水 处 理 实 验 指 导 讲 义
目 录
第一阶段
实验一 颗粒自由沉淀实验————————————5
实验二 过滤实验————————————————9
实验三 混凝实验————————————————16
实验四 曝气充氧实验——————————————21
实验五 常用水处理工艺运行演示—————————27
第二阶段
实验六 活性炭吸附实验—————————————51
实验七 气浮实验————————————————55
实验八 膜分离实验———————————————60
实验九 综合水处理实验—————————————63
附录一 酸度计、溶解氧和浊度仪的使用 ——————————48
附录二
常规水质检测方法 ——————————————55
绪 论
水处理试验(环境工程实验)是环境科学与工程专业的主干专业课程，课程本身就不是一个纯理论性学科，而是实践性很强的学科，因而相关的实验技术更为重要，不仅一些现象、 规律、理论，而且工程设计和运行管理中的许多问题，也都离不开实验。如给水处理工程中的混凝沉淀的药剂种类选择及生产运行适宜条件的确定需要通过实验测定，才能正确地选择。同时水处理实验可应用于指导水处理规律的研究，改进现有工艺、设备以及研究新工艺、新设备。因此在学习环境工程有关专业课程的同时，非常有必要加强《水处理实验》课程的学习，注意培养学生自己独立解决工程实践中实验技术问题的能力。
一、 水处理实验课的教学目的与任务
1. 通过对实验的观察、分析，加深对水处理基本概念、现象、规律与基本原理的理
解；
2. 掌握一般水处理实验技能和仪器、设备的使用方法，具有一定的解决实验技术问
题的能力；
3. 学会设计实验方案和组织实验的方法；
4. 学会对实验数据进行测定、分析与处理，从而能得出切合实际的结论； 5. 培养实事求是的科学态度和工作作风。
二、 水处理实验过程
１实验准备工作 的?搞清实验原理和实验目? 计?进行实验方案的优化设（１）理论准备工作 ? ?查阅有关文献资料 ?一般设备、仪器的准备（２）实验设备、测试仪器准备 ?专用实验设备的准备?
（３）测试步骤与记录表格的准备
（４）人员分工
２实验
（１）仪器设备的安装与调试
?取样与分析 ?（２）实验 ?观察?记录（要求记录在记录 纸或本，如实记录，记录内容应尽可能详尽）?
（３）实验数据分析处理与实验报告
①实验数据的分析处理
②实验报告：包括实验名称、实验目的、实验原理、实验装置仪器、实验步骤(预习报告)、实验数据及分析处理、结论、问题讨论。
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实验报告参考格式
班级： 实验日期： 环境条件： 指出实验所要达到的主要目的 简述实验所依据的有关原理和相关的理论基础 绘制实际的实验装置流程简图，并注明主要设备和检测仪器的种类与型号 实验步骤 结合实际操作计划，对操作方法、程序进行简单阐述 用表格形式记录实测数据，依据实验原理完成数据的计算处理，计算过程、步骤要求全面、清楚。类实验数据记录与整理 型相同的多组数据处理，计算时可用一组数据处理的全过程为例进行整理，其他数据的计算、处理过程可省略，并把计算结果列于表中 主要包括实验结果总结、实验结果与理论值间的误实验结果与分析讨论及合理化建议 差及相关分析、回答有关问题，并针对产生误差的原因、提出合理化建议等 实验名称： 姓名： 同组人： 实验地点： 实验目的 实验原理 实验装置 3
实验一 颗粒自由沉淀实验
一、沉淀概况
沉淀是去除水中杂质的常用方法。
自由沉淀???凝聚沉淀基本类型?
?成层沉淀?压缩沉淀?自由沉淀用以去除低浓度的离散性颗粒如沙砾、铁屑等。一般是通过沉淀柱静沉实验，获取颗粒沉淀曲线。它不仅具有理论指导意义，而且也是给水排水处理工程中沉砂池设计的重要依据。
二、实验目的
1、 掌握颗粒自由沉淀实验的方法，学会对实验数据进行分析、整理、计算的方法； 2、 进一步了解和掌握自由沉淀的规律，根据实验结果绘制时间—沉淀率(t—E)、沉
速－沉淀率(u—E)、和沉淀速度-残余颗粒百分比（u-P）的关系曲线。
三、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斯笃克斯公式（Stokes）。
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，所以自由沉淀可在一般沉淀柱内进行，但其直径应足够大，一般应大于100mm以免颗粒沉淀受柱壁干扰。
实验用装置见图1-1
h 取样口
设水深为h，在t时间能沉到h深度颗粒的沉速u=h/t。根据给定的时间t0，计算出颗粒的沉速u0。凡是沉淀速度等于或大于u0的颗粒，在t0时都可全部去除。设原水中悬浮物
浓度为c0(mg/L)，则与沉淀历时t相对应的悬浮物沉淀效率百分率为
污水 4
E?ci?100à
其中不同沉淀时间ti时，沉淀柱未被去除的悬浮物百分比为
c0?ct?100à
Pi?沉淀试验时，可算出H对应的时间t的颗粒沉速为
ui?Hi?mm/s?ti
ui即为ti时间内从水面下沉到池底（实验中为取样点）的最小颗粒di所具有的沉速。此时取样点处水样悬浮物浓度为Ci，
从而可绘出u-E、t-E及u-P的曲线，其形式见图1-2
100 残余颗粒百分比去除率2 2 2 2 2 沉淀时间min 2 去2 除率2 2 2 2 具有颗粒大小不同、沉速为ui的悬浮物静沉总去除率E与设计沉速u0、未被去除颗粒重量
百分率P0的关系如下：
% % % 沉淀速度u/(mm/s) 沉淀速度u/(mm/s) E?(1?P0)??
p00uidP u0四、实验装置、仪器
1、 装置：沉淀柱外形尺寸：直径3高=φ100mm31500mm 数量：4根，有效水深
即由水面至取样口距离，原水箱、水泵等；
2、 仪器：烘箱、分析天平、过滤装置、秒表、标尺等； 3、 器皿及材料：量筒、烧杯（200ml 6个）、滤纸、称量瓶、干燥皿等。
五、实验步骤
1、 将原水样搅拌均匀，启动水泵把水样注入沉淀柱； 2、 在进水过程中取样测定原水样悬浮物含量：取两个100ml水样过滤、烘干、称重； 3、 当水上升到实验所定高度处，关进水即记录沉淀实验开始时间；
4、 经过5、10、20、30、50、70??分钟分别在取样口取样一次，记录沉淀柱内液面高度，每次取样两个100ml（平行样） 过滤、烘干、称重。
5、 观察悬浮颗粒沉淀特点、现象。 注意： 1、取样间隔时间的长短可根据原水样悬浮物含量调整； 2、开启取样口取样时，先排除取样管中积水再取样；
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3、每次取样前观察水面高度H，记录（㎝）。
4、如果原水样悬浮物含量较低时，可把取样时间拉长。
六、实验结果处理
1、 实验基本参数：
实验日期 年 月 日 水样性质及来源： 沉淀柱内径d= mm 柱高H= 原水样悬浮物含量C0= mg/L 水温： ℃ 2、 把实验测得数据记入表1-1-1
3、根据表1-1-1实验数据进行整理计算填入表1-1-2
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表1-1-1 自由沉淀实验记录表 取样序号 沉淀时沉淀称量瓶 称量瓶+间 高度 号 滤纸重 (min) H （g） (cm) 0 瓶纸+悬浮物重 （g） 水样悬 浮物重 （g） 取样体C 积 (mg/L) (ml) Ci (mg/L) 5 10 20 30 50 70 7
表1-1-2 实验原始数据整理表 4、以颗粒沉速ui为横坐标，以Pi为纵坐标，在格纸上绘制P～ u关系曲线。 沉淀高度 (cm) 5、根据实验所得曲线，分析推导相应于沉淀时间ti的悬浮固体去除百分率 沉淀时间 (min) E??1?p 计算用SS(mg/L) 0???0 P0ui dp u0 残余颗粒的百分比七、思考题 Pi 1、自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有何区别？ ，H=1.2m ，两组实验成果是否一样，为什么？ 颗粒沉速ui（mm/s） H=1.0m2、沉淀柱高分别为 表中不同沉淀时间ti时，沉淀柱内未被去除的悬浮物的百分比及颗粒沉速分别按下式计算： ①未被去除的残余颗粒百分比： Ci C0?原水中SS浓度值，mg/L;p??100% iC0 C?某沉淀时间后，水样中SS浓度值，mg/L。 i ② 相应颗粒沉速 ： H 一、过滤概况 1．什么是过滤？ 实验二 过滤实验 ui?tiimm/s 4、以颗粒沉速ui为横坐标，以Pi为纵坐标，在格纸上绘制P～u关系曲线。 5、根据实验所得曲线，分析推导相应于沉淀时间ti的悬浮固体去除百分率
E??1?p0???
