水是宝贵的资源,更是国民经济发展和人类生存的重要的基本条件。但是,由于人类 在发展过程中不注意水资源的保护,已经出现了全球性的水资源紧张问题,正如联合国在 1997年发出的警告“水将成为一种严重的社会危机”,因此,水处理工程已成为当今世界 各国最为重要的工程之 水处理工程”是研究水资源与环境保护相关的科学,与国民经济发展有着至关重要 的关系。学习水处理工程技术,对社会国家的发展都是很重要的。本书是市政工程专业 和环境工程专业本科生必修课程,是从事环境保护、水质工程处理专业技术人员不可缺少 的教材。本书是根据全国高校给水排水专业、环境工程专业及环境科学专业指导委员会 制定的教学实验大纲基本要求而编写的,在保证基本理论的系统性和完整性的同时,充分 吸收国内外给水排水工程新观念、新技术、新设备和新经验,编写了四个方面的内容:绪 论;数据的误差与数据的分析处理;给水排水实验技术的操作过程;水质分析测定的方法 及常用仪器的使用说明。该书内容力求反应21世纪给水排水工程领域的学科发展和人 才培养的需要。 本书是为配合市政工程专业和环境工程专业本科生的理论教学而编写的,目的是巩 固和加强学生对基本原理的理解、贯通和融化,提高学生独立思考、分析问题和解决问题 的能力,并且培养学生在实验中的操作技能,提高学生对实验数据的分析与处理的能力 本书的实验内容大都选用目前国内外较先进的水处理工艺和应用技术,对于开阔学生视 野、提高理论水平具有重要的意义,并且对从事给水排水专业和环境工程专业的工作人 员、科研人员、施工人员有一定的帮助。 本书山哈尔滨工业大学孙丽欣、冯琦、吕春梅、张振宇、孙作达,哈尔滨工程大学窦志 诚、龚凡,大庆石油学院盖颜军编写。各章分工如下:第一章、第二章由孙丽欣编写;第三 章中第一节由冯琦、孙丽欣、孙作达编写;第二节由张振宇、吕春梅窦志诚、盖颜军编写; 第四章由孙丽欣、吕春梅、龚凡编写,全书由孙丽欣主编,赵庆良主审。该书编写过程中得 到了杨德彬、尤宏等教师的帮助与指导,在此一并表示衷心的感谢 因编写人员水平有限,书中疏漏、不妥之处在所难免的,敬请读者批评指正。 编者 2002.3
目录 第一章绪论 第一节给水排水工程实验室的基本要求…… 水处理工程应用实验的目的、任务与结果 二水处理工程实验操作过程中的要求 11113 第二节给水排水工程实验室的安全知识……………… 易燃易爆物质的安全措施…………………………………3 二防止强氧化剂的腐蚀 实验室的安全管理… 第二章数据的误差与实验数据的分析处理……5 第一节数据误差的基本概 数据误差的概念及分类 二实验的误差分析 6 第二节实验数据的整理及分析…… 实验数据的整理 实验数据的分析 第三章给水排水处理工程实验 第一节给水处理工程实验……… ,;,、 实验一混凝实验… 实验二脉冲澄清实验………………… 18 实验三水力循环澄清实验 实验四斜板沉淀实验 实验五流动电流混凝控制系统的运行… 实验六过滤与反冲洗实验… 实验七重力无阀滤池实验 实验八虹吸滤池实验 实验九离子交换树脂的鉴定及交换容量的测定 实验十离子交换软化除碱和除盐实验…… 实验十一五塔式离子交换系统(纯水制备)的运行实验…
实验十二电渗析除盐实验 实验十三活性炭吸附实验 第二节排水处理工程实验 实验一颗粒自由沉淀 实验二颗粒的絮凝沉淀 实验三曝气充氧实验 实验四污泥吸附、沉降性能的测定……… 实验五完全混合式活性污泥法处理系统的观测和运行………… 83四2 实验六曝气池中环境因素的监测和菌胶团中生物相的观察…………………8 实验七水处理工程中生物污泥的活性测定… 实验八不含耗氧微物的污水曝气充氧修正数a,B值的测定 实验九含耗氧微生物的污水曝气充氧修正系数a,值的测定……97 实验十塔式生物滤池的实验… 实验十一生物转盘实验 103 实验十二SBR法计算机自动控制系统 实验十三加压溶气气浮实验… ·,。