水處理實驗技術(shù)項目設(shè)置

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1、四、水處理實驗技術(shù)項目設(shè)置 開設(shè)的實驗項目包括基礎(chǔ)型、提高性、研究創(chuàng)新性實驗教學(xué)項目。 基礎(chǔ)型實驗教學(xué)項目占實驗總數(shù)的 50流右，共8項。其中驗證性實驗包括： 顆粒自由沉淀實驗；驗證性實驗包括活性炭吸附試驗、 離子交換軟化實驗、曝氣 設(shè)備充氧能力測定、混凝實驗、過濾實驗、污泥比阻測定實驗、污泥沉降比和污 泥指數(shù)測定實驗。數(shù)據(jù)處理項目實驗數(shù)據(jù)分析處理及實驗設(shè)計。 提高性實驗教學(xué)項目占實驗總數(shù)的 30流右，共3項。包括膜法水處理實驗、 食品廢水中酵母的分離培養(yǎng)與核酸提取、有機廢水處理好氧優(yōu)勢菌的分離、純化 及屬的鑒定。 研究創(chuàng)新性實驗教學(xué)項目占實驗總數(shù)的 20%左右，共2項，實驗項目為污水

2、 厭氧處理實驗、完全混合生化反應(yīng)器處理校園生活污水，設(shè)計多種工藝路線處理 生活污水。詳細見表4-1。 表4-1 實驗項目一覽表 實驗項目一覽表 序號 實驗（實訓(xùn)）項目名稱 項目類型 計劃課時 備注 1 活性炭吸附實驗 驗證性 2 必做 2 離子交換軟化實驗 驗證性 2 必做 3 曝氣設(shè)備充氧能力測定實驗 驗證性 2 必做 4 混凝實驗 驗證性 2 必做 5 顆粒自由沉淀實驗 驗證性 2 必做 6 過濾實驗 驗證性 2 必做 7 污泥比阻測定實驗 驗證性 2 必做 8 污泥沉降比和污泥指數(shù)（SVI ）的 測定

3、實驗 驗證性 2 必做 9 膜法水處理實驗 設(shè)計性 2 必做 10 食品廢水中酵母的分離培養(yǎng)與核酸 提取 設(shè)計性 2 選做 11 有機廢水處理好氧優(yōu)勢菌的分離、 純化及屬的鑒定 設(shè)計性 4 必做  12 污水厭氧處理實驗 研究創(chuàng)新性 2 選做 13 完全混合生化反應(yīng)器處理校園生活 污水 研究創(chuàng)新性 4 必做 合 計 30 實驗一活性炭吸附實驗 活性炭吸附是目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的一種水處理工藝， 由于活性炭種類多、 可去除物質(zhì) 復(fù)雜，因此掌握“間歇”法與“連續(xù)淤法確定活性炭吸附工藝設(shè)計參數(shù)的方法，對水處理工 程技

4、術(shù)人員至關(guān)重要。 目的 1 ?通過實驗進一步了解活性炭的吸附工藝及性能，并熟悉整個實驗過程的操作。 2?掌握用“間歇”法、“連續(xù)流”法確定活性炭處理污水的設(shè)計參數(shù)的方法。 原理 活性炭吸附是目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的一種水處理手段。 由于活性炭對水中大部分污染物 都有較好的吸附作用，因此活性炭吸附應(yīng)用于水處理時往往具有出水水質(zhì)穩(wěn)定， 適用于多種 污水的優(yōu)點。活性炭吸附常用來處理某些工業(yè)污水， 在有些特殊情況下也用于給水處理。 比 如當(dāng)給水水源中含有某些不易去除而且含量較少的污染物時； 當(dāng)某些偏遠小居住區(qū)尚無自來 水廠需臨時安裝一小型自來水生產(chǎn)裝置時， 往往使用活性炭吸附裝置。但由于

5、活性炭的造價 較高，再生過程較復(fù)雜，所以活性炭吸附的應(yīng)用尚具有一定的局限性。 活性炭吸附就是利用活性炭的固體表面對水中一種或多種物質(zhì)的吸附作用， 以達到凈化 水質(zhì)的目的?；钚蕴康奈阶饔卯a(chǎn)生于兩個方面， 一是由于活性炭內(nèi)部分子在各個方向都受 著同等大小的力而在表面的分子則受到不平衡的力， 這就使其它分子吸附于其表面上， 此為 物理吸附；另一個是由于活性炭與被吸附物質(zhì)之間的化學(xué)作用， 此為化學(xué)吸附。活性炭的吸 附是上述二種吸附綜合作用的結(jié)果。 當(dāng)活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等時， 即單 位時間內(nèi)活性炭吸附的數(shù)量等于解吸的數(shù)量時， 此時被吸附物質(zhì)在溶液中的濃度和在活性炭 表

6、面的濃度均不再變化，而達到了平衡，此時的動平衡稱為活性炭吸附平衡， 而此時被吸附 物質(zhì)在溶液中的濃度稱為平衡濃度?；钚蕴康奈侥芰σ晕搅?q表示。 (3-105) V(C。C) M 式中 q――活性炭吸附量，即單位重量的吸附劑所吸附的物質(zhì)重， g/g ; V ――污水體積，L; Co、C――分別為吸附前原水及吸附平衡時污水中的物質(zhì)濃度， g/L ; X ――被吸附物質(zhì)重量，g; M 活性炭投加量，g; 在溫度一定的條件下； 活性炭的吸附量隨被吸附物質(zhì)平衡濃度的提高而提高， 兩者之間 的變化曲線稱為吸附等溫線，通常用費蘭德利希經(jīng)驗式加以表達。 丄 q K?Cn (3-

7、106) 式中q――活供發(fā)吸附量，g/g; C――被吸附物質(zhì)平衡濃度 g/L ; K、h 一一是與溶液的溫度，pH值以及吸附劑和被吸附物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。 K、h值求法如下：通過間歇式活性炭吸附實驗測得 q、C 相應(yīng)之值，將式(3-106)取對數(shù)后變?yōu)橄率? 1 lg q lg k —IgC (3-107) n 將q、C相宜值點繪在雙對數(shù)坐標紙上，所的直線的斜率為 1截距則為k。如圖(3-69)所 一 n 示。 由于間歇式靜態(tài)吸附法處理能力低、設(shè)備多，故在工程中多采用連續(xù)流活性炭吸附法， 即活性炭動態(tài)吸附法。 采用連續(xù)流方式的活性炭層吸附性能可用勃哈特( Boha

8、rt)和亞當(dāng)斯(Adams)所提出的 關(guān)系式來表達。 ln C0 1 c In C KNcD KC°t (3-108) P(- V —1) t N0 f 1 , c。 “ -D ln 0 1 (3-109) C°V C0K Cb 式中 t ―- -工作時間，h； V — - 流速，m/h ； D — —活性炭層厚度， m； K — -速度常數(shù)，L/mg ? 1 h； N0 - -—吸附容量、即達到飽和時被吸附物質(zhì)的吸附量

