水工程实验技术实验指导书修订.doc

福建工程学院

实 验 指 导 书

课程名称： 水工程实验技术
系 （部）： 环境与设备工程系
专 业： 给排水工程
班 级：
姓 名：
学 号：

实

验

项

目
实验一 自由沉淀实验 1
实验二 絮凝沉淀实验 5
实验三 混凝沉淀实验 9
实验四 静态活性炭吸附实验 12
实验五 离子互换实验 16
实验六 活性污泥特性测定实验 18
实验七 曝气设备清水充氧性能测定实验 21
实验八 折点加氯消毒实验 25
附录一 紫外可见分光光度计的使用说明 29
附录二 pH计的使用说明 30
附录三 浊度仪的使用说明 32
附录四 电子分析天平的使用说明 33

实验成绩
课内评分
30%
实验报告评分70%
合计得分
内容及 格式
15%
数据解决及结果
30%
图表及曲线
15%
分析及 讨论
30%
其他
10%

实验一 自由沉淀实验
一、 实验目的
（1）掌握颗粒自由沉淀实验的方法；
（2）进一步了解和掌握自由沉淀规律，根据实验结果绘制自由沉淀曲线。去除率～沉速曲线（η～u 曲线）、去除率～时间曲线（η~ t 曲线）和未被去除颗粒比例～沉速曲线（P～u 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。自由沉淀的特点是：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。
悬浮物去除率的累积曲线计算：
其中： η —— 总去除率
P0 、P —— 未被去除颗粒的比例
us、u0 —— 沉淀速度
实验用沉淀柱进行，如右图。
初始时，沉淀时间为0，悬浮物浓度为C0，去除率η=0。
设水深为H（实验时为水面到取样口的垂直距离），在ti 时间能沉到H深度的最小颗粒di的沉速可表达为：。
事实上，沉淀时间ti 内，由水中沉至柱底的颗粒是由两部分颗粒组成，即沉速的那一部分颗粒能所有沉至柱底，同时，颗粒沉速的颗粒也有一部分能沉到柱底，这部分颗粒虽然粒径很小，沉速，但这部分颗粒并不全在水面，而是均匀分布在整个柱内，因此，只要在水面以下，它们下沉至池底所用的时间小于或等于具有沉速ui的颗粒由水面降至池底所用的时间ti，则这部分颗粒也能从水中被除去。
在 ti 时间，取样点处实验水样的悬浮物浓度为Ci，沉速（）的颗粒的去除率：，其中，表达未被去除的颗粒所占的比例。
绘制 P~ui 关系曲线，可知，是当选择的颗粒沉速由u1降至u2，即颗粒粒径有d1减到d2时，此时水中所能多去除的，粒径在d1~d2间的那部分颗粒的比例。当无限小时，dP代表了小于d1的某一粒径d占所有颗粒的比例。这些颗粒能沉到柱底的条件是：颗粒由水中某一点沉到柱底所用的时间，必须等于或小于具有沉速ui 的颗粒由水面沉至柱底所用的时间，即满足：
，
由于自由沉淀颗粒均匀分布，又为等速沉淀，故沉速的颗粒只有在水深 x 以内才干沉到柱底，因此沉到柱底这部分颗粒，占这种颗粒粒径的比例为，同一粒径颗粒的去除率为，令，，则。
由上述分析，反映了具有us的颗粒占所有颗粒的比例，而则反映了在设计沉速u0前提下，具有沉速的颗粒去除量占本颗粒总量的比例，则反映了设计沉速u0时，具有沉速为us的颗粒所能被去除的部分占所有颗粒的比率。
这部分沉速的颗粒的去除率为：
颗粒的总去除率：
工程中常用去除率公式：
三、实验装置与设备
1、沉淀装置：涉及有机玻璃沉淀柱、储水箱、水泵、搅拌装置和配水系统等。
2、秒表。
3、测定悬浮物的设备：浊度仪、玻璃棒、烧杯等。
4、实验用水采用自来水和硅藻土配制。
四、实验环节及记录
1、将一定量的硅藻土投入到配水箱中，开动搅拌机，充足搅拌混合，注意混合后浊度不可太高（50~70NTU为宜），以保证满足自由沉淀的规定。
2、取水样200ml（测定初始溶液的浊度为C0），并且拟定取样管内取样口位置（本次实验取二个取样口）。
3、启动水泵将混合液打入沉淀柱到一定高度，停泵，停止搅拌机，并且记录高度值H0，此时沉淀时间t=0。开动秒表，开始记录沉淀时间 t。
4、观测悬浮颗粒沉淀特点、现象。
5、当沉淀时间t为5、10、20、30、60、120分钟时，取样口高度分别为45cm和80cm，在每个取样口分别取水一次，取样体积70~80mL，用浊度仪测定相应的浊度（Ct），记录数据。
6、注意：每次取样前应先排出取样口中的积水，减少误差，在取样前需读取沉淀柱中液面的高度H，并记录数据。
7、实验记录用表。
颗粒自由沉淀实验原始记录
原水记录
浊度C0：
水温：
pH值：
静沉时间
取样口 高度
水样编号
浊度Ct（NTU）
液面高度H（m）
5
45cm

