水污染控制工程实验简介史少欣史少欣 高级实验师高级实验师环境科学与工程实验中心水处理实验室可进行的实验水处理实验室可进行的实验 污水生化处理实验污水生化处理实验充氧曝气能力实验充氧曝气能力实验UASBUASB实验（上流式厌氧生物反应实验）实验（上流式厌氧生物反应实验） CASSCASS实验装置实验装置 ( (连续进水周期循环活性污泥工艺连续进水周期循环活性污泥工艺) ) 膜处理技术实验膜处理技术实验超滤实验超滤实验反渗透实验反渗透实验电渗析除盐实验电渗析除盐实验 净水给水实验净水给水实验混凝实验混凝实验澄清实验澄清实验过滤实验过滤实验曝气设备充氧能力实验曝气设备充氧能力实验 活性污泥法处理过程中曝气设备的作用是使氧气；活性污活性污泥法处理过程中曝气设备的作用是使氧气；活性污泥，营养物三者充分混合，使活性污泥处于悬浮状态。促泥，营养物三者充分混合，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气进行物质代谢。由于氧的供给是保证微生物有足够的氧气进行物质代谢。由于氧的供给是保证生化处理过程的正常进行的主要因素。因此，工程设计证生化处理过程的正常进行的主要因素。因此，工程设计人员和操作人员常通过实验来评价曝气设备的供氧能力和人员和操作人员常通过实验来评价曝气设备的供氧能力和动力效力动力效力 曝气设备型式有多种，可分为二大类：曝气设备型式有多种，可分为二大类： (1)(1)机械叶轮曝气设备，机械叶轮曝气设备，(2)(2)压缩空气曝气设备。压缩空气曝气设备。 评价曝气设备充氧能力的试验方法有二种：评价曝气设备充氧能力的试验方法有二种： 不稳定状态下进行试验，即试验过程中溶解氧浓度是变化不稳定状态下进行试验，即试验过程中溶解氧浓度是变化的，由零增到饱和浓度，的，由零增到饱和浓度， 稳定状态下的试验，即实验过程水中溶解氧浓度保持不变稳定状态下的试验，即实验过程水中溶解氧浓度保持不变( (本次实验不作介绍本次实验不作介绍) )。 本实验是在曝气池试验模型中，用自来水在不稳定状态本实验是在曝气池试验模型中，用自来水在不稳定状态下进行试验，测定泵型叶轮和鼓风曝气的充氧能力。下进行试验，测定泵型叶轮和鼓风曝气的充氧能力。 实验目的了解曝气设备的类型（叶轮、鼓风）及评价曝了解曝气设备的类型（叶轮、鼓风）及评价曝气设备充氧能力的方法（不稳定状况和稳定状气设备充氧能力的方法（不稳定状况和稳定状况）况）掌握测定曝气设备的氧传递系数和充氧能力掌握测定曝气设备的氧传递系数和充氧能力掌握测定掌握测定 、 系数的方法系数的方法UASB实验（上流式厌氧生物反应器处理实验 ） UASB即即上流式厌氧生物反应器，荷兰学者Lettinga等人在20世纪70年代初开发的。厌氧生物处理作为利用厌氧性微生物的代谢特性，在毋需提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体。厌氧生物处理法不仅适用于高浓度有机废水，进水BOD最高浓度可达数万mg/l，也可适用于低浓度有机废水，如城市污水等。 UASBUASB工作原理工作原理 UASBUASB由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼着斜壁滑回厌氧重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。 UASBUASB的主要优点是：的主要优点是：1.UASB1.UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为内污泥浓度高，平均污泥浓度为202040gVSS/140gVSS/1； 2.2.有机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为有机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d10kgCOD/m3.d左右；左右； 3.3.无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动； 4.4.污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题；污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题；5.UASB5.UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。 