9、， mg//L ； Co——進水中被吸附物質(zhì)濃度， mg/L ； Cb ――允許出水溶質(zhì)濃度， mg/L。 Cb的炭層理論深度稱為活性炭層的臨界深度, 當(dāng)工作時間t=0時，能使出水濃度小于 其值由上式t=0推出 D。 ln C0 Cb (3-110) 炭柱的吸附容量(N)和速度常數(shù)(K)，可通過連續(xù)流活性炭吸附實驗并利用式 (3-109) t?D線形關(guān)系回歸或作圖法求出。 設(shè)備及用具 1. 間歇式活性炭吸附實驗裝置如圖 示； 2. 連續(xù)流活性炭吸附實驗裝置如圖 示； 3. 間歇與連續(xù)流實驗所需設(shè)備及用具: (1) 康氏振蕩器一臺。 (2) 500

10、mL三角燒杯6個； (3) 烘箱； (4) COD SS等測定分析裝置，玻璃器皿、濾紙等。 (5) 有機玻璃炭柱 d= 20?30mm , H = 1.0m；  (6 )活性炭； (7)配水及投配系統(tǒng)。 步驟及記錄 1.間歇式活性炭吸附實驗 (1) 將某污水用濾布過濾， 去除水中懸浮物，或自 配污水，測定該污水的 COD、pH、SS等值。 (2) 將活性炭放在蒸餾水中浸 24小時，然后放在 105C烘箱內(nèi)烘至恒重，再將烘干后的活性炭壓碎， 使其 成為能通過200目以下篩孔的粉狀炭。因為粒狀活性炭 要達到吸附平衡耗時太長，往往需數(shù)日或數(shù)周，為了使 實驗?zāi)茉诙虝r間內(nèi)結(jié)束，

11、所以多用粉狀炭。 a 樣 -“I 1-rlA rvrdl?I、」l.-JB'■■ lr:-J 圖3逋軌流活性謨應(yīng)附實報裝蹩 (3) 在六個500mL的三角燒瓶中分別投加 0、100、200、300、4D0、500mg 粉狀活性 炭。 (4) 在每個三角燒瓶中投加同體積的過濾后的污水，使每個燒瓶中的 COD濃度與 活性炭濃度的比值在 0.05?5.0之間(沒有投加活性炭的燒瓶除外) 。 (5) 測定水溫，將三角燒瓶放在振蕩器上振蕩，當(dāng)達到吸附平衡(時間延至濾出液的 有機物濃度COD值不再改變)時即可停止振蕩。 (振蕩時間一般為 30min以上)。 (6) 過濾各三

12、角燒瓶中的污水，測定其剩余 COD值，求出吸附量x。 實驗記錄如表3-66示。 表3-66活性發(fā)間歇吸附實驗記錄 序 號 原污水 出水 污水體 積(mL) 或(L) 活性炭 投加量 (mg或 (g) COD 去除率 (%) 備 注 COD (mg/ L) PH 值 水 溫C SS(m g/L) COD( mg/L) pH SS(mg /L)

13、 2?連續(xù)流活性炭吸附實驗 (1 )將某污水過濾或配制一種污水，測定該污水的 COD、pH、SS、水溫等各項指標并記 人表3-67。 (2) 在內(nèi)徑為20?30mm ,高為1000mm的有機玻璃管或玻璃管中裝人 500?750mm高 的經(jīng)水洗烘干后的活性炭。 表3-67連續(xù)流炭柱吸附實驗記錄 原水COD濃度(mg/L) 水溫T( C )= 進流率 q(m3/m2 ? h)= 炭柱厚D1= D2= D3= 允許出水濃度CB(mg/L))= pH = SS= (mg/L) 濾 速 V(m/h)= 出水水質(zhì) 工作時間 t(h) 柱1

14、柱2 柱3 （3）以每分鐘40mL?200mL的流量（具體可參考水質(zhì)條件而定） ，按升流或降流的方 式運行（運行時炭層中不應(yīng)有空氣氣泡） 。本實驗裝置為降流式。實驗至少要用三種以上的 不同流速V進行。 （4）在每一流速運行穩(wěn)定后，每隔 10?30min由各炭柱取樣，測定出水 COD值，至出 水中COD濃度達到進水中 COD濃度的0.9?0.95為止。并將結(jié)果記于表 3-67中。 成果整理 1. 間歇式活性炭吸附實驗 （1）按表3-66記錄的原始數(shù)據(jù)進行計算。 （2）按（3-105）式計算吸附量q。 （3）利

15、用q?c相應(yīng)數(shù)據(jù)和式（3-106）,經(jīng)回歸分析求出 K、n值或利用作圖法，將 C 1 和相應(yīng)的q值在雙對數(shù)坐標紙上繪制出吸附等溫線，直線斜率為 丄、截距為K.。 1 1 n 1 值越小活性炭吸附性能越好， 一般認為當(dāng)一 =0.1?0.5時，水中欲去除雜質(zhì)易被吸附； >2 時難于吸附。當(dāng) 丄較小時多采用間歇式活性炭吸附操作；當(dāng) 1較大時，最好采用連續(xù)式活 性炭吸附操作。 2?連續(xù)流活性炭吸附實驗 （1）求各流速下K、N。值 1） 將實驗數(shù)據(jù)記入表 3-67,并根據(jù)t?C關(guān)系確定當(dāng)出水溶質(zhì)濃度等于 Cb時各柱的工 作時間b、t2、t3o 2） 根據(jù)式（3-109）以時間ti為縱

16、坐標，以炭層厚 Dt為橫坐標，點繪t、D值，直線截 距為 In C0 CB K?C。 斜率為N0/C0 ? V。如圖3-70示。 3） 將已知C。、Cb、V等值代人，求出流速常數(shù) K和吸附常量N。值。 4） 根據(jù)式（3-110）求出每一流速下炭層臨界深度值 D0值。 5） 按表（3-68）給出各濾速下炭吸附設(shè)計參數(shù) K、D。、N0值，或繪制成如圖3-71 所示 的圖，以供活性炭吸附設(shè)備設(shè)計時參考。 表3-68活性炭吸附實驗結(jié)果 流速V(m/h) No(mg/L) K(L/mg ? h) Do(m)

17、 思考題 1. 吸附等溫線有什么現(xiàn)實意義，作吸附等溫線時為什么要用粉狀炭? 2. 連續(xù)流的升流式和降流式運動方式各有什么缺點？ 實驗二 離子交換軟化實驗 離子交換軟化法在水處理工程中有廣泛的應(yīng)用。強酸性陽離子交換樹脂的使用也很普 遍。作為水處理工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)掌握這種樹脂交換容量 （即全交換容量）的測定方法并了 解軟化水裝置的操作運行。 一、強酸性陽離子交換樹脂交換容量的測定 目的 1. 加深對強酸性陽離子交換樹脂交換容量的理解。 2 ?掌握測定強酸性陽離子交換樹脂交換容量的方法。 原理 交換容量是交換樹脂最重要的性能， 它定量地表示樹脂交換能力的大小。 樹脂交換容量

