综合实验⼀（A）实验指导书学⽣实验守则
本实验⽬的在于将书本上所学的理论知识，通过实验验证增强动⼿能⼒、掌握操作技能、测量⽅法和培养分析实验数据、整理实验成果及编写实验报告的能⼒。进⾏实验必须遵守：
⼀、遵守上课时间，不得迟到及⽆故缺课。因故不能上课者必须及时请假并进⾏补课；
⼆、实验课前必须预习实验讲义中有关内容，了解本次实验的⽬的、要求、仪器设备、实验原理、实验步骤、记录表格等；三、进⼊实验室内必须严肃认真、不得喧哗。不得乱动其它与本实验⽆关的仪器设备；
四、开始实验之前，要先对照实物了解仪器设备的使⽤⽅法，弄清实验步骤，做好实验前的准备⼯作，然后再进⾏实验。实验⼩组成员应互相配合，精⼼操作、细⼼观察、认真进⾏数据测量；
五、实验过程中应按照教师要求及时对所测量的数据进⾏认真整理，以便检验实验的正确性；
六、爱护仪器设备和其它公共财物，如有损坏，应查清责任，⽴即向指导教师报告，视损失情况酌情赔偿；七、实验完毕应报告指导教师，经许可后将仪器设备恢复原状后，⽅可离开实验室；
⼋、实验报告应⼒求书写⼯整，图表清晰，成果正确。并写上同实验⼩组成员的名称，以便教师检验。如有不符合要求者，应重做；⽬录
实验⼀混凝实验（设计综合型） (3)实验⼆过滤实验 (8)实验三⽓浮实验 (13)实验四⾃由沉淀 (18)
实验⼀混凝实验（设计综合型）分散在⽔中的胶体颗粒带有负电荷，同时在布朗运动及表⾯⽔化作⽤下，处于稳定状态，不能依靠其⾃⾝的重⼒⽽发⽣⾃然下沉，⽽向这种⽔中投加混凝剂，通过电性中和或吸附架桥作⽤，⽽使胶粒脱稳，颗粒相互凝聚在⼀起形成矾花。
混凝处理的效果不仅与混凝剂的投量有关，同时还与被处理⽔的PH、⽔温及处理过程中的⽔⼒条件等因素有密切的关系。⼀、实验⽬的和要求：⽬的：
1、掌握⽔处理实验设计的⼀般⽅法；
2、掌握混凝⼯艺基本原理，了解针对实际废⽔采⽤混凝⼯艺的参数确定与优化；3、掌握⽔和废⽔混凝处理的最佳混凝条件（投药量、pH及⽔⼒条件）的确定⽅法；4、深⼊理解不同混凝剂混凝效果的差别及pH值对混凝效果的影响。
5、要求掌握的技能和知识点：⽔处理实验⽅案的编制要点，浊度仪、pH仪的正确使⽤和操作；⽔样和药剂的配置、取样⽅法；实验数据记录、整理和分析⽅法；混凝⼯艺最佳药剂、最佳投药量等控制条件的获取⽅法。要求：
1、提交实验⽅案：
学⽣查阅相关资料，提出实验⽅案，⽅案中须包括：（1）选择实验废⽔的种类（给定）；
（2）混凝⼯艺对该废⽔的主要去除对象（COD、PH、SS、浊度等）及相关分析⽅法、效能评价指标；
（3）选取三种及以上的混凝药剂进⾏效果对⽐，列出最佳药剂、最佳投药量以及适宜pH 等控制条件的实验⽅法与步骤；（4）实验中可能碰到的现象及问题；
（5）⽅案提交指导教师（任务布置后2-3天），讨论和论证后，指导教师签字认可后，确定时间（预约）展开实验。2、提交实验报告：
含实验步骤，实验原始记录数据（见附表），数据分析及图表，实验结论，思考题答案等。⼆、实验原理：
