实验指导书含仿真实验共23个.docx

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实验指导书含仿真实验共23个

目录

实验一混凝实验1

实验二自由沉淀实验4

实验三絮凝沉淀实验7

实验四成层沉淀实验10

实验五斜板沉淀实验11

实验六水力循环澄清实验13

实验七加压溶气气浮实验15

实验八重力无阀滤池实验18

实验九虹吸滤池实验20

实验十过滤与反冲洗实验22

实验十一五塔式离子交换系统的运行实验1

实验十二活性污泥沉降性能测定5

实验十三曝气设备清水充氧性能测定7

实验十四SBR法计算机自动控制系统实验10

实验十五五阶曝气降解有机物实验12

实验十六生物转盘实验14

仿真实验一混凝实验16

仿真实验二自由沉淀实验19

仿真实验三过滤实验22

仿真实验四气浮实验27

仿真实验五活性污泥实验30

仿真实验六曝气充氧实验35

仿真实习污水处理厂运行操作38

实验一混凝实验

一、[实验目的]

（1）确定某水样在一定条件下的最佳混凝工艺条件；

（2）观察絮凝体的形成过程和混凝沉淀效果，加深对混凝理论的理解；

（3）了解影响混凝效率的有关因素。

二、[实验原理与实验方法]

混凝阶段所处理的对象，主要是水中悬浮物和胶体杂质。

混凝过程的完善程度对后续处理，如沉淀、过滤影响很大，所以，它是水处理工艺中十分重要的一个环节。

天然水和印染废水等原水中存在着大量悬浮物，且形态各异，有些大颗粒悬浮物可在自身重力作用下沉降；而较小悬浮物和胶体颗粒，靠自然沉降是不能除去的，这是使水产生浑浊的一个重要原因。

水中的胶体颗粒主要是带负电的粘土颗粒，胶粒间存在着静电斥力、胶粒的布朗运动、胶粒表面的水化作用等，使胶粒具有分散稳定性，其中以静电斥力影响最大。

若向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，能加速胶体的凝结和沉降。

压缩胶团的扩散层，使电位转变为不稳定因素，也有利于胶粒的吸附凝聚。

水化膜中的水分子与胶粒有固定联系，具有弹性较高的粘度，把这些水分子排挤出去需要克服特殊的阻力，这种阻力阻碍胶粒直接接触，有些水化膜的存在决定于双电层状态。

若投加混凝剂降低ξ电位，有可能使水化作用减弱，混凝剂水解后形成的高分子物质（直接加入水中的高分子物质一般具有链状结构），在胶粒与胶粒之间起着吸附架桥作用，即使ξ电位没有降低或降低不多，胶粒不能相互接触，通过高分子链状物吸附胶粒，也能形成絮凝体。

消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫脱稳。

脱稳后的胶粒，在一定的水力条件下，才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。

直径较大且较密的矾花容易下沉，自投加混凝剂直至形成矾花的过程叫混凝。

混凝过程最关键的是确定最佳混凝工艺条件，因混凝剂的种类较多，例如，有机混凝剂、无机混凝剂、人工合成混凝剂（阴离子型、阳离子型、非离子型）、天然高分子混凝剂（淀粉、树胶、动物胶）等，所以，混凝条件也很难确定；要选定某种混凝剂的投加量，还需考虑pH值的影响，如pH值过低（小于4）则所投的混凝剂的水解受到限制，其主要产物中没有足够的羟基（OH）进行桥联作用，也就不容易生成高分子物质，絮凝作用较差；如果pH值过高（大于9时），它又会出现溶解生成带负电荷的络合离子而不能很好地发挥混凝作用的情况。

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。

另外，加了混凝剂的胶体颗粒，在逐步形成大的絮凝体过程中，会受到一些外界因素影响，如水流速度（搅拌速度）、pH值及沉淀时间等等，所以，相关因素也需要加以考虑。

由于实验条件有限，在此，搅拌速度及沉淀时间拟定，不加考虑。

实验设备是一台具有六个转杆的同步变速搅拌机，由调压变压器实现无级变速。

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。

改变搅拌机的转速及控制搅拌时间，可以达到模拟水处理厂的混凝过程。

因此，所得的剂量即为接近水处理厂生产运转中最佳的投药量。

三、[实验仪器设备及药品]

（1）六联搅拌器1台

（2）光电浊度仪1台

（3）酸度计1台

（4）烧杯1000ml，500ml，200ml各6个

（5）移液管1ml，2ml，5ml，10ml各4支

（6）注射针筒50ml2支

（7）温度计1支

（8）10g/l硫酸铝（Al2（SO4）3·18H2O）溶液

（9）10g/l三氯化铁（FeCl3·6H2O）溶液

（10）10%盐酸溶液

（11）10%氢氧化钠溶液

（12）1mg/l聚丙烯酰胺溶液

四、[实验操作步骤]

