水污染控制工程实验指导书
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实验一 颗粒自由沉淀实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 实验二 水污染处理设备及工艺演示实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„3 实验三 混凝实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 实验四 活性污泥性质的测定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 实验五 水中氨氮的测定验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 实验六 离子交换实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 实验七 加压溶气气浮实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 实验八 曝气设备充氧能力的测定实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
实验一 颗粒自由沉淀实验
一、实验目的
加深对自由沉淀、基本概念以及沉淀规律的理解。掌握颗粒自由沉淀实验的方法，并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。
二、实验原理
沉淀是指从液体中借重力作用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等四类。当废水中的悬浮物浓度不高时，在静沉过程中颗粒之间互不干扰、碰撞，呈单颗粒状态下沉，这种沉淀属于自由沉淀。
自由沉淀时颗粒是等速下沉，下沉速度与沉淀的高度无关，因而自由沉淀可在一般的沉淀柱内进行。为使沉淀颗粒不受器壁的干扰，沉淀柱的直径一般应不小于100mm。
如果沉淀柱的有效水深为H，如图1-1所示，通过不同的沉淀时间t，可求得不同的沉速u，u=H/t。如沉淀时间为t，相应的沉速为u0，则颗粒的去除率由两部分构成：沉速u≥u0颗粒能全部去除，去除率为E1；所有沉速小于u0的颗粒能部分去除，去除率为E2，则E=E1+E2。设所有沉速小于u0的颗粒占总颗粒数的百分数为P0，其中某一种沉速为ui的颗粒的去除百分数为ux/u0，则所有沉速小于u0的颗粒ui的去除百分数即
E2= p0uidpi0
沉速u≥u0颗粒所占的百分数为1―P0，E1=1―P0，则总去除率：
p0u1p0 ip=(1-p0)+i=(1-p0)+uidpi0u0 u00
但沉速小于u0的颗粒占总颗粒数的百分数P0不易统计，故E2较难计算。实验中可按以下方法进行去除率的计算。
经研究，可以从有效水深内的上、中、下部取相同数量的水样混匀后求出有效水深内
（污泥层以上）的平均悬浮物浓度。或者，为了简化，可以假定悬浮物浓度沿深度呈直线变化，这样，将取样口设在沉淀柱中部0.5H处，则该处水样的悬浮物浓度可近似地代表整个有效水深内的平均浓度，据此计算出沉淀时间为t时的沉淀效率。在不同的沉淀时间t1、t2、„„分别从中部取样，测出其悬浮物浓度C1、C2„„，并量出水深的变化H、H1„„（如沉淀柱直径足够大，则水深变化可忽略不计），可计算出u1、u2、„„（等于H/t1、H1/t2„„），根据所测数据可绘制出时间~沉淀效率（t~E）曲线、颗粒沉速~沉淀效率（u~E）曲线。
三、实验设备及仪器
1. 沉淀实验筒：直径Ф100mm，工作有效水深(由溢出口下缘到筒底的距离)1800mm。 2. 浊度仪； 3. 秒表。
四、实验材料 高岭粘土配水。
五、实验步骤
1、称取一定量的高岭土，加入沉淀实验筒中，高岭土配制浓度为100mg/L；
2、充气搅拌约5min，使水样中悬浮物分布均匀；
3、 静置观察沉淀现象；
4、 分别在沉降0、10、20、30、45、60、90min后，从实验筒中部H/2取样口取样，每次约100mL左右(准确记下水样体积)。取水样前要先排出取样管中的积水约10mL左右；
5、 测定水样中悬浮物浓度，以mg/L计。测定每一沉淀时间的水样的悬浮物浓度方法如下：首先调烘箱至105±1℃，叠好滤纸放入称量瓶，打开盖子，将其放入105℃烘箱中至恒重，称取重量，然后将恒重好的滤纸取出放在玻璃漏斗中，过滤水样，并用蒸馏水冲净，使滤纸上得到全部悬浮性固体。最后将带有滤渣的滤纸移入称量瓶中，称其悬浮物的重量（还⎰⎰⎰
要重复烘干至恒重的过程）
6、计算不同沉淀时间t时水样中的悬浮物浓度C、沉淀效率E以及相应的颗粒沉降速度u，画出E～t和E～u的关系曲线。
六、实验数据记录与分析
1．填写实验记录表1-1
七、思考题
1. 简述静置沉降实验的意义。
2. 简述活性污泥处理系统中初沉池、二沉池、污泥浓缩池的作用和停留时间。
实验二 水污染处理设备及工艺演示实验
一、实验目的
1、通过对各种水处理模型的观察，加深对给水、排水工艺中各种处理构筑物的认识；
2、通过对各种水处理模型模拟运行情况的观察，加深对各种水处理工艺及设备、构筑物运行情况的学习。
二、实验原理
1、模拟滤池实际运行情况； 2、模拟沉淀池实际运行情况； 3、模拟气浮池实际运行情况。
三、实验装置及仪器
1、滤池模型 3套
2、沉淀池模型 2套
3、气浮池模型 1套
四、实验步骤
1、观察各类模型的结构及工艺特征；
2、实际运行各类模型，连续进出水，观察其运行情况及工作原理。
五、实验结果与分析
1、任选两种水处理模型，绘制模型工艺详图； 2、用文字描述所绘两种水处理模型的工作、运行情况； 3、对比模型与相关教材中所述的实际构筑物的异同点。
实验三 混凝实验
一、实验目的
1、通过实验观察混凝现象，加深对混凝理论的理解； 2、学会选择和确定最佳混凝工艺条件的基本方法； 3、测定计算反应过程的G值和GT值，是否在适宜的范围内。
二、实验内容
（1）最佳投药量的确定；（2）最佳pH的确定。
三、实验仪器、设备及材料
1． 无级调速六联搅拌机1台。 2． PH酸度剂1台。 3． 光电浊度计1台。 4． 温度计1支，秒表1块。 5． 1000ml烧杯6个。 6． 1ml、2ml、5ml、10ml移液管各一支。
7． 200ml烧杯1个，吸耳球等。 8． 1%FeCl3溶液500 ml。 9． 实验用原水。 10． 注射针筒。 11． 盐酸10%，NaOH溶液10%溶液500 ml各1瓶。
四、实验原理
天然水体中胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能除去的。因为水中胶体颗粒微小、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，使胶粒具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大。因此可在废水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳定性，并提供胶粒碰撞的动能，使废水中的胶体和细小悬浮物聚集成具有可分离性的絮凝体，再加以分离除去。 投加混凝剂的多少，直接影响混凝效果。投加量不足不可能有很好的混凝效果。同样，如果投加的混凝剂过多也未必能得到好的混凝效果。水质是千变万化的，最佳的投药量各不相同，必须通过实验方可确定。
