C＝C（bC0?Cy）Cb?C0（g/ml） （7-11）
因滤液固体浓度Cy相对污泥固体浓度C0来讲要小得多，故忽略不计，因此：
C＝CbC0（g/ml） （7-12）
Cb?C0投加混凝剂可以改善污泥的脱水性质，使污泥的比阻减小，对于无机混凝剂，如FeCl3、Al2(SO4)3等的投加量，一般为污泥干重的5-10％；高分子混凝剂，如聚丙烯酰胺、碱式氯化铝等，投加量一般为污泥干重的1％。
一般认为：比阻抗在1012-1013cm/g为难过滤污泥；在（0.5-0.9）×1012cm/g为中等，小于0.4××1012cm/g为易过滤污泥。
活性污泥的比阻一般为（2.74-2.94）×1013cm/g；消化污泥的比阻为（1.17-1.37）×1013cm/g；初沉污泥的比阻为（3.9-5.8）×1012cm/g。
三、实验装置与设备
（一）实验装置
实验装置由真空泵、吸滤筒、计量筒、抽气接管、布氏漏斗等组成，见图7-2
1、固定铁架 2、计量筒 3、抽气接管 4、布氏漏斗 5、吸滤筒 6、真空泵
7、真空表 8、调节阀 9、放空阀 10、硬塑料管 11、硬橡皮管
图7-2比阻抗实验装置图
计量筒为具塞玻璃量筒，用不锈钢架子固定夹住，上接抽气接管和布氏漏斗。吸滤筒作为真空室及盛水之用，是用有机玻璃制成。它上有真空表和调节阀，下有放空阀；一端用硬塑料管联结抽气接管，另一端用硬橡皮管接真空泵。真空泵抽吸吸滤筒内的空气，使筒内形成一定的真空度。
3
（二）实验设备和仪器仪表
1、真空泵 RS-1A型 2、不锈钢固定架
3、具塞玻璃量筒 容量1000ml 内径50mm
4、抽气接管 标准磨口20mm 标准塞20mm 5、布氏漏斗 ?80mm 6、调节阀、放空阀
7、真空表 101.8kPa（760mmHg） 8、秒表 9、烘箱
10、分析天平 11、抽滤筒
1台 1个 1个 1支 1个 2个 1块 1块 1台 1台 1个
四、实验步骤
1、 测定污泥的固体浓度C0。
2、 配制FeCl3（10g/l）和Al2（SO4）3（10g/l）混凝剂溶液。
3、 用FeCl3（10g/l）混凝剂调节污泥（每组加一种混凝剂量，加量分别为污泥干
重的5％、6％、7％、8％、9％、10％）。
4、 在布氏漏斗上放置快速滤纸（直径大于漏斗，最好大于一倍），用水润湿，贴
紧周底。
5、 启动真空泵，用调节阀调节真空压力到比实验压力小约1/3，实验压力为
35.5kPa（真空度266mmHg）或70.9 kPa（真空度532mmHg），使滤纸紧贴漏斗底，关闭真空泵。
6、 放50-100ml调节好的污泥在漏斗内，（污泥高度不超过滤纸高度），使其依靠
重力过滤1 min，启动真空泵，调节真空压力至实验压力，记下此时计量筒内的滤液体积V0。启动秒表。在整个实验过程中，仔细调节真空度调节阀，以保持实验压力恒定。 7、 每隔一定时间（开始过滤时可每隔10s或15s，滤速减慢后每隔30s或1min），
记下记量筒内相应的滤液体积V1。
8、 定压过滤至滤饼破裂，真空破坏，如真空长时间不破坏，则过滤20 min即可
停止（也可30-40min，待泥饼形成为止）。 9、 测出定压过滤后滤饼的厚度及固体浓度。
10、另取加Al2（SO4）3混凝剂的污泥（每组加混凝剂与加FeCl3量相同）及不加
混凝剂的污泥，按实验步骤4-9分别进行实验。 注意事项：
1、 污泥中加混凝剂后，应充分混合。
4
2、 在整个过滤过程中，真空度应始终保持一致。 3、 实验时，抽真空装置的各个接头均不应漏气。
五、实验结果整理
1、 测定并记录实验基本参数：
实验日期 年 月 日 实验真空度 kPa 加混凝剂量及泥饼厚度
1加Al2（SO4）3 mg/l，泥饼厚度δ2＝ mm。 ○
2加FeCl3 mg/l，泥饼厚度δ2＝ mm。 ○
3不加混凝剂的泥饼厚度δ2＝ mm。 ○
污泥固体浓度C0＝ g/ml。 泥饼固体浓度Cb＝ g/ml。 2、 将实验测得数据按表14-1记录并计算。 3、 以t/V为纵坐标，V为横坐标作图，求b。 4、 根据泥饼和污泥固体浓度求出C。 5、 计算实验条件下的比阻r。
6、 以比阻r为纵坐标，混凝剂投加量为横坐标作图，求最佳投药量。
六、实验结果讨论
1、 比阻抗的大小与污泥的固体浓度有否关系？是怎样的关系？
2、 活性污泥在真空过滤时，能否讲真空度越大泥饼的固体浓度越大？为什么？ 3、 对实验中发现的问题加以议论。
表7-1 实验记录计算表
不加混凝剂的污泥 加FeCl3的污泥 加Al2（SO4）3的污泥 计量滤液量 计量滤液量 计量滤液量 ttt111 t t t V=V V=V V=V 筒 筒 筒 VVV（s） 内滤-V0(ml) (s/ml) （s） 内滤-V0(ml) (s/ml) （s） 内滤-V0(ml) (s/ml) 液 V(ml) 1液 V(ml) 1液 V(ml) 10 15 30 45 60 75 90 105 120 135 . . . 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 . . . 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 . . . 5
实验八 活性炭吸附实验
一、实验目的
活性炭处理工艺是运用吸附的方法以去除异味、某些离子以及难进行生物降解的有机污染物。在吸附过程中，活性炭比表面积起着主要作用。同时，被吸附物质在溶剂中的溶解度也直接影响吸附的速度。此外，pH的高低、温度的变化和被吸附物质的分散程度也对吸附速度有一定的影响。
本实验采用活性炭间歇和连续吸附的方法，通过本实验确定活性炭对水中所含某些杂质的吸附能力。希望达到下述目的：
1、 加深理解吸附的基本原理；
2、 掌握活性炭吸附公式中常数的确定方法。
二、实验原理
活性炭对水中所含杂质的吸附即有物理吸附现象、也有化学吸着作用。有一些被吸附物质先在活性炭表面上集聚浓缩，继而进入固体晶格原子或分子之间被吸附。还有一些特殊物质则与活性炭分子结合而被吸着。
当活性炭对水中所含杂质吸附时，水中的溶解性杂质在活性炭表面集聚而被吸附，同时也有一些被吸附物质由于分子的运动而离开活性炭表面，重新进入水中即同时发生解吸现象。当吸附和解吸处于动态平衡状态时，称为吸附平衡。这时活性炭和水（即固相和液相）之间的溶质浓度，具有一定的分布比值。如果在一定压力和温度条件下，用m克活性炭吸附溶液中的溶质，被吸附的溶质为x毫克，则单位重量的活性炭吸附溶质的数量qe，即.吸附容量可按下式计算：
