水处理工程实验项目.doc

《水处理工程》实验项目
清华大学环境科学与工程系一、必修实验
实验一：混凝
实验二：自由沉淀
实验三：气浮
实验四：过滤
实验五：废水可生化性
实验六：厌氧污泥活性的测试
实验七：污泥过滤脱水
二、选择实验
实验八：臭氧脱色
实验九：吸附
三、演示实验
① 虹吸滤池
② 脉冲澄清池
③ 活性污泥工艺
④ UASB反应器
⑤ 膜分离技术
实验一 混凝
一、实验目的
1、 了解混凝的现象及过程，净水作用及影响混凝的主要因素；
2、 学会求水样最佳混凝条件（包括投药量、pH值、水流速度梯度）的基本方法；
3、 了解助凝剂对混凝效果的影响。

二、实验原理
胶体颗粒带有一定电荷，它们之间的电斥力是胶体稳定性的主要因素。胶体表面的电荷值常用电动电位ξ表示，又称为Zeta电位。Zeta电位的高低决定了胶体颗粒之间斥力的大小和影响范围。一般天然水中的胶体颗粒的Zeta电位约在-30mV以上，投加混凝剂之后，只要该电位降到-15mV左右即可得到较好的混凝效果。相反，当Zeta电位降到零，往往不是最佳混凝状态。
投加混凝剂的多少，直接影响混凝效果。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。
在水中投加混凝剂如Al2(SO4)3、FeCl3后，生成的Al(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、水温的影响，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，也不能很好地发挥絮凝作用。
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。在混凝搅拌实验中，水流速度梯度G值可按下式计算：

式中： P—搅拌功率（J/s）；
μ—水的粘度（Pa·s）；
V—被搅动的水流体积（m3）；
本实验G值可直接由搅拌器显示板读出。
当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加助凝剂以提高混凝效果。助凝剂通常是高分子物质，作用机理是高分子物质的吸附架桥，它能改善絮凝体结构，促使细小而松散的絮粒变得粗大而结实。

三、实验设备
1、 梅宇SC2000-6智能型六联搅拌机（附6个1000ml烧杯）；
2、 转速表（用于校正搅拌机的转速）；
3、 ORION 828型pH计；
4、 温度计；
5、 HANNA LP2000浊度仪。

四、实验水样
各组自定实验水样。
水样参考：自配水（高岭土悬浊液）、生活污水、河水等。

五、实验药剂
1、 精制硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O溶液；
2、 氯化铁FeCl3·6H2O溶液；
3、 聚合氯化铝[Al2(OH)mCl6-m]n溶液；
4、 聚丙烯酰胺PAM溶液（助凝剂）；
5、 浓度为10%的HCl溶液（化学纯）；
6、 浓度为10%的NaOH溶液（化学纯）。
本实验提供较高浓度的混凝剂和助凝剂，各组可根据自己实验要求进行稀释。

六、实验方案
1、 观察矾花：于烧杯中加入一定体积的原水并用玻璃棒慢速搅拌，向烧杯中缓慢投加混凝剂并仔细观察，直到矾花的出现。
2、 实验水样千差万别，对不同的水样、不同的混凝剂或助凝剂其最佳混凝条件也各不相同。各组可根据自己的兴趣从以下参考实验方案中进行选择，也可发挥创造力自行确定实验方案。
实验方案参考：
（1） 选取某种混凝剂，比较其对不同实验水样的混凝效果
（2） 选取某种实验水样，比较不同混凝剂的混凝效果
（3） 选取某种实验水样，确定某种混凝剂的最佳投加量
（4） 选取某种实验水样，确定某种混凝剂的最佳pH值
（5） 选取某种实验水样和混凝剂投加量，确定助凝剂的最佳投加量
（6） 选取某种实验水样和混凝剂投加量，确定混凝最佳速度梯度
注意事项：
1、 混凝一般分慢速搅拌和快速搅拌阶段，其搅拌速度和搅拌时间可根据实验自行确定；
2、 实验过程中需记录水样的名称及浊度、pH值、温度等参数，同时记录所使用混凝剂或助凝剂的种类和浓度以及混凝时的水流速度梯度等；
3、 水样的浊度应取多次测量的平均值；
4、 在最佳pH值实验中，用来测定pH值的水样，仍倒入原烧杯中；
5、 在测定水的浊度用注射管抽吸上清液时，不要扰动底部沉淀物。同时，各烧杯抽吸的时间间隔应尽量减小。
实验二 自由沉淀
一、实验目的
1、 观察沉淀过程，加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解；
2、 掌握颗粒自由沉淀实验的方法，求出沉淀曲线。