P00uidp u0七、思考题
3、自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有何区别？
4、沉淀柱高分别为H=1.0m，H=1.2m，两组实验成果是否一样，为什么？
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实验二 过滤实验
一、过滤概况 1．什么是过滤？
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。
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。 2．过滤的作用
（1） 去除化学和生物过程未能去除的微细颗粒和胶体物质，提高出水水质。 （2） 提高悬浮固体、浊度、磷、BOD、COD、重金属、细菌、病毒等的去除率。 （3） 强化后续消毒效果，由于提高了悬浮物和其他干扰物质的去除率，因而可降
低消毒剂的用量。
（4） 使后续离子交换、吸附、膜过程等处理装置免于经常堵塞，并提高它们的处理效率。
二、 实验目的 1、 了解滤料的级配方法，绘制筛分曲线； 2、 熟悉普通快滤池过滤、反冲洗的过程；
3、 加深对滤速、反冲洗强度、滤层膨胀率、初滤水浊度的变化、反冲洗强度与
滤层膨胀率关系及滤速与清洁滤层水头损失关系的理解；
三、实验原理
1、为了取得良好的过滤效果，滤料应具有一定级配。滤料级配是指将不同大小粒径的滤料按一定比例加以组合，以取得良好的过滤效果。生产上有时为了方便起见，常采用0.5mm和1.2mm孔径的筛子进行筛选，这样就不可避免地出现细滤料（或粗滤料）有时过多或过少现象。为此应采用一套不同筛孔的筛子进行筛选，并选定有效粒径d10、d80值和不均匀系数K80。d10是表示通过滤料重量10%的筛孔孔径，它反映滤料中细颗粒尺寸，即产生水头损失的“有效”部分尺寸，d80是指通过滤料重量80%的筛孔孔径，它反映粗颗粒尺寸，不均匀系数K80为d80与d10之比（K80= d80/d10）。K80越大表示粗细颗粒尺寸相差越大，滤料粒径越不均匀，这样的滤料对过滤及反冲都不利。尤其是反冲时，为了满足滤料粗颗粒的膨胀要求就会使细颗粒因过大的反冲强度而被冲走，相反若为满足细颗粒不被冲走的要求而减少反冲强度，则粗颗粒可能因冲不起来而得不到充分清洗。所以滤料需经过筛分级配。
在研究过滤过程的有关问题时，常常涉及到孔隙（率）度的概念，孔隙率为滤料体积内孔隙体积所占的百分数。孔隙体积等于自然状态体积与绝对密实体积之差。孔隙率的测定要先借助于比重瓶测出比重，然后经过计算求出。其计算方法为
m?VnV?VcVcG??1??1? （2-1） VVVV? 式中：m—滤料孔隙（率）度（%）： Vn—滤料层孔隙体积（cm3）；
V—滤料层体积（cm3）
VC—滤料层中滤料所占体积（cm3） G—滤料重量（在105℃下烘干）(g) γ—滤料比重（g/ cm3）
2、快滤池滤料层能截留粒径远比滤料孔隙小的水中杂质，主要通过接触絮凝作用，
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其次为筛滤作用和沉淀作用。过滤是水中悬浮颗粒与滤料颗粒间黏附作用的结果。黏附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质，当水中颗粒迁移到滤料表面上时，在范德华引力和静电引力及某些化学键和特殊的化学吸附力作用下，它们黏附到滤料颗粒的表面上。此外，某些絮凝颗粒的架桥作用也同时存在。研究表明，过滤主要还是悬浮颗粒与滤料颗粒经过迁移和黏附两个过程来完成去除水中杂质的过程。在过滤过程中随着过滤时间的增加，滤层中悬浮颗粒的量也会随着不断增加，就会导致过滤过程水力条件的改变，滤层截污量增加后，滤层孔隙度m减小，水流穿过砂层缝隙流增大，于是水头损失增大。当滤料粒径、形状、滤层级配和厚度及水位一定时，如果孔隙率减少，则在水头损失不变的情况下，必然引起滤速减小。反之，在滤速保持不变时，必然引起水头损失的增加。就整个滤料层而言，上层滤料截污量多，下层滤料截污量小，因此水头损失的增值也由上而下逐渐减小。清洁滤料的水头损失计算表达式为
h0v(1?m0)21?180?()2L0v (2-2)
g??d0m03式中：h0—水流通过清洁滤层水头损失，cm；
d0—与滤料体积相同的球体直径（cm） v—过滤滤速（cm/s）
g—重力加速度，981cm/s2； m0—滤料孔隙率； L0—滤层厚度（cm）
γ—水的运动粘滞系数（cm2/s）;
ψ—滤料颗粒球度系数，可取0.80左右。
当滤速不高，清洁滤层中水流属层流时，水头损失与滤速成正比，两者成直线关系；当滤速较高时，（2-2）式计算结果偏低，即水头损失增长率超过滤速增长率。
3、过滤时，随着滤层中杂质截留量的增加，当水头损失增至一定程度，滤池产水量锐减，或由于滤后水质不符合要求时，为了保证滤后水质和过滤滤速，需要对滤层进行反冲洗，反冲洗的目的是清除滤层中的污物，使滤料层在短时间内恢复过滤能力。反冲洗的方式有多种多样，其原理是一致的。反冲洗开始时承托层、滤料层未完全膨胀，相当于滤池处于反向过滤状态，这时滤层水头损失可用式（2-2）计算。当反冲洗进度增大后，滤料层膨胀起来，截留于滤层中的污物，在滤层孔隙中的水流剪力以及滤料颗粒相互碰撞摩擦的作用下，从滤料表面脱落下来，然后被冲洗水流带出滤池。反冲洗效果主要取决于滤层孔隙水流剪力。该剪力既与冲洗流速有关，又与滤层膨胀率有关。冲洗流速小，水流剪力小；而冲洗流速较大时，滤层膨胀度大，滤层孔隙中水流剪力又会降低，因此冲洗流速应控制在适当的范围。高速水流冲洗是最常用的一种形式，反冲洗效果通常由滤床膨胀率e来控制。根据滤料层膨胀前后的厚度便可求出膨胀度（率）
e?L?L0?100% （2-3） L0式中：L— 砂层膨胀后厚度（cm）
L0—砂层膨胀前厚度 (cm)
膨胀度e值的大小直接影响了反冲洗效果，而反冲洗的强度大小决定了滤料层膨胀度。反冲洗强度可按下列公式计算
d1..31(e?m0)2.31q?28.7e? （2-4）
?0.54(1?e)1.77(1?m0)0.54式中： q—冲洗强度(L/s.㎡)
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de—滤层的校准孔径(cm)
2
μ—动力粘度(N.s/m) e—膨胀率，用%计； m0—滤层原来的孔隙率。 滤料的校准孔径de可用下式计算 de?1?npi?i?1di1 （2-5） npi?i?1di1?di22式中：di1、di2—相邻两层滤料粒径（cm）
pi—di粒径的滤料占全部滤料的比例。
例如，以滤料粒径d为横坐标，以所占比例为纵坐标作累计曲线，把此累计曲线分成n段，每短曲线所对应的粒径为di1和di2，对应的纵坐标为pi1、pi2。则
di?di1?di2p、pi?pi1?pi2。把n个i相加，便求出de值。 2di通过实验研究，e为25%时反冲洗效果即可以为最佳。
四、实验装置与设备 （一） 过滤装置：
152581476133491121011排入下水道 图2-1-1过滤实验装置示意图（老装置）
1.过滤柱 2.滤料层 3.承托层 4.5.转子流量计 6.水泵 7.反冲洗水箱 8.9.10.阀门 11.总排水管 12.测压板 13.水泵 14.原水箱 15.溢流口
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图2-1-2过滤实验装置示意图（新装置）
实验装置包括：?110×2000有机玻璃柱1套、取样和测压阀6套、进水流量计1只、反冲洗流量计1只、反冲洗出水管1套、气体反冲洗流量计1个、气体反洗管路1套、反冲洗气泵1台、滤料、承托层1套、塑料水泵（104）1只、塑料配水箱1只、反冲洗水箱1只、测压管6根Φ8mm32000mm、测压板1块（2米，最小刻度1cm）、不锈钢实验支架1套、进水管阀反冲洗管阀、 电源线、插头、开关1套、排水管1根
（二）实验设备及器皿：
1、筛子 孔径0.2-2mm，中间不少于4档 1组 2、托盘天平(500g/0.1g)、烘箱
3、量筒、容量瓶、比重瓶、干燥器、钢尺、温度计等 4、酸度计1台 5、浊度仪1台 6、烧杯（200mL） 7、硫酸铝（质量分数1%）
五、实验步骤
1、滤料筛分和孔隙度测定 （1） 滤料筛分：
① 称取洗净并105℃烘干的滤料200g； ② 用孔径0.2—2.0mm的一组筛子过筛，称出留在各筛号上的砂重（精确到0.1g）；所有各筛余重量与底盘中剩余试样重量之和与筛分前的试样总重相比，其差值不应超过1%； （2） 孔隙度测定：
① 测定滤料比重：向比重瓶中注入冷开水至一定刻度，擦干瓶颈内部附着水，记录水的体积（V1）；称取烘干砂样50g（g0）徐徐装入盛水的比重瓶中，直至试样全部装入为止，瓶中水不宜太多以免装入试样后溢出；用瓶中水将粘附在瓶颈
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及瓶内壁上的试样全部洗入水中，摇转比重瓶以排除气泡，静置24小时后记录瓶中水面升高后的体积（V2），至少测两个试样取平均值。滤料比重按下式计算：
??Vg0（γ2?V1-滤料比重 g/cm;g0-试样的烘干重量 g；V1-水的原有体积 cm；
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V2-投入试样后水和试样的体积 cm）。
② 测定孔隙率：将测定比重后的滤料放入过滤柱中，用清水过滤一段时间后量测滤料层体积， 用公式m?1??V求出孔隙率。（G-烘干后滤料的重量，g；V-滤料体积，cm；γ-滤料比重 g/cm）
2、污水过滤实验（V型滤池和普通快滤）
（1）开启反冲洗进水阀，启动水泵，反冲洗滤层几分钟，以便去除滤层内的气泡； （2）关闭反冲洗进水阀，开启过滤阀门、过滤柱出水阀，降低柱内水位，将滤柱有
关数据记录表4-2 （3）调整加药量，使流量为80L/h时投药量符合要求，通入浑水同时加药，开始过滤，流量约80L/h。开始过滤后的1、3、5、10、20、30min??测出水浊度。并测进水浊度和水温。
（4）调整加药量，使流量为100L/h时投药量符合要求，加大流量至100L/h，加大流量后的10、20、30min??测出水浊度并测进水浊度。将有关数据记入表2-3
（5）提前结束过滤，用设计规范规定的冲洗强度、冲洗时间进行冲洗（生产上石英
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砂滤料冲洗强度取12～15（L/s.m），冲洗时间为7～5min），观察整个滤层是否均已膨胀。冲洗将结束时，取冲洗排水测浊度。测冲洗水温。将有关数据记入表2-3
3、滤层气、水反冲洗实验
气、水反冲洗是从浸水的滤柱下送入空气，当其上升通过滤层时形成若干气泡，使周围的水产生紊动，促使滤料反复碰撞，将粘附在滤料上的污物搓下，再用水冲出粘附污物。紊动程度的大小随气量及气泡直径大小而异，紊动越强烈则滤层搅拌也越强烈。气、水反冲洗的优点是可以洗净滤料内层，较好地消除结泥球现象且省水。当用于直接过滤时，优点更为明显，这是由于在直接过滤的原水中，一般都投加高分子助滤剂，它在滤层中所形成的泥球，单纯用水反洗较难去除。气、水反冲洗的方法一般是先气后水；也可气、水同时反洗，但此种方法滤料容易流失。 （1）、量出滤层厚度L0，开启气泵，进行反问冲洗； （2）、慢慢开启反冲洗进水阀门，使滤料刚刚膨胀起来，待滤料表面稳定后，记录反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L； （3）、开大反冲洗阀门，变化反冲洗流量，按步骤1测出反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L； （4）、改变反冲洗流量6-8次，直至最后一次砂层膨胀达100%为止。测出反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L，记入表2-4中
4、滤速与清洁滤层水头损失的关系实验 （1）、通入清水，调节流量计进水量和阀门，使流量约为60-80L/h，待测压管中水位稳定后，记下滤柱最高、最低两根测压管中水位值； （2）、增大过滤水量，使过滤流量依次为100、120、140、160 L/h左右，最后一次流量控制在200 L/h,分别测出滤柱最高、最低两根测压管中水位值,记入表2-6中。
注意：
1、用筛子筛分滤料时不要用力拍打筛子；
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G2、反冲洗滤料柱中的滤料时，不要使进水阀门开启度过大，应缓慢打开以防滤料冲出柱外；
3、在过滤实验前，滤层中应保持一定水位，不要把水放空以免过滤实验时测压管中积存空气 ； 4、冲洗时，为了准确地量出砂层厚度，一定要在砂面稳定后再测量，并在每一个反冲洗流量下连续测量三次。
六、 实验结果整理
（一） 滤料筛分和孔隙测定实验结果
1． 根据砂滤料筛分情况按表4-1进行记录。
表2-1 滤料筛分记录表 留在筛上的砂量 通过该筛号的砂量 筛孔 （mm） 重量（g） % 重量（g） % 筛后总重量W 误差[（100-W）/100]3100%= 2． 根据表2-1所列数据，以通过筛孔的砂量百分率为纵坐标，以筛孔孔径（mm）为横坐标，绘制滤料筛分级配曲线，并可求得d10,d80,K80。。
3． 根据粒径0.5、0.8、1.2mm滤料重量、体积、容重分别求出它们的孔隙度m值。
（二） 过滤实验结果
表2-2 滤柱基本参数表 滤柱内径（mm） 滤料名称 滤料粒径（cm） 滤料厚度（cm） 表2-3 过滤记录表 混凝剂： 原水水温： 流量（L/h） 滤速（m/h） 投药量过滤历时（min） 进水浊度 出水浊度 （mg/L） 1 3 5 80 10 20 30 ?? 10 20 100 30 ??. 根据表2-3实验数据，以过滤历时为横坐标，出水浊度为纵坐标，绘流量80L/h时的初滤水浊度变化曲线。设出水浊度不得超过3度，问滤柱运行多少分钟出水浊度才符合要求？绘流量100L/h时的出水浊度变化曲线。 （三）滤层反冲洗实验结果
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按照反冲洗流量变化情况、膨胀后砂层厚度填入表2-4；
表2-4 滤层反冲洗实验记录表 装置 旧 装置 测定次数 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 反冲洗流量 (L/h) 反冲洗强度 2（L/s.m） 膨胀后砂层厚度L (cm) 砂层膨胀度 e?L?L0% L0 新装置 反冲洗前滤层厚度L0= (cm) 根据表2-4实验数据，以冲洗强度为横坐标，滤层膨胀率为纵坐标，绘制冲洗强度与滤层膨胀率关系曲线。
（四）清洁砂层过滤水头损失实验结果
将过滤时所测流量、测压管水头填入表2-5。
表2-5 清洁滤层水头损失实验记录表 装滤 速流量清洁滤层顶部的清洁滤层底部清洁滤层水头损失（cm） 置 (m/h （L/h） 测压管水位（cm） 的测压管水位（cm） 旧 装 置 根据表2-5实验数据，以滤速为横坐标，清洁滤层水头损失为纵坐标，绘滤速与清洁滤层水头损失关系曲线。
七、 实验结果讨论
1．滤层内有空气泡时对过滤、冲洗有何影响？
2．当原水浊度一定时，采取什么措施能降低初滤水出水浊度？ 3．冲洗强度为何不宜过大？
新装置
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实验三 混凝实验
一、概述
什么是混凝？有什么作用？
混凝是在废水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳定性，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，再加以分离除去的过程。 作用：（1）有效地去除原水中的悬浮物和胶体物质，降低出水浊度和BOD5。 （2）有效地去除水中微生物、病原菌和病毒。
（3）去除污水中的乳化油、色度、重金属离子及其他一些污染物。
（4）混凝沉淀可去除污水中磷的90%—95%，是最便宜而高效的除磷方法。
(5) 投加混凝剂可改善水质，有利于后续处理。 二、实验目的
1、 学会求得一般天然水体最佳混凝条件（包括投药量、pH值、水流速度梯度）的基本方法；
2、 加深对混凝机理的理解。 三、实验原理
1、胶体的稳定与凝聚
水中胶体颗粒微小、表面水化和带电使其具有稳定性。带电胶体与其周围的离子组成如下图所示双电层结构的胶团(以FeCl3水解Fe(OH)3胶团为例)：
{[Fe(OH)3]mnH?,(n-x)Cl?x? {[胶核]电位形成离子，束缚反离子}?????????????????_
x.Cl?自由反离子?????