80cm

10
45cm

80cm

20
45cm

80cm

30
45cm

80cm

60
45cm

80cm

120
45cm

80cm

实验时间

实验地点

小组成员

使用仪器名称及型号

五、实验结果整理和分析
1. 基本参数整理
实验日期： 水样性质及来源：
沉淀柱直径：d= mm 柱高：H= m
根据实验装置绘制沉淀柱草图及管路连接图
2. 实验数据整理及分析
（1）未被去除悬浮物比例：
C0 — 原水浊度，NTU；
Ci — 沉淀时间t后，水样浊度，NTU。
（2）相应颗粒沉速： mm/s
原始数据整理 取样口高度 cm
沉淀高度H（cm）

沉淀时间t（min）
0
5
10
20
30
60
120
取样编号

水样浊度Ci（NTU）

未被去除颗粒比例Pi

颗粒沉速ui（mm/s）

（3）以颗粒沉速 ui为横坐标，以 Pi为纵坐标，在坐标纸上绘制P~u关系曲线。
（4）应用工程公式，运用图解法列表计算不同沉速时，浊度的去除率η。
浊度去除率η的计算 取样口高度 cm
序号
u0（ui）
P0（Pi）
1- P0

us
us·

1

2

3

4

5

（5）以η为纵坐标，分别以u、t为横坐标，绘制η～u，η～t关系曲线。
3．比较两个不同取样口（沉降高度）的水样绘制的曲线差别。
六 实验结果讨论
1、本实验中哪些因素对实验结果影响较大，该如何改善？
2、绘制自由沉降曲线的意义？
3、按照公式计算不同沉淀时间t的沉淀效率，并绘制η～u，η～t关系曲线，和本次实验的结果对照分析，指出上述两种整理方法的合用条件。
实验二 絮凝沉淀实验
一、实验目的
（1）掌握絮凝沉淀的实验方法。
（2）通过实验加深对絮凝沉淀概念、特点的理解。
（3）能运用实验数据绘制絮凝沉淀静沉曲线，学会通过曲线求某一深度的颗粒总去除率。
二、实验原理
悬浮物浓度不太高，一般在50～500mg/L范围的颗粒沉淀属于絮凝沉淀。
絮凝沉淀的特点是沉淀过程中由于颗粒互相碰撞，凝聚变大，沉速不断加大，因此颗粒沉速事实上是变化的。我们所说的絮凝沉淀颗粒沉速，是指颗粒沉淀平均速度。在平流式沉淀池中，颗粒沉淀轨迹是一曲线，而不同于自由沉淀的直线运动。在沉淀池内颗粒去除率不仅与颗粒沉速有关，并且与沉淀有效水深有关。因此沉淀柱不仅要考虑器壁对悬浮物沉淀的影响，还要考虑柱高对沉淀效率的影响。
静沉中絮凝沉淀颗粒去除率的计算思绪与自由沉淀一致，但方法有所不同。自由沉淀采用累积曲线计算法，而絮凝沉淀采用的是纵深分析法，颗粒去除率按下式计算：

计算如图2-1所示。去除率同分散颗粒同样，也提成两部分。
（1） 所有被去除的颗粒
这部分颗粒是指在给定的停留时间（如图2-1中t0），与给定的沉淀有效水深（如图2-1中H=H0）时，两直线相交点等去除率线的η值，如图中的η＝η2。即在沉淀时间t＝t0，沉降有效水深H=H0时，具有沉速的颗粒能所有被去除，其去除率为η2。