二、实验原理
浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀，其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉速在层流区符合Stokes公式。
由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒比重很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得，而是要通过静沉实验确定。
由于自由沉淀时颗粒是等速下沉，下沉速度与沉淀高度无关，因而自由沉淀可在一般沉淀柱内进行，但其直径应足够大，一般应使D≥100mm以免颗粒沉淀受柱壁干扰。
图1 自由沉淀实验装置图
1、沉淀柱 2、水泵 3、水箱 4、支架
5、气体流量计 6、气体入口 7、排水口 8、取样口
一般来说，自由沉淀实验可按以下两个方法进行：
（一） 底部取样法
底部取样法的沉淀效率通过曲线积分求得。设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验，如图1所示。将取样口设在水深H处，实验开始时（t=0），整个实验筒内悬浮物颗粒浓度均为C0。分别在t1、t2、……、tn时刻取样，分别测得浓度为C1、C2、……Cn。那么，在时间恰好为t1、t2、……、tn时，沉速为h/t1=u1、h/t2=u2、……、h/tn=un的颗粒恰好通过取样口向下沉，相应地这些颗粒在高度H中已不复存在了。记pi=Ci/C0，则1-pi代表时间ti内高度H中完全去除的颗粒百分数，pj-pk（k>j≥i）代表沉速位于uj和uk之间的颗粒百分数，在时间ti内，这部分颗粒的去除百分数为，当j、k无限接近时，。这样，在时间ti内，沉淀柱的总沉淀效率。实际操作过程中，可绘出p-u曲线并通过积分求出沉淀效率。
（二） 中部取样法
与底部取样法不同的是，中部取样法将取样口设在沉淀柱有效沉淀高度（H）的中部。
实验开始时，沉淀时间为0，此时沉淀柱内悬浮物分布是均匀的，即每个断面上颗粒的数量与粒径的组成相同，悬浮物浓度为C0（mg/l），此时去除率E=0。
实验开始后，悬浮物在筒内的分布变得不均匀。不同沉淀时间ti，颗粒下沉到池底的最小沉淀速度ui相应为。严格来说，此时应将实验筒内有效水深H的全部水样取出，测量其悬浮物含量，来计算出ti时间内的沉淀效率。但这样工作量太大，而且每个实验筒只能求一个沉淀时间的沉淀效率。为了克服上述弊病，又考虑到实验筒内悬浮物浓度随水深的变化，所以我们提出的实验方法是将取样口装在H/2处，近似地认为该处水样的悬浮物浓度代表整个有效水深内悬浮物的平均浓度。我们认为这样做在工程上的误差是允许的，而实验及测定工作也可以大为简化，在一个实验筒内就可以多次取样，完成沉淀曲线的实验。假设此时取样点处水样水样悬浮物浓度为Ci，则颗粒总去除率。而则反映了ti时未被去除的颗粒（即d<di的颗粒）所占的百分比。

三、实验水样
硅藻土自配水。

四、主要实验设备
1、 沉淀实验筒[直径φ140mm，工作有效水深（由溢出口下缘到筒底的距离）为2000mm]；
2、 过滤装置；
3、 悬浮物定量分析所需设备。以SS为评价指标时，定量分析设备包括万分之一电子天平，带盖称量瓶，干燥器，烘箱等；以悬浮物浊度为衡量指标时，定量分析设备为浊度仪。

五、实验步骤
1、 将水样倒入搅拌筒中，用泵循环搅拌约5分钟，使水样中悬浮物分布均匀；
2、 用泵将水样输入沉淀实验筒，在输入过程中，从筒中取样两次，每次约20ml（若以SS为评价指标时，取样量应提高到100ml并在取样后准确记下水样体积）。此水样的悬浮物浓度即为实验水样的原始浓度C0；
3、 当废水升到溢流口，溢流管流出水后，关紧沉淀实验筒底部阀门，停泵，记下沉淀开始时间。
4、 观察静置沉淀现象；
5、 隔5、10、20、30、45、60、75、90分钟，从实验筒底部取样口及中部取样口各取样两次，每次约20ml（若以SS为评价指标时，取样量应提高到100ml并在取样后准确记下水样体积）。取水样前要先排出取样管中的积水约10ml左右，取水样后测量工作水深的变化；
6、 将每一种沉淀时间的两个水样作平行实验，测量其SS值或浊度。水样SS值的测量步骤如下：用滤纸过滤（滤纸应当是已在烘箱内烘干后称量过的），过滤后，再把滤纸放入已准确称量的带盖称量瓶内，在105-110℃烘箱内烘干后称量滤纸的增重即为水样中悬浮物的重量。
7、 分别对底部取样法和中部取样法计算不同沉淀时间t的水样中的悬浮物浓度C，沉淀效率E，以及相应的颗粒沉速u，并画出E-t和E-u的关系曲线。