12 在水中投加混凝剂如A12(S04)3、FeCl3后，生成的A1(ⅠⅠⅠ)．Fe(ⅠⅠⅠ)化合物对胶体的脱稳效果不仅受投加的剂量、水中胶体颗粒的浓度影响，还受水的pH值影响。如果pH值过低(小于4)，则混凝剂水解受到限制，其化合物中很少有高分子物质存在，絮凝作用较差。如果pH值过高(大于9-10)，它们就会出现溶解现象，生成带负电荷的络合离子，也不能极好发挥絮凝作用。 投加了混凝剂的水中，胶体颗粒脱稳后相互聚结，逐渐变成大的絮凝体，这时，水流速度梯度G值的大小起着主要的作用。
五、实验步骤
1、最佳投药量实验步骤
(1) 测定原水的浊度、PH值和水温。
(2) 确定形成矾花所用的最小混凝剂量。方法是通过慢速搅拌烧杯中200mI原水，并每次增 加0.5ml混凝剂投加量，直至出现矾花为止。这时的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量。
(3) 确定实验时的混凝剂投加量．根据步骤3得出的形成矾花最小混凝剂投加量，取其1/4 作为1号烧杯的混凝剂投加量，取其2倍作为6号烧杯的混凝剂投加量，用依次增加混凝剂投加量相等的方法求出2-6号烧杯混凝剂投加量、把混凝剂分别加入1-6号烧杯中。
(4) 启动搅拌机、快速搅拌半分钟、转速约300r/min,中速搅拌5分钟，转速约100r/min；慢 速搅拌10分钟、转速约50r/min．
(5) 关闭搅拌机、静止沉淀l0分钟，用50m1注射针简抽出烧杯中的上清液(共抽三次约放 入200mI烧杯，立即用浊度仪测定浊度) 2
2、最佳pH值实验步骤
(1) 取6个1000m1烧杯分别注入1000ml原水，置于实验搅拌机平台上。
(2) 确定原水特征，测定原水浑浊度、pH值、温度。本实验所用原水和最佳投药量实验相 同
(3) 调整原水pH值：用移液计依次向1号、2号、3号、4号装有水样的烧杯中分别加
入2.5、 1.5、1.2、0.7m1 10％浓度的盐酸。向6号装有水样的烧杯中分别加入0.2m1 10％浓度的氢氧比钠。
(4) 启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约300r/min,随后从各烧杯中分别取出50m1水样放入三角烧杯、用pH仅测定各水样pH值。
(5) 用移液管向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂。(投加剂量按照最佳投药量实验中得出的最 佳投药量而确定)。
(6) 启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约300r/min，中速搅拌5分钟，转速约100r/min，慢速搅拌10分钟，转速约50r/min。
(7) 关闭搅拌机，静置10分钟，用50m1注射针筒抽出烧杯中的上清液(共抽三次约100m1) 放入200m1烧杯中，立即用浊度仪测定浊度。
六、实验结果分析
绘制图1（混凝剂加药量为横坐标，沉淀水浊度为纵坐标）和图2（水样pH为横坐标，沉淀水浊度为纵坐标）。讨论实验指导书中提出的思考题，写出心得与体会。
表3-1 最佳投药量实验记录
七、实验注意事项
1．在最佳投药量、最佳pH值实验中，向各烧杯投加药剂时希望同时投加．避免因时间间隔较长各水样加药后反应时间长短相差太大，混凝效果悬殊。 2．在最佳pH实验中，用来测定pH的水样，仍倒入原烧杯中。 3．在测定水的浊度、用注射针筒抽吸上清液时，不要扰动底部沉淀物。
八、 思考题
1、混凝对水力条件有何要求？
2、 简述混凝机理。
3、简述高分子混凝剂的作用。
4、为什么最大加药量时，混凝效果并不是最好？过量的混凝剂可以使混凝效果更好吗？
表3-2 最佳pH值实验记录
实验四 活性污泥性质的测定
活性污泥是活性污泥法中最重要的组成部分之一，活性污泥的质量直接影响处理效果。故活性污泥的一些性质是要经常进行测定的。同时，通过活性污泥的某些性质的变化可以指导活性污泥法的运行。
一、实验目的
1、加深对活性污泥的理解。
2、掌握几种污泥性质的测定方法。
二、实验原理
活性污泥是人工培养的生物絮凝体，它是由好氧和兼氧微生物及其吸附的有机物和无机物组成的。活性污泥具有吸附和分解废水中有机物的能力，显示出生物化学活性。在活性污泥法处理系统的运行和管理中，除用显微镜观察外，SV、MLSS、MLVSS、SVI等指标是经常要进行测定的。这些指标反映了污泥的活性，它们与剩余污泥排放量及处理效果等都有密切关系。
三、主要实验设备及药品
1. 高温炉； 2. 过滤装置； 3. 分析天平； 4. 100mL量筒、500mL烧杯、玻璃棒等若干个； 5. 烘箱
四. 实验步骤
1污泥沉降比SV（%）：曝气池中的混合液在沉降柱内静置30分钟后所形成的沉淀污泥容积占原混合液容积的百分比，称污泥沉降比。根据污泥沉降比可用于控制剩余污泥的排放，还可及早发现污泥膨胀等异常现象。对于城市污水，SV常在15~30左右。实验时取100mL混合液置于100mL量筒中，静置30min后，观察沉降的污泥占整个混合液的比例，记下结果（表6-1）。
2污泥浓度（MLSS）：又称混合液悬浮固体浓度，即在单位容积混合液中所有活性污泥固体物质的总质量（干重）g/L或mg/L。
测定方法：
（1）将滤纸放在105℃烘箱内干燥至恒重，称量并记录（W1）（表4-1）。
（2）将测定沉降比的100mL量筒内的污泥进行过滤（用水冲净量筒，并将冲洗水也倒入漏斗进行过滤），将载有污泥的滤纸放入105℃烘箱内烘干恒重，称量并记录（W2）。
（3）计算：污泥浓度MLSS（g/L）=（W2－W1）×10。
3污泥指数（SVI）：污泥指数全称为“污泥容积指数”，指曝气池混合液经30min静沉后，1g干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积。
计算式如下：
SVI值反应出活性污泥的凝聚沉淀性能，一般城市污水的SVI值介于50~150之间。SVI值过低说明泥粒细小，无机物含量高，缺乏活性；SVI值过高，说明污泥沉降性能不好，可能已产生膨胀。不同废水水质SVI值不同，若废水中溶解性有机物含量高，正常的SVI值可能偏高；若废水中无机物含量高，正常的SVI值可能偏低。
五. 实验数据整理
表4-1 活性污泥性能测定表
六、思考题
1. 活性污泥去除有机物的过程大致分为哪两个阶段？每个阶段有何特征？
2. 活性污泥沉降性能测定的意义是什么？
3. 活性污泥微生物增长分为哪几个阶段？对指导活性污泥系统的运行有何意义？
实验五 纳氏试剂光度法测定氨氮
一、实验目的
1． 了解水中氨氮的测定意义。
2． 掌握水中氨氮的测定方法和原理。
二、实验原理
氮是蛋白质、核酸、酶、维生素等有机物中的重要组分。纯净天然水体中的含氮物质是很少的，水体中含氮物质的主要来源是生活污水和某些工业废水。当含氮有机物进入水体后，由于微生物和氧的作用，可以逐步分解或氧化为无机氨（NH3）、铵（NH4+）、亚硝酸盐（NO2-）和最终产物（NO3-）。 氨和铵中的氮称为氨氮（Ammonia nitrogen 简称NH3-N）。水中氨氮的含量在一定程度上反映了含氮有机物的污染情况。在污水综合排放标准（GB8978-1996）和地表水环境质量标准（GB3838-2002）中，氨氮都是重要的监测指标。
以游离态的氨或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂反应生成淡红棕色络合物，该络合