附........层 扩散层 吸?......?????? ................................ ?????????......................................................... 胶粒??..........???????????..........??????????
胶团
吸附层内的离子随胶体核一起运动表现出来的电位称为电动电位ζ,又称为Zeta电位，电位的高低决定了胶体颗粒之间斥力的大小和影响范围。其值可由电泳或电渗实验结果用下式求得：
ζ=4πμu/(DE)
____
式中 μ液体的动力粘度,Pa
____颗粒电泳迁移的平均速度或液体电渗的平均移动速度,cm/s；
u
____
D液体的介电常数；
___
E两电极间单位距离外加的电位差，绝对静电单位/cm，l绝对静电单位=300V
一般天然水中胶体颗粒Zeta电位约在-30mV以上，投加混凝剂后，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。
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要使胶体脱稳与凝聚，必须降低ζ电位和破坏水化膜，并提供胶粒碰撞的动能。造成
胶粒碰撞的主要原因是布朗运动、流速梯度和涡流紊动。对于粒径在1μm左右的颗粒，布朗运动已基本不起作用。为此,工程上采用投药后快速搅拌，以保持较高的碰撞次数。搅拌产生的速度梯度G与搅拌时间T的乘积可间接表征整个反应时间内颗粒碰撞的总次
45
数，可用来控制反应效果。一般控制GT (无量纲)值在10-10之间。考虑到颗粒数目对碰撞的影响，有人提出应以GTC (C为胶体浓度，质量比)值作为控制参数，并建议GTC值控制在100左右。
消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫做脱稳。脱稳后的胶粒，在一定的水力条件下，
才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。直径较大且较密实的矾花容易下沉。
自投加混凝剂直至形成较大矾花的过程叫混凝。由于布朗运动造成的颗粒碰撞絮凝叫
“异向絮凝”；由机械运动或液体流动造成的颗粒碰撞絮凝叫“同向絮凝”。异向絮凝只对微小颗粒起作用，当粒径大于1～5μｍ时，布朗运动基本消失。
2、影响混凝效果的因素
（1）、水的pH值对混凝效果影响很大。pH值的大小直接关系到选用药剂的种类、加药
+-量和混凝沉淀效果。水中H和OH参与混凝剂的水解反应，因此，pH值强烈影响混凝剂的
水解速度、产物的存在形态与性能。以铝盐为例，铝盐的混凝作用是通过生成Al(OH)3
3+3+
胶体实现的，在不同pH值下，Al的存在形态不同。当pH<4时，Al(OH)3溶解，以Al存在，混凝除浊效果极差。一般来说，在低pH值时，高电荷低聚合度的多核配合离子占主要地位，起不了粘附、架桥、吸附等作用。在pH=6.5-7.5时，聚合度很大的中性Al(OH)3胶体
-占绝对多数，故混凝效果好。当pH>8时，Al(OH)3胶体又重新溶解为负离子，生成AlO2，混凝效果又很差了。高分子絮凝剂受pH值影响较小。水的碱度对pH值有缓冲作用。当碱度不够时，应添加石灰等药剂。
(2)、水温对混凝效果有明显的影响。混凝剂水解多是吸热反应。水温低时，水解速度慢，不完全。温度也影响矾花形成速度和结构。低温时，尽管增加投药量，絮体的形成还是很缓慢，而且结构松散，颗粒细小，较难去除;此外，水温低时水的粘度大，布朗运动减弱，碰撞次数减少，同时剪切力增大，难以形成较大的絮体。但温度太高，易使高分子絮凝剂老化或分解生成不溶性物质，反而降低混凝效果。
（3）、水中杂质成分、性质和浓度对混凝效果的影响。水中粘土杂质，粒径细小而均匀者，混凝效果较差，粒径参差者对混凝有利。颗粒浓度过低往往对混凝不利，回流沉淀物或投加助凝剂可提高混凝效果。水中存在大量有机物时，能被粘土微粒吸附，使微粒具备了有机物的高度稳定性，此时，向水中投氯以氧化有机物，破坏其保护作用，常
2+2+
能提高混凝效果。水中的盐类也能影响混凝效果，如水中Ca、Mg，硫、磷化合物一般对混凝有利，而某些阴离子、表面活性物质却有不利影响。
(4)、混凝剂种类影响。混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。如水中污染物主要呈胶体状态，且ζ电位较高，则应先选无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活化硅胶等助凝剂。很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。对于高分子而言，链状分子上所带电荷量越大，电荷密度越高，链越能充分延伸，吸附架桥的空间范围也就越大，絮凝作用就越好。
（5）、混凝剂投加量的影响。对任何混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量，
17
应通过试验确定。一般的投量范围是:普通铁盐、铝盐为10-l00mg/L;聚合盐为普通盐的1/2--1/3;有机高分子混凝剂1-5mg/L。投量过多可能造成胶体再稳。
（6）、混凝剂投加顺序的影响。当使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序通过试验确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂并用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在50μm以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩双电层而使胶体脱稳。
（7）、水力条件对混凝有重要影响。在混合阶段，要求混凝剂与水迅速均匀地混合，而到了反应阶段，既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐步减小，反应时间要长。
四、实验装置、设备
1、 设备及仪器仪表（每组所需）
混凝试验搅拌器、浊度计、酸度计、磁力搅拌器各1台 2、 器皿
烧杯 1000ml 8个 300 ml 4个 锥形瓶 150 ml 8个 量筒 1000ml 1个 移液管 1、2、5、10 ml 各1支 3、 试剂
盐酸 10% NaOH溶液 10%
聚铁溶液 10g/L
聚铝溶液 10g/L
五、实验内容及步骤 （一） 实验内容：
分为最佳投药量、最佳pH值两部分。在进行最佳投药量实验时，先选定一种搅拌速度变化方式和pH值，求出最佳投药量，然后按照投药量求出混凝最佳pH值。
（二）实验步骤：
准备工作：熟悉搅拌机、酸度计、浊度计的使用方法。 1、 最佳投药量(M)实验步骤：
（1） 测定原水特征：测原水浊度、pH值、温度。
（2） 确定形成矾花所用的最小混凝剂量。方法：通过慢速搅拌烧杯中200mL原水，并每次增加0.1 ml混凝剂投药量，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M0。
（3） 用6个1000ml的烧杯编号后分别加入800ml原水，放在搅拌机平台上。
（4） 确定混凝剂投加量：把1/3M0作为1号烧杯的混凝剂投加量，2M0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2-5号烧杯混凝剂投加量，把混凝剂分别加入烧杯中。
（5）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。(注：如果用污水进行混凝实验，污水胶体颗粒比较脆弱，搅拌速度要适当放慢。)
（6）搅拌过程中，注意观察并记录矾花形成的过程、矾花外观、大小、密实程度等。 （7）关闭搅拌机，静止沉淀10分钟（依据矾花颗粒的大小定），放50ml烧杯中的上清
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液于锥形瓶，测定浊度，记录结果，整理得出最佳投药量M。
注意：放上清液时，不要搅动底部沉淀物。
2、 最佳pH值实验步骤：
（1）测定原水特征：测原水浊度、pH值、温度。
（2）取6个1000ml的烧杯编号后分别加入800ml原水，根据原水的pH值用10%盐酸调节1号烧杯水样使其pH值等于3，从2-6号烧杯的水样的pH值依次增加一个pH值单位。 注意：调节pH值时，滴加酸碱液时要慢，pH计的反应要一段时间。
（1）将水样置于搅拌机平台上，用移液管加入混凝剂M，启动搅拌机，快速（30S）-中速(5min)-慢速(10min)混凝搅拌。
(2)关闭搅拌机，静止沉淀10分钟，用50ml注射器抽出烧杯中的上清液放入锥形瓶，测定浊度，记录结果，整理得到最佳pH值。
六、实验结果整理
（一）最佳投药量实验结果整理：
1、把原水特征、混凝剂投加情况、沉淀后的剩余浊度记入表3-1-1
2、以沉淀水浊度为纵坐标，混凝剂加药量为横坐标，绘出浊度与药剂投加量关系曲线，求出最佳混凝剂投加量。
表3-1-1最佳投药量实验记录 第 小组 姓名 实验日期 原水水温 ℃ 浊度 mg/L pH 原水胶体颗粒Zeta电位 mV 使用混凝剂种类 浓度 水样编号 1 2 3 4 5 6 7 8 混凝剂加注量（ml/L） 沉淀水浊度FTU（NTU） FTU:1.25mg/L硫酸肼和12.5mg/L六次甲基四胺在水中形成的甲臢聚合物所产生的浊度为1度。
（二）最佳pH值实验结果整理：
1、把原水特征、混凝剂加注量、酸碱加注情况、沉淀水浊度记入表3-1-2
表3-1-2 最佳pH值实验记录 第 小组 姓名 实验日期 原水水温 ℃ 浊度 mg/L pH 原水胶体颗粒Zeta电位 mV 使用混凝剂种类 浓度 水样编号 1 2 3 4 5 6 7 8 Hcl投加量（ml/L） NaOH投加量（ml/L） pH值 混凝剂加注量（ml/L） 沉淀水浊度FTU（NTU） 2、 以沉淀水浊度为纵坐标，水样pH值为横坐标，绘出浊度与pH值关系曲线，求出所投加混凝剂的混凝最佳pH值及其适用范围。