六、对实验报告的要求
1、 提出实验纪录及沉淀曲线。
2、 分析实验所得结果，并对底部取样法和中部取样法所得结果进行比较。
3、 分析不同工作水深的沉淀曲线，如应用到设计沉淀池，需注意什么问题？

实验三 气浮（浮选）
一、实验目的
1、 了解气浮实验系统设备及构成；
2、 通过静态实验考察气固比对气浮效果的影响；
3、 通过动态实验了解气浮工艺工作过程及操作运行方法。

二、实验设备
1、 平流式沉淀池；
2、 溶气水系统：包括尼可泵、溶气罐、水箱、除油器、截门及流量计、压力表、减压释放器等；
3、 水源系统：包括水泵、配水箱、流量计、定量投药泵、截门等；
4、 排水管及排渣槽等；
5、 设备系统示意图及气浮池构造图如图一所示：

图一 气浮工艺流程图

6、 测定悬浮物、pH值、COD等所用仪器设备。

三、实验步骤
本实验用尼可泵取代原有的空压机，简化了溶气水的制作过程，使得实验更加便于操作。
1、在原水箱中加原纸浆（或浓污水），用自来水配成所需水样（悬浮物约为 mg/L）。同时在投药瓶中配好混凝剂（1%的硫酸铝溶液）。
2、将气浮池及溶气水箱充满自来水待用。
3、开启尼可泵使回流水和空气混合后进入溶气罐，按一定的回流比调节流量，当压力水压力达到约0.26Mpa（即2.6kg/cm2）时，打开释放器前阀门放溶气水，然后调节流量及气压使溶气罐气压稳定，气浮池进出水平衡。
4、 静态气浮实验确定最佳投药量
取5个1000ml量筒，加750ml原水样，按药量20、40、60、80、100mg/l加入混凝剂（1%的硫酸铝溶液），快搅1min，慢搅3min，快速通过溶气水至1000ml，静置10min，观察现象，确定最佳投药量。
5、 调节投药量和原水流量，用泵混合后通入气浮池，用调节排水量来控制池中水位或溢流排渣。
6、 根据气浮池体积及进水流量估算出水时间，待稳定后取进出水样测定悬浮物、COD及pH值。

四、实验纪录、计算及结论
1、 实验纪录表；
2、 计算
1） 池体积、上浮速度、停留时间及表面负荷的计算。
i. 反应段；
ii. 分离段。
2） 处理效率计算：COD、悬浮物

3、 结论与评价

时间

表面负荷

回流比

原污水流量l/h

溶气水流量l/h

投药量
mg/L

mg/min

空气量l/h

溶气罐压力Mpa

悬浮物
原水mg/L

出水mg/L

去除效率%

COD
原水mg/L

出水mg/L

去除效率%

pH值
原水

出水

备注

实验四 过滤
一、实验目的
1、 熟悉滤池实验设备和方法；
2、 观察滤池反冲洗的情况：滤料的水力筛分现象，滤料层膨胀与冲洗强度的关系；
3、 观察滤料层的水头损失与工作时间的关系；
4、 探求不同滤料层的水质，以了解大部分的过滤效果是在顶上完成的。

二、实验原理
过滤是具有孔隙的物料层截留水中杂质从而使水得到澄清的工艺过程。常用的过滤方式有砂滤、硅藻土涂膜过滤、烧结管微孔过滤、金属丝编织物过滤等。过滤不仅可以去除水中细小悬浮颗粒杂质，而且细菌病毒及有机物也会随浊度降低而被去除。
为了取得良好的过滤效果，滤料应具有一定级配。

