一、实验目的
1、观察自由沉降过程；
2、通过沉降实验学会绘制E~t关系曲线和E~u关系曲线； 3、能正确运用数据求解总去除率ET。
二、实验原理
在含有离散颗粒的废水静置沉淀过程中，若试验柱内有效水深为H，通过不同的沉淀时间t，可求得不同的颗粒沉淀速度u，u=H/t。如以p0表示沉速u 0u0H0p00u/u0dp0。这样，在t 则上式可改写为： udpET(1p0)100u0 式中 p00udp可由沉速分布曲线进行图解积分来确定。如图1-1所示。 1.0 与全部颗粒的重量比 小于指定沉速的颗粒 dx x0 x 0 u u0 沉速 图1-1 颗粒沉速分布曲线 三、实验材料与设备 1、沉降试验柱：直径Φ=100mm，工作有效水深H=180cm。 2、过滤装置：漏斗，烧杯100mL，量筒50mL，玻璃棒，经稀酸洗涤、烘干的滤纸。 3、悬浮物固体测定设备：分析天平、坩埚、干燥器、烘箱等。 4、实验材料：自制的粘土水样。 四、实验步骤 1、将搅拌均匀的水样装入沉降柱中，同时从取样口取两份50mL的水样（要准确记录书样的体积），用重量法测定初始SS浓度C0，并求出平均值； 2、将柱内水位迅速调整到溢流口出，开始记时； 3、当累计时间为5、10、20、30、45、60、90、120min时，从试验柱中部取样口取水2份，每份约50mL（准确记录体积）。取样前先排空取样管中的积水越10mL左右，取样后测定工作水深Hi； 4、将每一沉降时间的水样作平行试验，用滤纸（已烘干称量过）过滤，并将过滤后的滤纸放入已称量的坩埚或称量瓶中，在100℃~110℃烘箱内烘干4小时，然后取出滤纸放入干燥器中，冷却后迅速称量（以防止滤纸吸水过多引起过大的误差）。其增量即为水样中悬浮物的重量； 5、计算不同沉降时间水样中悬浮物浓度Ci，沉淀效率E以及相应的颗粒沉速ui，绘制E~ t、E~u关系曲线。 五、数据记录与处理 1、 实验数据记录见表1-1。 2、根据数据绘制E~t、E~u关系曲线（负荷为20m3/m2.d）。 3、实验结果分析。 表1-1 沉降实验记录表 沉淀 时间 t (min) 5 10 20 30 45 60 90 120 水样体积mL 柱内有效水深m 滤纸重（g） 一次 滤前/滤后 二次 滤前/滤后 悬浮物重（g） 一二次 次 平均 悬浮物平均浓度mg/L 沉降效率 沉淀速度总去ET u（mm/s） 除率 六、自由沉降实例分析 例：某废水中悬浮物浓度不高，且均为离散颗粒，在一有效水深H=2.0m的沉降柱内作沉降试验，其结果见表1-2。试求此废水在一负荷为25m3/m2.d的沉降设备内悬浮物的理论总去除率。 表1-2 静置沉降试验结果 时间（min） 0 60 80 100 130 200 240 420 300 189 180 168 156 111 78 27 取样浓度 C（mg/L） 解：（1）计算各沉降时间下，水中残余颗粒所占百分数与相应的沉降速度u，结果见表1-3所示。 表1-3 各沉降时间下水中残余颗粒所占百分数及沉降速度 时间（min） 残余颗粒百分数 C/C0（%） 沉降速度u=H/t （m/min） 0.033 0.025 0.020 0.015 0.0100.009 0.005 60 80 100 130 200 240 420 63 60 56 52 37 26 9 （2）由表1-3数据作出图1-2所示的沉速分布曲线 （3）计算指定的颗粒沉速： u0=25m3/m2.d=0.0174（m/min） （4）由图1-2查出，当u0=0.0174m/min时，P0=0.54，即有54%的固体颗粒沉速小于u0，其中能被除去的部分占SS总量的分率Σudp/u0用图解法求，计算结果见表1-4所示。 