絮凝沉淀實驗指導書
一、實驗目的
水處理中經(jīng)常遇到的沉淀多屬于絮凝顆粒沉淀，即在沉淀過程中，顆粒的大小、形狀和密度都有所變化，隨著沉淀深度和時間的增長，沉速越來越快。絮凝顆粒的沉淀軌跡是一條曲線,難以用數(shù)學方式來表達，只能用實驗的數(shù)據(jù)來確定必要的設計參數(shù)。通過實驗希望達到以下目的：
1、了解絮凝沉淀特點和規(guī)律；
2、掌握絮凝沉淀實驗方法和實驗數(shù)據(jù)整理方法。
二、實驗設備與材料
1、水泵 2、配水箱 3、攪拌裝置 4、配水管閥門 5、水泵循環(huán)管閥門 6、各沉淀柱進水閥門 7、各沉淀柱放空閥門 8、排水管 9、取樣口
（1）沉淀柱：有機玻璃沉淀柱，直徑D=100mm，柱高1700mm，沿不同高度設有取樣口。
（2）配水及投配系統(tǒng)：配水箱、攪拌裝置、水泵、配水管等
（3）取樣設備（自備）：定時器、燒杯、移液管、磁盤等。
（4）懸浮物分析所需設備及用具（自備）：分析天平（感量0.1mg）、帶蓋稱量瓶、干燥皿、烘箱等。
（5）水樣（自備）：城市污水或人工配水等。
三、實驗步驟
（1）將欲測水樣倒入進水槽進行攪拌，待攪拌均勻后取樣測定原水懸浮物濃度（SS）。
（2）開啟水泵及各沉淀池的進水閥
（3）依次向1~4沉淀柱內(nèi)進水，當水位達到溢流孔時，關閉進水閥門，同時記錄沉淀時間。4根沉淀柱的沉淀時間分別是20min、40 min、60 min、80 min、100 min 、120 min。
（4）當達到各柱的沉淀時間時，沿柱面自上而下依次取樣，測定水樣懸浮物濃度。
（5）將實驗數(shù)據(jù)記入表1，計算結果記入表2
表1 絮凝沉淀實驗數(shù)據(jù)記錄表
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柱號 |
沉淀時間/min |
取樣點編號 |
SS
/(mg/L) |
SS平均值
/(mg/L) |
取樣點有效水深/m |
備注 |
|
1 |
20 |
1-1 |
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|
1-2 |
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1-3 |
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1-4 |
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1-5 |
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2 |
40 |
2-1 |
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2-2 |
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2-3 |
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2-4 |
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2-5 |
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3 |
60 |
3-1 |
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3-2 |
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3-3 |
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3-4 |
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3-5 |
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4 |
80 |
4-1 |
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4-2 |
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4-3 |
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4-4 |
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4-5 |
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5 |
100 |
5-1 |
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5-2 |
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5-3 |
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5-4 |
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5-5 |
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6 |
120 |
6-1 |
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6-2 |
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6-3 |
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6-4 |
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6-5 |
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表2 各取樣點懸浮物去除率E值計算表
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沉淀柱 |
1 |
2 |
3 |
4 |
沉淀時間/min
沉淀水深/m |