物的吸光度与氨氮含量成正比，于波长420 nm处测量吸光度。
干扰及消除 ： 脂肪胺、芳香胺、醛类、丙酮、醇类和有机氯胺类等有机化合物，以及铁、锰、镁和硫等无机离子，因产生异色或混浊而引起干扰，水中颜色或混浊亦影响比色。为此，须经过絮凝沉淀过滤或蒸馏预处理，易挥发的还原性干扰物质，还可在酸性条件下加热以除去。对金属离子的干扰，可加入适量的掩蔽剂加以消除。
本法最低检出浓度为0.025mg/L（光度法），测定上限为2 mg/L。采用目视比色法，最低检出浓度为0.02 mg/L。水样作适当的预处理后，本法可适用于地表水、地下水、工业废水和生活污水中氨氮的测定。
三、仪器 与设备
1. 分光光度计 2. pH计。
3．试剂
配制试剂用水均应为无氨水。
1）纳氏试剂：可选择下列一种方法制备。 ① 称取20g碘化钾溶于约100ml水中，边搅拌边分次少量加入二氯化汞（HgCl2）结晶粉末（约10g），至出现朱红色沉淀不易溶解时，改为滴加饱和二氯化汞溶液，并充分搅拌，当出现微量朱红色沉淀不易溶解时，停止滴加氯化汞溶液。
另称取60g氢氧化钾溶于水，并稀释至250ml，充分冷却至室温后，将上述溶液在搅拌下，徐徐注入氢氧化钾溶液中，用水稀释至400ml，混匀。静置过夜。将上清液移入聚乙烯瓶中，密塞保存。 ②称取16 g氢氧化钠，溶于50ml水中，充分冷却至室温。另称取7g碘化钾和10g碘化汞（HgI2）溶于水，然后将此溶液在搅拌下徐徐注入氢氧化钠溶液中，用水稀释至100ml，贮于聚乙烯瓶中，密塞保存。
2）酒石酸钾钠溶液：称取50g酒石酸钾钠(KNaC4H4O6·4H2O)溶于100ml 水中，加热煮沸以除去氨，放冷，定容至100ml。
3）氨标准贮备溶液：称取3.819g经100℃干燥过的优级纯氯化铵(NH4Cl) 溶于水中，移入1000 ml容量瓶中，稀释至标线。此溶液每毫升含1.0mg氨氮。
4）按标准使用溶液：移取5.00ml铵标准贮备液于500ml容量瓶中，用水 稀释至标线。此溶液每毫升含0.010 mg氨氮。
四、步骤
（1） 校准曲线的绘制
① 吸取0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00和10.00ml铵标准使用液于50ml比色管中，加水至标线，加1.0ml酒石酸钾钠溶液，混匀。加1.5ml纳氏试剂，混匀。放置10min后，在波长420nm处，用光程20mm比色皿，以水为参比，测量吸光度。 ② 由测得的吸光度，减去零浓度空白的吸光度后，得到校正吸光度，绘制以氨氮含量对校正吸光度的校准曲线。
（2） 水样的测定
① 分取适量经絮凝沉淀预处理后的水样（使氨氮含量不超过0.1mg），加入50ml比色管中，稀释至标线，加1.0ml酒石酸钾钠溶液。以下同校准曲线的绘制。
② 分取适量经蒸馏处理后的馏出液，加入50ml比色管中，加一定量1mol/L氢氧化钠溶液以中和硼酸，稀释至标线。加1.5ml纳氏试剂，混匀。放置10min后，同校准曲线步骤测量吸光度。
（3） 空白实验 以无氨水代替水样，做全程序空白实验。
五、 计算
由水样测得的吸光度减去空白试验的吸光度后，从校准曲线上查得氨氮含量（mg）。 氨氮（N， mg/L）＝(m/v ) *1000 式中：m——由校准曲线查得的氨氮量（mg）; v——水样体积（ml）。
六、注意事项
① 纳氏试剂碘化汞与碘化钾的比例，对显色反应的灵敏度有较大影响。静置后生成的沉淀应除去。
②滤纸中常含痕量铵盐，使用时注意用无氨水洗涤。所用玻璃器皿应避免实验室空气中氨的玷污。
实验六 离子交换软化实验
一、实验目的
（1） 加深对离子交换树脂交换容量的理解
（2） 掌握测定离子交换树脂交换容量的方法
（3） 掌握离子交换柱的运行过程
二、实验原理
交换容量是交换树脂最重要的性能，它定量地表示数值交换能力的大小，树脂交换容量在理论上可以从树脂单元结构粗略地计算出来。
三、仪器 与设备
仪器： 分析天平 烘箱 干燥器 250ml三角烧瓶(2个) 10ml移液管(2支) 碱式滴定管 离子交换软化装置 离子除盐装置 50ml量筒（2个） 烧杯
药品：阳离子交换树脂 1mol/LHCl(1000ml) 1mol/LNaOH(1000ml) 0.5mol/LNaCl(1000ml) 1%的酚酞乙醇
四、步骤
1. 阳离子交换树脂的预处理：取样品约10g用1mol/L盐酸及1mol/L NaOH轮流浸泡，即按酸-碱-酸-碱-酸的顺序浸泡5次，每次2 h，浸泡体积约为树脂体积的2~3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. 测阳离子交换树脂的交换树脂固体含量（%）：称取双份1.0000 g的样品，将其中一份放入105~1100C的烘箱中约2h，烘干至恒重后放入氯化钙干燥器中冷却至室温，称重，记录干燥后的树脂质量
固体含量=干燥后的树脂质量╳ 100/样品质量
3. 阳离子交换树脂交换容量的测定，将一份1.0000 g的样品置于250mL的三角瓶中，投加0.5mol/LNaCl溶液摇动5min，放置2h后加入1%的酚酞指示剂3滴，用标准
0.1000mol/LNaOH溶液进行滴定，至呈微红色15s不退，即为终点，记录NaOH标准溶液的物质的量浓度及用量。
表6-1 阳离子交换树脂交换容量测定记录
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
六、思考题
1.测定强酸性阳离子交换树脂的交换容量为何用强碱液NaOH滴定？ 2.影响再生剂用量的因素有哪些，再生液的浓度过高或过低有何不利
3.实验中出水的硬度是多少？是否小于0.05mmol，影响出水硬度的因素有哪些？
实验七 加压溶气气浮实验
一、 实验目的
1掌握气浮静水方法的原理。 2了解气浮工艺流程及运行操作 二、实验原理
气浮法是固—液或液—液分离的一种方法。它是通过某种方式产生大量的微气泡，使其与废水中密度接近于水的固体或液体微粒粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面，进行固—液或液—液分离。
气浮法按水中气泡产生的方法可分为布气气浮法、溶气气浮法和电解气浮法等3种。由于布气气浮法一般气泡正经较大，气浮效果较差，而电解气浮直径虽不大但耗电较大，因此在目前应用气浮法的工程中，溶气气浮法最多。
根据气泡析出时所处压力不同，溶气气浮又可分为：加压溶气气浮和容器真空气浮2种类型。前者，空气在加压条件下溶于水中，再使压力降至常压，把溶解的过饱和空气以微气泡的形式释放出来；后置是空气在常压或加压条件下溶入水中，而在负压条件下析出。加压溶气气浮是国内外最常用的一种气浮方法，是含乳化油废水的处理不可缺少的工艺之一。
加压溶气气浮工艺由空气饱和设备、空气释放设备和起伏池等组成。其基本工艺流程有全溶气流程、部分溶气流程和回流加压溶气流程3种，如图4—22，图4—23和图4—24所示。
三、实验材料及设备
所需实验材料及设备如下：
（1）加压溶气气浮池模型一套，见图4—25；（2）空压机；（3）加压泵；（4）流量计；（5）止回阀、减压阀；（6）水箱；（7）混凝剂[
Al2(SO4)3；
（8）分析废水出水的各种仪器；
（9）化学药品。
四、 实验步骤
具体实验步骤如下；
1首先检查气浮实验装置各部分是否正确连接。
2往回流加压水箱与其父池中注水，至有效水深的90%高度。
3将含乳化油或其他悬浮物的废水加到废水配水相中，并投拌混合，投加
Al2(SO4)3等混凝剂后搅
Al2(SO4)3量为50~60mg/L.