100 90 80 70 60 P0 △x=6 50 △x=6 40 △x=10 30 △x=10 20 △x=10 10 △ x=6 △x=6 u0 2.0 0 1.0 3.0 4.0 沉降速度(×10–2m/min) 图1－2 残余颗粒百分数与沉降速度关系曲线 表1-4 x残余颗粒百分数(%) 0.16 0.48 1.75 1.85 1.25 1.50 dp u V0＝1.74×10–2m/min 0.06 0.06 0.10 0.10 0.10 0.06 0.06 0.0150 0.0122 0.0100 0.0085 0.0070 0.0048 0.0016 udp Σudp 0.09 0.07 0.10 0.09 0.07 0.03 0.01 0.09 0.16 0.26 0.35 0.42 0.45 0.46 udp由公式ET(1p0)100%计算总沉降效率ET： u0udpET(1p0)100% u0=[（1-0.54）+0.0046/0.0174]×100% =72.4% （5）根据试验及计算结果，可将沉淀时间t，沉降效率E，沉降速度u之间的关系绘成图，如图1-3、图1-4所示。 沉淀效率E 沉淀时间t 图1-3 沉淀时间与沉降效率关系曲线 沉淀效率E 颗粒沉速u 图1-4 颗粒沉速与沉淀效率关系曲线 七、思考题 1、简述废水中悬浮颗粒自由沉降的原理。 2、由原始水深为1.5m的沉降柱中点，得到沉降试验的结果如下表所示。试确定表面负荷为200m3/m2.d的平流沉淀池对悬浮液中固体颗粒的沉降效率。 沉降时间（min） 累计水深下降高度 Δh（m） 05 10 3060 90 120 0 0.025 0.045 0.065 0.085 0.11 水样中残留SS浓度 （mg/L） 2775 1586 1250 675 458 353 252 2741 1532 1234 665 452 348 248 3、自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀和压缩沉淀各有什么特点？说明它们的内在联系与区别。 实验三混凝实验 一、实验目的 1、观察混凝现象； 2、了解影响混凝的主要因素； 3、确定混凝剂的最佳投加量及相应的pH值、搅拌时间，并选择最适宜的混凝剂。 二、实验原理 在废水中常含有用重力沉降法不能除去的细微悬浮物和胶体粒子，其粒径分别为100~10000nm和1~100nm。由于布朗运动、水合作用以及微粒间的静电斥力作用，使胶体粒子和细微悬浮物能在水中长期保持悬浮状态，静置不沉。混凝过程首先是要混凝剂形成带正电荷的氢氧微型矾花，并同胶体悬浮物接触使其失去稳定性，接着发生使颗粒增大的凝聚作用（有时为了促进凝聚还需加入助凝剂）。随后这些大颗粒可用沉淀、浮选或过滤等方法去除。 废水在混凝剂的离解和水解产物的作用下，使水中的胶体污染物和细微悬浮物脱稳并聚积为具有可分离性的絮凝过程，称为混凝（包括凝聚和絮凝两个过程）。其中凝聚是指使胶体脱稳并聚集为微絮粒的过程，而絮凝指微絮粒通过吸附桥联、网罗卷捕（网捕）形成更大的絮体的过程。 为了获得易于分离的絮凝体和尽可能低的出水浊度，必须考虑废水浓度、性质、pH值以及混凝剂的种类、用量、搅拌时间等因素对试验的影响。由于每种混凝剂都有一个形成矾花的最佳pH值，因此，在对各种混凝剂进行对比实验前，应先测定各种混凝剂的最佳pH值，然后再进行投药量试验。 三、实验材料及设备 1、自制生活废水或工业废水水样； 2、混凝剂：三氯化铁、聚合硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铁等（常见无机盐混凝剂及性能见附表I）； 3、烧杯24个（1mL）、量筒4个（25mL）、温度计、pH计等； 4、悬浮物测定仪器、搅拌器、分光光度计。 四、实验步骤 1、测定原水的温度、SS浓度（或透光率）、pH值等； 2、确定在废水中能形成矾花的近似最小混凝剂用量。 在量筒中加入200mL样品废水，然后每次加入1mL混凝剂并且不断地满满搅拌废水，直到刚好出现矾花时记录下混凝剂用量。将此用量换算成mg/L，即为近似的最小混凝剂用量。 3、在6只烧杯内各加入1L样品废水，并在各烧杯内加入混凝剂使其剂量等于最小混凝剂用量。