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絮凝沉淀實驗指導書


一、實驗目的
水處理中經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,難以用數學方式來表達,只能用實驗的數據來確定必要的設計參數。通過實驗希望達到以下目的:
1、了解絮凝沉淀特點和規律;
2、掌握絮凝沉淀實驗方法和實驗數據整理方法。
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: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)將實驗數據記入表1,計算結果記入表2
 
表1  絮凝沉淀實驗數據記錄表
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          
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  各取樣點懸浮物去除率E值計算表
沉淀柱 1 2 3 4
沉淀時間/min
  
沉淀水深/m           
20 40 60 80
0.25        
0.5        
0.75        
1        
1.25        
1.5        
 
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生相互碰撞而產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,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,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H0兩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,總去除率用下式計算
   (式2)
五、實驗結果整理
(1)實驗基本參數整理
     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SS0(mg/L)           
     繪制沉淀柱及管路連接圖
(2)實驗數據整理。將實驗數據進行整理,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(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、  觀察絮凝沉淀現象,并敘述與自由沉淀現象有何不同,實驗方法有何區別。
2、  兩種不同性質污水經絮凝實驗后,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  

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