4先开动空压机加压，必须加压至3kg/cm2左右，最好不低于33kg/cm2。 5开启加压水泵，此时加压水量按2~4/min控制。
6待气罐中的水位升至一定高度，缓慢地打开溶气罐底部的闸阀，其流量与加压水量相同，为2~4L/min左右。
7经加压溶气的水再气浮池中释放并形成大量微小气泡时，再打开原废水配水箱、废水进水量可按4~6L/min控制。
8开启空压机加压至3kg/cm2（并开启加压水泵）后，其空气质量可先按0.1~0.2L/min控制，但考虑到加压溶气罐及管道中难于避免的漏气，其空气量可按水面在容器罐内的中间部位控制即可。多余的空气可以通过其顶部的排气阀排除。
9出水可以排至下水道，也可回流至回流加压水箱。
10测定原废水与处理水的水质变化。也可以多次改变进水量、空气在溶气罐内的压力、加压水量等，测定分析原废水与处理水的水质。
五、实验结果及分析
实验结果及分析的具体内容应包括：
1、根据实验设备尺寸与有效容积，以及水和空气的流量，分别计算溶气时间、气浮时间、汽水比等参数。
2、观察实验装置运行是否正常，气浮池内的气泡是否很微小。若不正常，是什么原因？如何解决？
3、计算不同运行条件下，废水中污染物（也可以用悬浮物来表示）的去除率，以其去除率为纵坐标，以某一运行参数（如溶气罐的压力、进水流量及气浮时间等）为横坐标，画出污染物去除率与某运行参数之间的定量关系曲线。
实验八 曝气设备充氧能力的测定实验
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对有机污染物进行氧化降解。由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素之一，因而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，为合理的选择曝气设备提供理论依据。通过本实验希望达到以下目的：
1、加深理解曝气充氧机理及影响因素；
2、掌握测定曝气设备的氧总传递系数和充氧能力的方法； 3、了解各种测试方法和数据整理的方法。 二、实验原理
所谓曝气就是人为的通过一些设备，加速向水中传递氧的一种过程。现行通过曝气方法主要有三种，即鼓风曝气、机械曝气、鼓风机械曝气。鼓风曝气是将由鼓风机送出的压缩空气通过管道系统送到安装在曝气池池底的空气扩散装置（曝气器），然后以微小气泡的形式逸出，在上升的过程中与混合液接触、扩散，使气泡中氧转移到混合液中支。机械曝气则是利用安装在水面的叶轮的高速转动，剧烈搅动水面，产生水跃，使液面与空气接触的表面不断更新，使空气中的氧转移到混合液中去。曝气的机理可用若干传质理论来加以解释，但水处理界比较公认的是刘易斯（Lewis）于怀特曼（Whitman）创建的双膜理论。双膜理论是基于在气液两相界面存在着两层膜（气膜和液膜）的物理模型。它的内容是：在气液两相接触界面两侧存在着气膜和液膜，它们处于层流状态，气体分子从气相主体以分子扩散的方式经过气膜和液膜进入液相主题，氧转移的动力为气膜中的氧分压梯度和液膜中的氧的浓度梯度，传递的阻力存在于气膜和液膜中，而且主要存在于液膜中。如图所示：
氧扩散方向
P C P
液相主体 气相主体
气 G 膜
双膜理论模型
影响氧转移的因素主要有温度、污水性质、氧分压、水的紊流成都、气液之间接触时间和面积等。
氧转移的基本方程式为
dc
=KLa(CS-C) dt
KLa=DL∙A/XfV
式中
dc
——液相主体中氧转移速度[mg/(l·min)] dt
Cs——液膜处报和溶解氧浓度（mg/L） C——液相主体中溶解氧浓度（mg/L） KLa——为氧总转移系数
DL——氧分子在液膜中的扩散系数 A——气液两相接触界面面积（m2） Xf——液膜厚度（m） V——曝气液体容积（L）
由于液膜厚度Xf 及两相接触界面面积很难确定，因而用氧总转移系数KLa值代替。KLa值与温度、水紊动性、气液接触面面积等有关。它指的是在单位传质动力下，单位时间内向单位曝气液体中充氧量，它是反映氧转移速度的重要指标。
KLa=
1ρs-ρoln t-toρs-ρt
式中： KLa—氧总转移系数，l/min； t 、t0—曝气时间，min；
ρ0 —曝气开始时烧杯内溶解氧浓度（ t0=0时，C0=？mg/L），mg/L； ρs —烧杯内溶液饱和溶解氧值，mg/L；
ρt —曝气某时刻 t 时，烧杯内溶液溶解氧浓度，mg/L 评价曝气设备充氧能力的方法有两种：⑴不稳定状态下的曝气试验，即试验过程中溶解氧浓度是变化的，由零增加到饱和浓度；⑵稳定状态下的试验,即试验过程中溶解氧浓度保
持不变。本实验仅进行在实验室条件下进行的清水和污水在不稳定状态下的曝气试验。 三、实验设备及仪器
1、实验装置如图
2、卷尺
3、溶解氧测定仪
4、烧杯（100mL）配玻棒 5、计时表
6、无水亚硫酸钠 7、催化剂：氯化钴 8、电子天平 四、步骤
1、向模型曝气池注入自来水至曝气叶轮表面稍高处，用卷尺测出模型曝气池内水的高度H（m）和模型曝气池的直径D（m），进而计算出模型曝气池的容积（V，m3或L）。
注意：注水时水的流速不能过大，应避免模型曝气池中注入的原水含有气泡。
2、认真预习溶氧仪的使用方法，用胶带将极化校正过的溶氧仪探头捆绑在大玻棒上，并将探头伸入水下1/2处。
注意：在实验过程中，探头伸入水下的深度应尽量保持一致，并要避免溶氧仪探头与曝气头相接触。
3、启动曝气叶轮，使其缓慢转动（注意：仅使水流流动，不能产生气泡），用溶氧仪测定自来水水温和水中溶解氧值，当溶氧仪数值稳定时记录其为初始溶解氧浓度ρ0。
4、根据ρ0计算实验所需要的消氧剂Na2SO3和催化剂CoCl2的量，并称取。
Na2SO3+1/2O2=Na2SO4
1）脱氧剂（无水亚硫酸钠）用量：
从上面的反应式可以知道，每去除1mg溶解氧，需要7.9mgNa2SO3。根据池子的容积和自来水的溶解氧浓度，可以算出Na2SO3的理论需要量。实际投加量应为理论值的150%-200%。
计算方法如下：W1=V×ρ0×7.9×（150%-200%） 式中W1为Na2SO3的实际投加量，mg。 2）催化剂（氯化钴）用量：
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。 计算方法如下：W2=V×0.5×129.9/58.9 式中W2为CoCl2的实际投加量，mg。
5、将Na2SO3和CoCl2用蒸馏水样溶解后投放在曝气叶轮处。 注意：因Na2SO3和CoCl2称取量较少，应多次冲洗称量瓶，并将冲洗水倒入模型池内。 6、待溶解氧读数为零时，加快叶轮转速，使模型池内呈现曝气充氧状态，此时开始计时，每隔1min测定池内溶解氧值，直至溶解氧值不再增长为止，此时即为饱和溶解氧浓度ρs。随后关闭曝气装置。
注意：因记录时间间隔较短，两人应充分合作。一人控制溶解氧探头，避免溶氧仪探头和曝气盘接触，一人记录。 五、实验数据及结果整理
1、测定并记录实验基本参数，记录格式如下： 实验日期 年 月 日
模型曝气池内径D= m，高度H= m 实验条件下自来水的ρs= mg/L
表1原始实验记录表
水样体积V： L； 水温： ℃；初始溶解氧浓度ρ0： mg/L 无水亚硫酸钠用量： g；氯化钴用量： g 测量时间 t（min） 溶解氧浓度 ρ（mg/L） ρs- ρ （mg/L）
2、数据整理。
1) 以溶解氧浓度ρ为纵坐标、时间t为横坐标，作ρ与t的关系曲线。 2) 根据ρ-t曲线计算相应于不同ρ值的dρ/dt，记录于表2中。
表2 不同ρ值的dρ/dt ρ（mg/L） dρ /dt
（mg/（L·min））
……
1
2
3
3.5
4.0
4.5
5
…… ……
3）以dρ/dt为纵坐标、ρs-ρ为横坐标，绘制出dρ/dt与ρ的关系曲线，得到直线的斜率为所求的KLa。（或充氧时间t为横坐标，水中溶解氧浓度变化ln
Cs
为纵坐标，作图