注：实验结果处理可以用电子表格来进行
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七、结果讨论
1、根据最佳投药量实验曲线，分析沉淀水浊度与混凝剂投加量的关系。
2、本实验与水处理实际情况有哪些差别？有什么改措施？
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实验四 曝气设备充氧能力的测定
一、
概述
活性污泥法处理废水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进行物质代谢。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，因此工程设计人员和操作人员常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。
二、 实验目的
1． 加深理解曝气充氧的机理及影响因素； 2． 掌握曝气设备清水充氧性能的测定方法； 3． 测定几种曝气设备的氧总转移系数KLa（20）、氧利用率EA、动力效率EP等并进
行比较。
三、
实验原理
曝气是人为地通过一些设备向水中加速传递氧的过程。常用的曝气设备分为机械曝气与鼓风曝气两大类，无论哪种曝气设备，其充氧过程均属传质过程，氧传递机理为双膜理论。空气中的氧向水中转移的时候，在气水接触面的两侧分别存在着气体边界层（气膜）和液体边界层（液膜）。氧的转移就是在气液双膜内进行分子扩散，在膜外进行对流扩散的过程。由于对流扩散的阻力比分子扩散的阻力小得多，所以氧的转移阻力基本在双膜上，这就是常用的双膜理论。在如图4-1的氧传递过程中，阻力主要来自液膜，氧传递基本方程式为：
dC?K(C?C) （式4-1） LaSbdt 式中 dC——液体中溶解氧浓度变化速率， dtkgO2/(m3.h); 界面 CS——液膜处饱和溶解氧浓度mg/L； P Ｃ 液 Cb——液相主体中溶解氧浓度mg/L； 膜 Pi CS -Cb——氧传质推动力，mg/L； D?A ，1/h, 液相主体 ＫLa——氧总转移系数，KLa?L XL?VＣi 气相主体DL—液膜中氧分子扩散系数，m2/h； 气 膜 XL—液膜厚度，m； A—气、液两相接触面积，m2； 3 氧扩散方向
图4-1双膜理论模式
由于液膜厚度XL和液体流态有关，而且实验中无法测定与计算，同样气液接触面积A的大小也无法测定与计算，因此用氧总转移系数ＫLa代替。
将式4-1积分后整理得曝气设备氧总转移系数ＫLa计算式：
C?C0 （式4-2） 1KLa?lnst?t0Cs?Ct
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四、实验装置与设备
(C0-C)(mg/l)
影响氧传递速率ＫLa的因素很多，除了曝气设备本身结构尺寸，运行条件外，还与水质、水温等有关。为了进行互相比较，以及向设计使用部门提供产品性能，故产品给出的充氧性能均为清水，标准状态下，即清水（一般多为自来水）一个大气压20℃下的充氧性能。常用指标有氧总转移系数ＫLa(20)、充氧能力EL、动力效率EP和氧转移效率EA。
氧总转移系数ＫLa(20)是指在标准状态下单位传质推动力的作用下，在单位时间、向单位曝气液体中所充入的氧量。它的倒数1/ＫLa(20)单位是时间，表示将满池水从溶解氧为零充到饱和质时所用时间，ＫLa(20)是反映氧传递速率的一个重要指标。
评价曝气设备充氧能力的试验方法有两种：一种是间歇非稳态法：即试验时一池水不进也不出，实验过程中水中溶解氧浓度是随时间变化的，由零增到饱和浓度；另一种是连续稳态测定法：即试验时池内连续进出水，水中溶解氧浓度保持不变。目前国内外多用间歇非稳态测定法，即向池内注满所需水后，将待曝气水以无水亚硫酸钠为脱氧剂，氯化钴为催化剂，脱氧至零后开始曝气，液体中溶解氧浓度逐渐提高。液体中溶解氧的浓度C是时间t的函数，曝气后每隔一定时间t测定水中溶解氧浓度，利用式4-2计算ＫLa，或以亏氧量（CS – C t）为纵坐标，在半对数坐标纸上绘图，直线斜率即为ＫLa值。
9
8 7 6 5 4-KLa32式中 ＫLa——氧总转移系数，1/min或1/h,
t0、t——曝气时间
CS——曝气池内液体饱和溶解氧浓度mg/L； 图7-1
； C0——曝气开始时池内溶解氧浓度（t0=0时，C0=0mg/L）
Ct——曝气某一时刻t时，池内液体溶解氧浓度，mg/L；
1010 20 30 40 50 60 t(min)图4-2(C S－C)与t的关系曲线（半对数坐标）
（一） 实验装置
1．叶轮表面曝气充氧装置
实验装置的主要部分为泵型叶轮和模型曝气池，如图4-3所示。为保持曝气叶轮转速在实验期间恒定不变，电动机要接在稳压电源上。
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2．射流曝气充氧装置 3．鼓风曝气充氧装置
实验装置的主要部分为曝气池或曝气柱及不同类型的扩散器（如穿孔管、微孔曝气器等）和空气压缩机。
图4-3 曝气设备充氧能力实验装置 1.模型曝气池 2.泵型叶轮 3.电动机 4.电动机支架 5.溶解氧仪 6.溶解氧探头 7.稳压电源
（二）实验设备、仪器仪表及试剂 1．叶轮模型曝气池 （有机玻璃制） 2．射流模型曝气池（有机玻璃制） 3．鼓风扩散曝气柱（有机玻璃柱制） 4．电动机、空压机、水泵、曝气头 5．溶解氧测定仪、秒表 6．烧杯
7．COCl2、 Na2SO3
五、实验步骤
（一）用自来水进行叶轮表面曝气充氧试验
1． 确定曝气池内测定点（或取样点）位置。在平面上测定点可以布置在三等分池子半径的中点和终点，在立面上布置在离池面和池底0.3m处，以及池子一半深度处共取12个测定点（或9个测定点）。在实验室用实验模型试验时，只要一个测定点。
2． 测定曝气池中水的体积。
3． 曝气池内注入自来水，并进行曝气，数小时（0.5-1h）后，用溶解氧仪测定试验条件下自来水的溶解氧饱和浓度 CS和水温，继续曝气。（或查溶解氧表得到实验水温下饱和溶解氧值）
4． 计算COCl2和Na2SO3的需要量。
Na2SO3?12O2?CoCl???Na2SO4 2从上面反应式可以知道，每去除1mg溶解氧需要投加7.9mg Na2SO3，根据池子中水的体积积和自来水（或污水）的溶解氧浓度可以算出Na2SO3的理论需氧量，实际投加量应为理论值的150—200%。计算方法如下
W1=V3CS37.93(150—200%)
式中：W1—Na2SO3的实际投加量 （g或mg） V—曝气池体积 （m3或L）
催化剂采用氯化钴，投加浓度为0.1 mg/L左右计算。
W2?V?0.1 式中： W2—COCl2的投加量 （g或mg）
5． 将COCl2和Na2SO3溶解后直接投加在曝气叶轮处，使其迅速扩散。
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6． 待溶解氧降到零后，调节叶轮转速，待溶解氧开始上升时，开始定时测定测定点的溶解氧浓度，并作记录，直到溶解氧不再增长（达到饱和值）时结束试验（0.5-1min读数一次）。
7． 重复试验一次。
（二）用自来水进行射流曝气充氧试验
1. 向池内注入清水至所需高度，曝气、搅拌，测定水中溶解氧值；
2. 根据水的体积及溶解氧量计算COCl2和Na2SO3的投药量，溶解后注入池中，搅拌反应；
3. 待溶解氧降到零后，开启射流泵进行充氧，待溶解氧开始上升时，开始定时测定池中溶解氧浓度，并作记录，直到溶解氧不再增长（达到饱和值）时结束试验（0.5-1min读数一次）；
4．重复测定一次。
（三）用自来水进行鼓风扩散曝气充氧试验
1.向柱内注入清水至所需高度，测定水中溶解氧值，根据水的体积计算池内溶解氧量。 2.计算COCl2和Na2SO3的投药量，溶解后注入柱内，稍加搅拌，测定水中溶解氧，当水中溶解氧为零后，开启气泵，打开供气阀门，调节气量开始曝气，待溶解氧开始上升时，开始定时测定池中溶解氧浓度，每隔一定时间（0.5min）读数记录一次溶解氧值，直到溶解氧达到饱和值时结束试验。
3.实验中记录气量、水温、室温等，注意观察曝气时柱内现象。 4．可变换曝气强度后（有条件可变换曝气头），再进行1~3步骤实验。
六 实验结果整理
1． 记录实验设备及操作条件的基本参数 实验日期： 年 月 日
模型曝气池 内径D= m 水深H= m 体积 V= m3 曝气柱 内径D= m 水深H= m 体积 V= m3 水温 ℃ 室温 ℃ 气压 （kPa）
实验条件下自来水的CS mg/L实验条件下污水的CS mg/L 电机输入功率 测定点位置
COCl2投加量 （kg或g） Na2SO3投加量 （kg或g）
2. 参考表4-1记录间歇非稳定状态下充氧试验测得的溶解氧值并进行数据整理。
表4-1非稳定状态下充氧试验记录及计算表
曝气方式： t (min) Ct (mg/L) (CS-Ct) ln(CS?Ct) (mg/L) 以ln(CS?Ct)为纵坐标，以时间t为横坐标绘制半对数曲线，用图解法求出KLa(T )值，并求得KLa(20)值； ①KLa(20)值：
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ＫLa(20)=K2ＫLa(T)=1.02420-T3ＫLa(T)
②充氧能力（OC）：单位时间内转移到液体中的氧量。
OC(kg2O/h)?KLa(20)?CS(标)?V
式中：KLa(20)一氧总转移系数(标准状态),(1/h或1/min)；
CS－１atm下，水温20℃时的氧饱和值，（9.17mg/L）。 V—水样体积
③动力效率：每消耗1度电能转移到液体中的氧量，单位为kg/(kW2h )。
EP?OC N式中： OC—标准条件下的充氧能力 (kgO2/h)
N—理论功率，即不计管路损失，不计风机和电机的效率，只计算曝气充氧所耗有用功。
④氧的利用率EA：单位时间内转移到液体中去的氧量与供给的氧量之比。
OCEA?Q?% 0.28?100 Q—标准状态下的供气量Q?