x （8-1） qe?（mg/g）mqe的大小除了决定于活性炭的品种之外，还与被吸附物质的性质、浓度、水的温度及pH值有关。一般来说，当被吸附的物质能够与活性炭发生结合反应、被吸附物质又不容易溶解于水而受到水的排斥作用，且活性炭对被吸附物质的亲和作用力强、被吸附物质的浓度又较大时，qe值就比较大。
描述吸附容量qe与吸附平衡时溶液浓度C的关系有Lang-muir.BET和Fruendlieh吸附等公式。在水和污水处理中通常用Fruendlieh表达式来比较不同温度和不同溶液浓度时的活性炭的吸附容量，即
qe?KCn （8-2） 式中：qe——吸附容量（mg/g）；
6
1 K——与吸附比表面积、温度有关的系数； n——与温度有关的常数，n>1；
C——吸附平衡时的溶液浓度（mg/l）。
这是一个经验公式，通常用图解方法求出K、n的值。为了方便易解，往往将式（17-2）变换成线性对数关系式：
lgqe?lgC0?C1?1Gk?1gC （8-3） mn式中：C0——水中被吸附物质原始浓度（mg/l）；
C——被吸附物质的平衡浓度（mg/l）； m——活性炭投加量（g/l）。
连续流活性炭的吸附过程同间歇性吸附有所不同，这主要是因为前者被吸附的杂质来不及达到平衡浓度C，因此不能直接应用上述公式。这时应对吸附柱进行被吸附杂质泄露和活性炭耗竭过程实验，也可简单的采用Bohart-Adams关系式：
T??N0?Culn（0－1）?D－? （8-4）
C0u?KN0CB?式中：T——工作时间（h）；
u——吸附柱中流速（m/h）； D——活性炭层厚度（m）； K——流速常数（m3/g·h）； N0——吸附容量（g/m3）； C0——入流溶质浓度（mg/l）； CB——容许出流溶质浓度（mg/l）。
根据入流、出流溶质浓度，可以用式（8-5）估算活性炭柱吸附层的临界厚度，即保持出流溶质浓度不超过CB的碳层理论厚度。
D0＝Cu （8-5） ln（0－1）KN0CB式中：D0——为临界厚度，其余符号同上。
在实验时如果原水样溶质浓度为C01，用三个活性炭柱串连，则第一个活性炭柱的出流浓度CB1即为第二个活性炭柱的入流浓度C02，第二个活性炭柱的出流浓度CB2即为第三个活性炭柱的入流浓度C03。由各碳柱不同的入流、出流浓度C0、CB便可求出流速常数K值。
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水处理工程实验讲义
中国石油大学环境科学与工程系
2009年9月
目 录
实验一 自由沉淀实验 ........................................................................................................... 3 一、实验目的 ....................................................................................................................... 3 二、实验原理 ....................................................................................................................... 3 三、实验装置与设备 ........................................................................................................... 4 四、实验步骤 ....................................................................................................................... 5 五、实验结果整理 ............................................................................................................... 6 六、实验结果讨论 ............................................................................................................... 6 实验二 絮凝沉淀实验 ........................................................................................................... 7 一、实验目的 ....................................................................................................................... 7 二、实验原理 ....................................................................................................................... 7 三、实验装置和设备 ......................................................................................................... 10 四、实验步骤 ..................................................................................................................... 10 五、实验结果整理 .............................................................................................................. 11 六、实验结果讨论 ............................................................................................................. 