絮凝沉淀实验指导书

一、实验目的
水处理中经常遇到的沉淀多属于絮凝颗粒沉淀，即在沉淀过程中，颗粒的大小、形状和密度都有所变化，随着沉淀深度和时间的增长，沉速越来越快。絮凝颗粒的沉淀轨迹是一条曲线,难以用数学方式来表达，只能用实验的数据来确定必要的设计参数。通过实验希望达到以下目的：
1、了解絮凝沉淀特点和规律；
2、掌握絮凝沉淀实验方法和实验数据整理方法。
二、实验设备与材料
               
1、水泵 2、配水箱 3、搅拌装置 4、配水管阀门 5、水泵循环管阀门 6、各沉淀柱进水阀门 7、各沉淀柱放空阀门 8、排水管 9、取样口 
（1）沉淀柱：有机玻璃沉淀柱，直径D=100mm，柱高1700mm，沿不同高度设有取样口。
（2）配水及投配系统：配水箱、搅拌装置、水泵、配水管等
（3）取样设备（自备）：定时器、烧杯、移液管、磁盘等。
（4）悬浮物分析所需设备及用具（自备）：分析天平（感量0.1mg）、带盖称量瓶、干燥皿、烘箱等。
（5）水样（自备）：城市污水或人工配水等。
三、实验步骤
（1）将欲测水样倒入进水槽进行搅拌，待搅拌均匀后取样测定原水悬浮物浓度（SS）。
（2）开启水泵及各沉淀池的进水阀
（3）依次向1~4沉淀柱内进水，当水位达到溢流孔时，关闭进水阀门，同时记录沉淀时间。4根沉淀柱的沉淀时间分别是20min、40 min、60 min、80 min、100 min 、120 min。
（4）当达到各柱的沉淀时间时，沿柱面自上而下依次取样，测定水样悬浮物浓度。
（5）将实验数据记入表1，计算结果记入表2
 
表1  絮凝沉淀实验数据记录表

 
 
 
 
 
 
表2  各取样点悬浮物去除率E值计算表

沉淀柱	1	2	3	4
沉淀时间/min    沉淀水深/m	20	40	60	80
0.25
0.5
0.75
1
1.25
1.5

四、实验相关知识点
悬浮物浓度不太高，一般在600~700mg/L以下的絮凝颗粒，在沉降过程中颗粒之间会发生相互碰撞而产生絮凝作用的沉淀称为絮凝沉淀。给水工程中的混凝沉淀污水处理中初沉淀池内的悬浮物沉淀均属此类。
絮凝沉淀过程中由于颗粒相互碰撞，使颗粒粒径和质量凝聚变大，从而沉降速度不断加大，因此，颗粒沉降实际是一个变速沉降过程。在实验中所说的絮凝沉淀颗粒的沉速食该颗粒的平均沉淀速度。絮凝颗粒在平流沉淀池中的沉淀轨迹是一条曲线，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，而且与沉淀有效水深有关。因此在沉淀柱内，不仅要考虑器壁对悬浮颗粒沉淀的影响，还要考虑沉淀柱高对沉淀效率的影响。
实验装置，每根沉淀柱在高度方向每隔150~250mm开设一取样口，柱上部设溢流孔。将悬浮物浓度及水温已知的水样注入沉淀柱，搅拌均匀后开始计时，每隔20min、40 min、60 min、……分别在每个取样口同时取样50~100mL，测定其悬浮物浓度并利用下式计算各水样的去除率。
              （式1）
以取样口高度为纵坐标，以取样时间为横坐标，将同一沉淀时间与不同高度的去除率标注在坐标内，将去除率相对的各点连成去除曲线，绘制絮凝沉淀等去除率曲线。
静沉重絮凝沉淀颗粒去除率的计算基本思路和自由沉淀一致，但方法有所不同。自由沉淀采用累计曲线计算法，而絮凝沉淀采用的是纵深分析法，根据絮凝沉淀等去除率曲线，应用图解法近似求出不同时间、不同高度的颗粒去除率，图解法就是在絮凝沉淀曲线上作中间曲线，计算见图，去除率分为两部分。
（1）全部被去除的悬浮颗粒。即指在制定的停留时间T及给定的沉淀池有效水深H₀两直线相交点的等去除率线所对应的E值，它只表示的那部分完全可以去除颗粒的去除率。
（2）部分被去除的悬浮颗粒。悬浮物沉淀时，虽然有些颗粒小，沉速小，不可能从池顶沉到池底，但处在池体的某一高度时，在满足时就可以被去除。这部分颗粒是指沉速的那些颗粒。这部分颗粒的沉淀效率也不相同，其中颗粒的沉速快。其计算方法、原理和分散颗粒沉淀一样，用图解法，因中间曲线对应的不同去除率的水深度分别为h₁、h₂、h_i、…，则近似地代表了这部分颗粒中所能沉到池底的比例。这样可将分散颗粒沉淀中的用
代替。
综上所述，总去除率用下式计算
   （式2）
五、实验结果整理
（1）实验基本参数整理
     实验日期          年     月     日     水样性质及来源
     沉淀柱直径D=                          柱高H=             
     水温/℃                              原水悬浮物浓度SS₀(mg/L)           
     绘制沉淀柱及管路连接图
(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在各取样点的坐标上。
（3）在以沉淀时间T为横坐标，以深度H为纵坐标，将取样各点的去除率填在各取样点的坐标上。
（4）在上述基础上，用内插法绘制等去除率曲线。E最好是以5%或10%为一间距，如25%、35%、45%、或20%、25%、30%。
（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（式2）计算不同沉淀时间的总去除率。
（6）以沉淀时间t为横坐标，E为纵坐标，绘制不同有效水深H的E~H关系曲线及E~u曲线。
六、注意事项
（1）向沉淀柱进水时，速度要适中，既要防止悬浮物由于进水速度过慢而絮凝沉淀；又要防止由于进水速度过快，沉淀开始后柱内还存在紊流，影响沉淀效果。
（2）由于同时从每个柱的5个取样口取样，人员分工、烧杯编号等准备工作要做好，以便能在较短的时间内从上至下准确的取出水样。
（3）测定悬浮物浓度时，一定要注意两平行水样的均匀性。
（4）注意观察，描述颗粒沉淀过程中自然絮凝作用及沉速的变化。
七、思考题
1、  观察絮凝沉淀现象，并叙述与自由沉淀现象有何不同，实验方法有何区别。
2、  两种不同性质污水经絮凝实验后，所得同一去除率的曲线之曲率不同，试分析其原因，并加以讨论。