Qb?Pb?Ta?100%
Tb?Pa标准状态下1m3空气中所含氧的重量为0.28kg/m3。
七、思考题
1． 鼓风曝气设备与机械曝气设备充氧性能指标有何不同？ 2． 为什么要用清水来测定曝气设备充氧性能？
附表1 温度 Cs △Cs 温度 Cs △Cs 温度 ℃ mg/L mg/L ℃ mg/L mg/L ℃ 0 14.46 0.0925 15 10.08 0.0559 30 1 14.22 0.0890 16 9.86 0.0543 31 2 13.82 0.0857 17 9.66 0.0527 32 3 13.44 0.0827 18 9.46 0.0511 33 4 23.09 0.0798 19 9.27 0.0496 34 5 12.74 0.0771 20 9.08 0.0481 35 6 12.42 0.0745 21 8.90 0.0467 36 7 12.11 0.0720 22 8.73 0.0453 37 8 11.81 0.0697 23 8.57 0.0440 38 9 11.53 0.0675 24 8.41 0.0427 39 10 11.26 0.0653 25 8.25 0.0415 11 11.01 0.0633 26 8.11 0.0404 12 10.77 0.0614 27 7.96 0.0393 13 10.53 0.0595 28 7.82 0.0382 14 10.30 0.0577 29 7.69 0.0372 Cs mg/L 7.56 7.43 7.30 7.18 7.07 6.95 6.84 6.73 6.63 6.53 △Cs mg/L 0.0362 25
注：①Cs是氧在纯水中的溶解度（饱和度）。
② △Cs为含盐量为1g/L时氧溶解度的变化量，水中氧的溶解度随着含盐量的增加而减少，含盐量为ng/L的水中氧的溶解度可从相应的纯水中的溶解度减去n△Cs值得到。
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实验五 常规水处理工艺运行演示（一）
1沉淀、澄清池运行
多斗式型平流沉淀池
一、实验目的
多斗型平流式沉淀池是一种大型的沉淀池，在给水和污水处理中均有广泛应用。用于生物处理后的工业废水、生活污水沉淀和只加药絮凝污水的沉淀。本实验装置是多斗型平流式沉淀池内部构造的演示与实验装置。
目的：
1、通过对装置直接地观察，加深对其构造的认识，弄懂各部分的名称和功能； 2、掌握沉淀池中水的流向，了解其沉淀的原理。
二、实验装置的工作原理
平流式沉淀池呈长方形，污水从池的一端，水平方向缓慢流过池子，从池的另一端流出。可沉悬浮物在沉淀区逐渐沉向池底，在池的底部设污泥斗，其它部位池底有倾向污泥斗的坡度。
多斗型平流式沉淀池应用较多，废水一般来自絮凝池，絮体约在池前端1/3池长度内最多，下沉污泥由集泥斗收集后经排泥管排除。清水经水槽流出。多斗型平流式沉淀池宜采用长、狭、浅的池型，可减少短流，保持稳定运行，多斗形平流式沉淀池每个贮泥斗单独设置排泥管，各自独立排泥，互不干扰，保证沉泥的浓度。多斗型平流式沉淀池对水质、水量变化的适应性强，处理效果稳定，结构简单，池深度较浅，造价较低，管理方便，沉淀效果好，因此是一种常用的沉淀池形式。
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进水管 挡板 出水堰 进水槽 出水管 污泥斗 排泥管
三、实验装置的组成和规格
处理水量：10-30L/h 水力停留时间：1.5-3h
处理效率：浊度<10-30NTU 池体尺寸：长3宽3高=750mm3270mm3400mm 整体尺寸：长3宽3高=1200mm3500mm31300mm
本体包括多斗型平流式沉淀池的全部组成，即池体、进水管、出水管、出水堰、进水槽、挡板、集泥斗、排泥管。配套装置有配水箱、水泵、不锈钢实验台架等。
1、进水槽的作用是使水流均匀的分布在整个进水断面上，尽可能减少扰动。一般做法是使水流从反应池直接流入沉淀池。
2、沉淀后的水应尽量在出水区均匀流出。出水堰是沉淀效果好坏的重要条件，它不仅控制池内水面的高程，而且对池内水流的均匀分布有影响。
3、为了阻挡浮渣，应设置挡板。
4、沉淀区是可沉颗粒与水进行分离的区域。沉淀区的长度L决定于水平流速v和停留时间T，即L=vT。沉淀池的宽度取决于流量Q、池深H和水平流速v，即B?Q。沉Hv淀区的长、宽、深之间的相互关系应综合研究决定，并核算表面负荷率。一般长宽比小于4，长深比应不小于10：1。
5、及时排除沉于池底的污泥是使沉淀池工作正常，保证出水水质的一项重要措施。为了便于排泥，沉淀池多采用斗形底。污泥斗的数量和大小应根据原水浊度、沉淀池尺寸等通过技术经济比较确定。
6、污泥斗底部设有排泥管，当阀门开启时，在静水压力作用下，斗中污泥排出池外。
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机械反应斜板斜管沉淀池
一、实验目的
给水处理中澄清工艺通常包括混凝、沉淀和过滤，处理对象主要是水中悬浮物和胶体杂质。原水加药后，经混凝使水中悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝体，而后通过沉淀池进行重力分离。机械反应斜板（斜管）沉淀池就是混凝、沉淀两种功能的净水构筑物。
目的：1、通过模型的模拟实验，进一步了解斜板沉淀池的构造及工作原理。
2、掌握斜板沉淀池的运行操作方法。 3、了解斜板沉淀池运行的影响因素。
二、实验原理
斜板沉淀池是由与水平面成一定角度（一般60度左右）的众多斜板放置于沉淀池中构成的，其中的水流方向从下向上流动或从上向下或水平方向流动，颗粒则沉淀于斜板底部，当颗粒累积到一定程度时，便自动滑下。
斜板沉淀池在不改变有效容积的情况下，可以增加沉淀池面积，提高克里的去除效率，将板于水平面搁置到一定角度放置有利于排泥，因而斜板沉淀池在生产实践中有较高的应用价值。
按照斜板沉淀池中的水流方向，斜板沉淀池可分为以下四种类型。 1、异向流斜板沉淀池
水流方向与污泥沉降方向不同，水流向上流动，污泥向下滑，异向流斜板沉淀池是最常用的方法之一。
2、同向流斜板沉淀池
水流方向与污泥沉降方向相同，与异向流相比，同向流斜板沉淀池由于水流方向与沉降方向相同，因而有利于污泥的下滑，但其结构较复杂，应用不多。
3、横向流斜板沉淀池
斜板沉淀池在长度方向布置其斜板，水流沿池长方向横向流过，沉淀物沿斜板滑落，其沉淀过程与平流式沉淀池类似。
4、双向流斜板沉淀池
在沉淀池中，既有同向流斜板又有异向流斜板组合而成的斜板沉淀池。 二、实验装置及材料
1、机械反应池：
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所谓机械反应就是利用电动机减速装置驱动搅拌器对水进行搅拌，将池内分成
三格，每格均安装一台搅拌器，为适应絮凝体由大到小形成规律，第一格内搅拌强度最大，而后逐渐减小。 2、斜板（斜管）沉淀池：
斜板（斜管）沉淀池由于改善水力条件，增加沉淀面积，因此是一种高效的沉
淀方式。常用异向流斜板（斜管）沉淀池，在反应池已成絮体的水流，从池下部配水区进入，从下而上穿过斜管区，沉淀颗粒沉于斜管上，然后沿斜管滑下，由于水流方向和污泥流向相反，所以称为异向流。清水经池上部进入集水槽，流向池外。
穿孔集水管清水区桨板叶轮旋转轴进水隔墙穿孔排泥管斜管区配水区积泥区 机械反应斜板（斜管）沉淀池示意图 实验装置的组成和规格
1、池体材质：有机玻璃 2、处理水量：100-200L/h； 3、水力停留时间：1-2h 4、斜板倾角：60o 5、斜板、斜管：各1套 6、功率：300W(220V)
设备总体尺寸约：长3宽3高=1200mm3500mm31650mm
配套装置有:
1、 PVC配水箱1个 2、不锈钢潜水泵1台 3、斜板与斜管1套 4、进水流量计1个 5、配水管阀门1套 6、排水管1套 7、机械反应3组 8、减速电机与调速装置1套 9、排泥槽与排泥管
1套
10、不锈钢实验台架1个 11、连接的管道、阀门、开关等若干。
三、实验步骤
①用清水注满沉淀池，检查是否漏水，水泵与阀门等是否正常完好。 ②一切正常后，测量原水的pH、温度、浊度，并记录表1中 ③将混凝剂投入絮凝池中，使水出现矾花。
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④打开电源，启动水泵电机，将水样打入机械反应斜板（斜管）沉淀池，并调整流
量。流量调整要适当，过大会降低沉淀效果。具体选择视具体废水水质而定。 ⑤待处理毕，手动停机，取样化验，并开泵抽洗内腔。 ⑥测定进出水样悬浮物固体量。
⑦计算不同流速条件下，沉淀物的去除率。设进水悬浮物浓度c0，出水的悬浮物浓度ci，
水样的去除率
⑧定期从污泥斗中排泥
。
四、实验数据及结果整理
1、 根据测得的进出水浊度计算去除率 2、 将实验中测得的各个技术指标填入表1中
表1实验记录表
序原水 水/℃ 温流量 （1?h） -1投药 名称 投药量（Mg/L） 浊度 进水 出水 观察悬浮去除率/% 矾花层变化情况 号 pH 五、思考题 1、 机械反应斜板（斜管）沉淀池与其他沉淀池相比较有什么样的优点？ 2、 机械反应斜板（斜管）沉淀池的运行方式是怎样的？
六、可能故障及处理
1、 空气开关老跳闸
水泵电机或电机烧毁短路，或启动电容损坏，找出故障更换维修之，或换新泵。 2、 漏电保护器动作
本机水泵电机或控制器处有短路现象，找出故障或维修或更换之。 3、 水泵不上水
水泵水管堵塞，或自吸灌水管灌水太少。
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机械加速澄清池
一、实验目的
澄清池是将微絮体的微絮过程和微絮体与水分离过程综和于一个构筑物中完成，也就是它的作用相当于反应池和沉淀池的综合。本实验装置是展示机械搅拌澄清池内部的构造、工作原理的演示。通过实验可以达到以下目的：
1、 通过演示，了解机械搅拌澄清池的构造及工作原理； 2、 观察矾花及悬浮层的形成，掌握其作用和特点 3、 掌握运行使用操作方法及注意事项。 二、实验装置的工作原理
在絮凝过程中，在速度梯度G的作用下，两种颗粒每秒钟相撞的次数，即颗粒质量浓度降低的速率可表示为：?d(n1?n2)13?a0n1n2d2 （1）
dt6式中 n1——微观初级颗粒的质量浓度
n2——宏观絮体颗粒质量浓度 a0——颗粒碰撞后，附着效率 d2——宏观絮体颗粒直径 t——絮凝时间
单位体积内絮体的总体积可表示为：V?其中n1，d2的意义同上。
由于宏观絮体颗粒质量浓度n2值很小，而初级颗粒质量浓度n2值很大，即n2《n1，因而在絮凝过程中可以视n2为常数，所以，V可视为一常数，将式（2）代入式（1）整理得（n1+ n2≈n1） ??63d2?n2 （2）
dn1v'?a0?Gn1 （3） dt?V'?Gta0n积分处理（3）得nt?n0e （4）