12 实验三 压力溶气气浮实验 ................................................................................................. 13 一、实验目的 ..................................................................................................................... 13 二、实验原理 ..................................................................................................................... 13 三、实验装置及设备 ......................................................................................................... 15 四、实验步骤 ..................................................................................................................... 16 五、实验结果整理 ............................................................................................................. 17 六、实验结果讨论 ............................................................................................................. 17 实验四 过滤与反冲洗实验 ................................................................................................... 0 一、实验目的 ....................................................................................................................... 0 二、实验原理 ....................................................................................................................... 0 三、实验装置与设备 ........................................................................................................... 2 四、实验步骤 ....................................................................................................................... 3 五、实验结果整理 ............................................................................................................... 5 六、实验结果讨论 ............................................................................................................... 7 实验五 工业污水可生化性实验 ........................................................................................... 0
1
一、实验目的 ....................................................................................................................... 0 二、实验原理 ....................................................................................................................... 0 三、实验装置和设备 ........................................................................................................... 3 四、实验步骤 ....................................................................................................................... 4 五、实验结果整理 ............................................................................................................... 5 六、实验结果讨论 ............................................................................................................... 7 实验六 曝气设备充氧能力的测定 ....................................................................................... 8 一、实验目的 ....................................................................................................................... 8 二、实验原理 ....................................................................................................................... 8 三、实验装置与设备 ......................................................................................................... 12 四、实验步骤 ..................................................................................................................... 13 五、实验结果整理 ............................................................................................................. 15 六、实验结果讨论 ............................................................................................................. 15 实验七 污泥比阻的测定 ....................................................................................................... 0 一、实验目的 ....................................................................................................................... 0 二、实验原理： ................................................................................................................... 0 三、实验装置与设备 ........................................................................................................... 3 四、实验步骤 ....................................................................................................................... 4 五、实验结果整理 ............................................................................................................... 5 六、实验结果讨论 ............................................................................................................... 5 实验八 活性炭吸附实验 ....................................................................................................... 6 一、实验目的 ....................................................................................................................... 6 二、实验原理 ....................................................................................................................... 6 三、实验装置与设备 ........................................................................................................... 8 四、实验步骤 ....................................................................................................................... 9 五、实验结果整理 ............................................................................................................. 10 六、实验结果讨论 .............................................................................................................. 11 参考文献 ................................................................................................................................. 12
2
实验一 自由沉淀实验
一、实验目的
了解自由自由沉淀特点和规律，掌握自由沉淀的实验方法和实验数据整理方法。观察沉淀过程，求出沉淀曲线。
二、实验原理
沉淀是水污染控制过程中去除水中杂质的常用方法。沉淀分为四种基本类型：自由沉淀；凝聚沉淀；成层沉淀；压缩沉淀。
当悬浮物浓度不高且无絮凝性时常发生自由沉淀。在自由沉淀过程中，颗粒呈离散状态，互不干扰，其形状、尺寸、密度等均不改变，下沉速度恒定。因此，自由沉淀常用来去除低浓度的离散性颗粒如沙砾、铁屑等。