Cs Ct
绘制充氧曲线，所得直线的斜率即为KLa。）
4）计算温度修正系数K，根据KLa（T），求氧总转移系数KLa（20）
（）
K=1.02420-T
（）
KLa（20）=K· KLa（T）= 1.02420-T× KLa（T）
5）计算充氧设备充氧能力OC：单位时间内转移到液体中的氧量。 表面曝气时OC= KLa（20）·ρs·V kgO2/h
式中：ρs—1atm下，20℃时溶解氧饱和值，ρs=9.17mg/L
V—曝气池有效体积，m3. 6）计算曝气设备动力效率Ep。 Ep
OC
kg/kW·h N
式中：N—理论功率，只计算曝气充氧所耗有用功；
V——曝气池有效体积。 六、实验结果分析与小结
对整理得到的实验结果进行分析，并对本次实验进行小结（体会、心得）。 七、思考题
1. 简述曝气在活性污泥生物处理法中的作用 2. 简述曝气充氧原理及影响氧转移因素 3. 氧总转移系数KLa的意义是什么？
水污染控制工程实验指导书
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目 录
实验一 颗粒自由沉淀实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 实验二 水污染处理设备及工艺演示实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„3 实验三 混凝实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 实验四 活性污泥性质的测定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 实验五 水中氨氮的测定验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 实验六 离子交换实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 实验七 加压溶气气浮实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 实验八 曝气设备充氧能力的测定实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
实验一 颗粒自由沉淀实验
一、实验目的
加深对自由沉淀、基本概念以及沉淀规律的理解。掌握颗粒自由沉淀实验的方法，并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。
二、实验原理
沉淀是指从液体中借重力作用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等四类。当废水中的悬浮物浓度不高时，在静沉过程中颗粒之间互不干扰、碰撞，呈单颗粒状态下沉，这种沉淀属于自由沉淀。
自由沉淀时颗粒是等速下沉，下沉速度与沉淀的高度无关，因而自由沉淀可在一般的沉淀柱内进行。为使沉淀颗粒不受器壁的干扰，沉淀柱的直径一般应不小于100mm。
如果沉淀柱的有效水深为H，如图1-1所示，通过不同的沉淀时间t，可求得不同的沉速u，u=H/t。如沉淀时间为t，相应的沉速为u0，则颗粒的去除率由两部分构成：沉速u≥u0颗粒能全部去除，去除率为E1；所有沉速小于u0的颗粒能部分去除，去除率为E2，则E=E1+E2。设所有沉速小于u0的颗粒占总颗粒数的百分数为P0，其中某一种沉速为ui的颗粒的去除百分数为ux/u0，则所有沉速小于u0的颗粒ui的去除百分数即
E2= p0uidpi0
沉速u≥u0颗粒所占的百分数为1―P0，E1=1―P0，则总去除率：
p0u1p0 ip=(1-p0)+i=(1-p0)+uidpi0u0 u00
但沉速小于u0的颗粒占总颗粒数的百分数P0不易统计，故E2较难计算。实验中可按以下方法进行去除率的计算。
经研究，可以从有效水深内的上、中、下部取相同数量的水样混匀后求出有效水深内
（污泥层以上）的平均悬浮物浓度。或者，为了简化，可以假定悬浮物浓度沿深度呈直线变化，这样，将取样口设在沉淀柱中部0.5H处，则该处水样的悬浮物浓度可近似地代表整个有效水深内的平均浓度，据此计算出沉淀时间为t时的沉淀效率。在不同的沉淀时间t1、t2、„„分别从中部取样，测出其悬浮物浓度C1、C2„„，并量出水深的变化H、H1„„（如沉淀柱直径足够大，则水深变化可忽略不计），可计算出u1、u2、„„（等于H/t1、H1/t2„„），根据所测数据可绘制出时间~沉淀效率（t~E）曲线、颗粒沉速~沉淀效率（u~E）曲线。
三、实验设备及仪器
1. 沉淀实验筒：直径Ф100mm，工作有效水深(由溢出口下缘到筒底的距离)1800mm。 2. 浊度仪； 3. 秒表。
四、实验材料 高岭粘土配水。
五、实验步骤
1、称取一定量的高岭土，加入沉淀实验筒中，高岭土配制浓度为100mg/L；
2、充气搅拌约5min，使水样中悬浮物分布均匀；
3、 静置观察沉淀现象；
4、 分别在沉降0、10、20、30、45、60、90min后，从实验筒中部H/2取样口取样，每次约100mL左右(准确记下水样体积)。取水样前要先排出取样管中的积水约10mL左右；
5、 测定水样中悬浮物浓度，以mg/L计。测定每一沉淀时间的水样的悬浮物浓度方法如下：首先调烘箱至105±1℃，叠好滤纸放入称量瓶，打开盖子，将其放入105℃烘箱中至恒重，称取重量，然后将恒重好的滤纸取出放在玻璃漏斗中，过滤水样，并用蒸馏水冲净，使滤纸上得到全部悬浮性固体。最后将带有滤渣的滤纸移入称量瓶中，称其悬浮物的重量（还⎰⎰⎰
要重复烘干至恒重的过程）
6、计算不同沉淀时间t时水样中的悬浮物浓度C、沉淀效率E以及相应的颗粒沉降速度u，画出E～t和E～u的关系曲线。
六、实验数据记录与分析
1．填写实验记录表1-1
七、思考题
1. 简述静置沉降实验的意义。
2. 简述活性污泥处理系统中初沉池、二沉池、污泥浓缩池的作用和停留时间。
实验二 水污染处理设备及工艺演示实验
一、实验目的
1、通过对各种水处理模型的观察，加深对给水、排水工艺中各种处理构筑物的认识；
2、通过对各种水处理模型模拟运行情况的观察，加深对各种水处理工艺及设备、构筑物运行情况的学习。
二、实验原理
1、模拟滤池实际运行情况； 2、模拟沉淀池实际运行情况； 3、模拟气浮池实际运行情况。
三、实验装置及仪器
1、滤池模型 3套
2、沉淀池模型 2套
3、气浮池模型 1套
四、实验步骤
1、观察各类模型的结构及工艺特征；
2、实际运行各类模型，连续进出水，观察其运行情况及工作原理。
五、实验结果与分析
1、任选两种水处理模型，绘制模型工艺详图； 2、用文字描述所绘两种水处理模型的工作、运行情况； 3、对比模型与相关教材中所述的实际构筑物的异同点。
实验三 混凝实验
一、实验目的
1、通过实验观察混凝现象，加深对混凝理论的理解； 2、学会选择和确定最佳混凝工艺条件的基本方法； 3、测定计算反应过程的G值和GT值，是否在适宜的范围内。
二、实验内容
（1）最佳投药量的确定；（2）最佳pH的确定。
三、实验仪器、设备及材料
1． 无级调速六联搅拌机1台。 2． PH酸度剂1台。 3． 光电浊度计1台。 4． 温度计1支，秒表1块。 5． 1000ml烧杯6个。 6． 1ml、2ml、5ml、10ml移液管各一支。
7． 200ml烧杯1个，吸耳球等。 8． 1%FeCl3溶液500 ml。 9． 实验用原水。 10． 注射针筒。 11． 盐酸10%，NaOH溶液10%溶液500 ml各1瓶。
四、实验原理