1．混凝剂的确定

在硫酸铝、三氯化铁、聚丙烯酰胺三种混凝剂中，确定一种最佳混凝效果的混凝剂。

（1）确定原水特征，即测定原水的浊度、温度、pH值，记录在表1中；

（2）将各装有200ml原水水样的6个500ml烧杯置于混凝仪上；

（3）6个烧杯分三组，每组加入FeCl3、Al2（SO4）3、聚丙烯酰胺中一种，每次加0.5ml，同时进行搅拌（中速约150r/min，5min），直到其中一个试样出现矾花，这时记录下每个试样中混凝剂的投加量，记录在表1中；

（4）停止搅拌，静止10min；

（5）用50ml注射针筒抽取上清液，用浊度仪测出三个水样的浊度，每个水样测3次，记录在表1中；

（6）根据测得的浊度确定出最佳混凝剂。

2．确定混凝剂的最佳投量

（1）将各装有800ml原水水样的6个1000ml烧杯置于混凝仪上；

（2）采用步骤1中选定的最佳混凝剂，按不同的投量（依次按25%～100%的剂量）分别加入到800ml原水样中，利用均分法确定此组实验的6个水样的混凝剂投加量，记录在表2中；

（3）启动搅拌机，快速（约300r/min）搅拌0.5min，中速（约150r/min）搅拌5min，慢速（约70r/min）搅拌10min；

（4）搅拌时注意观察“矾花”的形成过程、大小及密实程度；

（5）停止搅拌，静止沉淀10min，然后用50ml注射针筒分别抽出6个烧杯中的上清液，用浊度仪测定水的剩余浊度，每个水样测3次，记录在表2中。

3．最佳pH值的确定

（1）将各装有800ml原水水样的6个1000ml烧杯置于混凝仪上；

（2）调整原水pH值，用移液管依次向1#、2#、3#装有原水的烧杯中，分别加入2.5ml，1.5ml，1.0mlHCl，再向4#、5#、6#装有原水的烧杯中，分别加入0.2ml，0.7ml，1.2mlNaOH；

（3）启动搅拌机，快速（约300r/min）搅拌0.5min，随后停机，从每只烧杯中取50ml水样，依次用酸度计测定各水样的pH值，记录在表3中；

（4）用移液管依次向装有原水烧杯中加入相同剂量的混凝剂，投加剂量按步骤2中得出的最佳投加量确定；

（5）启动搅拌机，快速（约300r/min）搅拌0.5min，中速（约150r/min）搅拌10min，慢速（约70r/min）搅拌10min，停机；

（6）静止10min，用50ml注射针筒抽出烧杯中的上清液（共抽3次约150ml）放入200ml烧杯中，同时用浊度仪测定剩余水的浊度，每个水样测3次，记录在表3中。

五、[数据记录及整理]

表1原始数据及三种混凝剂浊度测定记录表

项目

原水混浊度：

原水温度：

原水pH值：

混凝剂名称

Al2（SO4）3

FeCl3

聚丙烯酰胺

矾花形成时投混凝剂量/ml

剩余混浊度

/（°）

1

1

1

2

2

2

3

3

3

平均

平均

平均

表2某一种混凝剂投加量的最佳选择

水样编号

1

2

3

4

5

6

混凝剂投加量/ml

剩余混浊度

/（°）

1

2

3

平均

表3pH最佳值的选择

水样编号

1

2

3

4

5

6

投加10%的HCl/ml

2.5

1.5

1.0

投加10%的NaOH/ml

0.2

0.7

1.2

pH

混凝剂投加量/ml

剩余混浊度

（°）

1

2

3

平均

六、[思考题]

（1）根据实验结果以及实验中所观察到的现象，简述影响混凝的几个主要因素？

（2）为什么投加最大药量时，混凝效果不一定？

（3）根据实验结果，与水处理实际设备比较有哪些差别？

如何改进？

（4）pH值有什么影响？

实验二自由沉淀实验

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。

η=

×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=

×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=

×

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100ml9个

（7）量筒100ml4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；

（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

90

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？

实验三絮凝沉淀实验

一、[实验目的]

（1）掌握絮凝沉淀的实验方法；

（2）加深对絮凝沉淀概念、特点及规律的理解；

（3）利用实验数据绘制絮凝沉淀曲线。

二、[实验原理]

