絮凝沉淀實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書
DB-CDX 絮凝沉淀實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br /> 1、加深對絮凝沉淀的特點(diǎn)、基本概念及沉淀規(guī)律的理解。
2、掌握絮凝實(shí)驗(yàn)方法，繪制絮凝沉淀靜沉曲線。
3、可開實(shí)驗(yàn)：a顆粒自由沉降，b絮凝沉降。
主要配置：
高位水箱1只、調(diào)速電機(jī)攪拌器、調(diào)速器、取樣口、PVC配水箱、水泵、電控箱、漏電保護(hù)開關(guān)、按鈕開關(guān)、連接管道和球閥、不銹鋼臺架等組成。
技術(shù)參數(shù)：
1、環(huán)境溫度：5℃～40℃，電源220V單相三線制，功率430W。
2、有機(jī)玻璃沉淀柱：Φ100×2000mm，6根，每根沉淀柱設(shè)取樣口4個(gè)。
3、水泵：額定流量1m3/h，揚(yáng)程15m,功率370W。
4、原水箱：600×400×600mm，PVC板焊制。
5、不銹鋼防腐型液體流量計(jì)。
6、各項(xiàng)電路指示、操作均在控制屏面板進(jìn)行。
7、框架為不銹鋼。
8、能夠開展顆粒自由沉降和絮凝沉降實(shí)驗(yàn)。
二、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。
三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料
（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。
四、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 | |||||||
| 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 |
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
用
代替。綜上所述，總?cè)コ视孟率接?jì)算
（式2）六、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 style="margin: 0px; padding: 0px;" /> （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。
七、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。
八、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 |