天然水体中胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能除去的。因为水中胶体颗粒微小、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，使胶粒具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大。因此可在废水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳定性，并提供胶粒碰撞的动能，使废水中的胶体和细小悬浮物聚集成具有可分离性的絮凝体，再加以分离除去。 投加混凝剂的多少，直接影响混凝效果。投加量不足不可能有很好的混凝效果。同样，如果投加的混凝剂过多也未必能得到好的混凝效果。水质是千变万化的，最佳的投药量各不相同，必须通过实验方可确定。
12 在水中投加混凝剂如A12(S04)3、FeCl3后，生成的A1(ⅠⅠⅠ)．Fe(ⅠⅠⅠ)化合物对胶体的脱稳效果不仅受投加的剂量、水中胶体颗粒的浓度影响，还受水的pH值影响。如果pH值过低(小于4)，则混凝剂水解受到限制，其化合物中很少有高分子物质存在，絮凝作用较差。如果pH值过高(大于9-10)，它们就会出现溶解现象，生成带负电荷的络合离子，也不能极好发挥絮凝作用。 投加了混凝剂的水中，胶体颗粒脱稳后相互聚结，逐渐变成大的絮凝体，这时，水流速度梯度G值的大小起着主要的作用。
五、实验步骤
1、最佳投药量实验步骤
(1) 测定原水的浊度、PH值和水温。
(2) 确定形成矾花所用的最小混凝剂量。方法是通过慢速搅拌烧杯中200mI原水，并每次增 加0.5ml混凝剂投加量，直至出现矾花为止。这时的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量。
(3) 确定实验时的混凝剂投加量．根据步骤3得出的形成矾花最小混凝剂投加量，取其1/4 作为1号烧杯的混凝剂投加量，取其2倍作为6号烧杯的混凝剂投加量，用依次增加混凝剂投加量相等的方法求出2-6号烧杯混凝剂投加量、把混凝剂分别加入1-6号烧杯中。
(4) 启动搅拌机、快速搅拌半分钟、转速约300r/min,中速搅拌5分钟，转速约100r/min；慢 速搅拌10分钟、转速约50r/min．
(5) 关闭搅拌机、静止沉淀l0分钟，用50m1注射针简抽出烧杯中的上清液(共抽三次约放 入200mI烧杯，立即用浊度仪测定浊度) 2
2、最佳pH值实验步骤
(1) 取6个1000m1烧杯分别注入1000ml原水，置于实验搅拌机平台上。
(2) 确定原水特征，测定原水浑浊度、pH值、温度。本实验所用原水和最佳投药量实验相 同
(3) 调整原水pH值：用移液计依次向1号、2号、3号、4号装有水样的烧杯中分别加
入2.5、 1.5、1.2、0.7m1 10％浓度的盐酸。向6号装有水样的烧杯中分别加入0.2m1 10％浓度的氢氧比钠。
(4) 启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约300r/min,随后从各烧杯中分别取出50m1水样放入三角烧杯、用pH仅测定各水样pH值。
(5) 用移液管向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂。(投加剂量按照最佳投药量实验中得出的最 佳投药量而确定)。
(6) 启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约300r/min，中速搅拌5分钟，转速约100r/min，慢速搅拌10分钟，转速约50r/min。
(7) 关闭搅拌机，静置10分钟，用50m1注射针筒抽出烧杯中的上清液(共抽三次约100m1) 放入200m1烧杯中，立即用浊度仪测定浊度。
六、实验结果分析
绘制图1（混凝剂加药量为横坐标，沉淀水浊度为纵坐标）和图2（水样pH为横坐标，沉淀水浊度为纵坐标）。讨论实验指导书中提出的思考题，写出心得与体会。
表3-1 最佳投药量实验记录
七、实验注意事项
1．在最佳投药量、最佳pH值实验中，向各烧杯投加药剂时希望同时投加．避免因时间间隔较长各水样加药后反应时间长短相差太大，混凝效果悬殊。 2．在最佳pH实验中，用来测定pH的水样，仍倒入原烧杯中。 3．在测定水的浊度、用注射针筒抽吸上清液时，不要扰动底部沉淀物。
八、 思考题
1、混凝对水力条件有何要求？
2、 简述混凝机理。
3、简述高分子混凝剂的作用。
4、为什么最大加药量时，混凝效果并不是最好？过量的混凝剂可以使混凝效果更好吗？
表3-2 最佳pH值实验记录
实验四 活性污泥性质的测定
活性污泥是活性污泥法中最重要的组成部分之一，活性污泥的质量直接影响处理效果。故活性污泥的一些性质是要经常进行测定的。同时，通过活性污泥的某些性质的变化可以指导活性污泥法的运行。
一、实验目的
1、加深对活性污泥的理解。
2、掌握几种污泥性质的测定方法。
二、实验原理
活性污泥是人工培养的生物絮凝体，它是由好氧和兼氧微生物及其吸附的有机物和无机物组成的。活性污泥具有吸附和分解废水中有机物的能力，显示出生物化学活性。在活性污泥法处理系统的运行和管理中，除用显微镜观察外，SV、MLSS、MLVSS、SVI等指标是经常要进行测定的。这些指标反映了污泥的活性，它们与剩余污泥排放量及处理效果等都有密切关系。
三、主要实验设备及药品
1. 高温炉； 2. 过滤装置； 3. 分析天平； 4. 100mL量筒、500mL烧杯、玻璃棒等若干个； 5. 烘箱
四. 实验步骤
1污泥沉降比SV（%）：曝气池中的混合液在沉降柱内静置30分钟后所形成的沉淀污泥容积占原混合液容积的百分比，称污泥沉降比。根据污泥沉降比可用于控制剩余污泥的排放，还可及早发现污泥膨胀等异常现象。对于城市污水，SV常在15~30左右。实验时取100mL混合液置于100mL量筒中，静置30min后，观察沉降的污泥占整个混合液的比例，记下结果（表6-1）。
2污泥浓度（MLSS）：又称混合液悬浮固体浓度，即在单位容积混合液中所有活性污泥固体物质的总质量（干重）g/L或mg/L。
测定方法：
（1）将滤纸放在105℃烘箱内干燥至恒重，称量并记录（W1）（表4-1）。
（2）将测定沉降比的100mL量筒内的污泥进行过滤（用水冲净量筒，并将冲洗水也倒入漏斗进行过滤），将载有污泥的滤纸放入105℃烘箱内烘干恒重，称量并记录（W2）。
（3）计算：污泥浓度MLSS（g/L）=（W2－W1）×10。
3污泥指数（SVI）：污泥指数全称为“污泥容积指数”，指曝气池混合液经30min静沉后，1g干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积。
计算式如下：
SVI值反应出活性污泥的凝聚沉淀性能，一般城市污水的SVI值介于50~150之间。SVI值过低说明泥粒细小，无机物含量高，缺乏活性；SVI值过高，说明污泥沉降性能不好，可能已产生膨胀。不同废水水质SVI值不同，若废水中溶解性有机物含量高，正常的SVI值可能偏高；若废水中无机物含量高，正常的SVI值可能偏低。
五. 实验数据整理
表4-1 活性污泥性能测定表
六、思考题
1. 活性污泥去除有机物的过程大致分为哪两个阶段？每个阶段有何特征？
2. 活性污泥沉降性能测定的意义是什么？
3. 活性污泥微生物增长分为哪几个阶段？对指导活性污泥系统的运行有何意义？
实验五 纳氏试剂光度法测定氨氮
一、实验目的
1． 了解水中氨氮的测定意义。
2． 掌握水中氨氮的测定方法和原理。
二、实验原理
氮是蛋白质、核酸、酶、维生素等有机物中的重要组分。纯净天然水体中的含氮物质是很少的，水体中含氮物质的主要来源是生活污水和某些工业废水。当含氮有机物进入水体后，由于微生物和氧的作用，可以逐步分解或氧化为无机氨（NH3）、铵（NH4+）、亚硝酸盐（NO2-）和最终产物（NO3-）。 氨和铵中的氮称为氨氮（Ammonia nitrogen 简称NH3-N）。水中氨氮的含量在一定程度上反映了含氮有机物的污染情况。在污水综合排放标准（GB8978-1996）和地表水环境质量标准（GB3838-2002）中，氨氮都是重要的监测指标。
