个 三、实验原理 硫酸铝加入原水后，产生离解和水解作用，其产物为 Al3+、Al（OH）2+、 Al（OH）2 + 、Al（OH）3 等，它们一面通过压缩胶团的扩散层降低 ξ 电位，减小 胶粒之间的斥力，从而使胶粒脱稳，互相聚合成大颗粒；另一方面 Al（OH）2+、 Al（OH）2 + 、Al（OH）3 对于大小胶粒有强烈吸附作用，因此在胶粒之间进行架 桥，颗粒逐渐变大形成细矾花，细矾花能粘结悬浮物质吸附溶解杂质，与其他矾 花结成粗矾花，从水中分离出来，使浑水得到澄清。 由于原水的水质复杂，影响因素多，故在混凝过程中，对于混凝剂品种的选 用和最佳投药量的决定，必须依靠原水混凝实验来决定。混凝实验目的即在于利 用少量原水，少量药剂，并模拟生产中的混凝处理过程，解决上述问题，提供设 计及生产上的依据。实验设备是一台具备六个转杆的同步变速搅拌机，由调压变 3
压器实现无级变速（60一500转/分，使用时最高300转/分）。实验时用六个烧杯盛等量水样，分别加入不同用量的药剂，经快速搅拌及沉淀，比较不同烧杯中水样的处理效果。由于六个水样系在完全相同的条件下混凝的，所以它们之间效果的差异，经过分析比较就可以决定最佳投药量。调节搅拌机的转速及控制搅拌时间，可以达到模拟水厂的混凝的过程。因此，所得的剂量即为接近水厂生产运转中最佳的投药量。反应所能产生的流速梯度G，反映了搅拌强度，反应时GT值一定程度地反映了实验中能产生的总碰撞次数。混凝实验与实际混凝过程的相似性，就是借助搅拌机的作用，控制两者有相同的GT值来达到。实验（一）最佳剂量实验实验步骤一、1、熟悉混凝搅拌机的操作，选择适当的混合搅拌转速（300转/分），混合时间（1分钟），反应搅拌转速（100转/分60转/分），反应时间（10分钟）。2、掌握GDS一3B型光电浊度仪测定浊度的方法。3、测定原水的浊度、温度。4、在六个烧杯中，分别注入混合均匀的水样1000毫升，将烧杯装入搅拌机，注意叶片在水中的相对位置应相同。5、选择各个烧杯的加药量。实验时硫酸铝或三氯化铁用量（以毫升计）可取以下值：1.001.502.002.503.00第一组实验（1%）0.50第二组实验（4%）1.001.201.401.601.802.00聚合氯化铝用量为（以毫升计）：1.001.401.802.20第一组实验（0.5%）0.200.60-3.804.204.60第二组实验（0.5%）2.603.003.40将混凝剂量入小量筒，准备投加。6、按混合搅拌速度300转/分，开动搅拌机，待转速稳定后，同时向各烧杯中倾注混凝剂溶液，并用秒表记录时间，当预定的混合时间到达时，立即将搅拌转速逐渐降低至规定的反应搅拌速度值，待预定的反应时间到4
压器实现无级变速（60—500 转/分，使用时最高 300 转/分）。实验时用六个烧杯 盛等量水样，分别加入不同用量的药剂，经快速搅拌及沉淀，比较不同烧杯中水 样的处理效果。由于六个水样系在完全相同的条件下混凝的，所以它们之间效果 的差异，经过分析比较就可以决定最佳投药量。调节搅拌机的转速及控制搅拌时 间，可以达到模拟水厂的混凝的过程。因此，所得的剂量即为接近水厂生产运转 中最佳的投药量。 反应所能产生的流速梯度 G，反映了搅拌强度，反应时 GT 值一定程度地反 映了实验中能产生的总碰撞次数。混凝实验与实际混凝过程的相似性，就是借助 搅拌机的作用，控制两者有相同的 GT 值来达到。 