20 |
40 |
60 |
80 |
|
0.25 |
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0.5 |
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0.75 |
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1 |
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1.25 |
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1.5 |
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四、實驗相關知識點
懸浮物濃度不太高，一般在600~700mg/L以下的絮凝顆粒，在沉降過程中顆粒之間會發(fā)生相互碰撞而產(chǎn)生絮凝作用的沉淀稱為絮凝沉淀。給水工程中的混凝沉淀污水處理中初沉淀池內(nèi)的懸浮物沉淀均屬此類。
絮凝沉淀過程中由于顆粒相互碰撞，使顆粒粒徑和質量凝聚變大，從而沉降速度不斷加大，因此，顆粒沉降實際是一個變速沉降過程。在實驗中所說的絮凝沉淀顆粒的沉速食該顆粒的平均沉淀速度。絮凝顆粒在平流沉淀池中的沉淀軌跡是一條曲線，不同于自由沉淀的直線運動。在沉淀池內(nèi)顆粒去除率不僅與顆粒沉速有關，而且與沉淀有效水深有關。因此在沉淀柱內(nèi)，不僅要考慮器壁對懸浮顆粒沉淀的影響，還要考慮沉淀柱高對沉淀效率的影響。
實驗裝置，每根沉淀柱在高度方向每隔150~250mm開設一取樣口，柱上部設溢流孔。將懸浮物濃度及水溫已知的水樣注入沉淀柱，攪拌均勻后開始計時，每隔20min、40 min、60 min、……分別在每個取樣口同時取樣50~100mL，測定其懸浮物濃度并利用下式計算各水樣的去除率。
（式1）
以取樣口高度為縱坐標，以取樣時間為橫坐標，將同一沉淀時間與不同高度的去除率標注在坐標內(nèi)，將去除率相對的各點連成去除曲線，繪制絮凝沉淀等去除率曲線。
靜沉重絮凝沉淀顆粒去除率的計算基本思路和自由沉淀一致，但方法有所不同。自由沉淀采用累計曲線計算法，而絮凝沉淀采用的是縱深分析法，根據(jù)絮凝沉淀等去除率曲線，應用圖解法近似求出不同時間、不同高度的顆粒去除率，圖解法就是在絮凝沉淀曲線上作中間曲線，計算見圖，去除率分為兩部分。
（1）全部被去除的懸浮顆粒。即指在制定的停留時間T及給定的沉淀池有效水深H
0兩直線相交點的等去除率線所對應的E值，它只表示
的那部分完全可以去除顆粒的去除率。
（2）部分被去除的懸浮顆粒。懸浮物沉淀時，雖然有些顆粒小，沉速小，不可能從池頂沉到池底，但處在池體的某一高度時，在滿足
時就可以被去除。這部分顆粒是指沉速
的那些顆粒。這部分顆粒的沉淀效率也不相同，其中顆粒的沉速快。其計算方法、原理和分散顆粒沉淀一樣，用圖解法，因中間曲線對應的不同去除率的水深度分別為h
1、h
2、h
i、…，則
近似地代表了這部分顆粒中所能沉到池底的比例。這樣可將分散顆粒沉淀中的
用
代替。
綜上所述，總去除率用下式計算
（式2）
五、實驗結果整理
（1）實驗基本參數(shù)整理
實驗日期 年 月 日 水樣性質及來源
沉淀柱直徑D= 柱高H=
水溫/℃ 原水懸浮物濃度SS
0(mg/L)
繪制沉淀柱及管路連接圖
(2)實驗數(shù)據(jù)整理。將實驗數(shù)據(jù)進行整理，并計算各取樣點的去除率填在各取樣點的坐標上。
（3）在以沉淀時間T為橫坐標，以深度H為縱坐標，將取樣各點的去除率填在各取樣點的坐標上。
（4）在上述基礎上，用內(nèi)插法繪制等去除率曲線。E最好是以5%或10%為一間距，如25%、35%、45%、或20%、25%、30%。
（5）選擇某一有效水深H，過H做x軸平行線與各去除率線相交，再根據(jù)（式2）計算不同沉淀時間的總去除率。
（6）以沉淀時間t為橫坐標，E為縱坐標，繪制不同有效水深H的E~H關系曲線及E~u曲線。
六、注意事項
（1）向沉淀柱進水時，速度要適中，既要防止懸浮物由于進水速度過慢而絮凝沉淀；又要防止由于進水速度過快，沉淀開始后柱內(nèi)還存在紊流，影響沉淀效果。
（2）由于同時從每個柱的5個取樣口取樣，人員分工、燒杯編號等準備工作要做好，以便能在較短的時間內(nèi)從上至下準確的取出水樣。
（3）測定懸浮物濃度時，一定要注意兩平行水樣的均勻性。
（4）注意觀察，描述顆粒沉淀過程中自然絮凝作用及沉速的變化。
七、思考題
1、 觀察絮凝沉淀現(xiàn)象，并敘述與自由沉淀現(xiàn)象有何不同，實驗方法有何區(qū)別。
2、 兩種不同性質污水經(jīng)絮凝實驗后，所得同一去除率的曲線之曲率不同，試分析其原因，并加以討論。
|
柱號 |
沉淀時間/min |
取樣點編號 |
W1 (mg） |
W2 (mg） |
SS平均值
(mg) |
取樣點有效水深cm |
備注 |
|
1 |
20 |
1-1 |
0.9790 |
1.0280 |
0.0490 |
53 |
|
|
1-2 |
0.9697 |
1.0231 |
0.0534 |
77 |
|
|
1-3 |
0.9774 |
1.0315 |
0.0541 |
102 |
|
|
1-4 |
0.9790 |
1.0357 |
0.0567 |
126 |
|
|
1-5 |
0.9823 |
1.0547 |
0.0724 |
151 |
|
|
2 |
40 |
2-1 |
0.9795 |
1.0149 |
0.0404 |
53 |
|
|
2-2 |
0.9819 |
1.0133 |
0.0314 |
77 |
|
|
2-3 |
0.9835 |
1.0331 |
0.0496 |
102 |
|
|
2-4 |
0.9805 |
1.0262 |
0.0457 |
126 |
|
|
2-5 |
0.9898 |
1.0981 |
0.0583 |
151 |
|
|
3 |
60 |
3-1 |
0.9811 |
1.0067 |
0.0256 |
53 |
|
|
3-2 |
0.9819 |
1.0170 |
0.0351 |
77 |
|
|
3-3 |
0.9859 |
1.0097 |
0.0238 |
102 |
|
|
3-4 |
0.9880 |
1.0434 |
0.0554 |
126 |
|
|
3-5 |
0.9728 |
1.0283 |
0.0555 |
151 |
|