UASBUASB的主要缺点是：的主要缺点是：1 1、进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在、进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/l100mg/l以下；以下； 2 2、污泥床内有短流现象，影响处理能力；、污泥床内有短流现象，影响处理能力； 3 3、对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。、对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。CASS实验装置 ( (连续进水周期循环活性污泥工艺实验连续进水周期循环活性污泥工艺实验) )实验原理实验原理CASSCASS（CyclicActivatedSludgeSystemCyclicActivatedSludgeSystem）工艺是近年来国际公认）工艺是近年来国际公认的处理生活污水及工业废水的先进工艺。其基本结构是：在序批式的处理生活污水及工业废水的先进工艺。其基本结构是：在序批式活性污泥法（活性污泥法（SBRSBR）的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，）的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。整个工艺的曝气、沉淀、排水等部安装了可升降的自动撇水装置。整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统；同时可连续进水，间断排水。和污泥回流系统；同时可连续进水，间断排水。CASS(CASS(周期循环活性污泥法周期循环活性污泥法) )是是SBR(SBR(序批式活性污泥法序批式活性污泥法) )的改进型的改进型工艺，该工艺采用生物选择器、滗水器、程序自动控制等先进工艺，工艺，该工艺采用生物选择器、滗水器、程序自动控制等先进工艺，该工艺出水水质好，活性污泥沉降性能好。该工艺出水水质好，活性污泥沉降性能好。 实验目的： 了解了解CASSCASS工艺的主要组成和内在规律、处理工艺的主要组成和内在规律、处理生活污水的效果。生活污水的效果。研究研究CASSCASS工艺运行模式及进行周期中曝气、工艺运行模式及进行周期中曝气、沉淀、滗水阶段的时间分配、水力停留时间等各沉淀、滗水阶段的时间分配、水力停留时间等各种运行参数。种运行参数。本实验装置包括：透明有机玻璃CASS反应器、风机、微孔曝气系统、泵、水箱、滗水器、铁架、程序控制器等。主体装置：长960X宽340X高450CASS池分预反应区和主反应区。在预反应区内，微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历一个高负荷的基质快速积累过程，这对进水水质、水量、PH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，同时对丝状菌的生长起到抑制作用，可有效防止污泥膨胀；CASS生物处理法是周期循环活性污泥法的简称,CASS法是在间歇式活性污泥法（SBR法）的基础上演变而来的超滤、反渗透实验超滤、反渗透实验超滤、反渗透实验超滤、反渗透实验超滤是以压力为推动力的膜分离技术之一。以大分子与小分子分离超滤是以压力为推动力的膜分离技术之一。以大分子与小分子分离为目的，膜孔径在为目的，膜孔径在20201000A1000A之间。中空纤维超滤器（膜）具有单位之间。中空纤维超滤器（膜）具有单位溶器内充填密度高，占地面积小等优点。溶器内充填密度高，占地面积小等优点。 在超滤过程中，水深液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的深在超滤过程中，水深液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的深剂（水）及小分子溶质透水膜，成为净化液（滤清液），比膜孔大的溶剂（水）及小分子溶质透水膜，成为净化液（滤清液），比膜孔大的溶质及溶质集团被截留，随水流排出，成为深缩液。超滤过程为动态过质及溶质集团被截留，随水流排出，成为深缩液。超滤过程为动态过滤，分离是在流动状态下完成的。溶质仅在膜表面有限沉积，超滤速率滤，分离是在流动状态下完成的。溶质仅在膜表面有限沉积，超滤速率衰减到一定程度而趋于平衡，且通过清洗可以恢复。衰减到一定程度而趋于平衡，且通过清洗可以恢复。 