18、 在理論上可以從樹脂單元結(jié)構(gòu)式粗略地計算出來。以強酸性苯乙烯系陽離于交換樹脂為例， 其單元結(jié)構(gòu)式為： —CH—CH4— I C Z \ H—C C—H I I H—C C—H I SO.H 單元結(jié)構(gòu)式中共有 8個碳原子、8個氫原子、3個氧原子、一個硫原子，其分子量等于 8X 12.011 + 8X 1.008 + 3X 15 . 9994+ 1 X 32.06= 184.2，只有強酸基因 SO3H 對中的 H 遇水 電離形成H+離子可以交換，即每184.2g干樹脂中只有 1克當(dāng)量可交換離子。所以，每克干 樹脂具有可交換離子 1/184.2 = 0.00543e= 5.43

19、me?？廴ソ宦?lián)劑所占份量（按 8%重量計）， 0.01 X 7 以去除樹 按下式 （3 — 93） 則強酸干樹脂交換容量應(yīng)為 5.43 X 92/100=4.99me/g。此值與實際測定值差別不大。 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂交換容量規(guī)定為》 4.2me/g （干樹脂）。 強酸性陽離子交換樹脂交換容量測定前需經(jīng)過預(yù)處理， 即經(jīng)過酸堿輪流浸泡， 脂表面的可溶性雜質(zhì)。測定陽離子交換樹脂容量常采用堿滴定法， 用酚酞作指示劑， 計算交換容量： E 器 me/ g （干氫樹脂） W固體含量% 式中N ―― NaOH標準溶液的當(dāng)量濃度； V —一 NaOH標準溶液的用量， mL

20、 ; W ――樣品濕樹脂重，go ［設(shè)備及用具］ 1 ?天平萬分之一克精度 1架 2?烘箱 1臺 3?干燥器 1個 4?三角燒瓶 250mL 2個 5. 秒液管 10mL 2支 步驟及記錄 1?強酸性陽離子交換樹脂的預(yù)處理 取樣品約10g以2 N硫酸（或1N鹽酸）及1N NaOH輪流浸泡，即按酸一堿一酸一堿 一酸順序浸泡5次，每次兩小時，浸泡液體積約為樹脂體積的 2?3倍。在酸堿互換時應(yīng)用 200mL無離子水進行洗滌。5次浸泡結(jié)束用無離子水洗滌至溶液呈中性。 2?測強酸性陽離于交換樹脂團體含量％ 稱取雙份I.OOOOg的樣品，將其中一份放入105?110C烘箱中約2小

21、時，烘干至恒重后 放入氯化鈣干燥器中冷卻至室溫，稱重，記錄干燥后的樹脂重。 固體含量=干燥后的樹脂重 X 100/樣品重 3?強酸性陽離子交換樹脂交換容量的測定 將一份1.0000g的樣品置于250mL三角燒瓶中，投加 0.5NNaCI溶液100mL搖動5分 鐘，放置兩小時后加人 I %酚酞指示劑 3滴，用標準0.10000N NaOH溶液進行滴定，至呈 微紅色15秒鐘不退，即為終點。記錄 NaOH標準溶液的當(dāng)量濃度及用量。 表3-50強酸性陽離子交換樹脂交換容量測定記錄 濕樹脂樣品重 W（g） 干燥后的樹脂 重 W1 （g） 樹脂固體含量 （%） NaOH標準溶 液的

22、當(dāng)量濃度 NaOH標準溶液的 用量V （mL） 交換容量 me/g 干氫樹脂 成果整理 1 .根據(jù)實驗測定數(shù)據(jù)計算樹脂固體含量。 2. 根據(jù)實驗測定數(shù)據(jù)計算樹脂交換容量。 思考題 1. 測定強酸性陽離子交換樹脂的交換容量為何用強堿液 NaOH滴定？ 2?寫出本實驗有關(guān)化學(xué)反應(yīng)式。 二、軟化實驗 目的 1?熟悉順流再生固定床運行操作過程。 2. 加深對鈉離子交換基本理論的理解。 原理 當(dāng)含有鈣鹽及鎂鹽的水通過裝有陽離子交換樹脂的交換器時，水中的 Ca2+及Mg2+離子 便與樹脂中的可交換離子（Na+或H+）交換?使水中Ca2+、Mg2+

23、含量降低或基本全部去除， 這個過程叫做水的軟化。樹脂失效后要進行再生，即把樹脂上吸附的鈣、鎂離子置換出來， 代之以新的可交換離子。鈉離子交換用食鹽（ NaCI）再生、氫離子交換用鹽酸（HCI）或硫 酸（H2SO4）再生。基本反應(yīng)式如下： 1. 鈉離子交換： 軟化： 再生: [(HCOa)2 j 2RNa + Ca^ 一 R7Ca+ bl i [so4 J NasSO4 r( hco,)j , (IICOJ 亠一RtMg + 心 2RNa + MgJ [so. J N活0* (3-94 ) 2. 氫離子交換: 交換 再生;

24、 R2Ca R2Ca 2NaCI 2RNa CaCb RzMg 2NaCI 2RNa MgC" [XHCO 小 2RH + CaJcit |so( f(HCOa), 2RlUMgJcix tso4 ￡HsCO5 p—- R2Ca + 2HC1 H,SO< 2HtCOB [一-R^lg + aHCl ! HjSO, (3-96) (3-97) (3-98 > (3-99 > pHCl iHiSO. 2R11 + CaCl> CaSO. pHCi IHjSO* MgCl* 鈉離子交換的最大優(yōu)點是不出酸性水，但不能 脫堿。本實驗采用鈉離子交換。 設(shè)

25、備及用具 1. 軟化裝置二套，如圖 3-58， 2. 100mL量簡1個、秒表1塊（控制再生液流 量用）; 3. 200000鋼卷尺1個； 4. 測硬度所需用品及測定方法詳見水質(zhì)分析書 籍. 籍曰； 5. 食鹽數(shù)百克。 步驟及記錄 1. 熟悉實驗裝置，搞清楚每條管路、每個閥門 的作用； 朋3「陰軟化輩賈 2—陽離子交換2—轉(zhuǎn)子 詵—軟化承箱」再生鑲掘* 痛一負洗遵水T一反St排水書* 8-&Bt 排木胃"9一排％餐 2. 測原水硬度，測量交換柱內(nèi)徑及樹脂層高度； 3?將交換柱內(nèi)樹脂反洗數(shù)分鐘，反洗流速采用 15m八，以去除樹脂層的氣泡。 4?軟化。運行流速采用 15m

26、巾，每隔10min測一次水硬度，測兩次并進行比較。 5.改變運行流速。流速分別取 20、25、30m/h，每個流速下運行 5min，測出水硬度。 6 ?反洗。沖洗水用自來水.反洗流速采用 15m/h，反洗時間15min。反洗結(jié)束將水放 到水面高于樹脂表面 10cm左右。 7 .根據(jù)軟化裝置樹脂工作交換容量( e/L),樹脂體積(L)，順流再生鈉離子交換 NaCI 耗量(100?120g/e )以及食鹽NaCI含量(海鹽NaCI含量》80?93 %),計算再生一次所需食 鹽量。配制濃度10%的食鹽再生液。 &再生。再生流速采用 3?5m/h。調(diào)節(jié)定量投再生液瓶出水閥門開啟度大小以控制