悬浮固体的絮凝沉淀也称悬浮固体的干涉沉淀，它是指当悬浮物浓度在600~700mg/l以下时，在沉淀过程中悬浮固体之间可能会互相碰撞产生絮凝作用，使絮体的粒径和质量逐渐加大，沉淀速度不断加快的一种颗粒的沉降。

所以，絮凝沉淀实际上是变速运动，故实际沉速很难用理论公式计算，对它的研究主要采取实验的方式。

在实验中我们所说絮凝沉淀的沉速指的也是絮体的平均沉淀速度，絮凝沉淀实验可以在沉淀柱中进行。

实验装置（见图2）可由5~6个直径150~200mm高为2.0~2.5m的沉淀柱组成，每个沉淀柱在高度方向每隔500~600mm开设一个取样口，沉淀柱上共设4个取样口，沉淀柱上部设有4个取样口。

将已知悬浮物浓度C0及水温的水样注入沉淀柱，搅拌均匀后，开始计时，间隔一定时间，如20min，40min，60min…分别在一个沉淀柱的每个取样口同时取样50~100ml测各水样的悬浮物浓度，并利用下式计算各水样的去除率，即

η=

×100%

（1）

并由计算出的数据绘制出絮凝沉淀等去除率曲线，即在以取样口高度（m）为纵坐标，以取样的时间（min）为横坐标，建立直角坐标系，将同一沉淀时间，不同深度的去除率标于其上，然后把去除率相等的各点连成去除率相等的各点连成等去除率曲线。

三、[实验仪器设备及药品]

（1）絮凝沉淀装置（沉淀柱，储水箱，水泵）

（2）分析天平

（3）100ml小烧杯26个

（4）定量滤纸

（5）恒温烘箱

（6）100ml量筒6个

（7）漏斗14个、漏斗架

（8）干燥器

（9）污水水样

四、[实验操作步骤]

（1）在水箱中装好水样并将水样搅拌均匀。

测原水样悬浮物浓度（SS值）并记为C0；

（2）开启水泵及沉淀柱进水阀门，依次向沉淀柱中注入水样。

当水位达到溢流孔时，停止进水，并开始记时；

（3）6根沉淀柱沉淀时间分别为20min，40min，60min，80min，100min，120min，当达到时间后，同时在这个沉淀柱的每个取样口取样100ml；

（4）测定水样的悬浮物浓度SS值。

五、[实验数据及结果整理]

（1）将测得数据填入表1。

（2）根据式

（1）计算各取样点悬浮物去除率η，将计算结果填入表2。

（3）在坐标轴上以沉淀时间t为横坐标，以深度为纵坐标，建立直角坐标系，并将各取样点的去除率填在坐标上。

（4）在

（2）的基础上，绘制絮凝沉淀（等去除率）曲线，注意η最好以5%或10%为一间距，如20%，25%…。

六、[思考题]

实际工程中颗粒在哪些构筑物中属于絮凝沉淀。

表1悬浮物浓度实验数据记录

沉淀

柱号

沉淀时间/min

取样点编号

称量瓶号

称量瓶+滤纸

/g

取样体积/ml

瓶纸+SS重/g

水样SS重/g

悬浮物浓度/（mg/l）

取样口高度/cm

原水

0

1

20

1-1

1-2

1-3

1-4

2

40

2-1

2-2

2-3

2-4

3

60

3-1

3-2

3-3

3-4

4

80

4-1

4-2

4-3

4-4

5

100

5-1

5-2

5-3

5-4

6

120

6-1

6-2

6-3

6-4

表2悬浮物去除率η计算数据

柱号

时

高度间

1

2

3

4

5

6

20min

40min

60min

80min

100min

120min

0.5m

1.0m

1.5m

2.0m

实验四成层沉淀实验

一、[实验目的]

（1）加深对成层沉淀的特点，基本概念，以及沉淀规律的理解；

（2）加深理解静沉实验在沉淀单元操作中的重要性；

（3）通过实验获的某种污水静沉曲线，为设计澄清浓缩池提供必要的设计参数。

二、[实验原理与实验方法]

浓度大于某值的高浓度水，不论其颗粒性质如何，颗粒的下沉均表现为浑液面的整体下沉，即成层沉淀。

成层沉淀时颗粒间的相互位置保持不变，颗粒的下沉速度即为浑度面等速下沉速度。

该速度与原水浓度、悬浮物性质有关，而与沉淀深度无关。

但沉淀有效水深影响变浓区沉速和压缩区压实程度。

为了研究浓缩，提供从浓缩角度设计澄清池所必需的参数，应考虑沉淀柱的有效水深。

此外，高浓度水沉淀过程中器壁效应更为突出，为了能真实地反映客观实际状态，沉淀柱直径一般要大于200mm，而且柱内还应装有慢速搅拌装置，以消除器壁效应和模拟沉淀池内刮泥机的作用。