图2-1 絮凝沉淀等去除率曲线
（2）部分被去除的颗粒
同自由沉淀同样，悬浮物在沉淀时虽说有些颗粒较小，沉速较小，不也许从池顶沉到池底，但是在池底中某一深度下的颗粒，在满足条件即沉到池底所用时间时，这部分颗粒也就被去除掉了。当然，这部分颗粒是指沉速的那些颗粒，这些颗粒的沉淀效率也不相同，也是颗粒大的沉降快，去除率大一些。其计算方法、原理与分散颗粒同样，这里是用代替了分散颗粒中的。其中，所反映的就是把颗粒沉速由u0降到us时，所可以去除的那些颗粒占所有颗粒的比例。这些颗粒在沉淀时间t0时，并不能所有沉到池底，只有符合条件ts≤t0的那部分颗粒能沉到池底，即，故有。同自由分散沉淀同样，由于us为未知数，故采用来代替，工程上多采用等分间的中间水深Hi代替hi，则近似地代表了这部分颗粒中可以沉到池底的颗粒所占的百分数。（）就是沉速为的这些颗粒的去除量所占所有颗粒的比例，以此类推，式∑（）就是的所有颗粒的去除率。
三、重要的实验仪器设备
1、沉淀装置：涉及有机玻璃沉淀柱、储水箱、水泵、搅拌装置和配水系统等。
2、秒表。
3、测定悬浮物的设备：浊度仪，玻璃棒、烧杯等。
4、实验用水采用自来水和硅藻土配置。
四、环节及记录
1、将配制好的实验用水倒入水池进行搅拌，待搅匀后取样测定原水的浊度（原水的初始浊度一般为100~150NTU）。
2、启动水泵，打开水泵的上水阀门和各沉淀柱的上水管阀门。
3、依次向各沉淀柱内进水，当水位达成溢流孔（或指定液面刻度），关闭进水阀门，同时记录沉淀时间。各沉淀柱的沉淀时间分别为20、40、60、80、120min。
4、当达成各柱的沉淀时间时，在每根柱侧上四个取样阀，自上而下地依次取样，测定水样的浊度。
5、记录数据。
絮凝沉淀实验登记表
柱号
沉淀时间（min）
取样点编号
浊度（NTU）
取样点有效水深（cm）
备注
1
20
1-1

115

1-2

80

1-3

45

1-4

10

2
40
2-1

115

2-2

80

2-3

45

2-4

10

3
60
3-1

115

3-2

80

3-3

45

3-4

10

4
80
4-1

115

4-2

80

4-3

45

4-4

10

5
120
5-1

115

5-2

80

5-3

45

5-4

10

五、成果整理
（1）实验基本参数
实验日期： 水样性质及来源：
沉淀柱直径：d= mm 柱高：H= m
水温： ℃ 原水浊度：C0 NTU
（2）实验数据整理
将实验数据进行整理，并计算各取样点的去除率，填入下表。
各取样点悬浮物去除率值计算表
沉淀柱号
沉淀时间
取样深度
1
2
3
4
5
20
40
60
80
120
10cm