面省 ………110 实验十四吹脱实验 114 第四章实验中常用的分析方法及仪器的使用说明 117 第一节常用的分析方法 ……117 浊度的测定…… pH值的测定 118 三硬度的测定(EDTA)… 四电导率的测定 五溶解氧(DO)的测定(碘量法)… 124 六化学需氧量(OD)的测定C法)…… 126 七水中生化需氧量(BOD2)的测定…… 八悬浮固体的测定 ……………133 九纯水的化学检测方法 133 十水处理环境中的生物桕观察……… ¨……………135 十一油类的测定 …143 第二节常用仪器的使用说明… …………145 分析天平的使用说明 145 pHs-2C酸度计使用说明 甲,:, 147 三YZD-1型浊度仪使用说明… 152
四DES-307电导率仪使用说明 五定时变速搅拌机使用说明……………… 六RSs-5100型测氧仪使用说明…… 七瓦勃氏呼吸器使用说明…… 八生物显微镜使用说明 ·、由 附录… 附录一纯水各种指标一览 附录二我国主要离子交换树脂的物理化学性能… 附录三常用名词的英语编写及中英文对照…………… 178 参考文献… 179 Ⅲ
第一章绪 水处理工程本身不是一个纯理论的学科,对于水处理技术的研究离不开实验教学,在 现有水处理技术理论中,基本上都是水处理界科学技术人员经过大量科学实验归纳总结 出来的。工程设计运行、管理中所遇到的许多问题的解决也是由科学实验来完成的。今 后水处理领域的新理论新工艺的发现,水处理工业的发展与进步也必然离不开科学实 验。因而,在学习给水排水工程有关专业课程的同时,必须有意识加强水处理工程实验技 术的学习,培养学生通过实验方法解决实际技术问题的能力。 第一节给水排水工程实验室的基本要求 一、水处理工程应用实验的目的、任务与结果 1.实验目的 通过对实验操作及现象的观察实验结果的分析、能够加深对水处理基本概念、基本 原理的理解。 2实验任务 (1)掌握水处理实验参数测定的分析方法及学会对常用实验仪器、设备的使用,培养 学生动手能力、创造能力及解决基本实验技术问题的能力。 (2)学会对实验数据测定分析的处理方法并能通过实验得到可靠结论。 3实验结果 培养学生求实、认真、勤奋、节约的科学态度和工作作风。 二水处理实验操作过程中的要求 水处理实验过程由实验前准备、实验的操作过程、实验后数据整理及报告的书写、实 验作风的规则四个部分组成。 1.实验前的准备 (1)搞清实验的原理和目的,认真阅读实验教材及专业书籍,使实验具有充分的理论 基础,以更好地指导实验。 (2)准备好实验中所需的装置、设备、仪器、容器及配制好实验中所需的化学试剂,熟 悉所使用仪器装置的性能,以及使用条件精度和量程等,并检查设备的完好性,对于不
水处理工程应用实验 熟悉的试剂及仪器、设备必须仔细向指导教师请教。 (3)熟悉实验的操作步骤,对于每一步操作的内容、解决的问题、使用的设备仪器、取 样检验的项目、观察和记录的内容注意事项,要求要做到心中有数,并在实验前准备好实 验记录数据所用的表格。 4)水处理工程实验一般均需要多人配合进行,因此,实验前做好实验分工,使参加实 验的每个人员各负其责如取样操作、分析、观察记录等使整个实验在进行过程中有条 不紊,准确无误。 2.实验操作过程的要求 (1)正式进人实验过程前,由指导实验的教师检查同学对实验内容了解的程度准备 工作是否完善、预习报告的完成情况等。 (2)实验中特殊仪器的使用首先要请教指导教师不得善自使用,以免造成错误的操 作,使仪器被损害 (3)在实验的过程中按照事先的人员分工做好实验运行的操作取样的分析现象的 观察及实验结果的记录。 (4)实验结束后,要将实验过程的全部记录交给指导教师审合、签字,方可离开。 3实验数据的整理及报告的书写 (I)实验数据的整理 数据的整理是整个实验过程的总结,是实验技术的重要组成部分,通过实验所得数据 整理既可检验实验效果好坏又可及时发现实验中所存在的问题。