实验（一） 最佳剂量实验 一、 实验步骤 1、熟悉混凝搅拌机的操作，选择适当的混合搅拌转速（300 转/分），混合时 间（1 分钟），反应搅拌转速（100 转/分—60 转/分），反应时间（10 分钟）。 2、掌握 GDS—3B 型光电浊度仪测定浊度的方法。 3、测定原水的浊度、温度。 4、在六个烧杯中，分别注入混合均匀的水样 1000 毫升，将烧杯装入搅拌机， 注意叶片在水中的相对位置应相同。 5、选择各个烧杯的加药量。 实验时硫酸铝或三氯化铁用量（以毫升计）可取以下值： 第一组实验（1%） 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 第二组实验（4%） 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 聚合氯化铝用量为（以毫升计）： 第一组实验（0.5%）0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 第二组实验（0.5%）2.60 3.00 3.40 3.80 4.20 4.60 将混凝剂量入小量筒，准备投加。 6、按混合搅拌速度 300 转/分，开动搅拌机，待转速稳定后，同时向各烧杯 中倾注混凝剂溶液，并用秒表记录时间，当预定的混合时间到达时，立 即将搅拌转速逐渐降低至规定的反应搅拌速度值，待预定的反应时间到 4
达时，立即停止搅拌。7、在反应搅拌开始后，要注意观察并记录各个烧杯先后产生矾花的时间，矾花的大小，及松散密度程度。8、反应搅拌结束后，轻轻提起搅拌叶片（注意不要再搅拌水样），原水静置沉淀5分钟，注意观察矾花沉降情况。9、时间到达后，同时用乳胶管虹吸取出各烧杯中的中层澄清水样，取样应避免搅动已沉淀的矾花。10、测定各水样的浊度、PH值，并计算其除浊百分率Y。Y=[(MMb)/M.|*100%式中：Ma—原水浊度，度Mb——沉淀后水浊度，度11、重复5一10进行第二组实验。实验数据整理与分析实验组别姓名-日期-1、原水水样描述容积--毫升，温度--℃，浊度----度2、混凝条件.--分钟,混合时间速度·转分。反应时间--分钟,速度-转分------分钟，速度------转分-.---分钟,速度转分沉淀时间---分钟,搅拌器叶片直径---米。3、混凝剂溶液品名--浓度------%4、实验结果记录表格（见表1—1）5
达时，立即停止搅拌。 7、在反应搅拌开始后，要注意观察并记录各个烧杯先后产生矾花的时间， 矾花的大小，及松散密度程度。 8、反应搅拌结束后，轻轻提起搅拌叶片（注意不要再搅拌水样），原水静置 沉淀 5 分钟，注意观察矾花沉降情况。 9、时间到达后，同时用乳胶管虹吸取出各烧杯中的中层澄清水样，取样应 避免搅动已沉淀的矾花。 10、测定各水样的浊度、PH 值，并计算其除浊百分率 Y。 Y=[(Ma—Mb)/Ma]*100% 式中：Ma——原水浊度，度 Mb——沉淀后水浊度，度 11、重复 5—10 进行第二组实验。 二、 实验数据整理与分析 实验组别- 姓名- 日期- 1、原水水样描述 容积-毫升，温度-℃-，浊度-度 2、混凝条件 混合时间 -分钟， 速度-转/分。 反应时间 -分钟， 速度-转/分 -分钟， 速度-转/分 -分钟， 速度-转/分 沉淀时间 -分钟， 搅拌器叶片直径-米。 3、混凝剂溶液 品名-浓度-% 4、实验结果 记录表格（见表 1—1） 5