自由沉淀实验可在沉淀柱中进行，如图1-1。设沉淀柱内有效水深为H，实验开始时，沉淀时间为零，水样中悬浮物浓度为C0 mg/L，此时沉淀去除率为零。当沉淀时间为t1时，能够从水面到达和通过取样口断面H处的颗粒沉速为u01=H/t1，沉速大于u01的所有颗粒全部沉过了取样面，而沉速小于u01的颗粒浓度不变。令t1时取样浓度为C1，即得到小于沉速u01的悬浮物浓度为C1。C1/C0表示沉速小于u01的悬浮物占全部悬浮物的比例。
图1-1 自由沉淀示意图
3
H hi ui 取样口 如果设x0代表沉速≤u0的颗粒所占的百分数，则在悬浮颗粒总数中，去除的百分数可用1-x0表示。而对于沉速u≤u0的各种颗粒来说，其去除的部分等于u/u0。因此考虑各种颗粒的粒径时，沉淀过程中颗粒总的去除百分数为：
??(1?x0)?1x?0xdxu00令C1/C0=x01，在不同的沉淀时间便可以依次得到u02、x02、u03、x03??，把u0i、x0i绘成曲线就得到了不同沉速的累积曲线。各种颗粒沉淀的总去除率可以用图解法确定，即如图1-2中阴影部分所示。
小于指定速度的颗粒与全部颗粒的重量比 1.0
d x x0
x
0
u u0
沉降速度
图1-2 颗粒沉降速度累计频率分配曲线
三、实验装置与设备
自由沉淀实验装置由沉淀柱、水泵和溶液调配箱组成（见图1-3）。其中沉淀柱由两根带法兰盘的有机玻璃管组成，上面开有5个取样龙头。水泵输水管和沉淀柱进水管均采用塑料。
4
1确定测定点位置（与实验（一）相同）○。
2检查各测定点的溶解氧浓度（了解各测定点处是否都有溶解氧）○。 3测定水温。 ○
4停止进水和回流污泥，继续曝气1-2h，使微生物呼吸相对稳定。 ○
5停止曝气○（或减小曝气强度，仅使污泥能悬浮于水中即可），当溶解氧浓度下降到零时启动曝气设备，定期测定溶解氧的上升值，并作记录。溶解氧浓度达到一定常数时停止试验，此值为溶解氧饱和浓度Csw。 2、稳定状态下进行试验
1确定测定点位置（与实验（一）相同）○。
2检查各测定点的溶解氧浓度（了解各测定点处是否都有溶解氧）○。 3测定水温。 ○
4若测定时水质水量有变化，可暂时停止进水和回流污泥，使混合液溶解氧浓○
度稳定在某一浓度C。
5取混合液测定此时活性污泥的呼吸速率。用250ml的广口瓶取曝气池混合液○
一瓶，迅速用装有溶解氧探头的橡皮塞子塞紧瓶口（不能有气泡或漏气），将瓶子放在电磁搅拌器上（见图8-4b），启动搅拌器，定期测定溶解氧值C（约0.5-1min），并作记录。然后作C与t关系曲线，其直线部分的斜率即微生物呼吸速率r（见图8-6）。R值与微生物的代谢能力有关，一般在30-100mg/l·h之间，
6取部分混合液出来曝气（约1-2h）○，以测定混合液的Csw。
图6-5 测定点位置示意图 图6-6 C与t关系曲线
注意事项：
1、 在实验室进行充氧实验时，实验模型较小，故只能有一个测定点，无须布置
9-12个测定点。
2、 加工泵型叶轮有困难时，可以用压缩空气代替，但应注意实验期间要保证供
气量的恒定。
3、 采用本实验介绍的方法测定微生物呼吸速率r时，应使混合液的起始溶解氧
大于6-7mg/l才能进行测定。若实验装置内溶解氧较小时，可以取大于250ml的混合液，用压缩空气迅速曝气后再倒入广口瓶中进行测定。
14
五、实验结果整理
1、 记录实验设备及操作条件的基本参数
实验日期： 年 月 日
模型曝气池 内径D＝ m 高度H＝ m 体积V＝ m3
水温 ℃ 室温 ℃ 气压 （kPa）
实验条件下自来水的Csw mg/l 实验条件下污水的Csw mg/l 电动机输入功率 测定点位置
CoCl2投加量 （kg或g） Na2SO3投加量 （kg或g）
2、 参考表6-1记录不稳定状态下充氧试验测得的溶解氧值，并进行数据整理。
表6-1 不稳定状态下充氧试验记录
T（min） C（mg/l） （Cs－C）（mg/l） 3、 以溶解氧浓度C为纵坐标，时间t为横坐标，用表6-1数据描点作C与t关
系曲线、
4、 根据C与t试验曲线计算相应于不同C值的
表6-2 不同C值的
dC，记录于表6-2。 dtdC dtC（mg/l） dC （mg/l，min） dt 5、 以ln（Cs－C）和
dC为纵坐标，时间t为横坐标，绘制出二条实验曲线。 dt6、 计算KLa、a、b、充氧能力和动力效率。
六、实验结果讨论
1、 试比较不同的试验方法，你认为哪一种较好？ 2、 比较数据整理方法，哪一种误差小些？
3、 试考虑如何测定推流式曝气池内曝气设备的KLa。 4、 Cs值偏大或偏小对实验结果的影响如何？
15
实验七 污泥比阻的测定
一、实验目的
污泥比阻（或称比阻抗）是表示污泥脱水性能的综合性指标，污泥比阻愈大，脱水性能愈差，反之脱水性能愈好。本实验测定活性污泥的比阻，是以FeCl3和Al2(SO4)3为混凝剂进行试验。
希望通过实验达到下述目的：
1、 掌握测定污泥比阻的实验方法； 2、 掌握用布氏漏斗试验选择混凝剂； 3、 掌握确定投加混凝剂的方法。
二、实验原理：
污泥比阻是单位过滤面积上，单位干重滤饼所具有的阻力，在数值上等于粘滞度为1时，滤液通过单位重量的泥饼产生单位滤液流率所需要的压差，
影响污泥脱水性能的因素有：污泥的性质、污泥的浓度、污泥和滤液的粘滞度、混凝剂的种类和投加量等。通常是用布氏漏斗试验，通过测定污泥滤液滤过介质的速度快慢来确定污泥比阻的大小，并比较不同污泥的过滤性能，确定最佳混凝剂及其投加量。
污泥脱水是依靠过滤介质（多孔性物质）两面的压力差作为推动力，使水分强制通过过滤介质，固体颗粒被截留在介质上，达到脱水的目的。造成压力差的方法有四种：
1、 依靠污泥本身厚度的静压力（如污泥自然干化场的渗透脱水）； 2、 过滤介质的一面造成负压（如真空过滤脱水）； 3、 加压污泥把水分过滤介质（如压滤脱水）； 4、 造成离心力作为推动力（如离心脱水）。
根据推动力在脱水过程中的演变，可分为定压过滤与恒竖过滤两种。前者在过滤工程中压力保持不变；后者在过滤过程中过滤速度保持不变。
本实验是用抽真空的方法造成压力差，并用调节阀调节压力，使整个实验过程压力差恒定。
过滤开始时，滤液只需克服过滤介质的阻力，当滤饼逐步形成后，滤液还需克服滤饼本身的阻力。滤饼是由污泥的颗粒堆积而成的，也可视为一种多孔性的过滤介质，孔道属于毛细管。因此，真正的过滤层包括滤饼与过滤介质。由于过滤介质的孔径远比污泥颗粒的粒径大，所以只过滤开始阶段，滤液往往是浑浊的。随着滤饼的形成，
阻力变大，滤液变清。
由于污泥悬浮颗粒的性质不同，滤饼的性质可分为两类：一类为不可压缩性滤饼，如沉砂、初次沉淀污泥或其他无机沉渣，在压力作用下，颗粒不会变形，因而滤饼中滤液的通道（如毛细管孔径与长度）不因压力作用的变化而改变；另一类为可压缩性滤饼，如活性污泥，在压力的作用下，颗粒会变形，随着压力增加，颗粒被压缩并挤入孔道中，使滤液的通道变小，阻力增加。