胶体颗粒带有⼀定的电荷，它们之间的静电斥⼒是胶体颗粒长期处于稳定的分散悬浮状态的主要原因，胶粒所带的电荷即电动电位称ξ，ξ位的⾼低决定了胶体颗粒之间斥⼒的⼤⼩及胶体颗粒的稳定性程度，胶粒的ξ位越⾼，胶体颗粒的稳定性越⾼。胶体颗粒的ξ位通过在⼀定外加电压下带电颗粒的电泳迁移率计算：HD K πηµξ=
式中：K ——微粒形状系数，对于圆球体6=K ；π ——系数，为3.1416；
η——⽔的粘度（Pa ·S ），（此取S Pa ?=-110η）；µ ——颗粒电泳迁移率（cm V s m ///µ）；H ——电场强度梯度（V/cm ）；D ——⽔的介电常数D ⽔=8.1。
通常，ξ电位⼀般值在10-200mv 之间，⼀般天然⽔体中胶体颗粒的ξ电位约在-30mv 以上，投加混凝剂以后，只要该电位降⾄-15mv 左右，即
可得到较好的混凝效果，相反，ξ电位降为0时，往往不是最佳混凝效果。
投加混凝剂的多少，直接影响混凝的效果。投加量不⾜或投加量过多，均不能获得良好的混凝效果。不同⽔质对应的最佳混凝剂投加量也各不相同，必须通过实验的⽅法加以确定。
向被处理⽔中投加混凝剂后，⽣成化合物对胶体颗粒的脱稳效果不仅受投量、⽔中胶体颗粒的浓度影响，同时还受⽔PH的影响。若pH＜4，则混凝剂的⽔解受到限制，其⽔解产物中⾼分⼦多核多羟基物质的含量很少，絮凝作⽤很差；如⽔pH＞8-10,它们就会出现溶解现象⽽⽣成带负电荷，不能发挥很好混凝效果的络合离⼦。
⽔⼒条件对混凝效果有重⼤的影响，⽔中投加混凝剂后，胶体颗粒发⽣凝聚⽽脱稳，之后相互聚集，逐渐变成⼤的絮凝体，最后长⼤⾄能发⽣⾃然沉淀的程度。在此过程中，必须严格控制⽔流的混合条件，在凝聚阶段，要求在投加混凝剂的同时，使⽔流具有强烈的混合作⽤，以便所投加的混凝剂能在较短时间内扩散到整个被处理⽔体中，起压缩双电层作⽤，降低胶体颗粒的ξ电位，⽽是其脱稳，此阶段所需延续的时间仅为⼏⼗秒钟，最长不超过2min。絮凝（混合）阶段结束以后，脱稳的颗粒即开始相互接触、聚合。此阶段要求⽔流具有由强⾄弱的混合强度。以⼀⽅⾯保证脱稳的颗粒间相互接触的机率，另⼀⽅⾯防⽌已形成的絮体被⽔⼒剪切作⽤⽽打破，⼀般要求混合速度由⼤变⼩，通常可⽤G值和GT值来反映沉淀的效果。三、实验内容：
（1）废⽔领取或配制、混凝剂配制；（2）最佳混凝剂的选择；（3）混凝剂最⼩投量的确定；（4）混凝剂最佳投量的确定；（5）最佳pH的确定；
（6）混凝⽔⼒条件的控制（G值和GT值的计算）；（7）对实验数据绘制表格，并进⾏分析。四、实验仪器、装置：1．实验装置
混凝装置主要是六联搅拌机，如下图1-l所⽰。
1——电机2——烧杯3——搅拌桨4——传动齿轮图1-1 混凝搅拌机装置⽰意图
搅拌机上装有电机的调速设备，电源采⽤稳压电源。2．实验设备及仪器仪表(1) 光电式浊度仪1台(2) 1000m1烧杯6个(3) 1000ml量筒1个(4) 温度计1⽀(5) 秒表1块
