實(shí)驗(yàn)二自由沉淀水處理教案(清華大學(xué)精品課程)

1、實(shí)驗(yàn)二自由沉淀一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察沉淀過(guò)程，加深對(duì)自由沉淀特點(diǎn)、基本概念及沉淀規(guī)律的理解；2、掌握顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)的方法，求出沉淀曲線。二、實(shí)驗(yàn)原理濃度較稀的、粒狀顆粒的沉淀屬于自由沉淀，其特點(diǎn)是靜沉過(guò)程中顆?；ゲ桓蓴_、等速下沉，其沉速在層流區(qū)符合 Stokes 公式。由于水中顆粒的復(fù)雜性，顆粒粒徑、顆粒比重很難或無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)定，因而沉淀效果、特性無(wú)法通過(guò)公式求得，而是要通過(guò)靜沉實(shí)驗(yàn)確定。由于自由沉淀時(shí)顆粒是等速下沉，下沉速度與沉淀高度無(wú)關(guān)，因而自由沉淀可在一般沉淀柱內(nèi)進(jìn)行，但其直徑應(yīng)足夠大，一般應(yīng)使D100mm 以免顆粒沉淀受柱壁干擾。圖 1自由沉淀實(shí)驗(yàn)裝置圖1、沉淀柱2、水泵3、水箱4、支

2、架5、氣體流量計(jì)6、氣體入口7、排水口8、取樣口一般來(lái)說(shuō)，自由沉淀實(shí)驗(yàn)可按以下兩個(gè)方法進(jìn)行：（一） 底部取樣法底部取樣法的沉淀效率通過(guò)曲線積分求得。 設(shè)在一水深為 H 的沉淀柱內(nèi)進(jìn)行自由沉淀實(shí)驗(yàn)，如圖 1 所示。將取樣口設(shè)在水深 H 處，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)（ t=0），整個(gè)實(shí)驗(yàn)筒內(nèi)懸浮物顆粒濃度均為 C0。分別在 t1 、t2 、 tn 時(shí)刻取樣，分別測(cè)得濃度為 C1 、C2、 Cn 。那么，在時(shí)間恰好為t1、 t2 、 tn 時(shí)，沉速為11、 h/t2=u2 、 h/tn=un 的顆粒恰好通過(guò)取樣口向下沉，相應(yīng)地這些顆h/t =u粒在高度 H 中已不復(fù)存在了。 記 pi=Ci/C0，則 1-p i

3、代表時(shí)間 ti 內(nèi)高度 H 中完全去除的顆粒百分?jǐn)?shù)， pjk（ k>j i）代表沉速位于 uj 和 uk 之間的顆粒百分?jǐn)?shù)，在時(shí)-p間 ti 內(nèi)，這部分顆粒的去除百分?jǐn)?shù)為(uj uk ) / 2、 無(wú)限接近時(shí)，ui( p j pk ) ，當(dāng) j k(u juk) / 2pk )u jdp j 。 這樣 ，在時(shí)間 ti 內(nèi)，沉 淀柱的總沉淀 效率ui( p juiP(1pi u jdp j。實(shí)際操作過(guò)程中，可繪出p-u 曲線并通過(guò)積分求出沉淀pi )u0i效率。（二） 中部取樣法與底部取樣法不同的是， 中部取樣法將取樣口設(shè)在沉淀柱有效沉淀高度 （H）的中部。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，沉淀時(shí)間為0 ，此時(shí)