以游离态的氨或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂反应生成淡红棕色络合物，该络合
物的吸光度与氨氮含量成正比，于波长420 nm处测量吸光度。
干扰及消除 ： 脂肪胺、芳香胺、醛类、丙酮、醇类和有机氯胺类等有机化合物，以及铁、锰、镁和硫等无机离子，因产生异色或混浊而引起干扰，水中颜色或混浊亦影响比色。为此，须经过絮凝沉淀过滤或蒸馏预处理，易挥发的还原性干扰物质，还可在酸性条件下加热以除去。对金属离子的干扰，可加入适量的掩蔽剂加以消除。
本法最低检出浓度为0.025mg/L（光度法），测定上限为2 mg/L。采用目视比色法，最低检出浓度为0.02 mg/L。水样作适当的预处理后，本法可适用于地表水、地下水、工业废水和生活污水中氨氮的测定。
三、仪器 与设备
1. 分光光度计 2. pH计。
3．试剂
配制试剂用水均应为无氨水。
1）纳氏试剂：可选择下列一种方法制备。 ① 称取20g碘化钾溶于约100ml水中，边搅拌边分次少量加入二氯化汞（HgCl2）结晶粉末（约10g），至出现朱红色沉淀不易溶解时，改为滴加饱和二氯化汞溶液，并充分搅拌，当出现微量朱红色沉淀不易溶解时，停止滴加氯化汞溶液。
另称取60g氢氧化钾溶于水，并稀释至250ml，充分冷却至室温后，将上述溶液在搅拌下，徐徐注入氢氧化钾溶液中，用水稀释至400ml，混匀。静置过夜。将上清液移入聚乙烯瓶中，密塞保存。 ②称取16 g氢氧化钠，溶于50ml水中，充分冷却至室温。另称取7g碘化钾和10g碘化汞（HgI2）溶于水，然后将此溶液在搅拌下徐徐注入氢氧化钠溶液中，用水稀释至100ml，贮于聚乙烯瓶中，密塞保存。
2）酒石酸钾钠溶液：称取50g酒石酸钾钠(KNaC4H4O6·4H2O)溶于100ml 水中，加热煮沸以除去氨，放冷，定容至100ml。
3）氨标准贮备溶液：称取3.819g经100℃干燥过的优级纯氯化铵(NH4Cl) 溶于水中，移入1000 ml容量瓶中，稀释至标线。此溶液每毫升含1.0mg氨氮。
4）按标准使用溶液：移取5.00ml铵标准贮备液于500ml容量瓶中，用水 稀释至标线。此溶液每毫升含0.010 mg氨氮。
四、步骤
（1） 校准曲线的绘制
① 吸取0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00和10.00ml铵标准使用液于50ml比色管中，加水至标线，加1.0ml酒石酸钾钠溶液，混匀。加1.5ml纳氏试剂，混匀。放置10min后，在波长420nm处，用光程20mm比色皿，以水为参比，测量吸光度。 ② 由测得的吸光度，减去零浓度空白的吸光度后，得到校正吸光度，绘制以氨氮含量对校正吸光度的校准曲线。
（2） 水样的测定
① 分取适量经絮凝沉淀预处理后的水样（使氨氮含量不超过0.1mg），加入50ml比色管中，稀释至标线，加1.0ml酒石酸钾钠溶液。以下同校准曲线的绘制。
② 分取适量经蒸馏处理后的馏出液，加入50ml比色管中，加一定量1mol/L氢氧化钠溶液以中和硼酸，稀释至标线。加1.5ml纳氏试剂，混匀。放置10min后，同校准曲线步骤测量吸光度。
（3） 空白实验 以无氨水代替水样，做全程序空白实验。
五、 计算
由水样测得的吸光度减去空白试验的吸光度后，从校准曲线上查得氨氮含量（mg）。 氨氮（N， mg/L）＝(m/v ) *1000 式中：m——由校准曲线查得的氨氮量（mg）; v——水样体积（ml）。
六、注意事项
① 纳氏试剂碘化汞与碘化钾的比例，对显色反应的灵敏度有较大影响。静置后生成的沉淀应除去。
②滤纸中常含痕量铵盐，使用时注意用无氨水洗涤。所用玻璃器皿应避免实验室空气中氨的玷污。
实验六 离子交换软化实验
一、实验目的
（1） 加深对离子交换树脂交换容量的理解
（2） 掌握测定离子交换树脂交换容量的方法
（3） 掌握离子交换柱的运行过程
二、实验原理
交换容量是交换树脂最重要的性能，它定量地表示数值交换能力的大小，树脂交换容量在理论上可以从树脂单元结构粗略地计算出来。
三、仪器 与设备
仪器： 分析天平 烘箱 干燥器 250ml三角烧瓶(2个) 10ml移液管(2支) 碱式滴定管 离子交换软化装置 离子除盐装置 50ml量筒（2个） 烧杯
药品：阳离子交换树脂 1mol/LHCl(1000ml) 1mol/LNaOH(1000ml) 0.5mol/LNaCl(1000ml) 1%的酚酞乙醇
四、步骤
1. 阳离子交换树脂的预处理：取样品约10g用1mol/L盐酸及1mol/L NaOH轮流浸泡，即按酸-碱-酸-碱-酸的顺序浸泡5次，每次2 h，浸泡体积约为树脂体积的2~3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. 测阳离子交换树脂的交换树脂固体含量（%）：称取双份1.0000 g的样品，将其中一份放入105~1100C的烘箱中约2h，烘干至恒重后放入氯化钙干燥器中冷却至室温，称重，记录干燥后的树脂质量
固体含量=干燥后的树脂质量╳ 100/样品质量
3. 阳离子交换树脂交换容量的测定，将一份1.0000 g的样品置于250mL的三角瓶中，投加0.5mol/LNaCl溶液摇动5min，放置2h后加入1%的酚酞指示剂3滴，用标准
0.1000mol/LNaOH溶液进行滴定，至呈微红色15s不退，即为终点，记录NaOH标准溶液的物质的量浓度及用量。
表6-1 阳离子交换树脂交换容量测定记录
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
六、思考题
1.测定强酸性阳离子交换树脂的交换容量为何用强碱液NaOH滴定？ 2.影响再生剂用量的因素有哪些，再生液的浓度过高或过低有何不利
3.实验中出水的硬度是多少？是否小于0.05mmol，影响出水硬度的因素有哪些？
实验七 加压溶气气浮实验
一、 实验目的
1掌握气浮静水方法的原理。 2了解气浮工艺流程及运行操作 二、实验原理
气浮法是固—液或液—液分离的一种方法。它是通过某种方式产生大量的微气泡，使其与废水中密度接近于水的固体或液体微粒粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面，进行固—液或液—液分离。
气浮法按水中气泡产生的方法可分为布气气浮法、溶气气浮法和电解气浮法等3种。由于布气气浮法一般气泡正经较大，气浮效果较差，而电解气浮直径虽不大但耗电较大，因此在目前应用气浮法的工程中，溶气气浮法最多。
根据气泡析出时所处压力不同，溶气气浮又可分为：加压溶气气浮和容器真空气浮2种类型。前者，空气在加压条件下溶于水中，再使压力降至常压，把溶解的过饱和空气以微气泡的形式释放出来；后置是空气在常压或加压条件下溶入水中，而在负压条件下析出。加压溶气气浮是国内外最常用的一种气浮方法，是含乳化油废水的处理不可缺少的工艺之一。
加压溶气气浮工艺由空气饱和设备、空气释放设备和起伏池等组成。其基本工艺流程有全溶气流程、部分溶气流程和回流加压溶气流程3种，如图4—22，图4—23和图4—24所示。
三、实验材料及设备
所需实验材料及设备如下：
（1）加压溶气气浮池模型一套，见图4—25；（2）空压机；（3）加压泵；（4）流量计；（5）止回阀、减压阀；（6）水箱；（7）混凝剂[
Al2(SO4)3；
（8）分析废水出水的各种仪器；
（9）化学药品。
四、 实验步骤
具体实验步骤如下；
1首先检查气浮实验装置各部分是否正确连接。
2往回流加压水箱与其父池中注水，至有效水深的90%高度。
3将含乳化油或其他悬浮物的废水加到废水配水相中，并投拌混合，投加
Al2(SO4)3等混凝剂后搅
Al2(SO4)3量为50~60mg/L.