(6) 吸管(1m1、2ml、5ml、10ml) 各1⽀(7)硫酸铝、硫酸亚铁混凝剂（10g/l）各500ml(8) NaOH、HCL溶液各100ml(9) ⼩试管6⽀
(10) 精密pH试纸各种范围，若⼲五、注意事项
（1）注意观察混凝过程中的矾花的⽣成和长⼤；
（2）投加混凝剂时，应严格保证同时向各烧杯投加，并使烧杯的⽔⼒条件⼀致；（3）抽取上清液测定时注意不要将下层矾花带⼊，导致测定误差。六、实验思考题
（1）试根据实验结果说明混凝剂投量对混凝效果的影响。（2）在实际⼯程中是如何实现混凝对⽔⼒条件的要求的。（3）对⾃⼰的实验过程加以分析，指出可以改进的地⽅。实验⼆过滤实验
过滤是具有孔隙的滤料截留⽔中杂质从⾯使⽔得到澄清的⼯艺过程。砂滤是⼀种最主要的应⽤于⽣产实际的⽔处理⼯艺，它不仅可以去除⽔中细⼩的悬浮颗粒杂质，⽽且能有效地去除⽔中的细菌，病毒及有机污染物质，降低⽔的出⽔浊度。本实验采⽤⽯英砂作为滤料，进⾏清⽔、原混⽔及经混凝后的混⽔过滤实验及反冲洗实验。⼀、实验⽬的
通过本实验希望达到以下⽬的：
(1) 掌握清洁滤料层过滤时⽔头损失的变化规律及其计算⽅法；
(2)了解不同原⽔(清洁⽔、原混⽔)过滤时，滤料层中⽔头损失变化规律的区别及其原因；(3)深化理解滤速对处理出⽔⽔质的影响；(4) 掌握混凝出⽔经过滤后的改变；(4)进⼀步深化理解过滤的基本机理；
(5)深⼊理解反冲洗强度与滤料层膨胀⾼度间的关系。
⼆、实验原理1．过滤
本实验采⽤单层均匀⽯英砂滤料进⾏过滤实验。过滤过程中，过滤的原⽔从过滤柱的上部流⼊，依次流经滤料层、承托层、配⽔区及集⽔区，从滤柱的底部流出，在清⽔过滤过程中，主要考察清洁滤料层随过滤速度的变化，其各滤料层的⽔头损失变化情况。过滤过程中滤料层内始终保持清洁状态，因⽽在同⼀过滤速度下，各滤料层内的⽔头损失不随过滤时间的变化⽽变化；在原混⽔的过滤过程中，滤料层通过对混⽔中杂质的机械截留作⽤⽽使⽔中的杂质得到去除，滤料层中的⽔头损失将随过滤时间的延长⽽逐渐增加；在经混凝后的混⽔过滤过程中，⽔中的杂质主要通过接触絮凝的途径⽽从⽔中得以去除，其滤料层中⽔头损失的变化规律类似于原混⽔过滤，但其随过滤时间的延长⽽增加的速度要⽐原混⽔过滤时快，且其出⽔⽔质要⽐前者好．在过滤过程中，随滤料层截污量的增加，滤层的孔隙度m 减⼩，⽔流穿过砂层缝隙的流速增⼤，导致滤料层⽔头损失的增加。均匀滤料层的⽔头损失H 可⽤下式进⾏计算：200
20032)1(175.12)()1(υψυψµL d m m g L d b gm m K H -?+-= 式中：K ——⽆因次数，通常取4～5；do--滤料粒径(cm)；v ——过滤速度(cm ／s)；L 0——滤料层厚度(cm)；
µ——⽔的运动粘滞系数(cm 2／s)；ψ——滤料颗粒球形度系致(为0.3左右)；
m ——滤料层的孔隙度（=1-G/V/Υ ，其中G 为滤料重量、V 为滤料层体积、 Υ为容重）上式中第⼀项为粘滞项，第⼆项为动⼒项，根据过滤速度⼤⼩的不同，各项所占的⽐例也不同．2．反冲洗