式中 nt——t时刻初级颗粒剩余的质量浓度
n0——起始时刻初级颗粒质量浓度 其他同上
由（4）可知，在给定的Gt絮凝条件下，初级颗粒的剩余质量浓度nt，随单位体积内宏观絮体总体积指数方关系减小。因而，若在构筑物中保留一定沉渣使池内总保持适当的絮体体积，就会加快颗粒的质量浓度的降低速度，既加快发生在微观初级颗粒与宏观絮体表面的絮凝作用，通常我们把这种絮凝方式称为接触絮凝。
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澄清池就是依据上述理论所建立的工艺设备，它是利用池中的泥渣和混凝剂及原水中杂质颗粒充分相互接触、吸附，以达到泥水分离的净水构筑物。澄清池的最大特点就是省去絮凝设备，将絮凝和沉淀两个过程综合于一个构筑物中完成。
机械搅拌澄清池是将混合、絮凝反应和沉淀工艺综合在一个池内。池中心有一个转动叶轮，将原水和加入药剂同澄清区沉降下来的回流泥浆混合，促进较大絮体的形成。泥浆回流量为进水量的3~5倍，可通过调节叶轮开启度来控制。为保持池内悬浮物浓度稳定，要排除多余的污泥，所以在池内设有1~3个泥渣浓缩斗。当池径较大或进水含砂量较高时，需装设机械刮泥机。该池的优点是：效率较高且比较稳定；对原水水质（如浊度、温度）和处理水量的变化适应性较强；操作运行比较方便；应用较广泛。
三、实验装置
1、外形尺寸：直径3高=?500mm3600mm 2、环境温度：5℃～40℃ 3、处理量：1～1.2m/h 4、分离径上升流速：1～1.2mm/s 5、进水浊度：60～100mg/L、出水浊度：10～20mg/L
6、电源：220V单相三线，功率：400W， 7、外形尺寸：1400 mm3500 mm31800mm 了解掌握机械搅拌澄清池的操作实验方法，加深对机械搅拌澄清池的特点和运行规律的认识，掌握主要几何尺寸的设计原理
装置本体包括机械搅拌澄清池的全部组成，如池体、一次混合反应区、二次混合反应区、清水层、污泥浓缩层、出水堰、电动机等。
3
四、实验操作步骤
1、对照实验装置熟悉机械搅拌澄清池的构造及工艺流程图
2、启泵用清水将机械搅拌澄清池试运行一次，检查个部件是否正常及各阀门的使用方法。
3、测定原水的pH、水温、流量，填入表1中。
4、向原水箱内投加混凝剂，搅拌均匀后再重新启动水泵开始运行。
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5、启泵的同时要调整转子流量计
1、 当矾花悬浮层形成并能正常运行时，选几个流量进行
2、 分别测定出各流量下运行时的进出水浊度，并计算去除率填入表1中 3、 当排泥斗中泥位升高或澄清池内泥位升高时，应及时排泥。 4、 实验完成后，关闭水泵及各阀门
表1 实验记录表
序号 原水 pH 水/℃ 温流量 （1/h） 投药 名称 投 药量（Mg/L） 浊度 进水 出水 去除率/% 观察悬浮矾花层变化情况 五、实验数据及结果处理
（1） 根据进出水浊度，计算去除率 （2） 将处理过程中的技术指标填入表中
六、思考题
1、 通过实验装置阐述机械搅拌澄清池的工作原理 2、 比较机械搅拌澄清池与其他澄清池不同之处
水力循环澄清池
一、实验目的
澄清池是将微絮体的絮凝过程和絮凝体与水分离过程综合于一个构筑物中完成，也就是它的作用相当于反应池和沉淀池作用的综合。达到这种作用效果的主要原因是澄清池中具有高浓度的活性泥渣层。为了充分发挥泥渣接触絮凝作用，可借助于水力抽升使泥渣在池内循环、流动，这种池型就叫做水力循环澄清池。本实验装置是展示水力循环澄清池内部构造、工作原理的演示装置。通过实验可以达到下列目的：
1、通过对有机玻璃装置直接地观察，能清晰地了解其内部构造； 2、观察矾花及悬浮层的形成，了解其作用及特点；
3、通过装置动态实验熟悉运行操作方法，展示喷嘴、喉管的工作情况及泥渣重复回流、沉降等现象。
二、实验原理
1、水力循环澄清池的原理
水力循环澄清池是澄清池的一种形式，与脉冲澄清池类似，水力循环澄清池也是通
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过水流的作用保证接触絮凝区的要求，即聚体的悬浮紊动和动态稳定性都是靠水流条件完成的。按泥渣的运动情况，水力循环澄清池属于泥渣循环型的澄清池，利用水与泥渣的接触，使泥渣在池内循环流动。在循环过程中，活性泥渣不断与水中的脱稳杂质进行接触絮凝，使杂质从水中分离出去。
水力循环澄清池是利用水力抽升使池中泥渣得以循环回流，其原理是带有一定压力的源水（投加混凝剂后）以高速通过水射器喷嘴，在水射器喉管周围形成真空，从而将2~4倍于原水的回流泥渣吸入喉管，并与之充分混合。回流泥渣和原水的充分接触、反应，大大加强了颗粒间的吸附作用，加速了絮凝，从而使原水获得了较好的澄清。泥渣的循环除了水力抽升以外，还可以借助机械抽升得以实现，机械搅拌澄清池就属于这种类型。水力循环澄清池的构造及工艺流程见图。
在水力循环澄清池中，原水从池底流入，经喷嘴高速喷入喉管，利用在喉管下部喇
集水渠5673428出水1排空进水1-进水管；2-喷嘴；3-喉管;4-喇叭口;5-第一絮凝室；6-第二絮凝室；7-泥渣浓缩室；8-份离室；叭口附近造成真空而吸入回流泥渣，原水与回流泥渣在喉管中剧烈混合后，被送入第一反应室和第二反应室；从第二反应是流出的泥水混合液，在分离室中进行泥水分离，清水向上，泥渣则一部分进入了泥渣浓缩室，一部分被吸入喉管重新循环，如此周而复始。原水流量与泥渣回流量之比，一般为1：（2~4）。喉管和喇叭的高低可用池底的升降阀进行调节。
2、水力循环澄清池工艺、构造的特点
水力循环澄清池的构造：本体包括单个水力循环澄清池的全部组成，如池体、进水管、喷嘴、喉管、喇叭口、第一反应池、第二反应池、泥渣浓缩室、分离室、集水渠、出水管、排泥管等。
本体包括单个水力循环澄清池的全部组成，如池体、进水管、喷嘴、喉管、喇叭口、第一反应池、第二反应池、泥渣浓缩室、分离室、集水渠、出水管、排泥管等。
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水力循环澄清池的特点：
（1） 聚凝效果好。大量高浓度的回流泥渣与加过混凝剂的原水中的杂质颗粒具有根更
多的接触机会，且二者粒径相比较悬殊，故接触聚凝效果好。
（2） 靠水力作用进行污泥抽升，机械设备结构简单。
（3） 进水水压要求高，混凝剂投加量较大，池体较高，能量消耗较大。 （4） 对原水水质、水量、水温变化适应性较差。
三、实验配套设备及试剂
1、 浊度仪（1台） 2、 酸度计（1台） 3、 烧杯（500ml 3~5支）
4、 混凝剂（采用混凝实验中选定的最佳混凝剂） 5、 粘土
四、实验操作步骤
1、 熟悉水力循环澄清池的构造及原理，检查其各部件是否漏水，水泵与阀门是否完好。 2、 测定原水中的pH、温度、浊度、流量，并填入表1中。
3、 若原水浊度较低时，为加速泥渣层的形成，也可加入一些粘土，增大水中的浊度，
然后向原水中加入较多的混凝剂。 4、 开始进水流量控制在800L/h左右。
5、 根据800L/h流量的运行情况，分别加大或减小进水流量，测出不同负荷下运行时的
进出水浊度，填入表1，并计算其去除率。
6、 当悬浮泥渣层升高影响正常工作时，从泥渣浓缩室排泥。
7、 也可改变混凝剂的投加量或调节池的升降阀来改变原水流量与泥渣回流量的比值，
寻求最优运行工况，并记录下来，供今后实验参考。
五、实验数据及结果的处理
1、 根据进出水的浊度值，计算其去除率。 2、 将所测得的工艺指标填入表格。
表1 实验记录表
序号 1 2 3 4 5 pH 原水 水温/℃ 流量/（l?h-1） 名称 投药 投药量（mg/L） 进水 浊度 出水 去除率/% 观察悬浮矾花层变化情况 36
6 六、思考题
1、 绘制清水区上升流速与去除率的关系曲线。 2、 矾花悬浮层的作用是什么？受哪些条件的影响？
3、 澄清池与沉淀池有哪些不同之处？它们的主要有缺点是什么？
脉冲澄清池
一、实验目的
澄清池是将微絮体的微絮过程和微絮体与水分离过程综和于一个构筑物中完成，也就是它的作用相当于反应池和沉淀池的综合。脉冲澄清池是一种泥渣悬浮型的澄清池，其特点是澄清池的上升流速发生周期性的变化。本实验装置是展示脉冲澄清池内部的构造、工作原理的演示装置。通过实验可以达到以下目的： （1） 通过演示，了解脉冲澄清池的构造及工作原理； （2） 观察矾花形成悬浮层的作用和特点； （3） 掌握运行使用操作方法及注意事项。
二、实验原理
在絮凝过程中，在速度梯度G的作用下，两种颗粒每秒钟相撞的次数，即颗粒质量浓度降低的速率可表示为 —
d(n1?n2)13?a0n1n2d2 (式1)
dt6式中 n1——微观初级颗粒的质量浓度
n2——宏观絮体颗粒质量浓度 a0——颗粒碰撞后，附着效率 d2——宏观絮体颗粒直径 t——絮凝时间
单位体积内絮体的总体积可表示为V?其中 n2，d2的意义同上。
由于宏观絮体颗粒质量浓度n2很小，而初级颗粒质量浓度n1，值很大，即n2?n1，因而在絮凝过程中可以视n2为常数，所以，V可视为一常数，将（式2）代入（式1）整理得（n1+n2≈n1） ??63d2?n2 （式2）
dn1V'?a0?Gn1 （式3） dt?Va10?Gtn积分处理（式3）得 nt?n0e （式4）
式中 n1——t时刻初级颗粒剩余的质量浓度
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n0——起始时刻初级颗粒质量浓度 其他同上
由（式4）可知，在给定的Gt絮凝条件下，初级颗粒的剩余质量浓度n1，随单位体积内宏观絮体总体积指数方关系减小。因而，若在构筑物中保留一定沉渣使池内总保持适当的絮体体积，就会加快颗粒的质量浓度的降低速度，即加快发生在微观初级颗粒与宏观絮体表面的絮凝作用，通常我们把这种絮凝方式称为接触絮凝。
澄清池就是依据上述理论建立的工艺设备，它是利用池中的泥渣和混凝剂及原水中杂质颗粒充分相互接触、吸附，以达到泥水分离的净水构筑物。澄清池的最大优点就是省去絮凝设备，将絮凝和沉淀两个过程综合于一个构筑物中完成。一般来说，澄清池均由七个部分组成，即原水进口设备；进口配水系统；接触絮凝区；澄清水区；出水集水系统；出口渠道；污泥浓缩区几排泥系统。
澄清池按泥渣运动情况可以分为两个大类：一类是泥渣悬浮型澄清池，另一类是泥渣循环形澄清池。
（1）脉冲澄清池属于泥渣悬浮型澄清池，它主要是充分利用了悬浮层中活性泥渣的絮凝作用，从而去除原水中悬浮杂质。当脱稳杂质随水流与泥渣接触时，便被泥渣阻留下来，使水获得澄清，实际上也是絮凝过程。在絮凝的同时，杂质被悬浮层拦截，使悬浮颗粒变大，沉速提高，最后进入集泥斗，定期排除；而清水在澄清池上部被收集。