45cm

80cm

115cm

（3）以沉淀时间t为横坐标，以深度为纵坐标，将各取样点的去除率填在各取样点的坐标上，如图2-2所示。

图2-2 絮凝沉淀柱各取样点去除率
（4）在上述基础上，用内插法，绘出等去除率曲线。以10％为一间距，如25%、35%、45%。
（5）选择某一有效水深H，过H做x轴平行线，与各去除率线相交，再根据公式计算不同沉淀时间的总去除率。
（6）以沉淀时间t为横坐标，为纵坐标，绘制不同有效水深H的～t关系曲线，及～u曲线。
六 思考题
1、两种不同性质的污水经絮凝沉淀实验后，所得同一去除率的曲线的曲率不同，试分析讨论。
2、絮凝沉淀与自由沉淀有何不同，实验方法有何区别？
3、实际工程工程中，哪些沉淀属于絮凝沉淀？请举三个例子。
实验三 混凝沉淀实验
一、实验目的
（1）通过实验拟定实验某水样的最佳投药量；
（2）观测絮体（俗称矾花）的形成过程及混凝沉淀的效果，从而加深对混凝理论的理解。
二、实验原理
水中粒径小的悬浮物以及胶体物质，由于布朗运动，胶体颗粒间的静电斥力和胶体表面的水化作用，使得胶粒具有分散稳定性，因此水中的胶体颗粒不能靠自由沉淀去除。
向水中投加混凝剂后，由于如下因素：①混凝剂水解提供大量正电荷，中和胶体颗粒表面负电荷，从而减少颗粒间的排斥能峰，减少胶粒的ξ电位，实现胶粒“脱稳”；②产生吸附架桥作用，促进胶体的凝聚；③网捕、卷扫作用。从而使胶体颗粒脱稳、互相碰撞、凝聚，形成絮凝体（矾花），然后通过沉淀去除。
从胶体颗粒变成较大的矾花是一个连续的过程，为了研究方便一般分为混合和反映两个阶段。混合阶段重要是原水和混凝剂快速均匀混合，一般来说，该阶段只能产生肉眼难以看见的微絮凝体；反映阶段重要是微絮凝体互相碰撞，凝并不断变大的过程，该阶段絮体不断长大形成较大较密实的矾花。
混合和反映需要消耗能量，速度梯度G值能反映单位时间单位体积水消耗能量的大小，通过控制速度梯度G来控制混合和反映的条件。一般情况，混合阶段的G值应大于300~500s-1，时间不超过30s，G值越大混合时间越短，以保证快速均匀混合。反映阶段的G值平均为20~70s-1，时间为15~30min，随着矾花逐渐增大，G值宜逐渐减少，在实际设计中反映阶段G值，开始时可采用100s-1左右，结束时采用10s-1左右。
混合或反映的速度梯度G值计算式：
其中：P ——混合或反映设备中水流所消耗的功率，W；
V ——混合或反映设备中水的体积，m3；
μ ——水的动力黏度。
本次实验采用机械搅拌。搅拌设备是垂直轴上装设的两块桨板，桨板消耗的功率为：

其中：L——桨板长度，m；
r2——桨板外缘旋转半径，m；
r1——桨板内缘旋转半径，m；
ω——相对于水的桨板旋转角速度，采用0.75倍轴转速，r/s；
ρ——水的密度，kg/m3；
g——重力加速度，9.81m/s2；
CD——阻力系数，取决于长宽比。
阻力系数CD
b/L
<1
1~2
2.5~4
4.5~10
10.5~18
>18
CD
1.10
1.15
1.19
1.29
1.40
2.00

三、实验设备及药品
1、实验器材及设备
（1）六联搅拌机，1台；
（2）浊度仪，1台；
（3）pH计，1台；
（4）温度计，1根；
（5）1000mL量筒，1个；
（6）1000mL烧杯，6个；
（7）100mL烧杯，6个；
（8）5mL移液管，1个；
（9）1mL移液管，1个；
（10）塑料加液管，6个；
（11）医用针筒，2个；
（12）洗耳球，2个。
2、药品
（1）1% 浓度硫酸铝[Al2(SO4)3]溶液。
四、实验环节
1．测定原水的浊度（初始浊度为50~70NTU）及pH值。
2．用1000mL量筒分别取6个水样至6个1000mL烧杯中。注意：取水样要搅拌均匀，以尽量减少取样浓度上的误差。
3. 打开电源，升起搅拌桨，将烧杯置于六联搅拌机上，调整烧杯的间距，降下搅拌桨。
4．相应6个水样，用移液管分别移取0.3、0.6、0.9、1.5、2.5、4.0mL 1%浓度的Al2(SO4)3溶液至塑料加液管中，并将加液管固定在六联搅拌机支架上。
5．先调整转速为200rpm进行快速搅拌，待转速稳定后，将药液加入水样杯中，同时开始计时，快速搅拌时间为1min；调整转速为80rpm，搅拌时间5min；然后再调整转速为50rpm，搅拌时间10min；停止搅拌，升起搅拌桨，静沉15min。
注意：为了减少药液在加液管里的残留，在第一次加药后，用蒸馏水润洗加液管2次，每次约5mL，并迅速倒入水样杯中。停止搅拌后，静沉时不要移动水样。
6．搅拌过程中，注意观测并记录“矾花”形成的过程，“矾花”形成的快慢、外观、大小、密实限度、下沉快慢等。
7．静沉15min后，用医用针筒在6个水样杯中依次取出约100mL的上清液，置于100mL烧杯中。测定上清液的浊度及pH值，并记录至表格中。
五、实验原始数据记录
实验原始登记表
混凝剂名称