为了保证过滤后的出⽔⽔质及过滤速度，但过滤⼀段时间后，需要对滤料层进⾏反冲洗，以使滤料层在短时间内恢复其⼯作能⼒。反冲洗的⽅式有多种多样，其原理是⼀样的。反冲洗开始时，承托层、滤抖层未完全膨胀，相当于滤池处于反向过滤状态。 当反冲洗强度增加后，可使滤料层处于完全膨胀、流化的状态。为使滤料层中截留的杂质在短
时间内彻底清洗⼲净，必须使滤料层处于完全的膨胀状态。但滤料层的膨胀⾼度⼤⼩与反冲洗强度及反冲洗的⽤⽔量等都有密切的关系。因⽽，为在短时间、少⽔量的前提下获得最佳的反冲洗效果，需研究反冲洗强度与滤料层膨胀率之间的关系。根据滤料层膨胀前后的厚度，可⽤下式计算出滤料层的膨胀率e:e=(L0-L)/L0×100%
式中：L——滤料层膨胀后的厚度（cm）e——滤料层膨胀率（%）三．实验装置与设备1．实验装置
本实验采⽤如下图2-1所⽰的实验装置。过滤时，清⽔来⾃⾃来⽔管，混⽔来⾃⽔箱；
1、滤料层2、承托层3、⽔泵
4、⽔泵进⽔阀、5、过滤进⽔阀6、过滤出⽔阀
7、过滤出⽔流量计8、放空阀9、测压管阀
10、反冲洗进⽔阀11、反冲进⽔流量计2．实验设备，仪器及药品‘
(1) 过滤柱(有机玻璃，具体尺⼨见实验装置) 1套
(2) 反冲洗进⽔、过滤出⽔流量计（具体型号见装置）各1个（3）测压板1块
（4）测压管(玻璃管102m) 6根（5）卷尺(0～2.0m) 1把（6）浊度仪(光电式) 1台（7）秒表1块四、实验步骤：
采⽤衡⽔头变滤速的过滤⽅法，过滤开始前，先测定衡⽔位的⽔⾯⾼度，并进⾏记录。1、清⽔过滤
（1）、打开⽔泵进⽔管、⽔泵开关及各测压管开关；
（2）、打开过滤进⽔阀门，调节25l/h，待测压管中⽔位稳定后，读取各测压管中的⽔位值，并加以记录；
（3）、增⼤过滤流量，使进⽔流量依次为50 l/h、100 l/h、150 l/h、200 l/h、250 l/h，重复步骤（2），进⾏读数和记录；（4）、关闭过滤进⽔阀门，关闭⽔泵及各测压管；
（5）、⽤卷尺测量各测压管间滤料层的厚度及滤料层的总⾼度，记录；
（6）、根据测定结果作出滤速与各测压管⽔头损失值间的关系曲线并进⾏分析。2、混⽔过滤
实验⽅法同清⽔过滤。3、滤柱反冲洗实验
（1）、量出滤料层的原厚度；
（2）、开启⽔泵，慢慢开启反冲洗进⽔阀门，调⾄反冲进⽔流量为1000 l/h,使滤料层膨胀完全膨胀，待滤料层表⾯稳定后，记录此时的滤料层⾼度；
（3）、重复（2）降低反冲洗进⽔流量，使反冲洗进⽔量依次为900 l/h 、800 l/h 、700 l/h 、600 l/h 、500 l/h 、400 l/h 、300 l/h，待滤料层表⾯稳定后，记录对应的滤料层⾼度。
（4）、作出反冲洗流量与滤料层膨胀率之间的关系曲线并加以分析。五．实验思考题
1．本实验中，滤柱测压管⼝的间距是相等的。请结合实验结果分析说明在清⽔过滤过程中各测压管问的⽔头损失是基本相等的，⾯在原混⽔和经混凝的原⽔的过滤过程中各测压管间滤料层的⽔头损失是不同的原因。2．结合过滤的基本原理，请你分析过滤过程中，滤料层对⽔中杂质的去除机理。3．你认为本实验是否存在什么问题?可作怎样的改进?实验三⽓浮实验