27、再 生流速。再生液用畢時，將樹脂在鹽液中浸泡數(shù)分鐘。 9 .清洗。清洗流速采用 15m/h，每5 min測一次出水硬度，有條件還可測氯根，直至 出水水質(zhì)符號要求時為止。清洗時間約需 50min。 10.清洗完畢結(jié)束實驗，交換柱內(nèi)樹脂應(yīng)浸泡在水中。 表3-51原水硬度及實驗有關(guān)數(shù)據(jù) 原水硬度(以CaCO3計) (mg/L) 交換柱內(nèi)徑(cm) 樹脂層高度(cm) 樹脂名稱及型號 表3-52交換實驗記錄 運行流速(m/h) 運行流量(L/h) 運行時間(min) 出水硬度(以CaCO3計 (mg/L)) 15 10 15 10

28、 20 5 25 5 30 5 表3-53反洗記錄 反洗流速(m/h) 反洗流量(L/h) 反洗時間(min) 表3-54再生記錄 再生一次所需食鹽量 (kg) 再生一次所需濃度10% 的食鹽再生液(L) 再生流速(m/h) 再生流量(mL/s) 表3-55清洗記錄 清洗流速(m/h) 清洗流量(L?h) 清洗歷時(min) 出水硬度(以CaCO3計 (mg/L)) 15 5 15 10 15 15 50 注意事項 1．反沖洗時注

29、意流量大小，不要將樹脂沖走。 2．再生溶液沒有經(jīng)過過濾器，宜用精制食鹽配制。 成果整理 1．繪制不同運行流速與出水硬度關(guān)系的變化曲線。 2．繪制不同清洗歷時與出水硬度關(guān)系的變化曲線。 思考題 1．本實驗鈉離子交換運行出水硬度是否小于 0.05me/L ？影響出水硬度的因素有哪些 2．影響再生劑用量的因素有哪些？再生液濃度過高或過低有何不利？ 實驗三曝氣設(shè)備充氧能力測定實驗 曝氣是活性污泥系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)， 它的作用是向池內(nèi)充氧， 保證微生物生化作用所 需之氧，同時保持池內(nèi)微生物、有機物、溶解氧，即泥、水、氣三者的充分混合，為微生物 降解創(chuàng)造有利條件。因此了解掌握曝氣設(shè)備充

30、氧性能，不同污水充氧修正系數(shù) a、B值及其 測定方法，不僅對工程設(shè)計人員、 而且對污水處理廠（站）運行管理人員也至關(guān)重要。 此外, 二級生物處理廠（站）中，曝氣充氧電耗占全廠動力消耗的 60—70%,因而高效省能型曝 氣設(shè)備的研制是當(dāng)前污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域面臨的一個重要課題。 因此本實驗是水處理實驗 中的一個重要項目，一般列為必開實驗。 一、曝氣設(shè)備清水充氧性能測定 目的 1 ?加深理解曝氣充氧的機理及影響因素。 2?了解掌握曝氣設(shè)備清水充氧性能測定的方法。 3. 測定幾種不同形式的曝氣設(shè)備氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù) KLas，氧利用率n%,動力效率等， 并進行比較。 原理 祇mb"

31、 H擴1K方向 圖3-43戲膜郎論攝式 曝氣是人為地通過一些設(shè)備加速向水中 傳遞氧的過程，常用的曝氣設(shè)備分為機械曝氣 與鼓風(fēng)曝氣兩大類，無論哪一種曝氣設(shè)備， 充氧過程均屬傳質(zhì)過程，氧傳遞機理為雙膜理 論，如圖3-43示在氧傳遞過程中，阻力主要 來自液膜，氧傳遞基本方程式為： dc 二 KLa(CS C) dt (3-58) dc 式中 液體中溶解氧濃度變化速率 mg/L ? min ; dt Cs— C 氧傳質(zhì)推動力， mg/ L ; Cs 液膜處飽和溶解氧濃度， mg/L ; C—一液相主體中溶解氧濃度， mg / L ; Dl ? A KLa — ――氧總轉(zhuǎn)

32、移系數(shù)； Yl ?W D L 液膜中氧分子擴散系數(shù)； Yl ――液膜厚度 A ——氣液兩相接觸面積； W ――曝氣液體體積。 由于液膜厚度 Yl和液體流態(tài)有關(guān)，而且實驗中無法測定與計算，同樣氣液接觸面積 A 的大小也無法測定與計算，故用氧總轉(zhuǎn)移系數(shù) KLa代替。 將式（3-58）積分整理后得曝氣設(shè)備氧總轉(zhuǎn)移系數(shù) KLa計算式。 KLa 2.303, Cs FT吃 Co (3-59) 式中 KLa 氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)。1/min或1/h; to、t 曝氣時間， min; Co――曝氣開始時池內(nèi)溶解氧濃度， to= 0時，Co= 0, mg/L ; Cs――曝氣池內(nèi)

33、液體飽和溶解氧值， mg/L ; Ct――曝氣某一時刻t時，池內(nèi)液體溶解氧濃度， mg / L。 由式中可見，影響氧傳遞速率 KLa的因素很多，除了曝氣設(shè)備本身結(jié)構(gòu)尺寸，運行條件 而外，還與水質(zhì)水溫等有關(guān)。為了進行互相比較，以及向設(shè)計、使用部門提供產(chǎn)品性能，故 產(chǎn)品給出的充氧性能均為清水，標準狀態(tài)下，即清水（一般多為自來水）一個大氣壓 20 C 下的充氧性能。常用指標有氧總轉(zhuǎn)移系數(shù) Klas充氧能力Qc、動力效率E和氧利用率n%。 曝氣設(shè)備充氧性能測定實驗， 一種是間歇非穩(wěn)態(tài)法， 即實驗時一池水不進不出， 池內(nèi)溶 解氧濃度隨時間而變；另一種是連續(xù)穩(wěn)態(tài)測定法，即實驗時池內(nèi)連續(xù)進出水，

34、池內(nèi)溶解氧濃 度保持不變。目前國內(nèi)外多用間歇非穩(wěn)態(tài)測定法， 即向池內(nèi)注滿所需水后， 將待曝氣之水以 無水亞硫酸鈉為脫氧劑， 氯化鉆為催化劑，脫氧至零后開始曝氣， 液體中溶解氧濃度逐漸提 高。液體中溶解氧的濃度 C是時間t的函數(shù)，曝氣后每隔一定時間 t取曝氣水樣，測定水中 溶解氧濃度，從而利用上式計算 KLa值，或是以虧氧量（Cs— Ct）為縱坐標，在半對數(shù)坐 標紙上繪圖，直線科率即為 KLa值。 設(shè)備及用具 1 ?自吸式射流曝氣清水充氧設(shè)備。見圖 3-44 1） 曝氣池：以鋼板制成 0.8 X 1.0 X 4.3m。 2） 射流暖氣設(shè)備。噴嘴 d=14 mm ,喉管D = 32