混凝剂浓度

原水温度

原水pH值

原水浊度

水样体积

仪器名称及型号

水样编号
1
2
3
4
5
6
投药量
mL

mg/L

剩余浊度(NTU)

沉淀后pH值

实验小组人员

实验时间

六、实验结果整理和分析
1．以投药量为横座标，以剩余浊度为纵座标，绘制投药量-剩余浊度曲线图。
2．根据曲线图拟定混凝剂的最佳投药量值和最佳合用范围。
七、注意事项
1、加药的药液量较少时，可掺点蒸馏水摇匀，以免加液管上沾的药液过多，影响投药量的精确度。
2、移取烧杯中的沉淀水上清液时，要在相同的条件下吸取，不要把沉下去的矾花搅起来。
八、思考题
1．在混凝沉淀实验中应注意哪些操作方法，对混凝效果有什么影响。
2．为什么投药量最大时，混凝效果不一定好?
3．根据实验结果以及实验中所观测到的现象，简述影响混凝效果的几个重要因素。
4．参考本实验写出拟定最佳pH值的实验环节。

实验四 静态活性炭吸附实验
一、实验目的
（1）通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作。
（2）掌握用间歇法拟定活性炭解决污水设计参数的方法。
二、实验原理
活性炭吸附，就是运用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，以达成净化水质的目的。
活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附现象，也有化学吸着作用。有一些被吸附物质先在活性炭表面上积聚浓缩，继而进入固体晶格原子或分子之间被吸附，尚有一些特殊物质则与活性炭分子结合而被吸着。
当活性炭对水中所含杂质吸附时，水中的溶解性杂质在活性炭表面积聚而被吸附，同时也有一些被吸附物质由于分子的运动而离开活性炭表面，重新进入水中，即在吸附的同时存在解吸现象。当吸附和解吸处在动态平衡状态时，称为吸附平衡，此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。这时活性炭和水（即固相和液相）之间的溶质浓度，具有一定的分布比值。活性炭的吸附能力以吸附量qe表达假如在一定压力和温度条件下，用m克活性炭吸附溶液中的溶质，被吸附的溶质为x毫克，则单位重量的活性炭吸附溶质的数量qe即为吸附容量。活性炭的吸附能力以吸附容量qe表达。

式中：qe —— 活性炭吸附量，即单位重量的活性炭所吸附的物质重量mg/g；
x —— 被吸附物质的质量，mg；
m —— 活性炭投加量，g；
V —— 水样体积，L；
C0、Ce —— 分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的溶质浓度，mg/L。
qe的大小除了取决于活性炭的品种之外，还与被吸附物质的性质、浓度、水温、pH值等有关。qe在温度一定的条件下，活性炭吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高，两者之间的变化曲线称为吸附等温线，通常可以用朗格缪尔（Langmuir）经验公式加以表达：

式中：qe—— 活性炭吸附量，mg/g； Ce —— 被吸附物质平衡浓度，mg/L；
K—— Langmuir常数，与活性炭和被吸附物质之间的亲和度有关；
qm—— 活性炭的最大吸附量，mg/g。
通常用图解方法求出K，b的值．为了方便易解，往往将上式变换成线性关系式：