4、沉淀柱內(nèi)懸浮物分布是均勻的，即每個(gè)斷面上顆粒的數(shù)量與粒徑的組成相同，懸浮物濃度為 C0（ mg/l ），此時(shí)去除率 E=0 。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，懸浮物在筒內(nèi)的分布變得不均勻。不同沉淀時(shí)間ti，顆粒下沉到池底的最小沉淀速度ui 相應(yīng)為uiH。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，此時(shí)應(yīng)將實(shí)驗(yàn)筒內(nèi)有效水ti深 H 的全部水樣取出， 測(cè)量其懸浮物含量， 來(lái)計(jì)算出 ti 時(shí)間內(nèi)的沉淀效率。 但這樣工作量太大， 而且每個(gè)實(shí)驗(yàn)筒只能求一個(gè)沉淀時(shí)間的沉淀效率。 為了克服上述弊病，又考慮到實(shí)驗(yàn)筒內(nèi)懸浮物濃度隨水深的變化， 所以我們提出的實(shí)驗(yàn)方法是將取樣口裝在 H/2 處，近似地認(rèn)為該處水樣的懸浮物濃度代表整個(gè)有效水深內(nèi)懸浮物的平均濃度。 我們

5、認(rèn)為這樣做在工程上的誤差是允許的， 而實(shí)驗(yàn)及測(cè)定工作也可以大為簡(jiǎn)化， 在一個(gè)實(shí)驗(yàn)筒內(nèi)就可以多次取樣， 完成沉淀曲線的實(shí)驗(yàn)。 假設(shè)此 時(shí) 取 樣 點(diǎn) 處 水 樣 水 樣 懸 浮 物 濃 度 為 C i ， 則 顆 粒 總 去 除 率E0 1 PiC0 Ci1C i 。而 PiCi 則反映了 ti 時(shí)未被去除的顆粒（即 d<diC 0C 0C0的顆粒）所占的百分比。三、實(shí)驗(yàn)水樣硅藻土自配水。四、主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、沉淀實(shí)驗(yàn)筒 直徑 140mm ，工作有效水深（由溢出口下緣到筒底的距離）為 2000mm ；2、過(guò)濾裝置；3、懸浮物定量分析所需設(shè)備。 以 SS 為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)， 定量分析設(shè)備包括萬(wàn)分之

6、一電子天平，帶蓋稱(chēng)量瓶，干燥器，烘箱等；以懸浮物濁度為衡量指標(biāo)時(shí)，定量分析設(shè)備為濁度儀。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、將水樣倒入攪拌筒中，用泵循環(huán)攪拌約5 分鐘，使水樣中懸浮物分布均勻；2、用泵將水樣輸入沉淀實(shí)驗(yàn)筒，在輸入過(guò)程中，從筒中取樣兩次，每次約20ml （若以 SS 為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，取樣量應(yīng)提高到 100ml 并在取樣后準(zhǔn)確記下水樣體積）。此水樣的懸浮物濃度即為實(shí)驗(yàn)水樣的原始濃度 C0；3、當(dāng)廢水升到溢流口，溢流管流出水后，關(guān)緊沉淀實(shí)驗(yàn)筒底部閥門(mén)，停泵，記下沉淀開(kāi)始時(shí)間。4、觀察靜置沉淀現(xiàn)象；5、隔 5、 10、20 、30 、45、 60、75 、90 分鐘，從實(shí)驗(yàn)筒 底部取樣口 及中部取樣口 各取樣兩次，每次約 20ml （若以 SS 為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，取樣量應(yīng)提高到 100ml 并在取樣后準(zhǔn)確記下水樣體積） 。取水樣前要先排出取樣管中的積水約 10ml 左右，取水樣后測(cè)量工作水深的變化；6、將每一種沉淀時(shí)間的兩個(gè)水樣作平行實(shí)驗(yàn)，測(cè)量其SS 值或濁度。水樣SS 值的測(cè)量步驟如下：用濾紙過(guò)濾（濾紙應(yīng)當(dāng)是已在烘箱內(nèi)烘干后稱(chēng)量過(guò)的），過(guò)濾后，再把濾紙放入已準(zhǔn)確稱(chēng)量的帶蓋稱(chēng)量瓶?jī)?nèi)， 在 105-110 烘箱內(nèi)烘干后稱(chēng)量濾紙的增重即為水樣中懸浮物的重量。7、分別對(duì)底部取樣法和中部取樣法計(jì)算不同沉淀時(shí)間 t 的水樣中的懸浮物濃度 C，沉淀效率 E，以及相應(yīng)的顆粒沉速 u，并畫(huà)出