过滤时，滤液体积V与压强降P、过滤面积A、过滤时间t成正比，而与过滤阻力R、滤液粘滞度u成正比，即过滤时：
V＝Par （7-1） （ml）uR式中：V——滤液体积（ml）； P——过滤时压强（Pa） A——过滤面积（cm2） t——过滤时间（s）
u——滤液粘度（Pa·s）
R——单位过滤面积上，通过单位体积的滤液所产生的过滤阻力，决定于滤饼性质（cm-1）
过滤阻力R包括滤饼阻力Rz和过滤介质阻力Rg两部分。阻力R随滤饼厚度增加而增加，过滤速度则随滤饼厚度的增加而减小，因此将式（7-1）改写成微分形式：
dVPARA （7-2） ＝＝dtuRu（?Rz?Rg）式中：δ——泥饼的厚度
设每滤过单位体积的滤液，在过滤介质上截留的滤饼体积为υ，则当滤液体积为V时，滤饼体积为υ·V，因此δA=υV
?＝?V （7-3） A将式（7-3）代入式（7-2）得：
dVPA2 （7-4） ＝dtu（?VRz?RgA）若以滤过单位体积得滤液在过滤介质上截留得滤饼干固体重量C代替υ，并以单位重量得阻抗r代替Rz,则式（7-4）可改写成：
dVPA2 （7-5） ＝dru（CVr?RgA）式中：r——污泥比阻
定压过滤时，式（14-5）对时间积分：
vvuCVrUr0dt＝（dV （7-6） ?0?0PA2?PA）1
uCrV2ruR0V t＝ ?2PA2PA
tuCrVuRg （7-7） ＝?V2PA2PA式（7-7）说明：在定压下过滤，t/V与V成直线关系，即：y=bx+a
uCruRgb＝2 截距 a＝斜率 因此比阻公式为： 2PAPA2PA2b r＝? （7-8）
uCr单位为cm/g，b为s/cm6，C为g/cm3
从式（7-8）可以看出，要求得污泥比阻r，需在实验条件下求出斜率b和C0b的求法是：可在定压下（真空度保持不变）通过测定一系列的r—V数据，用图解法求取，见图7-1，C的求法为：
t/V (s/ml) O m n b=tgO=n/m O V (ml)
图7-1 图解法求b示意图
（V0?Vy）C＝（g泥饼干重/ml滤液） （7-9）
Cb式中：V0——原污泥体积（ml） Vy——滤液体积（ml）
Cb——滤饼固体浓度（g/ml）
V0C0=VyCy+VbCb Vb=V0Vy
（0C0?Cb） Vy＝V （7-10）
Cy?Cb式中：C0——原污泥固体浓度（g/ml）
Cy——滤液中固体浓度（g/ml） Vb——滤饼体积（ml） 将式（7-10）代入（7-9）得：
2
a． 鼓风空气曝气试验装置 b． 测定溶呼吸速率实验装置 1. 生化反应器 2.压力缓冲器 3.鼓风机 4.阀 5.广口瓶 6.溶解氧探头7.溶解氧测定仪
8.电磁搅拌器
（二）实验设备和仪器仪表
1. 生化反应器 高度H=0.3m 直径D=0.1m 6个 2. 电磁搅拌器 1台 3. 鼓风增氧机 1台 3.溶解氧测定仪 1部 4.广口瓶（150ml） 2个 5.秒表 1个 6.称量瓶 10个 7.抽滤设备 1套 8.电子天平 1台 9.烘箱 1台
四、实验步骤
1.准备10个各装有一张滤纸且已经干燥恒重后测出重量的称量瓶（教师准备），置于干燥器内，每组分2个；
2.从胜华炼厂污水曝气池取回活性污泥混合液，搅拌均匀后每组取20ml混合液，用1称量瓶中的滤纸抽滤，并置于干燥箱中于115℃干燥至恒重，称量，计算混合液中的污泥浓度（MLSS）。
3.在测定混合液污泥浓度同时，在五个反应器内分别接入混合液0.5L，再加自来水1.5L，折算各自反应器中的污泥浓度。
4.开动增氧机，曝气1~2小时。使微生物处于饥饿状态。
5.除欲测内源呼吸速率的1号反应器以外，其他4个反应器停止曝气。 6.静置沉淀，待反应器内污泥沉淀后，用虹吸法去除上清液。
4
7.在2~5号反应器内均加入从胜华炼厂污水处理车间二级气浮池出水1.5L。 8.继续曝气，并按表5-1计算和投加苯酚
表5-1 各生化反应器内的苯酚浓度
生化反应器序号 苯酚（mg/l） 1 0 2 0 3 200 4 400 5 600 6 800 9.混合均匀后立即取样测定呼吸速率（dO/dt），以后每隔30 min测定一次呼吸速率，3小时后每隔1小时测定一次，5小时后结束实验 (每次测完溶解氧后的混合液从新倒回各自反应器中)。
10.与2相同方法测定结束时各反应器内的MLSS。 呼吸速率测定方法：
用150ml的广口瓶取反应器内混合液1瓶，迅速用装有溶解氧探头的橡皮塞子塞紧瓶口（不能有气泡或漏气），将瓶子放在电磁搅拌器上（见图5-4b），启动搅拌器，定期测定溶解氧值C（0.5min），并作记录，然后以C与t（总时长5min）作图，所得直线的斜率即微生物的呼吸速率。
注意事项：
1.本实验所列试验设备是全部学生所需设备，每组同学仅完成一种浓度的试验，在测定溶解氧时各组按次序操作，务必提前做好充分的交接准备，在6min中内必须完成测定。
2. 活性污泥混合液在加入各生化反应器前应充分混合使各反应器中的污泥浓度相等（即MLSS相同），这样才能使各反应器内的活性污泥本底呼吸速率相同，使各反应器的实验有可比性。
3.取样测定呼吸速率时，应充分搅拌使反应器内活性污泥浓度保持均匀，以避免由于采样带来的误差。
4.反应器内的溶解氧维持在6~7mg/l，以保证测定呼吸时有足够的溶解氧。
五、实验结果整理
1.记录实验操作条件
5
实验日期 年 月 日 反应器序列号： 苯酚投加量： (g)
反应器中污泥起始浓度： (g/l) 反应器中污泥中料浓度： (g/l) 2.测定dO/dt的实验记录可参考表5-2。
表5-2 溶解氧测定值
时 间 t(min) 溶解氧测定仪读数（mg/l） 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 3.以溶解氧测定值为纵坐标，时间t为横坐标作图，所得直线的斜率即dO/dt。 4.以呼吸速率dO/dt为纵坐标，时间t为横坐标作图得dO/dt与t关系曲线。 5.用dO/dt与t关系曲线，参考表5-3计算氧吸收量累计值Ou。
表5-3氧吸收量累计值计算
序 号 时间t(h) dO/dt(mg/(l·min)) dO/dt×t(mg/l) Ou(mg/l) 1 0 — — 2 0.5 3 1.5 ? n-1 n 表中（dO/dt×t）和Ou可参考下列式子计算
1??dO??dO???dO??t???????????(tn?tn?1)?dt?n2??dt?n?dt?n?1?
?dO?(Ou)n?(Ou)n?1???t??dt?n计算时n=2、3、4?