35、mm，喉管長L=2975mm。 3） 水循環(huán)系統(tǒng)，吸水池、塑料泵。 4） 計量裝置：轉(zhuǎn)子流量計、壓力表、真空表、熱球式測風(fēng)儀。 5） 水中溶解氧測定設(shè)備，測定方法詳見水質(zhì)分析（碘量法） ，或用上海第二分析儀器廠 的溶解氧測定儀。 6） 無水亞硫酸鈉、氯化鈷、秒表。 2 ?穿孔管鼓風(fēng)曝氣清水充氧設(shè)備。見圖 3-45。 ffi 3-45穿扎管該鳳済水 充埶實驗裝覺 1-沖機聯(lián)恥曙吒拄卜2—P孔瓷布氣，3-3? 樣孔、電一fft浹孔I 6*進P 圖3-46平樁葉輪表面曙鳧構(gòu)水充氧宴驗輩魁 一兗全混性烽堪式孕氣池I 2—平（E葉魏"3-JStAt 4 一f?解幅濟鷹欄定儀」陽錄僅

36、 10 圖3-44自吸式射蒐隔吒済水充疤實驗蜚置 】一暉弋水険* 2—射漬器*、一甲IT孔I 4-進氣口 I 5—用空?t A-JE力宸 1 7 -iH

37、充氧實驗步驟： （1）關(guān)閉所有閘門，向曝氣池內(nèi)注人清水（自來水）至小 2米，取水樣測定水中溶解氧值, 并計算池內(nèi)溶解氧含量 G = DO X V。 （2）計算投藥量： （a） 脫氧劑采用無水亞硫酸鈉。 根據(jù) 2Na2SO3+O2=2Na2SO4 則每次投藥量g=G X 8 X （1.1?1.5）。1.1?1.5值是為脫氧安全而取的系數(shù)。 （b） 催化劑采用氯化鉆，投加濃度為 0.1mg / L,將稱得的藥劑用溫水化開，由池頂?shù)谷? 池內(nèi)，約10min后，取水樣、測其溶解氧。 （3） 當(dāng)池內(nèi)水脫氧至零后，打開回水閥門和放氣閥門，向吸水池灌水 EK。 （4） 關(guān)閉水泵出水閥門，啟

38、動水泵，然后，徐徐打開閥門，至池頂壓力表讀數(shù)為 0.15MPa 為止。 (5) 開啟水泵后，由觀察孔觀察射流器出口處，當(dāng)有氣泡出現(xiàn)時，開始計時，同時每隔 1分鐘(前3個間隔)和0.5分(后幾個間隔)開始取樣，連續(xù)取 15個水樣左右。 (6) 計量水量、水壓、風(fēng)速( m/ s)(進氣管d = 32mm )。 (7 )觀察曝氣時喉管內(nèi)現(xiàn)象和池內(nèi)現(xiàn)象。 (8) 關(guān)閉進氣管閘門后，記錄真空表讀數(shù)。 (9) 關(guān)閉水泵出水閥門，停泵。 2. 鼓風(fēng)曝氣清水充氧實驗步驟： (1) 河柱內(nèi)注人清水至 3. lin處時，測定水中溶解氧值，計算池內(nèi)溶氧量 G=DO ? V。 (2) 計算投藥量

39、。 (3) 將稱得藥劑用溫水化開由柱頂?shù)谷酥鶅?nèi)，幾分鐘后，測定水中溶解氧值。 (4) 當(dāng)水中溶解氧為零后，打開空壓機，向貯氣罐內(nèi)充氣?？諌簷C停止運行后，打開供 氣閥門，開始曝氣，并記錄時間；同時每隔一定時間( lmin )取一次樣，測定溶解氧值，連 續(xù)取樣10 一豆5個；而后，拉長間隔，直至水中溶解氧不再增長(達到飽和)為止；隨后， 關(guān)閉進氣閥門。 (5) 實驗中計量風(fēng)量、風(fēng)壓、室外溫度。并觀察曝氣時柱內(nèi)現(xiàn)象。 3?平板葉輪表面曝氣清水充氧實驗步驟 (1 )向池內(nèi)注滿清水，按理論加藥量的 1.5倍加入脫氧劑及催化劑。 (2) 當(dāng)溶解氧測定儀的指針達到 O后，開始啟動電機進行

40、曝氣，直至池內(nèi)溶解氧達到 穩(wěn)定值為止。 4. 記錄 (I)自吸式射流曝氣設(shè)備清水充氧記錄見表 3-39。 (2 )化學(xué)滴定法測定水中溶解氧記錄見表 3-40。 (3) 溶解氧測定儀與記錄儀配用的記錄，記錄紙自記的形式如圖 3-47。 < mj/ LJ 圖3-J? DO?f曲線 表3-39自吸式射流曝氣清水充氧實驗記錄 水溫 曝氣池平面 尺寸(m2) 進水流量 (m3) 進風(fēng)量 氣水比(體積比) 風(fēng)速 風(fēng)速 風(fēng)量 進水壓力 (Mpa) 池內(nèi)水深 (m) 噴嘴直徑 d(mm) 吼管直徑 d(mm) 吼管長

41、度 L(mm) 面積比 D2/d2 長徑比 L/D 表3-40水中溶解氧測定記錄表 瓶號 取樣點 V (mL) V(mL) DO(mL) 瓶號 取樣點 V (mL) V(ml) DO(ml) Na2S2O3(N= ) 注意事項 1 .每個實驗所用設(shè)備、儀器較多，事前必須熟悉 設(shè)備、儀器的使用方法及注意事項。 2?加藥時，將脫氧劑與催化劑用溫水化開后，從柱或池頂，均勻加人。 3 ?無溶解氧測定儀的設(shè)

42、備，在曝氣初期，取樣時間間隔宜短。 4 ?實測飽和溶解氧值時，一定要在溶解氧值穩(wěn)定后進行。 5?水溫、風(fēng)溫(送風(fēng)管內(nèi)空氣溫度)宜取開始、中間、結(jié)束時實測值的平均值。 ［成果整理］ 1 ?參數(shù)選用 因清水充氧實驗給出的是標準狀態(tài)下氧總轉(zhuǎn)移系數(shù) KLas。，即清水(本次實驗用的是自 來水)在一個大氣壓，20C下的充氧性能，而實驗過程中曝氣充氧的條件并非是一個大氣壓， 20C,但這些條件都對充氧性能有影響，故引入了壓力、溫度修正系數(shù)。 (1)溫度修正系數(shù) K 1.02420 T (3-60) 修正后的氧總轉(zhuǎn)移速率為 KLas K?KLa 1.02420 T J (3-61) 此

43、為經(jīng)驗式，它考慮了水溫對水的粘滯性和飽和溶解氧值的影響， 國內(nèi)外大多采用此式， 本次實驗也以此進行溫度修正。 (2)水中飽和溶解氧值的修正 由于水中飽和溶解氧值受其中壓力和所含無機鹽種類及數(shù)量的影響，所以式( 3- 59) 另外也可以用理 (3 — 62) (3-63) (3-64) (3-65) 中的飽和溶解氧值最好用實測值， 即曝氣池內(nèi)的溶解氧達到穩(wěn)定時的數(shù)值。 論公式對飽和溶解氧標準值進行修正。 用?？腺M爾德公式進行修正。 p Pb QL 0.206 42 式中Pb――空氣釋放點處的絕對壓力； H Pb Pa MPa 10 10 Pa——0.1MPa