通过吸附实验测得Ce/qe、Ce相应值，绘制到坐标纸上，得到直线，即可求得斜率为，截距为，则可求得活性炭的等温吸附线的系数K、qm，并可以绘制出活性炭吸附等温线。
三、仪器设备及试剂
1．恒温振荡器；
2．电子分析天平，精度0.0001g；
3．可见分光光度计；
4．温度计；
5．250mL三角烧瓶8个，100mL烧杯8个，移液管，漏斗，漏斗架，滤纸。
6．实验用水：100mg/L亚甲基蓝溶液。
四、 实验环节
（1）活性炭的准备
将活性炭颗粒用蒸馏水洗去细粉，并在105℃温度下烘至恒重。
（2）绘制亚甲基蓝溶液标准曲线。
① 配置10mg/L亚甲基蓝标准溶液100mL：取1mg亚甲基蓝粉末溶于水中，用100mL容量瓶定容至100mL。
② 在不同波长λ下，用分光光度计测定标准溶液的吸光度值A，拟定吸光度和波长之间的关系λ~A。
③ 拟定产生最大吸光度时的波长λmax，即为实验用波长（660mm）。
④ 取0mL、2mL、5mL、10mL、15mL、20mL的亚甲基蓝标准溶液，用比色管定容到25ml，用10mm比色皿在分光光度计上测得吸光度。
⑤ 绘制吸光度和亚甲基蓝溶液浓度之间的关系曲线，即标准曲线。
（3）配置实验用100mg/L浓度亚甲基蓝溶液1L：取100mg亚甲基蓝粉末溶于水中，用1000mL容量瓶定容至1L。
（4）在8个250mL的三角烧瓶中分别投加0、50、100、200、300、400、500、600mg粒状活性炭，再分别加入100mL亚甲基蓝溶液。
（5）在室温下，将三角烧瓶放在振荡器上震荡，计时震荡1h。
（6）将震荡后的水样静置5min，小心地将上清液倾倒至100mL烧杯中，约倒取30mL。按表2中上清液取样体积分别移取相应体积的上清液于50mL比色管中，用蒸馏水稀释定容至50mL刻度线，盖塞，摇匀。
（7）设定分光光度计的波长为660nm，用10mm比色皿测定上清液的吸光度。
（8）在标准曲线上查出相应的亚甲基蓝溶液的浓度。
五、实验原始数据记录：

表1 标准曲线实验记录
初始记录：
标准溶液浓度： mg/L ； 室温： ℃
加入标准溶液量（mL）
0
2
5
10
15
20
测定吸光度A

修正系数A0

表2 静态活性炭吸附的原始记录
初始记录
室温： ℃， 亚甲基蓝溶液浓度： mg/L， 溶液体积： mL
活性炭性能参数

活性炭投加量（mg）
0
50
100
200
300
400
500
600
上清液取样体积（mL）
1.0
1.0
1.0
2.0
2.0
2.0
2.0
2.0
稀释倍数

吸光度A

修正系数A0

仪器名称及型号

实验小组人员

六、实验数据整理及分析：
1．亚甲基蓝溶液标准曲线的绘制
（1）实验数据整理
标准曲线实验记录整理
初始记录：
标准溶液浓度： mg/L 室温：
加入标准溶液量（mL）
0
2
5
10
15
20
亚甲基蓝溶液浓度C（mg/L）

测定吸光度A

修正系数A0

修正吸光度=A- A0

（2）以亚甲基蓝溶液浓度C为横坐标，修正后吸光度为纵坐标，绘制标准曲线~C曲线。
2．绘制吸附等温线
（1）实验数据整理，根据修正吸光度，在标准曲线上查得相应的亚甲基蓝溶液浓度Ce，计算亚甲基蓝的吸附量qe，计算Ce /qe。
静态活性炭吸附的实验数据整理
初始亚甲基蓝溶液浓度C0： mg/L
溶液体积V： L
活性炭量m（mg）
0
50
100
200
300
400
500
600
吸光度A