实验数据的整理分析 主要包括实验误差有效数字的取舍、实验数据的整理实验数据的完善。 (2)实验报告的书写 实验报告是对整个实验的全面总结,是整个实验的宝贵资料,要求全篇报告文字通 顺、字迹端正、图表整齐、结果正确、讨论认真,实验报告书写要求如下 ①实验报告必须在规定时间内独立完成按时交给指导教师。 ②报告内容包括实验目的、实验原理、操作过程、原始数据数据处理、结果分析及问 题讨论。 ③问题讨论是报告中的重要一项,主要是对实验时观察到的重要现象及实验中出现 的操作误差带来的不正确的结果的原由进行讨论,也可以对实验提出改进性意见以及新 的要求和希望。 ④实验报告经指导教师批阅后如认为有必要重做者,应按指定时间补做,以达到实 验的真实效果。 4.实验作风的规则 (1)实验时,应遵守操作规则,遵守一切规章制度,保证实验安全进行 (2)遵守纪律、不迟到、不早退保持室内安静不大声谈笑、喧哗,不到处乱走、乱动, 不许在实验室内嬉戏及恶作剧
第一章绪论 (3)使用水、电、气、药品、试剂都应本着节约的原则。 (4)未经教师允许不得乱动精密仪器,如发现仪器损坏,立即报告并追查原因。 (5)随时注意室内整洁卫生,废纸及脏物不能随地乱丢,实验完毕将玻璃仪器洗净,把 实验桌打扫千净,公用仪器、试剂、药品整理好。 (6)实验时要集中注意力,认真操作,仔细观察,积极思考,实验数据要及时地记入报 告中,不得涂改伪造,如有记错可在原数据上画一杠,再在旁边记下正确值。 7)实验结束后轮流值日,负责打扫整理实验室,检查水、气、门窗是否关好,电闸是 否拉掉,以保证实验室的安全。 实验室规章制庋是入们长期从事实验工作的总结,它是保持良好环境和工作秩序防 止意外事故,做好实验的重要前提,也是培养学生优良素质的重要措施。 第二节给水排水工程实验室的安全知识 实验室本身就存在着某些危险因素但只要实验入员严格遵守操作规程和规章制度, 无论做什么实验都要牢记安全第一,经常保持警惕,事故就可以避免。如果预防措施可 靠,发生事故处理得当,就可以使损害减到最小程度。安全知识不可忽视,这里将实验室 可能存在的某些危险因素及其注意要点作一简介 、易燃易爆物质的安全措施 实验室常用有机溶剂,有机溶剂大多都是易燃易爆的物品,它们的沸点低、挥发性大, 闪点都在室温甚至0℃以下,很容易着火。 易燃溶剂在一定的温度和压力下,其蒸气与空气组成可燃性混合物溶剂蒸气与空气 混合后达到一定浓度范围,遇到明火时就会燃烧或爆炸 为此,在实验室内必须注意防火安全。防火安全是最主要的,也是经常遇到的注意事 项,万一不慎失火,首先要冷静,并迅速切断电源,用纯棉布或防火砂子将火扑灭。绝对不 可用水去灭火,用水不但不能灭火,反而会助长火势。因为水的相对密度较大,使有机溶 剂上浮更易燃烧,所以,应特别注意。在可能的情况下,最好不要用泡沫灭火器或四氯化 碳灭火器去灭火,前者污染环境,后者易在高温下生成对人体有毒的光气,只有在火势较 大用简单的方法难以扑灭时,才用这类灭火器。 、防止强氧化剂的腐蚀 实验室中常用高氯酸、硝酸、硫酸盐酸及双氧水等强氧化剂,它们具有氧化性,同时 还有腐蚀性,操作时应注意安全,因皮肤或服饰一旦接触了这类氧化性较强的物质将会被 腐蚀,所以,不可大意。更主要的是在配制混酸时,首先,要看准溶液的密度说明,然后先 取密度较小的酸,后倾入密度较大的酸,一边加入一边不断搅拌,使混酸立刻均匀混合,避
水处理工程应用实验 免激烈反应产生不安全因素。 实验室的安全管理 实验室的安全管理工作,在保证有一个安全的工作环境方面起着相当重要的作用。 因此,每一个实验室在实验教学时,均应设置一位安全员,负责实验教学时的安全管理工 作。安全员必须具备良好的安全知识能够判断危险,设法使危险减小或者是消除。 从管理方面要求建立一套完普的安全管理条例和安全制度,同时,要求实验室的房屋 要设足够的火警安全通道,并且在恰当的地点设置安全设备。安全员要知道安全器材及 安全设备的存放地点并熟悉它们的用法,以保证实验室在教学时具有安全的工作环境