4先开动空压机加压，必须加压至3kg/cm2左右，最好不低于33kg/cm2。 5开启加压水泵，此时加压水量按2~4/min控制。
6待气罐中的水位升至一定高度，缓慢地打开溶气罐底部的闸阀，其流量与加压水量相同，为2~4L/min左右。
7经加压溶气的水再气浮池中释放并形成大量微小气泡时，再打开原废水配水箱、废水进水量可按4~6L/min控制。
8开启空压机加压至3kg/cm2（并开启加压水泵）后，其空气质量可先按0.1~0.2L/min控制，但考虑到加压溶气罐及管道中难于避免的漏气，其空气量可按水面在容器罐内的中间部位控制即可。多余的空气可以通过其顶部的排气阀排除。
9出水可以排至下水道，也可回流至回流加压水箱。
10测定原废水与处理水的水质变化。也可以多次改变进水量、空气在溶气罐内的压力、加压水量等，测定分析原废水与处理水的水质。
五、实验结果及分析
实验结果及分析的具体内容应包括：
1、根据实验设备尺寸与有效容积，以及水和空气的流量，分别计算溶气时间、气浮时间、汽水比等参数。
2、观察实验装置运行是否正常，气浮池内的气泡是否很微小。若不正常，是什么原因？如何解决？
3、计算不同运行条件下，废水中污染物（也可以用悬浮物来表示）的去除率，以其去除率为纵坐标，以某一运行参数（如溶气罐的压力、进水流量及气浮时间等）为横坐标，画出污染物去除率与某运行参数之间的定量关系曲线。
实验八 曝气设备充氧能力的测定实验
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对有机污染物进行氧化降解。由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素之一，因而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，为合理的选择曝气设备提供理论依据。通过本实验希望达到以下目的：
1、加深理解曝气充氧机理及影响因素；
2、掌握测定曝气设备的氧总传递系数和充氧能力的方法； 3、了解各种测试方法和数据整理的方法。 二、实验原理
所谓曝气就是人为的通过一些设备，加速向水中传递氧的一种过程。现行通过曝气方法主要有三种，即鼓风曝气、机械曝气、鼓风机械曝气。鼓风曝气是将由鼓风机送出的压缩空气通过管道系统送到安装在曝气池池底的空气扩散装置（曝气器），然后以微小气泡的形式逸出，在上升的过程中与混合液接触、扩散，使气泡中氧转移到混合液中支。机械曝气则是利用安装在水面的叶轮的高速转动，剧烈搅动水面，产生水跃，使液面与空气接触的表面不断更新，使空气中的氧转移到混合液中去。曝气的机理可用若干传质理论来加以解释，但水处理界比较公认的是刘易斯（Lewis）于怀特曼（Whitman）创建的双膜理论。双膜理论是基于在气液两相界面存在着两层膜（气膜和液膜）的物理模型。它的内容是：在气液两相接触界面两侧存在着气膜和液膜，它们处于层流状态，气体分子从气相主体以分子扩散的方式经过气膜和液膜进入液相主题，氧转移的动力为气膜中的氧分压梯度和液膜中的氧的浓度梯度，传递的阻力存在于气膜和液膜中，而且主要存在于液膜中。如图所示：
氧扩散方向
P C P
液相主体 气相主体
气 G 膜
双膜理论模型
影响氧转移的因素主要有温度、污水性质、氧分压、水的紊流成都、气液之间接触时间和面积等。
氧转移的基本方程式为
dc
=KLa(CS-C) dt
KLa=DL∙A/XfV
式中
dc
——液相主体中氧转移速度[mg/(l·min)] dt
Cs——液膜处报和溶解氧浓度（mg/L） C——液相主体中溶解氧浓度（mg/L） KLa——为氧总转移系数
DL——氧分子在液膜中的扩散系数 A——气液两相接触界面面积（m2） Xf——液膜厚度（m） V——曝气液体容积（L）
由于液膜厚度Xf 及两相接触界面面积很难确定，因而用氧总转移系数KLa值代替。KLa值与温度、水紊动性、气液接触面面积等有关。它指的是在单位传质动力下，单位时间内向单位曝气液体中充氧量，它是反映氧转移速度的重要指标。
KLa=
1ρs-ρoln t-toρs-ρt
式中： KLa—氧总转移系数，l/min； t 、t0—曝气时间，min；
ρ0 —曝气开始时烧杯内溶解氧浓度（ t0=0时，C0=？mg/L），mg/L； ρs —烧杯内溶液饱和溶解氧值，mg/L；
ρt —曝气某时刻 t 时，烧杯内溶液溶解氧浓度，mg/L 评价曝气设备充氧能力的方法有两种：⑴不稳定状态下的曝气试验，即试验过程中溶解氧浓度是变化的，由零增加到饱和浓度；⑵稳定状态下的试验,即试验过程中溶解氧浓度保
持不变。本实验仅进行在实验室条件下进行的清水和污水在不稳定状态下的曝气试验。 三、实验设备及仪器
1、实验装置如图
2、卷尺
3、溶解氧测定仪
4、烧杯（100mL）配玻棒 5、计时表
6、无水亚硫酸钠 7、催化剂：氯化钴 8、电子天平 四、步骤
1、向模型曝气池注入自来水至曝气叶轮表面稍高处，用卷尺测出模型曝气池内水的高度H（m）和模型曝气池的直径D（m），进而计算出模型曝气池的容积（V，m3或L）。
注意：注水时水的流速不能过大，应避免模型曝气池中注入的原水含有气泡。
2、认真预习溶氧仪的使用方法，用胶带将极化校正过的溶氧仪探头捆绑在大玻棒上，并将探头伸入水下1/2处。
注意：在实验过程中，探头伸入水下的深度应尽量保持一致，并要避免溶氧仪探头与曝气头相接触。
3、启动曝气叶轮，使其缓慢转动（注意：仅使水流流动，不能产生气泡），用溶氧仪测定自来水水温和水中溶解氧值，当溶氧仪数值稳定时记录其为初始溶解氧浓度ρ0。
4、根据ρ0计算实验所需要的消氧剂Na2SO3和催化剂CoCl2的量，并称取。
Na2SO3+1/2O2=Na2SO4
1）脱氧剂（无水亚硫酸钠）用量：
从上面的反应式可以知道，每去除1mg溶解氧，需要7.9mgNa2SO3。根据池子的容积和自来水的溶解氧浓度，可以算出Na2SO3的理论需要量。实际投加量应为理论值的150%-200%。
计算方法如下：W1=V×ρ0×7.9×（150%-200%） 式中W1为Na2SO3的实际投加量，mg。 2）催化剂（氯化钴）用量：
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。 计算方法如下：W2=V×0.5×129.9/58.9 式中W2为CoCl2的实际投加量，mg。
5、将Na2SO3和CoCl2用蒸馏水样溶解后投放在曝气叶轮处。 注意：因Na2SO3和CoCl2称取量较少，应多次冲洗称量瓶，并将冲洗水倒入模型池内。 6、待溶解氧读数为零时，加快叶轮转速，使模型池内呈现曝气充氧状态，此时开始计时，每隔1min测定池内溶解氧值，直至溶解氧值不再增长为止，此时即为饱和溶解氧浓度ρs。随后关闭曝气装置。
注意：因记录时间间隔较短，两人应充分合作。一人控制溶解氧探头，避免溶氧仪探头和曝气盘接触，一人记录。 五、实验数据及结果整理
1、测定并记录实验基本参数，记录格式如下： 实验日期 年 月 日
模型曝气池内径D= m，高度H= m 实验条件下自来水的ρs= mg/L
表1原始实验记录表
水样体积V： L； 水温： ℃；初始溶解氧浓度ρ0： mg/L 无水亚硫酸钠用量： g；氯化钴用量： g 测量时间 t（min） 溶解氧浓度 ρ（mg/L） ρs- ρ （mg/L）
2、数据整理。
1) 以溶解氧浓度ρ为纵坐标、时间t为横坐标，作ρ与t的关系曲线。 2) 根据ρ-t曲线计算相应于不同ρ值的dρ/dt，记录于表2中。
表2 不同ρ值的dρ/dt ρ（mg/L） dρ /dt
（mg/（L·min））
……
1
2
3
3.5
4.0
4.5
5
…… ……
3）以dρ/dt为纵坐标、ρs-ρ为横坐标，绘制出dρ/dt与ρ的关系曲线，得到直线的斜率为所求的KLa。（或充氧时间t为横坐标，水中溶解氧浓度变化ln
Cs
为纵坐标，作图
Cs Ct
绘制充氧曲线，所得直线的斜率即为KLa。）
4）计算温度修正系数K，根据KLa（T），求氧总转移系数KLa（20）
（）
K=1.02420-T
（）
KLa（20）=K· KLa（T）= 1.02420-T× KLa（T）
5）计算充氧设备充氧能力OC：单位时间内转移到液体中的氧量。 表面曝气时OC= KLa（20）·ρs·V kgO2/h
式中：ρs—1atm下，20℃时溶解氧饱和值，ρs=9.17mg/L
V—曝气池有效体积，m3. 6）计算曝气设备动力效率Ep。 Ep
OC
kg/kW·h N
式中：N—理论功率，只计算曝气充氧所耗有用功；
V——曝气池有效体积。 六、实验结果分析与小结
对整理得到的实验结果进行分析，并对本次实验进行小结（体会、心得）。 七、思考题
1. 简述曝气在活性污泥生物处理法中的作用 2. 简述曝气充氧原理及影响氧转移因素 3. 氧总转移系数KLa的意义是什么？