超滤装置有板式、管式（内压列管式和外压管束式）、卷式、中空超滤装置有板式、管式（内压列管式和外压管束式）、卷式、中空纤维式等形式。浓差极化乃是膜分离过程的自然现象，如何将此现象减纤维式等形式。浓差极化乃是膜分离过程的自然现象，如何将此现象减轻到最低程度，是超滤技术的重要课题之一。轻到最低程度，是超滤技术的重要课题之一。目前采取的措施有：目前采取的措施有：提高膜面水流速度，以减小边界层厚度，并使被截留的溶质及时提高膜面水流速度，以减小边界层厚度，并使被截留的溶质及时由水带走；由水带走；采取物理或化学的洗涤措施。采取物理或化学的洗涤措施。 实验目的实验目的实验目的实验目的了解超滤设备的构造了解超滤设备的构造, ,组成组成, ,及实验方法。及实验方法。了解与熟悉超滤装置处理水的工艺流程及操作方法。了解与熟悉超滤装置处理水的工艺流程及操作方法。实验原理实验原理实验原理实验原理：超滤是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质超滤是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。 超滤工艺流程图超滤根据所加的操作压力和所用膜的平均孔径的超滤根据所加的操作压力和所用膜的平均孔径的不同，可分为微孔过滤、超滤和反渗透三种。不同，可分为微孔过滤、超滤和反渗透三种。微孔过滤所用的操作压通常小于微孔过滤所用的操作压通常小于4104104 4PaPa，膜的平均孔径，膜的平均孔径为为500500埃埃1414微米，用于分离较大的微粒、细菌和污染物微米，用于分离较大的微粒、细菌和污染物等。等。超滤所用操作压为超滤所用操作压为4104Pa4104Pa7107105 5PaPa，膜的平均孔径，膜的平均孔径为为10-10010-100埃，用于分离大分子溶质。埃，用于分离大分子溶质。反渗透所用的操作压比超滤更大，常达到反渗透所用的操作压比超滤更大，常达到351035105 5PaPa14010140105 5PaPa，膜的平均孔径最小，一般为，膜的平均孔径最小，一般为1010埃以下，用埃以下，用于分离小分子溶质，如海水脱盐，制高纯水等。于分离小分子溶质，如海水脱盐，制高纯水等。 优缺点：超滤技术的优点是操作简便，成本低廉，不需增加任何化学试剂，尤其是超滤技术的实验条件温和，与蒸发、冷冻干燥相比没有相的变化，而且不引起温度、pH的变化，因而可以防止生物大分子的变性、失活和自溶。在生物大分子的制备技术中，超滤主要用于生物大分子的脱盐、脱水和浓缩等。超滤法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制剂。对于蛋白质溶液，一般只能得到1050的浓度。澄清-过滤（砂滤）实验一实验目的一实验目的一实验目的一实验目的1 1熟悉滤池实验设备与实验方法；熟悉滤池实验设备与实验方法；2 2熟悉逆向流斜管沉淀实验设备和澄清方法；熟悉逆向流斜管沉淀实验设备和澄清方法；3 3观察澄清池中水和泥的运动状况，加强了解观察澄清池中水和泥的运动状况，加强了解浅层沉淀原理和特点；浅层沉淀原理和特点；4 4观察滤池反冲洗、滤料膨胀与水力筛分现象；观察滤池反冲洗、滤料膨胀与水力筛分现象；5 5观察滤料层的水头损失与工作时间的关系，观察滤料层的水头损失与工作时间的关系，了解过滤效果滤层顶部完成。了解过滤效果滤层顶部完成。二实验步骤二实验步骤熟悉过滤实验设备的管路系统，了解进水阀、出水阀及转子流量计的位置；用自来水对砂滤层进行反冲洗，计量一定膨胀率（10%、30%）时的流量，并测水温，见下图：二实验设备二实验设备关闭反冲流量计阀和总进水阀，打开滤池出水阀，使液面下降到砂层上方约20-30cm处，关闭出滤池水阀。开启水箱水泵，进行搅拌，并根据混凝实验确定的最佳投药量，投加混凝剂；开启通向澄清池的开关及流量计阀，关闭水箱进水阀，使投加药剂的浑水通入澄清池。见下图调节过滤澄清流量计阀，控制浑水在斜管中的上升速度在1、2、3mm/秒（开始实验时可用低限），待水位到溢流高度，即可打开滤池出水阀；调节滤池出水阀2，控制过滤速度，使滤池进水水位恒定，记录开始过滤时各测压管的水位高度；每隔20min测进、出水水量、水温、浊度，并记录各测压管的水位高度；测3-4次即可结束过滤，运行1.5小时后结束过滤，记录各测压管的水位高度；将过滤池进行反冲洗。三观测记录三观测记录1滤池情况：滤池情况：2滤池反冲洗：滤池反冲洗：绘制冲洗强度与时间的关系曲线：绘制冲洗强度与时间的关系曲线：3. 澄清池情况澄清池情况4.过滤过滤绘制滤料层水头损失与时间的关系曲线绘制滤料层水头损失与时间的关系曲线