修正吸光度

稀释倍数

吸附后亚甲基蓝溶液 浓度Ce（mg/L）

活性炭吸附容量：（mg/g）

Ce

Ce /qe

（2）绘制Ce /qe ~Ce关系曲线，其斜率为，截距为，求得qm和K。
七、思考题
1、吸附等温线有什么现实意义？
2、活性碳投加量对于吸附平衡浓度的测定有什么影响，该如何控制？
3、实验结果受哪些因素影响较大，该如何控制？
实验五 离子互换实验
——强酸性阳离子互换树脂互换容量的测定
一、 实验目的
1．加深对强酸性阳离子互换树脂互换容量的理解。
2．掌握测定强酸性阳离子互换树脂互换容量的方法。
二、实验原理
离子互换软化法在水解决工程中有广泛的应用。强酸性阳离子互换树脂的使用也很普遍。如表4-1所示，以强酸性苯乙烯系阳离子互换树脂为例，强酸性阳离子互换树脂的性能参数很多，其中互换容量是互换树脂最重要的性能，它能定量地表达树脂互换能力的大小。
强酸性阳离子互换树脂的性能参数表
树脂类型
强酸性苯乙烯系阳离子互换树脂
项目
参数或描述
项目
参数
外观
棕黄至棕褐色球状颗粒
下限粒度
1%
功能基团
磺酸基
湿视密度
0.77—0.87g/mL
含水量
45—53%
湿真密度
1.24—1.28g/mL
体积全互换容量
1.0mmol/ml或≥2.0 eq/L
有效粒径
0.40—0.60mm
范围粒度
（0.315—1.25mm）>95%
磨后圆球率
90%
重要用途
所有水解决的软化、除盐系统。
树脂互换容量在理论上可以从树脂单元结构式粗略地计算出来，以强酸性苯乙烯系阳离子互换树脂为例，其单元结构式中共有8个C原子、8个H原子、3个O原子、1个S原子，其分子量等于，只有强酸基团磺酸基－SO3H中的H遇水电离形成H＋离子可以互换，即每184.2g干树脂只有1g可互换离子。所以，每克干树脂具有可互换离子1/184.2＝0.00543e＝5.43me。扣除交联剂所占份量（按8%重量计），则强酸干树脂互换容量应为5.43×92/100＝4.99 me/g。此值与实际测量值差别不大。0.01×7（732#）强酸性苯乙烯系阳离子互换树脂互换容量规定为≥4.2 me/g（干树脂）。
强酸性阳离子互换树脂互换容量测定前需通过预解决，即通过酸、碱轮流浸泡，以除去树脂表面的可溶性杂质。测定阳离子互换树脂互换容量常采用碱滴定法，用酚酞作指示剂，按下式计算互换容量：
（干氢树脂）
式中 N ——NaOH标准溶液的摩尔浓度，mol/L；
V ——NaOH标准溶液的用量，mL；
W ——样品湿树脂重，g。
三、实验设备与装置
1、电子分析天平，精度0.0001g。
2、烘箱1台。
3、干燥器1个。
4、250mL三角烧瓶2个、10mL移液管2支、50mL烧杯2个。
5、碱式滴定装置1套。
四、实验环节及记录
1．树脂的预解决
取样品约10g以2N硫酸（或1N盐酸）及1N NaOH轮流浸泡，即按酸－碱－酸－碱－酸顺序浸泡5次，每次2h，浸泡液体积约为树脂体积的2～3倍。在酸碱互换时应用200ml去离子水进行洗涤。5次浸泡结束后用去离子水洗涤至中性。
2．固体含量的测定
用小烧杯称取2份约1.0000g的通过预解决的树脂样品，将其中一份放入105～110℃烘箱中约2个小时，烘干至恒重后放入干燥器中冷却至室温，称重，记录干燥后的树脂重。
3．互换容量的测定
将另一份约1.0000g的样品置于250mL三角烧瓶中，用量筒投加0.5N NaCl溶液100mL摇动5分钟，放置2h后加入1%酚酞指示剂3滴，用标准0.1N NaOH标准溶液进行滴定，至呈微红色15秒不褪，即为终点。记录NaOH标准溶液的浓度及用量。
五、实验原始记录
强酸性阳离子互换树脂互换容量测定原始记录
烧杯1重量W2（g）

烧杯2重量W2’（g）

样品1湿树脂重W（g）

样品2湿树脂重W’（g）

干燥后树脂+烧杯重W3(g）

NaOH标准溶液浓度N（mol/L）

干燥后的树脂重W1(g）

NaOH标准溶液的用量V（mL）

六、实验数据整理和分析
1．根据实验测定数据计算树脂固体含量。
树脂固体含量=
2．根据实验测定数据计算树脂互换容量。
树脂互换容量：
七、思考题
1、测定强酸性阳离子互换树脂互换容量为什么用强碱液NaOH滴定？
2、强酸性阳离子互换树脂的预解决的目的是什么？为什么要按酸－碱－酸－碱－酸顺序浸泡树脂？
3、写出本实验有关的化学反映方程式。
实验六 活性污泥特性测定实验
一、 实验目的
（1）加深对活性污泥沉降比，污泥指数和污泥浓度的理解。
（2）掌握活性污泥几个重要性能指标的测定和计算方法。
二、实验原理
活性污泥是人工培养的生物絮凝体，它是由好氧微生物及其吸附的有机物组成的。活性污泥具有吸附和分解废水中的有机物（也有些可运用无机物质）的能力，显示出生物化学活性。在生物解决废水的设备运转管理中，除用显微镜观测外，下面几项污泥性质是经常要测定的。这些指标反映了污泥的活性，它们与剩余污泥排放量及解决效果等都有密切关系。
污泥沉淀比（SV%）——指曝气池混合液在量筒内静置30分钟后，所形成沉淀污泥的体积占原混合液的体积百分率。
污泥浓度（MLSS）——指单位体积曝气池混合液中所含污泥的干重，即混合液悬浮固体浓度，单位为g/L或mg/L。
污泥指数（SVI）——污泥容积指数，指曝气池混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所占容积，单位为mL/g。SVI值能较好的反映活性污泥的松散限度（活性）和凝聚、沉淀性能。一般SVI在100左右为宜。
（mL/g）
污泥灰分——干污泥经灼烧后（600℃）剩下的灰分。