表 1—1烧绒粒沉淀出水组原水浑浊混凝剂投杯大小浑浊度除浊百分出现时间别度 (度)加量（ml）号(分)(度)率%(mm)1231456-23II456（1）分别绘制投药量与沉淀出水浊度，投药量与除浊百分率的关系曲线。（2）通过观察现象和试验结果分析，从各种投药量中，确定最佳投药量。（3）计算烧杯内水样混凝过程中反应阶段的速度梯度G与GT值及雷诺数。搅拌机的功率可接下式计算：W=14.35-d4.38n2-69p0.69μ0.31W/m2式中：d一叶片直径（m）n叶片转速（r/s）p一水的密度（kg/m2）μ一水的动力粘滞系数（Pa·s）6
表 1—1 绒粒 沉淀出水 组 别 烧 杯 号 原水浑浊 度（度） 混凝剂投 加量（ml） 出现时间 （分） 大 小 （mm） 浑浊度 （度） 除浊百分 率% 1 2 3 4 5 Ⅰ 6 1 2 3 4 5 Ⅱ 6 （1） 分别绘制投药量与沉淀出水浊度，投药量与除浊百分率的关系曲 线。 （2） 通过观察现象和试验结果分析，从各种投药量中，确定最佳投药 量。 （3） 计算烧杯内水样混凝过程中反应阶段的速度梯度 G 与 GT 值及雷 诺数。 搅拌机的功率可接下式计算： W=14.35·d4.38n2.69ρ0.69μ 0.31 W/m3 式中：d—叶片直径（m） n—叶片转速（r/s） ρ—水的密度（kg/m3 ） μ—水的动力粘滞系数（Pa·s） 6
对1米的搅拌功率为P=1000-0.75WW/m30.75校正系数速度梯度G为G= (P/μ) 0.5s-l雷诺数用以下公式计算Re= n-d2-p-元/μ式中各项符号同前。实验（二）最佳pH剂量实验（选做）本实验是用酸碱调整pH值，使pH值在3～11左右实验步骤1.测定原水浊度、温度、pH值。2同于实验（一）的步骤5。3.用移液管将酸或碱加入各水样中，用量参照表1一2。启动搅拌机，快速搅拌约0.5分钟，转速300转/分，随后倒入100毫升4.烧杯内，用pH仪依次测定各水样的pH值，记入1一2表，注意测后应将小烧杯的水倒回原1000毫升烧杯。按实验（一）所求最佳剂量，将混凝剂量入小量简，然后按实验（一）5.的步骤 7~11 进行。实验数据整理与分析实验级别姓名日期℃,原水浊度度水温PH混凝剂种类及浓度7
对 1 米 3 的搅拌功率为 P=1000·0.75W W/m3 0.75—校正系数 速度梯度 G 为 G=（P/μ）0.5 s -1 雷诺数用以下公式计算 Re = n·d2 ·ρ·π/μ 式中各项符号同前。 实验（二） 最佳 pH 剂量实验（选做） 本实验是用酸碱调整 pH 值，使 pH 值在 3～11 左右 一、 实验步骤 1. 测定原水浊度、温度、pH 值。 2. 同于实验（一）的步骤 5。 3. 用移液管将酸或碱加入各水样中，用量参照表 1－2。 4. 启动搅拌机，快速搅拌约 0.5 分钟，转速 300 转/分，随后倒入 100 毫升 烧杯内，用 pH 仪依次测定各水样的 pH 值，记入 1－2 表，注意测后应 将小烧杯的水倒回原 1000 毫升烧杯。 5. 按实验（一）所求最佳剂量，将混凝剂量入小量筒，然后按实验（一） 的步骤 7～11 进行。 二、 实验数据整理与分析 实验级别＿＿＿＿＿ 姓名＿＿＿＿ 日期＿＿＿＿＿ 原水浊度＿＿＿度 水温＿＿＿℃， PH＿＿ 混凝剂种类及浓度＿＿＿ 7