成层沉淀实验是在静止状态下研究浑液面高度随沉淀时间的变化规律。

以浑液面高度为纵轴，以沉淀时间为横轴，所绘得的H-t曲线，称为成层沉淀曲线，它是求二次沉淀池断面面积设计参数的基础资料。

取H-t的直线段，求斜率，可得沉降速度U。

三、[实验仪器设备及药品]

（1）成层沉淀装置

（2）100ml量筒、玻璃漏斗、滤纸、秒表、米尺、分析天平、干燥器、烘箱等

（3）水样

四、[实验操作步骤]

（1）取实验水样搅拌均匀，测其浓度。

（2）向沉淀柱进水，当水位升到一定高度时停止进水，同时开始记时。

（3）仔细观察，记录浑液面出现的时间，浑液面沉淀初期（开始10min内）以1min为间隔，以后以5min为间隔，记录浑液面的高度，直至沉降结束。

（4）配制不同浓度的混合液重复上述实验，一般6次以上。

配制混合液的浓度在1.5-10g/l间。

五、[数据记录及整理]

成层沉淀实验记录

沉淀时间（min）

浑液面高度（cm）

1#沉淀柱

2#沉淀柱

（1）以沉淀时间为横坐标，沉淀高度为纵坐标，绘H-t关系曲线。

（2）取H~t直线段，求斜率，则可得沉降速度U。

（3）以混合液浓度为横坐标，沉降速度为纵坐标，绘U-C关系曲线。

六、[思考题]

实验五斜板沉淀实验

一、实验目的

（1）通过模型的模拟试验，进一步了解斜板沉淀池的构造及工作原理。

（2）掌握斜板沉淀池的运行操作方法。

（3）了解斜板沉淀池运行的影响因素。

二、实验原理

斜板沉淀池是由与水平面成一定角度（一般60ｏ左右）的众多斜板放置于沉淀池中构成的，其中的水流方向从下向上流动或从上向下或水平方向流动，颗粒则沉淀于斜板底部，当颗粒累积到一定程度时，便自动滑下。

斜板沉淀池在不改变有效容积的情况下，可以增加沉淀面积，提高颗粒的去除效率，将板与水平面搁置到一定角度放置有利于排泥，因而斜板沉淀池在生产实践中有较高的应用价值。

斜板沉淀池一般由清水区（集水分流）、斜板区、配水区、积沉区几个部分组成，在工艺方面有以下特征：

①沉淀效率高；②停留时间短；③占地面积省；④建设费用较高。

本实验采用了双向流斜板沉淀模型装置，即同向流、异向流斜板沉淀池。

斜板沉淀池在运行时，首先开启水泵，原水流入进水管，接着进入在斜板沉淀池顶部中间的穿孔配水管，然后下向流穿过一组斜板到达沉淀池底部的连通空间，流向沉淀池的两侧，随后上向流分别流经两侧的斜板区，污泥在斜板上沉积，最后滑下池底，由穿孔排泥管定期排放，而清水则在沉淀池顶部的穿孔集水槽汇集，然后由出水管输出。

三、实验设备及仪器

（1）斜板沉淀池模型；

（2）水泵（一台）

（3）浊度计（一台）

（4）酸度计（一台）

（5）投药设备（一台）

（6）温度计（一支）

（7）烧杯（200ml3——5支）

四、实验用试剂

混凝剂：

FeCl3·6H2O；Al2（SO4）3·18H2O。

五、实验操作步骤

（1）用清水注满沉淀池，检查是否漏水，水泵与阀门等是否正常完好。

（2）一切正常后，测量原水PH、温度、浊度，并记录表1中。

（3）然后将混凝剂投入原水，使水出现矾花。

（4）将混凝后的水样用泵打入沉淀池中，先将其流量控制在400l/h左右，如果进行自由沉淀的实验，可以直接进水。

（5）根据400l/h流量的试验情况，分别加大和减小进水流量，测定不同负荷下进出水的浊度，记录在表1中，并计算去除率。

（6）定期从污泥斗排泥。

（7）也可以用不同的原水或混凝剂，以及混凝剂的不同投加量来进行测定其去除率。

六、实验数据及结果整理

（1）根据测得的进出水浊度计算去除率。

（2）将实验中测得的各个技术指标填入表1中。

表1实验记录表

序

号

原水

投药

浊度

水温/℃

流量/（l/h）

名称

投药量/（mg/l）

进水

出水

去除率/%

1

2

3

4