1、1四、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
2、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
3、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212 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 303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
4、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
5、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)MXCVq)(0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，
6、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-nCKq1106）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。4K、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-nkqlg1lg107）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
7、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-tKCVDNPCc 000 )1(ln1l 108）（3-109）l000Bt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/mgh；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）1ln00BKNVD炭柱的吸附
8、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）tD 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；5（3）烘箱；（4）C OD、 SS 等 测 定 分 析 装 置 ， 玻 璃 器 皿 、 滤 纸 等 。（5）有机玻璃炭柱 d2030mm，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
9、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 0.055.0 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
10、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 原污水 出水序号COD(mg/L)PH值水温 SS(mg/L)COD(mg/L) pHSS(mg/L)污水体积(mL)或(L)活 性 炭投 加 量(mg)或(g)COD去除率(%)备注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
11、 3-67。（2）在内径为 2030mm，高为 1000mm 的有机玻璃管或玻璃管中装人 500750mm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)6进流率 q(m3/m2h)= 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 40mL200mL 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
12、行。（4）在每一流速运行稳定后，每隔 1030min 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 0.90.95 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 qc 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.。1值越小活性炭吸附性能越好，一般认为当 =0.10.5 时，水中欲去除杂质易被吸附；n1 n12 时难于吸附。当 较小时
13、多采用间歇式活性炭吸附操作；当 较大时，最好采用连n1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、N 0 值1）将实验数据记入表 3-67，并根据 tC 关系确定当出水溶质浓度等于 CB 时各柱的工作时间 t1、t 2、t 3。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 01lnCKB斜率为 N0/C0V。如图 3-70 示。3）将已知 C0、C B、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
14、K、D 0、N 0 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。7表 3-68 活性炭吸附实验结果 流速 V(m/h) N0(mg/L) K(L/mgh) 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？8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
15、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812.01181.0083159994132.06184.2，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 1/184.20.00543e 5.43me。扣去交联剂所占份量（按 8重量计
16、） ，则强酸干树脂交换容量应为 5.4392/100=4.99me/g。此值与实际测定值差别不大。0.017 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） 。强酸性阳离子交换树脂交换容量测定前需经过预处理，即经过酸碱轮流浸泡，以去除树脂表面的可溶性杂质。测定阳离子交换树脂容量常采用碱滴定法，用酚酞作指示剂，按下式计算交换容量：（干氢树脂） gmeWNVE/%固 体 含 量（393）式中 NNaOH 标准溶液的当量浓度；V一 NaOH 标准溶液的用量，mL；W样品湿树脂重，g。设备及用具1天平 万分之一克精度 1 架2烘箱 1 台3干燥器 1 个94三角烧瓶 250mL 2
17、 个5秒液管 10mL 2 支步骤及记录1强酸性阳离子交换树脂的预处理取样品约 10g 以 2 N 硫酸（或 1N 盐酸）及 1N NaOH 轮流浸泡，即按酸一碱一酸一碱一酸顺序浸泡 5 次，每次两小时，浸泡液体积约为树脂体积的 23 倍。在酸碱互换时应用 200mL 无离子水进行洗涤。 5 次浸泡结束用无离子水洗涤至溶液呈中性。2测强酸性阳离于交换树脂团体含量称取双份 1.0000g 的样品，将其中一份放入 105110烘箱中约 2 小时，烘干至恒重后放入氯化钙干燥器中冷却至室温，称重，记录干燥后的树脂重。固体含量=干燥后的树脂重 100/样品重3强酸性阳离子交换树脂交换容量的测定 将一份
18、1.0000g 的样品置于 250mL 三角烧瓶中，投加 0.5NNaCl 溶液 100mL 摇动 5 分钟，放置两小时后加人 l酚酞指示剂 3 滴，用标准 0.10000N NaOH 溶液进行滴定，至呈微红色 15 秒钟不退，即为终点。记录 NaOH 标准溶液的当量浓度及用量。表 350 强酸性阳离子交换树脂交换容量测定记录 湿树脂样品重W(g)干燥后的树脂重 W1（g ）树脂固体含量(%)NaOH 标准溶液的当量浓度NaOH 标 准 溶 液的 用 量 V (mL)交换容量 me/g干氢树脂成果整理1根据实验测定数据计算树脂固体含量。2根据实验测定数据计算树脂交换容量。思考题1测定强酸性阳离
19、子交换树脂的交换容量为何用强碱液 NaOH 滴定？2写出本实验有关化学反应式。二、软 化 实 验目的1熟悉顺流再生固定床运行操作过程。2加深对钠离子交换基本理论的理解。原理当含有钙盐及镁盐的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的 Ca2+及 Mg2+离子便与树脂中的可交换离子（Na +或 H+）交换使水中 Ca2+、Mg 2+含量降低或基本全部去除，这个过程叫做水的软化。树脂失效后要进行再生，即把树脂上吸附的钙、镁离子置换出来，代之以新的可交换离子。钠离子交换用食盐（NaCl）再生、氢离子交换用盐酸（HCI）或硫酸（H 2SO4）再生。基本反应式如下：1钠离子交换：软化：10再生：(3-96)222CalRNalCR(3-97)MgMg2氢离子交换：交换再生；钠离子交换的最大优点是不出酸性水，但不能脱碱。本实验采用钠离子交换。设备及用具1软化装置二套，如图 3-58，2100mL 量简 1 个、秒表 1 块（控制再生液流量用） ；3200000 钢卷尺 1 个；4测硬度所需用品及测定方法详见水质分析书籍； 5食盐数百克。步骤及记录1熟悉实验装置，搞清楚每条管路、每个阀门的作用；2测原水硬度，测量交换柱内径及树脂层高度；