6.以氧吸收量累计值Ou为纵坐标，时间t为横坐标作图，得到苯酚对微生物吸收过程的影响曲线。
6
六、实验结果讨论
1. 有毒有害物质对微生物的抑制作用与哪些因素有关？
2. 拟定一个确定有毒物质进入生物处理构筑物容许浓度的试验方案。 3. 查阅其他鉴定可生化性的方法，并对比各自优缺点。
7
实验六 曝气设备充氧能力的测定
一、实验目的
活性污泥法处理过程中曝气设备的作用是使空气、活性污泥和污染物三者充分混合，使活性污泥处于悬浮状态，促使氧气从气相转移到液相，从液相转移到活性污泥上，保证微生物有足够的氧进行物质代谢。由于氧的供应是保证生化处理过程正常进行的主要因素之一，因此，工程设计人员和操作管理人员常需通过实验测定氧的总传递系数KLa、评价曝气设备的供氧能力和动力效率。
通过本实验希望达到下述目的：
1、 掌握测定曝气设备的氧总传递系数和充氧能力的方法； 2、 掌握测定修正系数a、b的方法；
3、 了解各种测试方法和数据整理方法的特点。
二、实验原理
评价曝气设备充氧能力的试验方法有两种：
1、 不稳定状态下进行试验，即试验过程水中溶解氧浓度是变化的，由零增到饱
和浓度；
2、 稳定状态下的试验，即试验过程水中溶解氧浓度保持不变。
试验可以用清水或在生产运行条件下进行。下面分别介绍各种方法的基本原理。
（一）不稳定状态下进行试验
在生产现场用自来水或曝气池流出的上清液进行试验时，先用亚硫酸钠（或氮气）进行脱氧，使水中溶解氧降到零，然后再曝气，直至溶解氧升高到接近饱和水平。假定这个过程中液体是完全混合的，符合一级动力学反应，水中溶解氧的变化可以用式（6－1）表示：
dC （6－1） ?KLa（Cs?C）dt式中：
dC ——氧转移速率（mg/l·h）； dt KLa ——氧的总传递系数（l/h）；
KLa 可以认为是一混合系数。它的倒数表示使水中的溶解氧由C变到Cs所需要的时间，是气液界面阻力和界面面积的函数
Cs ——试验条件下自来水（或污水）的溶解氧饱和浓度（mg/l）; C ——相应于某一时刻t的溶解氧浓度（mg/l）。
8
将式（6－1）积分得：
ln（Cs－C）＝－KLa·t+常数 （6－2）
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
· · —KLa
(Cs—C) (mg/h) · · · 10 20 30 40 50 60
图6－1 （Cs－C）与t关系曲线（半对数座标）
式（6－2）表明，通过试验测得Cs和相应于每一时刻t的溶解氧C值后，绘制ln（Cs－C）与t的关系曲线，其斜率即KLa（见图6－1）。另一种方法是先作C与t关系曲线，再作对应于不6－2、图6－3所示：
另一种不稳定状态下的试验是在现场实际生产运行条件下进行，具体实验方法见实验步骤。由于测试过程微生物始终在进行呼吸，影响着氧的转移，因此，这种情况下表示溶解氧浓度变化的公式应做修正，计算公式如式（6－3）所示：
dC?KLa（Csw?C）?r （6－3） dt式中：r ——微生物的呼吸速率（mg/l·h）；
Csw ——试验条件下污水的溶解氧饱和浓度（mg/l）；其余符号同前。 式（6－3）整理后得：
dC?（KLaCsw?r）－KLaC （6－4） dt 式（6－4）表明，若试验时微生物呼吸速率相对稳定，则式中得第一项（KLaCsw
－r）可看作是常数，因此，只要测定曝气池得溶解氧浓度C随时间的变化，便可求得KLa值，求KLa的方法如前所述（图6－2、图6－3）。
9
10
0. · 0.09 8 0.08 ·
)斜率=—KLa
h/g· · ·
0.07 m· ( 6 · 0.06 )C—0.05 sC4 · 0.04 · (0.03 2
·
0.02 0.01 10
20
30 40 50 0 1 2 3
C(mg/l)
4 5 6 7 8
t (min)
图6－2 C与t关系曲线 图6－3 dC/dt与C关系曲线
（二）稳定状态下进行试验
如果能较正确的测定活性污泥的呼吸速率，也可以在现场生产运行条件下，通过稳定状态下的充氧试验测定曝气设备的充氧能力。试验时先停止进水和回流污泥，使溶解氧浓度稳定不变，并取出混合液测定活性污泥的呼吸速率。由于溶解氧浓度稳定不变，
dCdt＝0，即：dCdt?KLa（Csw?r）－r＝0
KrLa＝C （6-5）
sw?C式（6-5）表明，测得r、Csw和C后，可以计算KLa。微生物呼吸速率r，可以用
瓦勃呼吸仪或本实验中所采用的简便方法进行测定（详见实验步骤）。
由于溶解氧饱和浓度、温度、污水性质和搅动程度等因素都影响氧的传递速率，在实际应用中为了便于比较，须进行压力和温度校正，把非标准条件下的KLa转换成标准条件（20℃、760毫米汞柱）下的KLa，通常采用以下公式计算：
K（－）
La（20℃）＝KLa（rT）·1.02420 （6-6） 式中：T ——试验时的水温（℃）；
K－
La（r） ——水温为T时测得的总传递系数（h1）；
K－
La（20℃） ——水温20℃时的总传递系数（h1）。 气压对溶解氧饱和浓度的影响为：