三、实验设备
1、 滤池模型
2、 浊度仪
3、 温度计、秒表、各种玻璃器皿

四、实验步骤
1、 熟悉实验设备。对照实验设备，熟悉滤池及相应的管路系统，包括配水设备、加药装置、过滤柱、滤池进水阀门及流量计、滤池出水阀门、反冲洗进水阀门及流量计、反冲洗出水阀门、测压管等。
2、 进行滤料层反冲洗膨胀率与反冲洗强度关系的测定。首先标出滤料层原始高度及各相应膨胀率的高度，然后打开反冲洗排水阀，再慢慢开启反冲洗进水阀，用自来水对滤料层进行反冲洗，量测一定的膨胀率（10，30，40，50，60，70%）时的流量，并测水温。
3、 进行过滤周期运行情况测定。关闭反冲洗进水阀及排水阀，全部打开滤池出水阀，待滤柱中水面下降到测压管10~15cm处时，打开滤池进水阀门，控制流量在 L/h，相应滤速 m/h，加药量控制在 ml/min，Al2(SO4)3药液浓度为1%，相应加药量为 mg/l。约3~5min后，滤柱中水面达到相对稳定，以此时作过滤周期的起点时刻开始测定，测定间隔15min，测定项目为各测压管水位、进出水浊度、水温。由于实验时间有限，过滤周期运行2小时左右即可结束。此时关闭滤池进水阀，滤池出水阀及加药装置。
4、 进行过滤后的滤柱反冲洗。打开反冲洗排水阀，再开反冲洗进水阀，控制滤池膨胀率为50%，观察冲洗水混浊度的变化情况。5min后，结束实验。

五、实验结果及报告
1、 实测并绘制实验设备草图，注明各部分的主要尺寸。
2、 计算并填写下列表格。
3、 绘制过滤时滤料层水头损失与时间的关系曲线。
4、 绘制反冲洗强度与滤料层膨胀率的关系曲线。
5、 实验过程中的心得及存在问题。
实验报告

日期： 滤池 号
滤池直径：96mm 断面面积：
滤料： 当量直径：
原水及预处理过程：
平均水温： 平均滤速：
一、滤池反冲洗
时间
砂层膨胀率观测值（%）
冲洗水流量（L/h）
冲洗强度（L/s·m2）
冲洗排水水温（℃）
备注

二、经混凝预处理的过滤
加药量= mg/L（以Al2(SO4)3计）
时间
流量ml/min
滤速m/h
混浊度
水位cm
进水
出水
滤池水面
滤层A点
滤层B点
滤层C点
滤层D点
滤层E点
滤池出水

实验五 废水可生化性

一、实验目的
工业废水中所含有的有机物，有的不容易被微生物所降解，有的则对微生物有毒害作用。为了合理地选择废水处理方法，或是为了确定进入生化处理构筑物的有毒物质容许浓度，都要进行废水可生化性实验。
鉴定废水可生化性的方法很多，利用瓦勃氏呼吸仪（简称瓦呼仪）测定废水的生化呼吸线是一种较有效的方法之一。
本实验的目的主要在于：
1.熟悉瓦呼仪的基本构造及操作方法；
2.理解内源呼吸线及生化呼吸线的基本含义；
3.分析不同浓度的含酚废水的生物降解性及生物毒性。

二、实验原理
微生物处于内源呼吸阶段时，耗氧的速率基本上恒定不变。微生物与有机物接触后，其呼吸耗氧的特性反映了有机物被氧化分解的规律，一般来说，耗氧量大，耗氧速率高，即说明该有机物易被微生物降解，反之亦然。
测定不同时间的内源呼吸耗氧量及与有机物接触后的生化呼吸耗氧量，可得内源呼吸线及生化呼吸线，通过比较即可判定废水的可生化性。
当生化呼吸线位于内源呼吸线之上时说明废水中的有机物一般是可被微生物氧化分解得；当生化呼吸线与内源呼吸线重合时，则说明有机物可能是不能被微生物降解的，但它对微生物的生命活动尚无抑制作用；当生化呼吸线位于内源呼吸线之下时，则说明有机物对微生物的生命活动产生了明显的抑制作用。
瓦呼仪的工作原理是，在恒温及不断搅拌的条件下，使一定量的菌种与废水在定容的反应瓶中接触反应，反应产生的CO2用KOH溶液吸收，因此，微生物的耗氧将使反应瓶中氧的分压降低，测定氧分压的变化，即可推算出消耗的氧量。