挥发性污泥浓度（MLVSS）——指单位体积曝气池混合液中所含挥发性污泥的干重，即混合液挥发性悬浮固体浓度，单位为g/L。

在一般情况下，MLVSS/MLSS的比值较固定，对于生活污水解决池的活性污泥混合液，其比值常在0.75左右。
三、实验装置与设备
1、过滤装置1套（涉及漏斗1个，漏斗架1个，烧杯1个，定量滤纸若干，玻璃棒1个）；
2、60mm称量瓶1个；
3、100mL量筒1个；
4、镊子1把；
5、坩埚1个；
6、电子分析天平1台；
7、烘箱1台；
8、马弗炉1台
四、实验环节及记录
1、污泥沉降比（SV%）的测定
① 将100mL量筒洗净烘干，采用虹吸法在曝气池中取混合均匀的泥水混合液100mL（V），静置，并同时开始计时；
② 观测活性污泥凝聚沉淀过程，并在第1、2、3、5、10、15、20、30分钟分别记录污泥界面以下的污泥容积；
③ 沉降30分钟后污泥体积V2与原混合液体积（100mL）之比即为污泥沉降比；
2、污泥浓度（MLSS）的测定
④ 将定量滤纸置于称量瓶中放入105℃烘箱中干燥至恒重（约2h），冷却至室温称量并记录W1；
⑤ 将该滤纸展开放在漏斗上，将测定过污泥沉降比的100mL量筒内的污泥连同上清液倒入漏斗，进行过滤，用蒸馏水润洗量筒，润洗液也倒入漏斗；
⑥ 过滤后，用镊子将载有污泥的滤纸移入称量瓶中，再放入烘箱（105℃）中烘干至恒重（约3h），冷却至室温称量并记录W2；
3、活性污泥灰分的测定
⑦ 瓷坩埚放在马弗炉（600℃）中烘干至恒重，冷却称重并记录W3；
⑧ 将通过环节⑥后的污泥和滤纸一并放入瓷坩埚中，先在普通电炉上加热碳化，然后放入马弗炉内（600℃）中灼烧40分钟，取出后放入干燥器内冷却至室温，称重并记录W4；
4、实验记录用表。
表1 活性污泥静沉情况记录
静沉时间（min）
1
2
3
5
10
15
20
30
污泥体积（mL）

表2 活性污泥性能参数测定实验原始记录
混合液体积 V
mL
静沉30min后污泥体积 V2
mL
称量瓶+滤纸质量 W1
g
称量瓶+滤纸+干污泥质量 W2
g
瓷坩埚质量 W3
g
滤纸灰分W5
g
瓷坩埚+滤纸灰分+污泥灰分质量 W4
g
小组成员

使用仪器名称及型号

五、实验结果整理和分析
1. 基本参数整理
实验日期： 混合液来源：
混合液体积：V= mL

2. 实验数据整理及分析
（1）污泥沉降比（SV%）：
（2） (g)
（3）污泥浓度（MLSS）： （g/L）
（4）污泥指数（SVI）： （mL/g）
（5）绘出100mL量筒中污泥容积随沉淀时间的变化曲线
（6）污泥 （g）
（7）
（8）挥发性污泥浓度（MLVSS）： （g/L）
六 实验结果讨论
1、通过实验测定的活性污泥的性能指标，判断活性污泥的性能。
2、活性污泥的各项性能指标有什么意义。
3、污泥沉降比和污泥指数两者有什么区别和联系。

实验七 曝气设备清水充氧性能测定实