Cs（校正）＝Cs（试验）?标准大气压试验时的大气压 （6-7）
当采用表面曝气时，可以直接运用式（6-7），不须考虑水深的影响。采用鼓风曝气时，空气扩散器常放置于近池底处，由于氧的溶解度受到进入曝气池的空气中氧分压的增大和气泡上升过程氧被吸收分压减少的影响，计算溶解氧饱和值时应考虑水深的影响。一般以扩散器至水面二分之一距离处的溶解氧饱和浓度作为计算依据。计算
10
·
方法如下：
1、 平均静水压力：
P??（1?10?H1）? （6-8） 102式中：P′ ——上升气泡受到平均静水压力（KLa）；
H ——扩散器以上的水深（m）。 2、 泡内氧所占的体积比：
由于气泡上升过程中部分的氧溶解于水，所以当气泡从池底上升到水面时，气泡中氧的比例减少，其数值为：
O′=〔Oh－（Oh×δ）〕×100％ （6-9） 式中：O′ ——气泡上升到水面时，气泡内氧的比例；
Oh ——在池底时，气泡中氧的比例，21％（体积比）； δ ——扩散设备的空气利用系数。 池底到池面气泡内氧的比例的平均值为：
Qa?Q??Qh% （6-10） 2P?Qa?PQh3、 氧的平均饱和浓度：
Cs（平均）＝Cs（标）? （6-11）
式中：Cs（标） ——标准条件下氧的饱和浓度（mg/l）
P ——标准大气压，等于101.325kPa。
如果实验时没有测定溶解氧的饱和浓度，可以查附表5，代替试验时的溶解氧饱和浓度。
（三）充氧能力和动力效率
充氧能力可以用下式表示：
OC?dC?V dt式中：V ——曝气池体积（m3）。 采用叶轮表面曝气时：
OC＝KLa（20℃）Cs（标）（kgO2/h） （6-12） 采用鼓风曝气时：
OC＝KLa（20℃）Cs（平均）（kgO2/h） （6-13）
动力效率常被用以比较各种曝气设备的经济效率，计算公式如下：
E＝OC （8-14） N式中：OC ——标准条件下的充氧能力（kgO2/h）； N ——采用叶轮曝气时，N为轴功率（kW）。
（四）修正系数
11
通常以修正系数a、b来表示污水性质、搅动程度等对于氧的传递、溶解氧饱和浓度的影响。
a＝污泥的KLa （6-15）
自来水的KLa b＝污水的Cs （6-16）
自来水的Cs测定污水的KLa、Cs的方法与清水试验相同不再另叙。比较曝气设备充氧能力时，
一般认为用清水进行试验较好。
上述方法适用于完全混合型曝气设备充氧能力的测定，推流式曝气池中KLa、Csw、C是沿池长方向变化的，不能采用上述方法进行测定。
三、实验装置与设备
（一）实验装置
实验装置的主要部分为泵型叶轮和模型曝气池，如图6-4所示。为保持曝气叶轮转速在实验期间恒定不变，电动机要接在稳压电源上。
1、模型曝气池 2、泵型叶轮 3、电动机 4、电动机支架 5溶解氧仪
6、溶解氧探头 7、稳压电源 8、广口瓶 9、电磁搅拌器
图6-4 曝气设备充氧能力实验装置
（二）实验设备和仪器仪表
1、模型曝气池 高度H＝42cm 直径D＝30cm 2、泵型叶轮 铜制 直径d＝12cm
3、电动机 单向串激电机 220V 2.5A 4、直流稳压电源 YJ44型 0-30V 0-2A 5、溶解氧测定仪 6、电磁搅拌器
12
1个 1个 1台 1台 1台 1台
7、广口瓶 250ml（或依溶解氧探头大小确定） 8、秒表
9、烧杯 200ml 1个 1块 3个
四、实验步骤
（一）用自来水或二次沉淀池出水进行试验
1、 确定曝气池内测定点（或取样点）位置。在平面上测定点可以布置在三等分
池子半径的中点和终点（图8-5），在立面上布置在离池面和池底0.3m处，以及池子一半深度处，共取12个测定点（或9个测定点）。 2、 测定曝气池的容积。
3、 曝气池内注入自来水，并进行曝气。数小时（0.5-1h）后，用溶解氧测定仪测
定试验条件下自来水的溶解氧饱和浓度Cs和水温，继续曝气。 4、 计算CoCl2和Na2SO3的需要量：
1COCI2Na2SO3?O2????Na2SO4
2从上面反应式可以知道，每去除1mg溶解氧需要投加7.9mg Na2SO3。根据池子的
容积和自来水（或污水）的溶解氧浓度可以算出Na2SO3 理论需要量。实际投加量应为理论值的150-200％。计算方法如下：
W1＝V×Cs×7.9×（150-200％）
式中：W1 ——Na2SO3的实际投加量（kg或g）； V ——曝气池体积（m3或l）；
催化剂氯化钴的投加量，按维持池子中的钴离子浓度为0.05-0.5mg/l左右计算，（用温克尔法测定溶解氧时建议用下限）。计算方法如下：
W2＝V?0.5?129.9 58.9式中：W2 ——CoCl2的投加量（kg或g）
5、 将Na2SO3和CoCl2溶解后直接投加在曝气叶轮处，或者用泵抽送曝气池，使
其迅速扩散。
6、 待溶解氧降到零时，定期测定各测定点的溶解氧浓度，并作记录，直到溶解
氧达饱和值时结束试验（0.5-1min读数一次）。 7、 重复试验一次。
（二）实际生产运行条件下进行试验
1、 不稳定状态下进行试验
13