三、实验设备
1.瓦呼仪一台；
2.离心机一台；
3.活性污泥培养及驯化装置一套；
4.测酚装置一套。

四、实验步骤
1.活性污泥的培养、驯化及预处理
(1) 取已建污水活性污泥或带菌土壤为菌种，在间竭式培养瓶中以含酚合成废水为营养、曝气或搅拌，以培养活性污泥。
(2) 每天停止曝气一小时，沉淀后去除上清液，加入新鲜含酚合成为水，并逐步提高酚的浓度。达到驯化活性污泥的目的。
(3) 当活性污泥数量足够，且对酚具有相当去除能力后，即认为活性污泥的培养和驯化已告完成。停止投加营养，空曝24小时，使活性污泥处于内源呼吸阶段。
(4) 取上述活性污泥在3000rpm的离心机上离心十分钟，倾去上清液，加入蒸馏水洗涤，在电磁搅拌器上搅拌均匀后再离心，反复三次，用pH=7的磷酸盐缓冲液稀释，配制成所需浓度的活性污泥悬浊液。因需时间较长，此步骤由教师进行。

2.含酚合成废水的配制
按下表配制五种含酚浓度不同的合成废水（单位为mg/L）：
苯酚
75
150
450
750
1500
硫酸铵
22
44
130
217
435
K2HPO4
5
10
30
51
102
NaHCO3
75
150
450
750
1500
FeCl3
10
10
10
10
10

3.取清洁干燥的反应瓶及测压管14套，测压管中装好Brodie溶液备用，反应瓶按下表加入各种溶液。
反应瓶编号
反应瓶内液体体积(ml)
中央小杯中10% KOH溶液体积(ml)
液体总体积(ml)
备注

蒸馏水
活性污泥悬浮液
75mg/L的含酚废水
150mg/L的含酚废水
450mg/L的含酚废水
750mg/L的含酚废水
1500mg/L的含酚废水

1、2
3

0.2
3.2
温度压力对照
3、4
2
1

0.2
3.2
内源呼吸
5、6

1
2

0.2
3.2

7、8

1

2

0.2
3.2

9、10

1

2

0.2
3.2

11、12

1
2

2

0.2
3.2

13、14

1
2
2

2
0.2
3.2

在试验过程中应注意以下事项：
(1) 应先向中央小杯加入10%KOH溶液，并将折成皱折状的滤纸放在杯口，以扩大对CO2的吸收面积，但不得使KOH溢出中央小杯之外。
(2) 加入活性污泥悬浮液及合成废水的动作尽可能迅速，使各反应瓶开始反应的时间不致相差太多。

4.在测压管磨砂接头上涂上羊毛脂，塞入反应瓶瓶口，以牛皮筋拉紧使之密封，然后放入瓦呼仪的恒温水槽中(水温预先调好至20℃)使测压管闭管与大气相通，振摇5分钟，使之反应瓶内温度与水浴一致。

5.调节各测压管闭管中检压液的液面至刻度150mm处然后迅速关闭各管顶部的三通，使之与大气隔断，记录各测压管中检压液液面读数(此值应在150mm附近)，再开启瓦呼仪振摇开关，此时刻为呼吸耗氧试验的开始时刻。

6.在开始试验后的0，0.25，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0小时，关闭援摇开关，调整各测压管闭管液面至150mm处，并记录开管液面读数，按下表记录。
注意：读数及记录操作应尽可能迅速，作为温度及压力对照的1，2两瓶应分别在第一个及最后一个读数，以修正操作时间的影响(即从测压管2开始读数，然后3，4，5……最后是测压管1)。读数、记录全部操作完成后即迅速工启振摇开关，使试验继续进行，待测压管读数降至50mm以下时，需开启闭管顶部三通放气。再将闭管液位调至150mm。并记录此时开管液位高度。

7.停止试验后，取下反应瓶及测压管，擦净瓶口及磨塞上的羊毛脂，倒去反应瓶中液体，用清水冲洗后置于肥皂水中浸泡，再用清水冲洗后以洗液浸泡过夜，洗净后置于55℃烘箱内烘干后待用。

五、实验结果的计算与分析
1.根据实验中记录下的测压管读数(液面高度)计算耗氧量。主要计算公式为：
（1）
式中：——各测压管计算的Brodie溶液液面高度变化值mm
——温度压力对照管中Brodie溶液液面高度变化值mm
——各测压管实验的Brodie溶液液面高度变化值mm
（2）
式中：——各反应瓶不同时间的耗氧量分别以微升及微克表示。
Ki——各反应瓶的体积常数，由教师事先测得。测定及计算方法从略。
1.429——氧的容重克/升
（3）
式中：Gi——各反应瓶不同时刻单位重量活性污泥的耗氧量mg/g
Xi——见前。
Si——各反应瓶中的活性污泥重量 mg