44、 H――空氣釋放點距水面高度， m; Qt——空氣中氧的克分子百分比； 小 21(1 %)?100 Qt 79 21(1 %) n%――曝氣設(shè)備氧的利用率，％。 則式(3 — 59)中飽和溶解氧值 Cs應(yīng)用下式求得： Csm= Cs ? P 式中 Csm――清水充氧實驗池內(nèi)經(jīng)修正后的飽和溶解氧值， mg / L; Cs 1個大氣壓下某溫度下氧飽和濃度理論值， mg / L; P――壓力修正系數(shù)。 有實測飽和溶解氧值用實測值，無實測值可采用理論修正值。 2 .氧總轉(zhuǎn)移系數(shù) K Las 氧總轉(zhuǎn)移系數(shù) KLas是指在單位傳質(zhì)推動力的作用下，在單位時間、向單位曝氣液體中 所充

45、入的氧量。它的倒數(shù)1/KLas單位是時間，表示將滿池水從溶解氧為零充到飽和值時所用 時間，因此KLas是反映氧傳遞速率的一個重要指標。 KLas的計算首先是根據(jù)實驗記錄，或溶解氧測定記錄儀的記錄和式（ 3-59）,按表3-41 計算，或者是在半對數(shù)坐標紙上，以（ Csm— Ct）為縱坐標，以時間 t為橫坐標繪圖求 KLa 值。 表3 — 41氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa計算表 t-to(mi n) Ct(mg/L) Cs-Ct(mg/L) Cs Ig Cs Cs Ct 2.303 tga t to KLa(mi n) Cs Ct

46、 求得KLa值后，禾U用式（3-61 ）求得KLas值。 3. 充氧能力Qc 充氧能力是反映曝氣設(shè)備在單位時間內(nèi)向單位液體中充入的氧量。 Qc= KLas ? Cs kg ( 02)/h ? m3 (3-66) 式中 KLas 氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（標準狀態(tài)） 1/h或l/min ; Cs—— l個大氣壓，20C時氧飽和值， Cs= 9.17mg/ L。 4. 動力效率E Qc ?W E - kg（02）/kW?h （3-67） N E是指曝氣設(shè)備每消耗一度電時轉(zhuǎn)移到曝氣液體的氧量。 由此可見，動力效率將曝氣供 氧與所消耗的動力聯(lián)

47、系在一起，是一個具有經(jīng)濟價值的指標，它的高低將影響到活性污泥處 理廠（站）的運行費用。 式中 N――理論功率，即不計管路損失，不計風(fēng)機和電機的效率，只計算曝氣充氧所耗有 用功。 (3-68) N QbHb 102 3.6 式中 Hb 風(fēng)壓，m； Qb 風(fēng)量，m3/h。 Qb Qb0 ■■ Pb ?Tbo (3-69) 由于供風(fēng)時計量條件與所用轉(zhuǎn)子流量計標定時的條件相差較大，而要進行如上修正。 式中 Qbo――儀表的刻度流量 m3/ h; Pbo——一標定時氣體的絕對壓力， 0.1MPa; Tbo 標定時氣體的絕對溫度， 293° T Pb——氣體的實際絕對壓力

48、 MPa; Tb――被測氣體的實際絕對溫度， 273 ° + tC； Qb 修正后的氣體實際流量， m3/h。 5. 氧的利用率 式中Q――標準狀態(tài)下 Qc ?W Q 0.28 100% (3-70) latmi、293 ° T 時）的氣量。 Qb?Pb ?Ta (3-71) Qb、Tb、Pb 意義同前； Pa 1atm; Ta——293 ° T; 0. 28kg/m3――標準狀態(tài)下一立方米空氣中所含氧的重量。 思考題 1.論述曝氣在生物處理中的作用。 2 ?曝氣充氧原理及其影響因素是什么？ 3?溫度修正、壓力修正系數(shù)的意義如何？如何進行公式推導(dǎo)？

49、 4?曝氣設(shè)備類型、動力效率、優(yōu)缺點是什么？ 5 ?氧總轉(zhuǎn)移系數(shù) KLa的意義是什么？怎樣計算？ 6?曝氣設(shè)備充氧性能指標為何均是清水？標準狀態(tài)下的值是多少? 7 ?鼓風(fēng)曝氣設(shè)備與機械曝氣設(shè)備充氧性能指標有何不同？ 、污水充氧修正系數(shù)a、B值的測定 目的 I?了解測定a、B值的實驗設(shè)備、掌握測試方法。 2?進一步加深理解生物處理曝氣過程及a、B值在設(shè)計選用曝氣設(shè)備時的意義。 原理 由于氧的轉(zhuǎn)移受到水中溶解有機物、 無機物等的影響，造成同一曝氣設(shè)備在同樣曝氣條 件下清水與污水中氧的轉(zhuǎn)移速率不同， 水中氧的飽和濃度不同， 而曝氣設(shè)備充氧性能指標又 均為清水中之值，為此引人修正系數(shù)a

50、、B值。 (3-72) (3-73) K Law sw Cs 式中 KLaw、KLa ――在曝氣設(shè)備相同的條件下，污水和清水中暖氣充氧肘氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)， 1/min 或 1/h; Csw、Cs 曝氣設(shè)備向污水中充氧時水中氧的飽和濃度值， 同溫度下清水中氧飽 和濃度理論值，mg / L。 由此可知，a、B的測定實際上就是分別測定同一曝氣設(shè)備在清水和污水中充氧的氧總 轉(zhuǎn)移系數(shù)及飽和溶解氧值。 1?對曝氣液體內(nèi)無生物耗氧物質(zhì)的清水、曝氣池的上清液等，曝氣池內(nèi)存在如下關(guān)系 式， de dt KLa (Cs C)  2?對曝氣池混合液曝氣充氧時，由于有生物耗氧物質(zhì)，池內(nèi)存

51、在如下關(guān)系式 de KLaw（Csw C） rx （ 3-74） de dt 式中 de ――曝氣液體內(nèi)溶解氧濃度隨時間的變化率； dt KLaw ――污水中曝氣設(shè)備氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)； Csw、C 污水中氧飽和濃度及 t時刻的氧的濃度； r 單位污泥耗氧速率； x ——污泥濃度。 實驗采用間歇非穩(wěn)態(tài)方法進行， 當(dāng)水樣為污水或曝氣池上清液時， 在相同條件下按照清 水充氧實驗方法，分別進行清水與污水充氧實驗， 求出清水充氧的 KLa、CS和污水中充氧的 KLaw、Csw，并按式（3-72 ）、（ 3-73）求出 a、B 值。 當(dāng)水樣為曝氣池內(nèi)混合液肘，除在同一條件下先進行數(shù)組