在⽔污染控制⼯程中，固液分离是⼀种⼗分重要的⽔处理⽅法。⽓浮法即是⼀种常⽤于分离⽔和废⽔中⽐重⼩于或接近于1、难以通过⾃然重⼒沉淀的⽅法去除的细⼩悬浮颗粒及胶体颗粒的固液分离⽅法。例如，天然⽔中藻类及胶体颗粒的去除，⼯业废⽔和城市污⽔中短纤维及⽯油微粒的去除等。有时还⽤于去除⽔和废⽔中溶解性的污染物质，如表⾯活性物质和放射性物质
等。
由于悬浮颗粒的性质和浓度，微⽓泡的数量和尺⼨等多种因素对⽓浮效果都有不同程度的影响，因⽽⽓浮处理⼯艺系统的设计运⾏参数常需通过试验来确定。⼀、实验⽬的
通过⽓浮实验，可以达到以下⽬的：
(1) 深化对加压溶⽓⽓浮⼯艺系统及其各部分的组成，运⾏过程及其操作和控制要点，溶⽓⽔释放的表现特征及浮渣的形成的理解；
(2)加深对悬浮颗粒浓度、操作压⼒、⽓固⽐与澄清效果间的关系的理解。⼆、实验原理
⽬前以部分回流加压溶⽓⽓浮⼯艺应⽤最为⼴泛。
进⾏⽓浮时，⽤⽔泵将污⽔抽送⾄压⼒为2~4个⼤⽓压的溶⽓罐中，同时通过负压带⼊空⽓。空⽓在罐内溶解于加压的经处理后的回流⽔中，然后使经过溶⽓的⽔(溶⽓⽔)通过减压阀(或释放器)进⼊⽓浮池，此时由于压⼒的突然降低，溶解于加压的清⽔或经处理后的回流⽔中的空⽓便以微⽓泡的形式从⽔中释放出来．微细⽓泡在上升的过程中附浊于经投药混凝后形成的悬浮(絮体)颗粒上，使颗粒的密度减⼩，上浮到⽓浮池的表⾯与⽔分离，⽽使杂质从⽔中得以去除。
由斯托克斯(Stokes)公式V=g(ρ⽔⼀ρ颗粒)d2／(18µ)可知，粘附于悬浮颗粒上的⽓泡越多，颗粒与⽔的密度之差(ρ⽔—ρ颗粒
)就越⼤，颗粒的上
升速度就越快，从⽽固液分离的效果也越好。⽔中悬浮颗粒的浓度越⾼，⽓浮时所需要的微细⽓泡量越多，通常以⽓固⽐（A／S)表⽰单位重量悬浮颗粒所需要的空⽓量。
⽓固⽐(A/S)与操作压⼒、悬浮固体的浓度及其性质等有关。对活性污泥进⾏⽓浮处理时，A／S通常在0.005~0.6之间，变化范围较⼤。⽓固⽐可按下式进⾏计算：A／S=1.3Sa(fP-1)Qr/QSi
A/S——⽓固⽐（g释放的空⽓/g悬浮固体）；Si——进⽔悬浮固体浓度（mg/l）Qr——回流加压⽔量(l／d)Q——处理污⽔量(l／d)；
Sa——某⼀温度时的空⽓溶解度(查下表)；P——绝对压⼒（Pa）(=[p+10l.32]／101.32)；p——表压(kPa)；
f——压⼒为P时空⽓在⽔中的溶解系数，通常采⽤0.5~0.75；1.3——1ml空⽓的重量（mg）
在⼀定范围内，⽓浮效果是随(A／S)的增⼤⽽提⾼的，即(A／S)越⼤，出⽔中的SS浓度越低，⽽浮渣中的SS浓度越⾼。三、实验装置与设备1．实验装置
⽓浮实验装置的⼯艺流程如下图所⽰，由贮⽔池、加压⽔泵、溶⽓罐、
溶⽓⽔释放器、⽓浮池等组成。
2．实验设备及仪器仪表1)原⽔池（PVC板制）1个；