2.上述计算宜列表进行。

3.以时间为横坐标，Gi为纵坐标，绘制内源呼吸线及不同含酚浓度合成废水的生化呼吸线，进行比较分析含酚浓度对生化呼吸过程的影响及生化处理可允许的含酚浓度。

六、思考题
1.你认为利用瓦呼仪测定废水可生化性是否可靠?有何局限性?
2.你在试验过程中曾发现那些异常现象?试分析其原因及解决办法。
3.了解其他鉴定可生化性的方法。

实验六 厌氧污泥活性的测试

厌氧污泥的活性，实际上是指单位质量的厌氧污泥（以VSS计）在单位时间内最多能产生的甲烷量，或者，是指单位质量的厌氧污泥（以VSS计）在单位时间内最多能去除的有机物（以COD计）。因此，厌氧污泥活性一般可以用两个参数测量，即最大比产甲烷速率和最大比COD去除率。二者的定义分别如下：
最大比产甲烷速率（）：单位质量的厌氧污泥在单位时间内的最大产甲烷量（mlCH4/gVSS.d）；
最大比COD去除速率（Umax.COD）：单位质量的厌氧污泥在单位时间内的最大的COD降解量（gCOD/gVSS.d）。

一、实验原理
厌氧生物处理过程中的有机物降解速率或甲烷生成速率可用第五章中提出的相似的Monod公式来描述，即：
（1）
式中：S——基质浓度（gCOD或BOD/L）；
t ——时间（d）；
Umax ——最大比基质降解速度（d-1）；
X ——微生物或污泥浓度（gVSS/L）；
Ks ——饱和常数。
（2）
式中：VCH4——间歇反应开始后的积累甲烷产量（ml）；
Yg ——基质的甲烷转化系数（mlCH4/gCOD）；
Vr ——间歇反应器的反应区容积（L）。
由（1）、（2）式得：
（3）
因为厌氧细菌的世代周期一般相对很长，合成量相对较少，在短期内（1~2天内）可以认为厌氧微生物的生物量不会发生变化，即上式中的X可以认为是一个常数；同时，由于在反应初期基质浓度很高，即可以认为S>>Ks，此时式（3）就可以简化为：
（4）
或： （5）
其中的就是上面提到的厌氧污泥的最大比产甲烷速率。从式（5）可以知道，我们只要能够通过试验求得某种污泥的产甲烷速率，就可以得到该种污泥的最大比产甲烷速率，即其活性。
从可以进一步推算出衡量厌氧污泥活性的另一个指标——最大比COD去除速率（Umax.COD），一般可以有下面的两种方法：
第一，先求出COD对CH4的转化系数Yg，再由Yg和计算Umax.COD，即：
（6）
则： （7）
上两式中：——间歇培养结束时的累积甲烷产量（ml）；
——培养瓶内初始COD浓度（g/L）；
——标志绝对温度（273K）；
——测试时室温绝对温度（K）
第二，假定在厌氧条件下，约有15%的有机物会被用于合成菌体细胞，剩下的有机物则被转化为甲烷，又根据1gCOD在厌氧条件下完全分解理论上能产生350mlCH4，由此得出最大比COD去除速率和最大比产甲烷速率之间的关系如下：
（8）

二、测试装置及方法
（一）测试装置
厌氧污泥活性的测试可以采用如下的间歇试验的方法，其装置如下图所示。
史氏发酵管
恒温水浴槽
锥形瓶

厌氧污泥活性测试的间歇试验装置图

如图所示，装有一定量受试厌氧污泥的100ml锥形反应瓶被放置在可以控温的恒温水浴槽内，反应瓶内还装有被调整到一定浓度的受试的有机物溶液或某种有机废水，反应瓶用橡胶塞密封并通过细小的乳胶管与25ml史氏发酵管相连，可以保证反应瓶内所产生的沼气能够以小气泡的形式进入史氏发酵管内，并在通过浓度为2N的NaOH的NaCl饱和溶液的过程中，沼气中的CO2、H2S等酸性气体可以被碱液吸收，而余下的、被计量的气体可认为是完全是甲烷气体。