52、清水充氧實驗， 求得曝氣設(shè)備 清水充氧的KLa、Cs外，對混合液的實驗要利用式（ 3-74）進行測定。 首先向曝氣罐內(nèi)曝氣到池內(nèi)溶解氧達到穩(wěn)定后停止曝氣，同時開啟攪拌裝置，此時由 于不曝氣，故 K Law ?(Cs C) 0 式（374）有如下形式 dc rx dt 由于罐內(nèi)活性污泥不斷消耗溶解氧，造成溶解氧值的降低，其變化如圖卜 （3-75））可見，直線斜率即為 當(dāng)罐內(nèi) 3-48 （ 如圖 rx值， 容解氧值降到 DO=1?2mg/ 2）所示弋式（3-74 ）變換后得 (3-75) 48 (1)由式 隨時間的變化, -76) 圉 3*49 K Law

53、 C C sw dc dt K Law Csw，如圖3-49八 在內(nèi)源呼吸期，污泥耗氧速率r值可看為一常量。 時，再次曝氣，并測 Q 以dC dt 示?；蛴脭?shù)理統(tǒng)計方法進行回歸曲求解 圖K-Ltw與 ）Csw值。t曲線 l t mln ） _ rx為橫坐標，以 C為縱坐標繪圖，直線斜率為 （2 ） 設(shè)備及用具 實驗設(shè)備如圖3-50示。 1. 曝氣罐：有機玻璃內(nèi)徑 25cm，容積10L，內(nèi)設(shè)工字形布氣管，孔徑 0.75m m,熱電 偶測溫計，攪拌葉片，溶解氧測定儀探頭等。 2 ?儀器控制箱：裝有溶解氧測定儀（上海第M分析儀器廠STG — 203型）轉(zhuǎn)子流量計

54、, 電壓表（控制葉片轉(zhuǎn)速），溫度表、可控硅電壓調(diào)整器（控制恒溫裝置）等。溶解氧記錄儀。 3 ?小型空氣壓縮機。 步驟及記錄 1 ?方法 采用間歇非穩(wěn)態(tài)的測試法。這是一種較為普遍、簡單的實驗方法。 2.步驟 圖3-50 ?、B測定儀 】一ISKilf定GU 持曙度th d-ifi竄挖Bl儀f *-握押電機f 5-?氣H* $-轉(zhuǎn)TitlHi 丁一戲鳳機 柜*事一自動記錄便 2.1 a值測定步驟 （1）自來水、初次沉淀池進水、出水、二次沉淀池出水的測試。 1） 預(yù)熱溶解氧測定儀一小時，調(diào)整溶解氧儀零度、滿度。 2） 向曝氣罐內(nèi)投加待測曝氣液體。 3） 測定液體溶解氧

55、值并計算投加無水亞硫酸鈉和氨化鉆的數(shù)量，以消除水中溶解氧。 4） 調(diào)節(jié)葉片轉(zhuǎn)速以滿足溶解氧探頭所需流速，而后開動風(fēng)機，充氧，由轉(zhuǎn)子流量計調(diào) 整所需風(fēng)量。打開記錄儀開關(guān)。 5）當(dāng)溶解氧測定儀指針從零點啟動，開始計時，至溶解氧達飽和指針穩(wěn)定不動為止。 （2 ）曝氣池內(nèi)混和液的測試 1） 預(yù)熱溶解氧測定儀一小時。 2） 取生產(chǎn)或?qū)嶒炂貧獬貎?nèi)混合液，其中污泥濃度 X和停留時間t要盡量與生產(chǎn)運行結(jié) 果一致，注入曝氣柱或罐內(nèi)，并測定混合液濃度 X （g/L ）。 3） 開動空壓機充氧至溶解氧量穩(wěn)定時，停止供風(fēng)。 4） 在有攪拌的條件下，測混合液污泥耗氧速率 r值 5） 當(dāng)溶解氧值下降至

56、1.0?2.0mg/L時，再曝氣記錄溶解氧隨時間變化過程。 2.2 B值的測定 1） 預(yù)熱溶氧儀一小時。 2） 加入待測液體。 3）開動風(fēng)機，曝氣至溶解氧達飽和穩(wěn)定止。 實驗記錄 3-42, 3-43。 本處只給出混合液無溶解氧記錄儀時的測試記錄，見表 表3-42活性污泥耗氧速率表 序 號 時間(min) 柱內(nèi) DD(mg/L)C 1 = 備注 1 0.5 2 1.0 3 1.5 4 2.0 5 3.0 6 4.0 t C2= C2應(yīng)在1?2mg/L左 右 表3-43曝氣充氧記錄 序號

57、 時間(min) 池內(nèi)溶解氧(mg/L ) 備注 1 0 2 1 3 2 4 3 5 4 6 5 7 6 注意事項 1 ?認真調(diào)試儀器設(shè)備，特別是溶解氧測定儀，要定時更換探頭內(nèi)溶解液，使用前定零 點及滿度。 2?溶解氧測定儀探頭的位置對實驗影響較大，要保證位置的固定不變，探頭應(yīng)保持與 被測溶液有一定相對流速，一般在 20?30cm/s，測試中應(yīng)避免氣池和探頭直接接觸，引起 表針跳動影響讀數(shù)。 3 ?應(yīng)嚴格控制各項基本實驗條件，如水溫、攪拌強度、供風(fēng)風(fēng)量等，尤其是對比實驗 更應(yīng)嚴格控制。 4

58、 ?所取曝氣池混合液濃度，應(yīng)為正常條件(設(shè)計或正常運行)下的污泥濃度。 5. 罐內(nèi)液體攪動強度應(yīng)盡可能與生產(chǎn)池相一致。 成果整理 1 ?利用清水充氧計算方法，分別計算自來水、初次沉淀池進、出水，二次沉淀池出水 的KLa與CS值。 2. 計算混合液中曝氣時的 KLa及Csw值。 (1 )以時間t為橫坐標，溶解氧值為縱坐標，將關(guān)閉風(fēng)機后罐內(nèi)溶解氧值與相應(yīng)時間一 一點繪，如圖3-48 (1)示，直線斜率為rx值。 (2) 將再次曝氣后，各不同時間 t和相應(yīng)溶解氧值點繪在上圖中，如圖 3-48 (2)并用 作圖法求定曲線上各點 C的切線斜率dC值，最少5個點以上。 dc dt 1

59、(3) 以 一 rx為橫坐標，以 C為縱坐標繪圖，直線斜率即為 一，縱軸截距即為 dt 一 KLaw Csw值，如圖3-49示。 3 ?根據(jù)清水充氧求得的 KLa , CS和各水樣充氧求得的 K LawCsw值，可求得 K Law Csw KLa Cs 思考題 1 .a、B值的測定有何意義？影響a、B的因素有哪些？ 2?測定時，為何使用的混合液濃度及它們的停留時間，要與生產(chǎn)池盡量一致？ 3?比較同一曝氣池混合液及其混合液的上清液所得的。 、產(chǎn)值是否相同？為什么? 4?有機物為何影響a值，無機鹽類為何影響B(tài)值？ 5、推流式曝氣池內(nèi)a值沿池長如何變化？ 實驗四