2)加压⽔泵（⾃吸式，扬程25~30m）1台3)溶⽓罐（UPVC,φ100、H1.0m）4)精密压⼒表（0.59MPa,6kgf/cm2）5)释放器（TS-1型）6)⽓浮池（有机玻璃制）7)转⼦流量计8)温度计（0～50℃）
9)硫酸铝混凝剂(化学纯)溶液（10%）10)精密pH试纸（各种范围）11)浊度仪（光电式）12)100m1、1000m1量筒13)500m1、1000m1烧杯14)20ml、50ml移液管四、实验内容及步骤1、实验准备(1)仪器设备的调试(2)⽔样的配置(3)混凝剂的配置2、投加混凝剂
(1)在原⽔池内加⼊⼀定量的原废⽔(2)测定原废⽔有浊度、温度及pH值；
(3)将配制好的混凝剂按⽔量的⼀定⽐例加⼊原⽔池内；(4)进⾏⼈⼯搅拌⼀定时间；
(5)开启加压⽔泵，将废⽔打⼊溶⽓罐内；
(6)待溶⽓罐内压⼒达到3kgf／cm2左右时，开启⽓浮池进⽔流量计和空⽓流量计，并调节到⼀定量的⽓⽔⽐；(7)溶⽓⽔通过⽓浮池进⽔流量计后进⼊⽓浮池内；
(8)在⽓浮池进⽔的同时，观察池内微⽓泡的形成状态和⽔⾯浮渣层的形成情况；
(9)待⽓浮池⽔满后，关闭进⽔⽔泵和阀门；
(10)⼀定时间后，从出⽔管取⼀定体积出⽔，测定其浊度；(11)记录实验操作过程，记录测定结果，进⾏分析。五、实验思考题
1)试述⽓浮处理过程中溶⽓罐的⼯作压⼒对⽓浮效果的影响。2)投加混凝剂和不投加混凝剂(其它条件相同)的⽓浮处理效果有何差别?为什么?
3)试根据实验操作过程说明释⽓量、⽓固⽐的概念并分析它们对处理效果的影响。实验四、⾃由沉淀
沉淀是⽔污染控制中⽤以去除⽔中杂质的常⽤⽅法。沉淀可分为四种基本类型：即⾃由沉淀；絮凝沉淀；成层沉淀；压缩沉淀。⾃由沉淀实验主要确定悬浮固体的去除效率与时间的关系，从⽽推求沉淀速度与去除效率的关系。
本实验有两种⽅法，第⼀种为测定沉淀柱底部不同历时累计沉泥量⽅法，找出去除率与沉速的关系；第⼆种为通过⽔平取样⼝，测定不同时段下的去除率。⼀、实验⽬的：
1、初步了解⽤累计沉泥量⽅法计算杂质去除率的原理和基本实验⽅法；2、⽐较该⽅法与累计曲线（或重深分析曲线）法的共同点；3、加深理解沉淀的基本概念和杂质的沉降规律。⼆、实验原理：
若在以⽔深为H 的沉淀柱内进⾏⾃由沉淀实验（见下图2－1）实验开始时，沉淀时间为零，⽔样中悬浮物浓度为C 0mg/l ，此时沉淀去除率为零。当沉淀时间为t 1时，能够从⽔⾯到达和通过取样⼝段⾯的颗粒沉速为1
01t H u =，⽽分布在h 1⾼度内沉速⼩于u 01的颗粒也能通过取样⼝断⾯。但是h 1⾼度以上的沉速⼩于u 01的颗粒⼜平移到了h 1⾼度内，所以在t 1时取样所测得的悬浮物中仅不含有沉速⼤于、等于u 01的颗粒。令t 1时取样浓度为C 1，即得到⼩于沉速101t H u =的悬浮物浓度为C 1。01C C 是沉速⼩
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