（二）试验条件
（1）温度：温度对污泥活性有很大的影响，一般选取中温（351°C）或常温（20~251°C）进行测试，也可以根据需要选择其它温度；
（2）pH值：由于一般认为产甲烷细菌的最佳pH值是在6.8~7.2的范围内，而对于普通的厌氧污泥，其pH值范围可以放宽到6.5~7.5的范围，因此，在厌氧污泥活性的测试试验中一般通过在反应瓶中加入NaHCO3将其pH值调节到7.0左右；
（3）基质浓度及污泥浓度：基质浓度一般设定为5000mgCOD/L，而污泥浓度取3~7gVSS/L，保证二者的比值约为0.7~1.6，基质中还必须加入适量的N、P等营养元素，必要时还需要加入微量金属元素和酵母浸出膏或某些特殊的维生素等，在稀释时应该用去氧水进行稀释。

（三）测试步骤
（1）首先在锥形瓶容积为100ml处作好标记，再加入浓度为10000mgCOD/L的营养母液50ml，再加入一定量的受试厌氧污泥（保持COD/VSS = 0.7~1.6），并用去氧水稀释至100ml；
（2）把恒温水浴槽调至所需要的反应温度，将锥形瓶、橡胶管、史氏发酵管等连接好，并利用N2将锥形瓶上部的空气驱除；
（3）将锥形瓶摇匀并放置在水浴槽内开始试验，一般每小时读取史氏发酵管内的产甲烷气体量一次，每次读数后都需要再次将锥形瓶轻轻摇动以使基质与污泥充分接触以及基质浓度分布均匀，一般整个反应过程共需要约10h，但对于活性较低的污泥可能需要的时间更长；
（4）当反应瓶内的污泥不再大量产气后，即可认为反应基本结束，此时，需要将锥形瓶内的混合液进行离心分离（或过滤）后测量其VSS量；
（5）进行数据整理，计算出及Umax.COD。
（6）一般要求每个试验需有2~3个平行样，以保证试验结果的可靠性。

（四）、测试数据的处理

由于间歇反应开始启动，培养瓶的气室内存在着空气（或氮气）会使反应初期用碱液吸收计量出的甲烷产量读数偏高，引起误差，反应初期进入史氏发酵管的沼气中的空气体积分数可用下式表示：
（9）
式中：Ea——培养瓶的出气中，空气（或N2）的体积分数；
Vg(t)——反应开始后到t时的累计出气量（ml）；
Va——培养瓶中气室的容积（ml）。

由（9）式计算可知，当为3.5时，Ea为0.03，即当累计出气量为气室容积的3.5倍时，进入史氏发酵管的气体中的空气（或N2）含量只占3%，此时可以认为气室内的空气（或N2）已基本排完。实际试验时，取史氏发酵管计量的产气量达气室容积3.5倍以后的数据作为求的计算数值，便可消除空气（或N2）的影响。

（五）与Umax.COD的计算
0
40
80
120
160
200
0
4
8
12
16
20
24
28
反应时间（h)
累积甲烷产量(ml)
直线段
3.5倍Va
斜率
厌氧污泥活性测试试验中累积产甲烷量随时间的变化曲线
将厌氧污泥和底物放入培养瓶后，经过一定时间的培养，可得如下图所示的累计甲烷产量（）曲线。

一般情况下，在反应的初期，由于反应瓶内的底物浓度相对较高，累积甲烷产量会以较为恒定的速度增加，即产甲烷过程呈零级反应，如图所示的线性增加的直线段；经过一段时间的反应后，反应瓶内的基质浓度由于不断的被降解而迅速下降，使产甲烷过程不再呈零级反应，在图中表现为随时间呈非线性变化。由于我们关心的只是最大比产甲烷速率，因此只需要采用一元线性回归的方法求出—t曲线上的直线段的斜率K，再通过一些计算就可得到受试污泥在试验条件下的最大比产甲烷速率，还可以根据上述的公式（7）或公式（8）进一步计算出其最大比COD去除速率Umax.COD。如前所述，应取值为3.5Va以后的数据点作为直线段的起点求斜率K。
因此，在试验过程中，可以不必测出整个累积曲线，而只需测出直线段即可，所以一般来说试验时间共需10h左右。
计算中，一般可忽略试验环境的大气压与标准状态下的大气压的偏差，并可忽略史氏发酵管集气段气压与外界大气压的偏差（此偏差不超过1.2%）则可用下式近似计算：
（10）
式中：K——累积甲烷产量—时间曲线上直线段的斜率（ml CH4/h）。