（2）脉冲发生器是脉冲澄清池的重要组成部分，他的完善程度直接影响脉冲澄清池的水力条件和净水效果。钟罩式脉冲澄清池，集体构造见图。 出水排泥斗排泥排泥斗流量计进水脉冲澄清池示意图 首先，原水通过流量计进入水室，使市内水位逐渐上升，当水位超过中央管顶时，有部分原水溢入中央管，由于溢流的挟气作用，将聚集在钟罩顶部的空气逐渐带走，继而形成真空，发生虹吸，这时进水室的水迅速通过钟罩中央管，进入配水系统；然后从配水管的孔口喷出，经稳流板稳流后，以较慢的速度上升，经过悬浮泥渣层，发生接触絮凝作用，使得杂质从水中分离出来，与泥渣形成大的颗粒下沉，而清水在澄清池上部进入穿孔集水槽手机，排出池体。当进水室的水位下降至虹吸破坏管管口时，因空气进入而破坏虹吸，这时，进水室水位重新上升，如此进行周期性反复循环，使之最终达到
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预期的水处理效果。除了钟罩式脉冲发生器，常用的脉冲发生器还有脉冲阀切门式、筒切门式、皮膜式等。
（3）脉冲澄清池的特点：a利用水流上升的能量，完成絮体和搅拌作用；b利用脉冲配水方法，保证悬浮层工作稳定性，自动调节悬浮泥渣层泥渣浓度的分布。当进水按一定周期进行变化是悬浮层不断产生周期性的收缩和膨胀，这不仅有利于微絮凝颗粒与活性泥渣进行接触絮凝，还可以使悬浮层的浓度分布在全池内趋于均匀并防止颗粒在池底沉积。脉冲澄清池相对于其他类型的澄清池的面积可以很大，主要缺点就是水质水量的适应能力较差，结构较为复杂，且适于处理浑浊度长期低于3000mg/L的原水。
三、实验设备的组成
1、环境温度：5℃～40℃ 2、进水管：DN20mm 3、处理水量 ：250L/h 4、电源 220V单相三线制；功率：800W(220V)
5、上升流速：1mm/秒、 6、脉冲周期：其中进水时间30～36秒，放水时间10～12秒
装置本体包括脉冲澄清池的全部组成，如池体、脉冲发生器、混合反应系统（包括配水渠、配水管和稳流板），澄清系统（包括悬浮层、清水层、污泥浓缩层、集水堰）。 配套实验装置有：脉冲有机玻璃池体1套、脉冲发生器1套、脉冲布水管1套、脉冲三角板折板1套、排泥计2只、排泥管1套、清水出水管1套、出水集水槽1套、塑料水箱1只、流量计1只、水泵1只、不锈钢实验设备台架1只、电源线、插头、插座、开关1套 实验仪器
浊度仪1台 酸度计1台 投药设备1台 温度计1支 烧杯（500ml 3~5支） 实验用试剂
混凝剂。采用混凝实验中选定的最佳混凝剂。
四、实验操作步骤
1、 对照模型熟悉脉冲澄清池的构造及工艺流程图
2、 启泵用清水将澄清池试运行一次，检查各部件是否正常及各阀门的使用方法。 3、 测定原水的PH、水温、流量，填入表1中
4、 向原水箱内投加混凝剂，搅拌均匀后再重新启动水泵开始运行。 5、 启泵的同时要调整转子流量计
6、 当矾花悬浮层形成并能正常运行时，选几个流量运行。
7、 分别测定出各流量下运行时的出水浊度，并计算去除率填入表1中 8、 当排泥斗中泥位升高或澄清池内泥位升高时，应及时排泥。 9、 实验完成后，关闭水泵及各阀门。
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表1 实验记录表 序号 pH 原水 水温( ℃) 流量(L/h) 名称 投药 投药量(mg/L) 进水 浊度 出水 去除率% 观察悬浮矾花层变化情况 五、实验数据及结果处理 1、 根据进出水浊度，计算去除率 2、 将处理过程中的技术指标填入表中
六、思考题
1.通过实验阐述脉冲澄清池的工作原理 2.比较脉冲澄清池与其他澄清池不同之处。
普通快滤池
一、实验目的
过滤是以具有孔隙的粒状滤料层如石英砂等截留水中杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。滤池有多种形式，以石英砂作为滤料的普通滤池使用历史最悠久。本实验装置是普通快滤池使用内部构造的演示，希望达到以下目的： 1、通过对装置直接地观察，加深对组成普通快滤池各个部分的了解； 2、掌握普通快滤池过滤和反冲洗运转操作的方法；
3、加深对滤速、冲洗强度、滤层膨胀率、初滤水浊度的变化、冲洗强度与滤层膨胀率关系的理解。
二、实验装置的工作原理
原水经过沉淀后，水中尚残留一些细微的悬浮杂志，需用过滤的方法除去,过滤就是以具有孔隙的粒状滤料层（如石英砂）截留水中杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。过滤水的浊度不超过3mg/l(新标准不超过1mg/l)。
过滤对生活饮用水的水厂来说，必须有过滤，这是不可缺少的。
快滤池滤料层能截留粒径远比滤料孔隙小的水中杂质，主要通过接触絮凝作用，其次为筛滤作用和沉淀作用。要想过滤出水水质好，除了滤料组成须符合要求外，沉淀前或滤前投加混凝剂也是必不可少的。
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当过滤水头损失达到最大允许水头损失时，滤池需进行冲洗。少数情况下，虽然水头损
失未达到最大允许值，但如果滤池出水浊度超过规定，也需进行冲洗。冲洗强度需满足底部滤层恰好膨胀的要求。根据运行经验，冲洗排水浊度降至10～20度以下可停止冲洗。
普通快滤池构造如图示，滤池内从下到上由大阻力配水系统、承托层、滤料层和排水槽等组成，每个滤池由4个阀门（进水阀、排水阀、冲洗水阀和清水阀）。当过滤时打开进水阀，水流从上到下穿过滤池，水中悬浮颗粒被滤料截住，清洁水由清水阀排出。当滤料堵塞严重，出水水质变差时，停止过滤，关闭进水阀和清水阀，反冲洗开始。此时打开冲洗水阀，冲洗水从滤池底部进入，自下而上穿过滤池，由于冲洗强度大到足以使滤层膨胀，从而将滤料间的杂质带入水流中，打开排水阀，冲洗水经排水槽排出池外。
排水槽进水管排水管冲洗水管清水管排水渠三、实验装置的组成和规格
环境温度：5℃～40℃； 进水管：DN15mm；反冲洗管：DN32mm 装置分为三格，每格尺寸：长3宽3高=340mm3340mm3677mm 处理水量：≥1m/h 电源 220V单相三线制；功率：900W(220V)
滤速：8～10m/h；反冲洗强度：14～15L/s2m；反冲洗时间：10min； 反冲洗流量：2.2m/h 本体包括单个普通快滤池的全部组成，如池体、大阻力配水系统、承托层、滤料、排水槽、进出水管道和阀门，反冲洗进出水管道和阀门等。 配套装置有
1、3只有机玻璃池，单池尺寸为34033403677 2、布水管器1套 3、滤板3块 4、进水排气管3根 5、进水配水管1套 6、过滤出水管1套 7、反冲洗管道1套； 8、反冲洗出水槽6只 9、过滤进水、反冲洗流量计各1只；
10、优质PVC水箱1只 11、过滤及反冲洗水泵1台； 12、石英砂滤料1套 13、反洗系统1套 14、连接管道1批、阀门1批、水池低部防水板1张 15、电源线、插头、插座、开关等1套 16、不锈钢实验台架1套等。
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3
实验步骤：
1、 对照模型熟悉各部件的作用及操作方法； 2、 启泵通水检查设备是否漏气、漏水之处；
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冲洗14过滤531215461191012137178161-进水槽；2-配水槽；3-进水虹吸管；4-单格律池进水槽;5-进水堰；6-布水管；7-滤层；8-配水系统；9-集水槽；10-出水管；11-出水井；12-出水堰；13-清水管；13-清水管；14-真空系统；15-冲洗虹吸管；16-冲洗排水管；17-冲洗排水槽3、 运行前测定其原水浊度及PH值，并记录在表；
4、 按滤速v=8~12m/h进行过滤实验，启泵调整转子流量计及阀门，使Q等于计算值； 5、 运行时观察水位变化情况，连续运行30min即可停止； 6、 利用人工强制冲洗法做反冲洗实验； 7、 30min后测定出水浊度及PH值并记录在表 8、 实验完毕关闭水泵。
虹吸滤池
一、实验目的
虹吸滤池是对普通快滤池的改进，通常由数格滤池组成一个整体。它不同于普通快滤池的地方是以两根虹吸管——进水和排水虹吸管来代替普通快滤池中的大型闸门，并由此导致构造上和工艺操作上的变化。本实验装置是虹吸滤池内部构造的演示模型。
通过对装置直接地观察，加深对虹吸滤池工作原理的理解，了解掌握虹吸管滤池的操作使用原理。
二、实验原理
虹吸滤池是采用真空系统来控制进水虹吸管、排水虹吸管，并采用小阻力配水系统的一种新型滤池。工艺流程详见虹吸滤池工作原理图
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冲洗14过滤531215461191012137178161-进水槽；2-配水槽；3-进水虹吸管；4-单格律池进水槽;5-进水堰；6-布水管；7-滤层；8-配水系统；9-集水槽；10-出水管；11-出水井；12-出水堰；13-清水管；13-清水管；14-真空系统；15-冲洗虹吸管；16-冲洗排水管；17-冲洗排水槽虹吸滤池因完全采用虹吸真空原理，省去了各种阀门，只在真空系统中设置小阀门即可完成滤池的全部操作过程。虹吸滤池一般是由6~8格滤池组成一个整体，滤池底部的清水区和配水系统彼此相通，可利用其他滤格的滤后水来冲洗其中一格；又因这种滤池是小阻力配水系统，可利用出水堰高于排水槽一定距离的滤后水位作为反冲洗的动力（即反冲洗水头），因此，此种滤池不需专设反冲洗水泵。从图中右半部表示过滤情况，左半部表示反冲洗过程，反冲洗是来自本组滤池其他数格滤池的过滤水，因此，一组滤池的分格数必须满足当一格滤池冲洗时，其余数格滤池过滤总水量必须满足该格滤池冲洗强度要求，公式表示为q?式中 q——冲洗强度[l/(sm2)]
Q——每格滤池过滤流量（l/s） F——单格滤池面积m2 n—— 一组滤池分格数。 上式也可用滤速表示n? 式中 v——滤速（m/h）
由于一格滤池冲洗时，一组滤池总进水流量仍保持不变，故在一格滤池冲洗时，其余数格滤池的滤速将会自动增大。
虹吸滤池的主要优点：无需大阀门及相应的开闭控制设备；无需冲洗水塔或冲洗水泵；由于出水堰顶高于滤料层，故过滤时不会出现负水头现象。
主要缺点：由于滤池构造特点，池深比普通快滤池大；冲洗强度受其余几格滤池水量影响，故冲洗效果不像普通快滤池那样稳定。
nQ F3.9q v三、实验设备及仪器
环境温度：1℃～40℃； 过滤水量：约0.2～0.5m3/h； 过滤滤速：8～10m/h 设计进水浊度：10～20° 设计出水浊度：1～5°电源 220V单相三线制；功率：
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750W
冲洗水量（一格）：3.45m/h（反冲10min）； 池面积：0.230.32＝0.064m； 反冲洗水量：0.064m315L/s2m＝3.45m/h；
Q＝W2V 0.064m38m/h＝0.51m/h36＝3m/h
0.064m310m/h＝0.64m/h36＝3.84m/h