（1）记录表格表1-2341256烧杯号投加10%HCL01.81.40.5(ml)投加0.1 0.710%Na0H(ml)pH值混凝剂投加量(ml)剩余浊度(度)混合分钟，转/分。反应分钟，转/分。混凝条件分钟，转/分。沉淀分钟，（2）以剩余浊度为纵坐标，水样pH值为横坐标，绘制剩余浊度～pH值曲线。从曲线中求得该混凝剂的最佳值及pH值适用范围
（1）记录表格 表 1－2 烧杯号 1 2 3 4 5 6 投加 10%HCL (ml) 1.8 1.4 0.5 0 投 加 10%NaOH(ml) 0.1 0.7 pH 值 混凝剂投加量 (ml) 剩余浊度(度) 混合＿＿＿＿＿＿＿分钟， ＿＿＿＿＿＿＿＿转/分。 反应＿＿＿＿＿＿＿分钟， ＿＿＿＿＿＿＿＿转/分。 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿分钟， ＿＿＿＿＿＿＿＿转/分。 混凝条件 沉淀＿＿＿＿＿＿＿分钟， （2）以剩余浊度为纵坐标，水样 pH 值为横坐标，绘制剩余浊度～pH 值曲 线。从曲线中求得该混凝剂的最佳值及 pH 值适用范围。 8
实验二絮凝沉淀实验一、实验目的1、掌握絮凝沉淀实验的步骤与测试方法。2、绘制去除百分数等值线并计算沉淀后的总去除率。二、实验设备1套1、静置沉淀筒（附搅拌器）1 台2、光电浊度仪3、秒表1块5个4、125毫升水样瓶1瓶5、混凝剂溶液2个6、100毫升量筒1 个7、10毫升移液管三、实验原理絮凝沉淀（又称II类沉淀）中的颗粒因不断絮凝而改变颗粒的大小与密度对沉淀过程产生难以估计的影响，故不能用理论方程计算，只能通过沉淀试验进行分析。将试验水样置于沉淀筒内，经投加混凝剂并作快速、慢速搅拌以后，让絮凝颗粒在沉淀筒内静置沉淀。每隔一段时间，同时在各取样口放取水样测定其浊度并求去除率，绘制等浓度曲线。理想沉淀池的去除率可根据等浓度曲线所列资料进行计算。首先选定该池的溢流率为Uo=hs/t2，沉速等于或大于Uo的颗粒被全部去除。而沉速U小于Uo的颗粒，只能按U/Uo的比例去除。由等浓度曲线可见，与R。相应的平均沉速是等于或大于Uo，故可全部去除。剩余位于R。和R.之间，R.和Re之间的颗粒分别以ha/t2与hb/t2的平均沉速下沉。因此沉淀池总的去除率可用下列近似公式计算：9
实验二 絮凝沉淀实验 一、实验目的 1、掌握絮凝沉淀实验的步骤与测试方法。 2、绘制去除百分数等值线并计算沉淀后的总去除率。 二、实验设备 1 、静置沉淀筒（附搅拌器） 1 套 2 、光电浊度仪 1 台 3 、 秒 表 1 块 4 、 125 毫升水样瓶 5 个 5 、混凝剂溶液 1 瓶 6 、 100 毫升量筒 2 个 7 、 1 0 毫升移液管 1 个 三、实验原理 絮凝沉淀（又称Ⅱ类沉淀）中的颗粒因不断絮凝而改变颗粒的大小与密度， 对沉淀过程产生难以估计的影响，故不能用理论方程计算，只能通过沉淀试验进 行分析。将试验水样置于沉淀筒内，经投加混凝剂并作快速、慢速搅拌以后，让 絮凝颗粒在沉淀筒内静置沉淀。每隔一段时间，同时在各取样口放取水样测定其 浊度并求去除率，绘制等浓度曲线。 理想沉淀池的去除率可根据等浓度曲线所列资料进行计算。首先选定该池的 溢流率为 U0=h5/t2，沉速等于或大于 U0 的颗粒被全部去除。而沉速 U 小于 U0 的 颗粒，只能按 Ui/ U0 的比例去除。由等浓度曲线可见，与 Rc相应的平均沉速是 等于或大于 U0，故可全部去除。剩余位于 Rc和 Rd 之间，Rd 和 Re之间的颗粒分 别以 ha/t2 与 hb/t2 的平均沉速下沉。因此沉淀池总的去除率可用下列近似公式计 算： 9