第二章数据的误差与实验 数据的分析处理 实验数据的分析处理是整个实验过程中的一个重要组成部分,实验过程中应随时进 行数据的整理分析。一方面可以预计实验结果能否达到预期目的;另一方面又可以随时 发现问题,修改实验方案,指导下一步实验进行。整个实验结束后更要对数据进行分析, 进行数据可靠性判断数据取舍,从而确立因素主次、最佳运行条件、建立经验公式、给出 事物内在规律。 水处理工程实验,常需要做一系列的测定结果工作,并取得大量数据。实验表明,每 项实验都有误差,同一项目的多次重复测量,结果总有差异即实验值与真实值之间的差 异。这是山于实验环境不理想、实验人员技术水平不高、实验设备的不完善造成的,实验 巾的误差可以不断减少,但是不可能做到没有误差。因此决不能认为得到了实验数据就 万事大吉了,一方面,必须对所测对象进行分析研究,估计测试结果的可靠程度,并对取得 的数据给予合理的解释;另一方面还必须将所得数据加以整理归纳,用一定的方式表示 出各数据之间的相互关系。前者为误差分析后者为数据处理。 对实验结果进行分析与数据处理的目的在于 ①根据科学实验的目的,合理选择实验装置、仪器、条件和力法。 ②正确处理实验数据,以便在一定条件下得到接近真实值的最佳结果。 ③合理选定实验结果的误差,避免由于误差选取不当造成人力、物力的浪费。 ④总结测定的结果,得到正确的实验结论,并通过必要的整理归纳(如绘成实验曲线 或得到经验公式),为验证理论分析提供条件 误差与数据处理内容很多,在此,只介绍一些基本知识读者需要更深人了解时,可参 阅有关参考书。 第一节数据误差的基本概念 、数据误差的概念及分类 实验过程中要做各种测试工作,由于仪器、测试方法、环境、人的观察力实验方法等 都不可能做到完美无缺所以许多因素都会使得测量值与真实值有所偏差,这种偏差即为
水处理工程应用实验 误差。误差通常可分为系统误差、偶然误差和过失误差三大类。 系统误差 系统误差又称恒定误差,是指在测定中由未发现或未确认的因紫所引起的误差。这 些因素使测定结果永远朝一个方向发生偏差其大小及符号在同一试验中完全相同。产 生系统误差的原因有以下几种 (1)仪器不良,如刻度不准砝码未校正等; (2)环境的改变,如外界温度、压力和湿度的变化; (3)个人习惯和偏向如渎数偏高或偏低等。 以上这类误差可以根据仪器的性能、环境条件或个人偏差等加以校正克服,使之降 低 2.偶然误差 偶然误差又称随机误差。单次测试时,观测值总是有些变化且变化不定,其误差时 大、时小、时正、时负,方向不定,但是多次测试后,其平均值趋于零,具有这种性质的误差 称为偶然误差。 偶然误差产生的原因一般是不清楚的,因而无法人为控制。偶然误差可用概率理论 处理数据而加以避免。 3过失误差 过失误差是由于操作人员工作粗枝大叶,过度疲倦或操作不正确等因素引起的,是一 种与事实明显不符的误差。过失误差是可以避免的。 二、实验的误差分析 误差分析的目的在于确定实验直接测量与间接测量值误差的大小数据可靠性的大 小,从而判断数据准确度是否符合工程实践要求。 1.直接测量值与间接测量值 实验要对一些物理量进行测量,物理测量可分为两类,一类为直接测量,另一类为间 接测量。水处理实验中到处可见这两类测量值。 (1)直接测量值 在一次实验中实测值为直接测量。例如曝气设备清水充氧实验中,充氧时间长短及 水中溶解氧值O1(仪表测定)都是直接可得的值,即为直接测量值。 (2)间接测量值 何接测量值是经过公式计算后所得到的一些测量值。例如,设备的氧总转移系数 K1是通过计算才能得到的值即为间接测量值。 2直接测量值误差分析 (1)单次测量值误差分析