本体包括单个虹吸滤池的全部组成，如池体，小阻力配水系统、滤料层、进水虹吸管、进水槽、进水堰、集水槽、出水堰、真空系统、冲洗虹吸管、冲洗排水槽等。有机玻璃池1只、滤池3格、反冲洗虹吸管3套、布水虹吸管3组、布水槽3只、虹吸发生装置1套、中央反冲洗槽1套、出水堰1只、反冲洗连接管1套、PVC水箱1只、不锈钢实验台架1只、进水泵1台、电源线、插头、开关1套 实验仪器（用户自备）
浊度仪（1台） 酸度计（1台） 烧杯 真空泵（1台）
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3
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四、实验步骤
1、过滤过程
先打开进水虹吸管上阀门，启动真空泵，使其产生虹吸，则原水由进水管流入配水槽，经虹吸管流入水封槽，水流溢过堰口后，经进水斗进入每格滤池。水流通过滤料层、小阻力配水系统进入底部空间。然后经连通管进入出水槽，再由出水管流入清水池。
2、反洗过程
随着过滤水头损失的增加，当某一格滤池水位上升到最高水位时，即应进行反洗。首先破坏虹吸作用，停止进水，则滤池中水位逐渐下降，池速降低；当滤池内水位下降速度显著变慢时，再用抽气泵，使排水虹吸管产生虹吸。
开始阶段，滤池内剩余浑水通过排水虹吸管排走，当池内水位低于出水管的管口标高时，反冲洗开始。当滤池水面降至排水槽顶端时，反冲洗强度达最大值。滤料洗净后，破坏排水虹吸，冲洗停止，仍用水泵使进水虹吸管恢复工作。
五、思考题
1、测出一格滤池但冲洗膨胀与冲洗强度的变化值。 2、测出进水虹吸管与排水虹吸管虹吸形成时间（min）。 3、观察反冲洗时水位变化规律。
4、通过试验，总结说明此种滤池的主要优点及模型存在的问题，你有哪些改进措施。
无阀滤池
一、实验目的
无阀滤池是在普通快滤池基础上的一个改进形式，多用于中小型给水工程。它是
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利用水力原理实现过滤过程和反冲洗过程的自动切换，而不需要通过控制阀门来实现这种切换，所以称为无阀滤池。本实验装置是展示无阀滤池内部构造、工作原理的演示装置。
通过本实验希望达到：
1、通过对有机玻璃装置直接地观察，能清晰地了解其内部构造
2、通过实验能直观地反映全过滤过程，虹吸形成过程，反冲洗过程及冲洗终止过程。
3、熟悉个部件的作用及设计原理，掌握无阀滤池的运转操作及使用方法
二、实验原理
无阀滤池也有重力式和压力式两种，前者使用较广泛，后者仅用于小型、分散性给水工程，常供一次性净化用。
（4） 无阀滤池的构造
无阀滤池的构造见图
1811914122111741079568151316201-进水分配槽；2-进水管；3-虹吸上升管;4-伞形顶盖;5-挡板；10-连通渠；8-配水系统；9-底部配水区；6-滤料层；7-承托层；13-红吸辅助管；14-抽气管；11-冲洗水箱；12-出水渠；15-虹吸下降管；16-水封井；17-虹吸破坏斗；18-虹吸破坏管；19-强制冲洗管；20-冲洗强度调节器；2、无阀滤池的实验原理
首先浑水经流量计进入高位水箱，由进水分配槽经气水分离器进入虹吸上升管后下行，再经中央虹吸管的挡板均匀地分布在滤料层上，浑水通过承托层、小阻力配水系统进入底部空间。滤后清水从底部空间经连通渠进入清水箱，当水箱水位达到出水管管顶时，清水流入管内，然后流入清水池。开始过滤时，虹吸上升管与清水箱中的水位差为过滤起始水头损失。随着过滤时间的延续，滤料层水头损失逐渐增加，虹吸上升管中水位相应逐渐升高。当水位上升到虹吸辅助管的管口时，水从辅助管流下。由于下降水流的挟气作用，虹吸管中形成负压，因而虹吸下降管中的水位也被吸至一定高度。当管中负压达到一定程度时，两股水流汇成一股冲出虹吸下降管管口，并把管中残留空气全部
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带走，形成连续虹吸水流。这时，由于滤层上部压力骤降，促使水箱内的水循着过滤时的相反方向进入红习惯，滤料层因而得到反冲洗。冲洗废水由排水水封井流入下水道。当清水箱水位降至虹吸破坏管管口时，虹吸破坏，停止反冲洗，过滤重新开始。当有特殊情况时，可采取强制反冲洗，即在虹吸辅助管上接一进水管，人为造成虹吸连续流，达到反冲洗的目的。
3、无阀滤池具有如下特点
（1）主要优点
a、运行过程全自动、操作方便、工作稳定可靠 b、在过滤过程中滤层内不会出现水头
c、节省大型阀门及材料，较同规模普通快滤池造价更为经济。 d、反冲洗时，完全自动，因而操作管理较方便。 （2）缺点 a、池体结构较复杂
b、滤料处于封闭结构中，装卸困难
c、冲洗水箱位于滤池上部，出水标高较高，相应提高了滤前处理构筑物（如沉淀或澄清池）的标高，从而造成给水厂处理构筑物的总体高程布置的困难。
三、实验设备及仪器
技术指标：环境温度：5℃～40℃； 进水流量：1.9～2.4m3/h ；滤速：8～10m/h 平均冲洗强度：15L/s.m2 电源 220V单相三线制 ；功率：750W(220V)
设计进水浊度：10o～30o、出水浊度：1o～4o；
加深对无阀滤池工作原理、性能的了解，掌握主要几何尺寸的设计原理。 本体包括单个无阀滤池的全部组成，如池体、进水槽、进水管、虹吸上升管、顶盖、档板、滤料层、承托层、配水系统、连通渠、冲洗水箱、出水管、虹吸辅助管、抽气管、虹吸下降管、水封井、虹吸破坏斗、虹吸破坏管。全有机玻璃制做、便于观察。 配套装置有：
1、有机玻璃池1只 2、反冲洗虹吸管1套 3、强制虹吸器1套
4、反冲洗出水井1只 5、反冲洗三角调节器1只 6、进水气水分流器1只 7、进水高位水箱及自动反冲洗装置1套 8、进水回气管1根
9、过滤出水管1根 10、流量计1只 11、排水管2根 12、强制冲洗器1个 13、不锈钢实验台架1套 14、电源线、插头、开关1套 实验仪器（用户自备）
1、浊度仪1台 2、酸度计1台 3、玻璃烧杯 4、钢卷尺
四、实验步骤
1、 对照设备熟悉各部件的作用及操作方法
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2、 启动泵通水检查设备是否有漏气、漏水之处 3、 运行前测定其原水浊度及pH值并记录在表1中
4、 按滤速v=8~12m/h进行过滤试验，启泵调整转子流量计及阀门，使Q等于计算值。 5、 运行时观察虹吸上升管的水位变化情况，连续运行30min即可停止。 6、 利用人工强制冲洗法做饭冲洗实验
7、 30min后测定出水浊度及pH值并记录在表1中 8、 实验完毕关闭水泵
表1 动力无阀滤池水处理技术指标记录表
进水 滤池过滤面积m2 pH 浊度 滤层高度 m 开始计 作用水头m 终点 出水 冲洗总水量m3 pH 浊度 冲洗历时 min 膨胀率e（%） 五、实验数据及结果整理
通过实验中技术指标的测定，列表计算冲洗强度与膨胀度，每组最少2组数据，取平均估计值e值
e?L?L0?100% LL0——滤层膨胀前高度（cm）
式中 L——滤层膨胀后高度（cm）
六、思考题
10、总结无阀滤池过滤及反冲洗操作方法及注意事项
11、总结进水管上气水分离器的作用，为什么不采用Ｖ型管，它们的主要优缺点是什么？ 12、反冲洗水箱最低水位标高是否合理？应该怎样解决？
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移动罩滤池
一、实验目的
移动罩滤池是许多滤格组成的滤池，设有公共进出水管，利用一个可移动的冲洗水罩顺序对各格滤池进行冲洗。一格冲洗水由其余各格的过滤水供应。按冲洗废水排出条件，分为虹吸式和泵吸式两种。它吸取虹吸滤池和无阀滤池的优点，构造简单，占地省、池身浅，造价低，且易于自动控制，但冲洗过程一般采用程序控制，因此水厂需配备一定的管理和维修技术力量。本实验装置是移动罩滤池，内部构造与处理净化的模拟实验装置。
通过对池体的直接观察，加深对移动兆滤池工作原理的理解，了解掌握气水反冲强度的操作与使用。
二、装置的工作原理
沉淀水经进水管或中央进水期的淹没孔口，均匀配水到各格过滤，滤后水经底部集水区、出水虹吸管和出水堰流向清水池。任一格反冲洗时，其余各格过滤水经集水区到该格，从下向上通过该格滤层反冲洗，冲洗废水经过移动罩（虹吸式由虹吸排水管、泵吸式由低扬程排水泵）排入槽渠。反冲洗顺序逐匪进行，一格冲洗并不影响其余个格过滤。详见示意图
三、装置的组成和规格
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本体包括整个移动罩滤池的全部组成，如池体、进水管、滤层、底部集水区、出水虹吸管、出水堰口、水位恒定器、冲洗罩、桁车、滤格、隔墙、排水槽、排水总槽、出水总管、传动装置、冲洗泵。
配套实验装置有：
1、有机玻璃移动罩滤池1套 2、反冲洗自动控制装置1套
3、出水虹吸控制装置1套 4、过滤水量可微机调节 5、反冲洗水泵1台 6、反冲洗吸罩（移动）1套 7、反冲洗水泵1套 8、进水泵1台
9、进水流量计1台 10、气泵1台 11、滤池1套 12、塑料水箱 13、反洗水箱一个 14、传动装置一套 15、滑动导轨一付 16、实验设备台架1套 各种连接管线等
四、移动罩滤池运行程序的编制
1.设备确认在1号限位与2号限位中间处 2.开始虹吸作业
（1）先打开电磁铁，提起虹吸罩，1秒钟后开启行车。待行车移动到2号限位时，停车。1秒钟后关闭电磁铁，放下虹吸罩。再经过3秒左右后打开真空泵，开始虹吸。虹吸到虹吸破坏的时间，需做实验来确定。设定时间需比实际时间延长5~10秒钟，以确保虹吸已破坏。否则虹吸罩可能会提不起来。
（2）虹吸结束后，关闭真空泵，待水位回到出水位后（此时间需做实验来确定，也可通过计算来确定，比如改池长1.1米，宽0.35米，虹吸水位下降高度约0.3米<到虹吸破坏点高度>，则虹吸总量为0.116m3。进水量一般为0.4~1m3/h。以0.4m3/h为例，则补水时间为0.116/0.4=0.29h*60min=17.4min）。补水完毕后再打开电磁铁，提起虹吸罩，1秒钟开启行车，移动到3号限位时停车，再循环以上虹吸作业的步骤。 （3）完毕后，再移动到1号限位，再循环以上虹吸作业的步骤。
（4）完毕后，再移动到1和2号滤池中间，此过程可做实验来确定行车的停车时间。整个虹吸过程到此结束。
3.为防止突然断电或关机时，行车的位置不能确定，此时应在程序设置时，设为每次开机后行车先运行到1号限位开关后，再运行到1和2号限位开关中间停下。
定期检查项目
1．水泵等设备是否正常运行； 2．水箱水位是否正常；
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3．流量计显示是否处于合理范围 4．有机玻璃滤池水位是否正常 定期维护工作：
1．水箱保持正常水位；
2．真空泵、水泵的定期维护； 3．流量计透明体的定期擦洗； 4、不用时水箱及水池一定要排放出水
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