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絮凝沉淀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

一、絮凝沉淀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書-實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
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(shí)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(xué)方式來表達(dá),只能用實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來確定必要的設(shè)計(jì)參數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)希望達(dá)到以下目的:
1.了解絮凝沉淀特點(diǎn)和規(guī)律;
2.掌握絮凝沉淀實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理方法。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)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(jìn)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(jī)玻璃沉淀柱,直徑D=100mm,柱高1700mm,沿不同高度設(shè)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(shè)備(自備):定時(shí)器、燒杯、移液管、磁盤等。
(4)懸浮物分析所需設(shè)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(shí)驗(yàn)步驟
(1)將欲測水樣倒入進(jìn)水槽進(jìn)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(jìn)水閥
(3)依次向1~4沉淀柱內(nèi)進(jìn)水,當(dāng)水位達(dá)到溢流孔時(shí),關(guān)閉進(jìn)水閥門,同時(shí)記錄沉淀時(shí)間。4根沉淀柱的沉淀時(shí)間分別是20min、40 min、60 min、80 min、100 min 、120 min。
(4)當(dāng)達(dá)到各柱的沉淀時(shí)間時(shí),沿柱面自上而下依次取樣,測定水樣懸浮物濃度。
(5)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表1,計(jì)算結(jié)果記入表2
表1  絮凝沉淀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

柱號 沉淀時(shí)間/min 取樣點(diǎn)編號 SS
/(mg/L)
SS平均值
/(mg/L)
取樣點(diǎn)有效水深/m 備注
1 20 1-1          
1-2          
1-3          
1-4          
1-5          
2 40 2-1          
2-2          
2-3          
2-4          
2-5          
3 60 3-1          
3-2          
3-3          
3-4          
3-5          
4 80 4-1          
4-2          
4-3          
4-4          
4-5          
5 100 5-1          
5-2          
5-3          
5-4          
5-5          
6 120 6-1          
6-2          
6-3          
6-4          
6-5          
表2  各取樣點(diǎn)懸浮物去除率E值計(jì)算表
沉淀柱 1 2 3 4
沉淀時(shí)間/min

沉淀水深/m
20 40 60 80
0.25        
0.5        
0.75        
1        
1.25        
1.5        
四、實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識點(diǎn)
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(zhì)量凝聚變大,從而沉降速度不斷加大,因此,顆粒沉降實(shí)際是一個(gè)變速沉降過程。在實(shí)驗(yàn)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(yùn)動。在沉淀池內(nèi)顆粒去除率不僅與顆粒沉速有關(guān),而且與沉淀有效水深有關(guān)。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(shí)驗(yàn)裝置,每根沉淀柱在高度方向每隔150~250mm開設(shè)一取樣口,柱上部設(shè)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(jì)時(shí),每隔20min、40 min、60 min、……分別在每個(gè)取樣口同時(shí)取樣50~100mL,測定其懸浮物濃度并利用下式計(jì)算各水樣的去除率。
              (式1)
以取樣口高度為縱坐標(biāo),以取樣時(shí)間為橫坐標(biāo),將同一沉淀時(shí)間與不同高度的去除率標(biāo)注在坐標(biāo)內(nèi),將去除率相對的各點(diǎn)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(jì)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(jì)曲線計(jì)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(yīng)用圖解法近似求出不同時(shí)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(jì)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(shí)間T及給定的沉淀池有效水深H0兩直線相交點(diǎn)的等去除率線所對應(yīng)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(shí),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(shí),在滿足時(shí)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(jì)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(yīng)的不同去除率的水深度分別為h1、h2、hi、…,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
代替。
綜上所述,總?cè)コ视孟率接?jì)算
   (式2)
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理
(1)實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)整理
實(shí)驗(yàn)日期  年  月  日 水樣性質(zhì)及來源
沉淀柱直徑D=   柱高H=   水溫/℃  原水懸浮物濃度SS0(mg/L) 
繪制沉淀柱及管路連接圖
(2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,并計(jì)算各取樣點(diǎn)的去除率填在各取樣點(diǎn)的坐標(biāo)上。
(3)在以沉淀時(shí)間T為橫坐標(biāo),以深度H為縱坐標(biāo),將取樣各點(diǎn)的去除率填在各取樣點(diǎn)的坐標(biāo)上。
(4)在上述基礎(chǔ)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(jì)算不同沉淀時(shí)間的總?cè)コ省?br /> (6)以沉淀時(shí)間t為橫坐標(biāo),E為縱坐標(biāo),繪制不同有效水深H的E~H關(guān)系曲線及E~u曲線。
六、注意事項(xiàng)
(1)向沉淀柱進(jìn)水時(shí),速度要適中,既要防止懸浮物由于進(jìn)水速度過慢而絮凝沉淀;又要防止由于進(jìn)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(shí)從每個(gè)柱的5個(gè)取樣口取樣,人員分工、燒杯編號等準(zhǔn)備工作要做好,以便能在較短的時(shí)間內(nèi)從上至下準(zhǔn)確的取出水樣。
(3)測定懸浮物濃度時(shí),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(shí)驗(yàn)方法有何區(qū)別。
2、兩種不同性質(zhì)污水經(jīng)絮凝實(shí)驗(yàn)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(shí)間/min 取樣點(diǎn)編號 W1 (mg) W2 (mg) SS平均值
(mg)
取樣點(diǎn)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  

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