实验七 污泥过滤脱水

一、实验目的
1.通过实验掌握污泥比阻的测定方法；
2.掌握用布氏漏斗试验选择混凝剂；
3.掌握确定污泥的最佳混凝剂投加量；

二、实验原理
污泥比阻是表示污泥过滤特性的综合性指标，它的物理意义是：单位重量的污泥在一定压力下过滤时在单位过滤面积上的阻力。求此值的作用是比较不同的污泥(或同一种污泥加入不同量的混剂后)的过滤性能。污泥比阻愈大，过滤性能愈差。
过滤时滤液体积V(ml)与推动力P(过滤时的压强降g/(cm2)，过滤面积F(cm2)，过滤时间t(s)成正比，而与过滤阻力R(cm·S2/ml)，滤液粘度μ(g/cm2·s)成反比。
(1)
过滤阻力包括滤渣阻力Rc和过滤隔层阻力Rg构成。而阻力R随滤渣层的厚度增加而增大，过滤速度则减少。因此将(1)式改写成微分形式：
(2)
由于Rg比Rc相对说较小，为简化计算，姑且忽略不计。
(3)
式中：α′：单位体积污泥的比阻。
δ：滤渣厚度
C′：获得单位体积滤液所得的滤渣体积。
如以滤渣干重代替滤渣体积，单位重量污泥的比阻代替单位体积污泥的比阻，则(3)式可改写为：
(4)
式中：α：污泥比阻，在CGS制中，其量纲为(s2/g)，在工程单位制中其量纲为(cm/g)。在定压下，在积分界线由)到t及O到V内对(4)式积分，可得：
(5)

式(5)说明在定压下过滤，t/V与V成直线关系，其斜率为：
(6)

因此，为求得污泥比阻，需要在实验条件下求出b及C。

b的求法可在定压下(真空度保持不变)通过测定一系列的t～V数据，用图解法求得。

C的求法：根据所设定义：
滤饼干重(g/ml)滤液 (7)

式中：Q0：污泥量，ml；Qy：滤液量，ml;Cd:滤饼固体浓度，g/ml
根据液体平衡，有下式成立：Q0=Qy+Qd
根据固体平衡，有下式成立：Q0C0=QyCy+QdCd
式中：C0：污泥固体浓度，g/ml
Cy：滤液固体浓度，g/ml
Qd：滤饼量，ml。
可得：

代入(7)式，简化后得：
(8)

上述求C值的方法，必须量测滤饼的厚度方可求得：但在实验过程中量测滤饼厚度是很困难的，且不易量准，故改用测滤饼含水比的方法，求C值：
滤饼干量(g/ml)滤液
式中：C：100g污泥中的干污泥量；
C′：100g滤饼中的干污泥量。
例如污泥含水比97.7%，滤饼含水率为80%

一般认为比阻在109～1010S2/g的污泥算作难过滤的污泥，比阻在(0.5～0.9)×109S2/g的污泥算作中等，比阻小于0.4×109S2/g的污泥容易过滤。
投加混凝剂可以改善污泥的脱水性能，使污泥的比阻减小。对于无机混凝剂如FeCl3·Al2(SO4)3等投加量，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，投加量一般为干污泥重的1%”

三、实验设备
污泥比阻测试仪器一套以及相应的污泥浓度测试仪器等。

四、实验步骤

1.测定污泥的含水率，求出其固体浓度C0；
2.配制FeCl3(10g/l)和Al2(SO4)3(10g/l)混凝剂；
3.加入FeCl3混凝剂调节污泥(每组加一种混凝剂量)，加量分别为干污泥重的0%(不加混凝剂)2%，4%，6%，8%，10%。
4.在布氏漏斗上(直径65～80mm)放置滤纸，用水润湿，贴紧周底。
5.开动真空泵，调节真空压力，大约比实验压力小1/3(实验时真空压力采用266mmHg或532mmHg)关掉真空泵。
6.加入100ml需实验的污泥于布氏漏斗中，开动真空泵，调节真空压力至实验压力；达到此压力后，开始起动秒表，并记下开始时计量管内的滤液V0。
7.间隔一定时间(开始过滤时可每隔10或15秒，滤速减慢后可隔30或60秒)记下计量管内相应的滤液量。
8.一直过滤至真空破坏，如真空长时间不破坏，则过滤20