60、混凝沉淀實驗 混凝沉淀實驗是給水處理的基礎(chǔ)實驗之一， 被廣泛地用于科研、教學(xué)和生產(chǎn)中。通過混 凝沉淀實驗，不僅可以選擇投加藥劑種類，數(shù)量，還可確定其它混凝最佳條件。 目的 1 ?通過本實驗，確定某水樣的最佳投藥量。 2 ?觀察磯花的形成過程及混凝沉淀效果。 原理 天然水中存在大量膠體顆粒， 是使水產(chǎn)生渾濁的一個重要原因， 膠體顆?？孔匀怀恋硎? 不能除去的。 水中的膠體顆粒，主要是帶負電的粘土顆粒。 膠粒間的靜電斥力， 膠粒的布朗運動及膠 粒表面的水化作用， 使得膠粘具有分散穩(wěn)定性， 三者中以靜電斥力影響最大。 向水中投加混 凝劑能提供大量的正離子，壓縮膠團的擴散層，使E電位

61、降低，靜電斥力減小。此時，布朗 運動由穩(wěn)定因素轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定因素， 也有利于膠粒的吸附凝聚。水化膜中的水分子與膠粒有 固定聯(lián)系，具有彈性和較高的粘度， 把這些水分子排擠出去需要克服特殊的阻力， 阻礙膠粒 直接接觸。有些水化膜的存在決定于雙電層狀態(tài)， 投加混凝劑降低E電位。有可能使水化作 用減弱?；炷齽┧夂笮纬傻母叻肿游镔|(zhì)或直接加入水中的高分子物質(zhì)一般具有鏈狀結(jié)構(gòu)在 膠粒與膠粒間起吸附架橋作用， 即使E電位沒有降低或降低不多， 膠粒不能相互接觸， 通過 高分子鏈狀物吸附膠粒，也能形成絮凝體。 消除或降低膠體顆粒穩(wěn)定因素的過程叫做脫穩(wěn)。脫穩(wěn)后的膠粒，在一定的水力條件下， 才能形成較大的絮

62、凝體，俗稱磯花。直徑較大且較密實的磯花容易下沉。 自投加混凝劑直至形成較大磯花的過程叫混凝?；炷x不開投混凝劑。混凝過程見表 3-8。 表3-8 混凝過程 階 段 凝 聚 絮凝 過 程 混合 脫 穩(wěn) 異向絮凝為主 同向絮凝為主 作 用 藥劑擴散 混凝劑水解 雜質(zhì)膠體脫穩(wěn) 脫穩(wěn)膠體聚集 微絮凝體的進一步 碰撞聚集 動 力 質(zhì)量遷移 溶解平衡 各種脫穩(wěn)機理 分子熱運動（布朗 擴散） 液體流動的能量消 耗 處理構(gòu)筑物 混合設(shè)備 反應(yīng)設(shè)備 膠體狀態(tài) 原始膠體 脫穩(wěn)膠體 絮凝膠體 磯花 膠體粒徑 0.01 ?0.001 g m 約 5?10

63、 卩 m 0.5?2mm 由于布朗運動造成的顆粒碰撞絮凝，叫"異向絮凝” 。由機械運動或液體流動造成的顆 粒碰撞絮凝，叫“同向絮凝”。異向絮凝只對微小顆粒起作用，當(dāng)粒徑大于 1?5卩m時。布 朗運動基本消失。 從膠體顆粒變成較大的磯花是一連續(xù)的過程，為了研究的方便可劃分為混合和反應(yīng)兩個 階段?；旌想A段要求渾水和混凝劑快速均勻混合， 一般說來，該階段只能產(chǎn)生用眼睛難以看 見的微絮凝體；反應(yīng)階段則要求將微絮凝體形成較密實的大粒徑磯花。 混合和反應(yīng)均需消耗能量，而速度梯度 G值能反映單位時間單位體積水耗能值的大小， 混合的G值應(yīng)大于300?500S-1,時間一般不超過 30S,

64、G值大時混合時間宜短。水泵混合 是一種較好的混合方式，本實驗水量小便可采用機械攪拌混合。 由于粒徑大的磯花抗剪強度 低，易破碎，而 G值與水流剪力成正比，故反應(yīng)開始至反應(yīng)結(jié)束，隨著磯花逐漸增大， G 值宜逐漸減小。從理論上講反應(yīng)開始時的 G值宜接近混合設(shè)備出口的 G值，反應(yīng)終止時的 G值宜接近沉淀設(shè)備進口的 G值，但這樣會帶來一些問題。例如反應(yīng)設(shè)備構(gòu)造較復(fù)雜，在 沉淀設(shè)備前產(chǎn)生沉淀。實際設(shè)計中 G值在反應(yīng)開始時可采用 100S-1左右，反應(yīng)結(jié)束時可采 用10 S-1左右。整個反應(yīng)設(shè)備的平均 G值約為20?70 S-1，反應(yīng)時間約15?30min，本實驗 采用機械攪拌反應(yīng)，G值及反應(yīng)

65、時間T值（以秒計）應(yīng)符合上述要求。近年來出現(xiàn)若干高 效反應(yīng)設(shè)備，由于能量利用率高，反應(yīng)時間比 15min短。 混合或反應(yīng)的速度梯度 G值 W; IW=1J / S=1N ? m/S; 3. (3-18) 式中 P――混合或反應(yīng)設(shè)備中水流所耗功率 V——混合或反應(yīng)設(shè)備中水的體積， 水的動力粘度 Pa ? S, 1Pa? S=1N ? S/ m 2。 阻力所耗功率P為 P 式中 L ――槳板長度， CDrLW Ik 4g r：) m; r2——槳板臘旋轉(zhuǎn)半徑，m; r1 槳板內(nèi)緣旋轉(zhuǎn)半徑， m; 3 ――相對于水的槳板旋轉(zhuǎn)角速度， 可采0.75倍軸 轉(zhuǎn)速，rad

66、/ s; r 水的重度。N / m3; g 重力加速度， 9.81m/s2； Cd ――阻力系數(shù)，決定于槳板長寬比，見表 3-10。 (3-19) 圖攪年設(shè)囪示黃 b/L 小于1 1?2 2.5 ?4 4.5 ?10 10.5 ?18 大于18 Cd 1.10 1.15 1.19 1.29 1.40 2.00 表3-10 阻力系數(shù)CD值 當(dāng) Cd=1.10 (即 b/L<1 ) , r=9810N/m3 , =9.81m/s2,及 轉(zhuǎn)速為 n ( r/min )(即 2 r 60 0.75 0.0785n rad/s 時)。 3 4 4 P 0.133Ln （遼 r1 ） 式中P、L、「2、r1符號意義及單位同前。 設(shè)備及用具 團5蟲聯(lián)攪拌機 1 一握拌葉片.吏嬉電省機. $—伶肅裝氏,，一榨制蕓置 不同溫度水的動力粘度卩值見表 3-9。 表3-9不同水溫水的動力粘度卩值 溫度（C） 0 5 10 15 20 25 30 40 卩(10-3N- S/ m 2) 1.781 1.518 1