调整6个试样的pH值分别为4、5、6、7、8、9，快速搅拌2min，使其产生矾花并充分混合，然后慢速搅拌15min，搅拌的速度应使矾花不受剪切。记录每个试样出现矾花的时间。 4、让全部试样静置沉降30min，观察沉淀情况，计算沉降比。同时取出上清液测定其pH值、SS浓度（或透光率），并作出残留SS浓度（或透光率）与相应的pH值的关系曲线，求出最佳pH值。 5、重新配制6份1L的相同试样，然后再向烧杯中加入不同混凝计量（在最小投加量基础上依此增加2mL）。然后再加入酸或碱，使pH值接近所求的最佳值。重复步骤（3）的搅拌操作。如需投加阳离子高分子电解质，应在快速搅拌结束前投加；阴离子高分子电解质应在混凝阶段中段投加。 6、让全部试样静置沉降30min，计算沉降比，并取出上清液测定其pH值、SS浓度（或透光率），作出SS浓度（或透光率）——混凝剂投加量的关系曲线，确定最佳投药量。 五、实验记录及数据处理 水样名称______________，混合时间___________min，搅拌速度__________r.p.m，反应时间________min，沉淀时间___________min，水样体积_____________mL。 1、在投药量不变的情况下改变pH值 混凝剂___________，投药量__________mL，NaOH溶液浓度____________ H2SO4溶液浓度___________，每升水样投入1mlNaOH（或H2SO4）溶液折合浓度为________mg/L。数据记录见表3-1。 2、改变混凝剂投加量 混凝剂名称____________，溶液浓度____________，助凝剂名称_____________，溶液浓度______________。 每升水样投入1mL混凝剂溶液后折合浓度为____________mg/L。 注：（1）实验中污泥量可取近似值。 （2）换用其它混凝剂重新实验时，在其他条件不变的情况下确定每种混凝剂的最佳投药量。 实验记录表同表3-1。 3、以SS浓度（或透光率）为纵坐标，pH值为横坐标作出SS—pH关系曲线。从图上找出最佳混凝pH值及适用范围；以混凝pH投加量为横坐标作出SS—混凝剂用量关系曲线，找出最佳混凝剂投加量。 表3-1 不同投加量和pH值情况下的实验数据 烧杯号 投药量（mL） 混凝剂 助凝剂 1 2 3 4 5 6 水温（℃） pH 出现矾花时间（min） 沉淀情况 上清液SS浓度（mg/L） 透光率× 污泥沉降比（SV） 六、实例分析 某工厂活性污泥系统二次沉淀池出水CODcr为150mg/L（相当于CODMn为80mg/L），不能满足排放要求，需要进行化学混凝沉淀，用于对比的混凝剂为硫酸铝（AS）、碱式氯化铝（PAC）、三氯化铝（FC）。为了分析化验方便，以CODMn作为对比项目。 今以硫酸铝为代表，说明如何通过试验求最佳pH值和最佳混凝剂用量。试验用工业硫酸铝，含无水硫酸铝成分24%。 1、求近似最小混凝剂用量； 在200mL 试样中加入1%硫酸铝溶液2.5mL可使其凝聚。因此最小混凝剂用量为125mg/L。 2、求最佳pH值 保持各量筒中硫酸铝投加量125mg/L条件下调整它们的pH值，使其分别为4、5、6、7、8、9。沉淀后取上清液测定CODMn，结果如表3-2所示。 表3-2 pH值和剩余CODMn的关系 形成矾花的时间上层清液的pH值上层清液的剩余 （min）CODMn（mg/L） 8.5 4.0 52 4.3 5.1 46 2.0 5.9 40 2.0 7.0 39 2.0 8.0 55 2.3 9.0 70 根据表3-2作剩余CODMn—pH值曲线，如图3-1所示。根据该图得到最佳pH值为6.5。 图3-1 最佳pH值 3、求最佳混凝剂投加量 由于硫酸铝最小剂量为125mg/L，算得其25%和200%的剂量分别为31mg/L和250mg/L。将其等分得每只烧杯内硫酸铝差量为45mg/L。 保持各烧杯内pH值为6.5 的条件下，使它们的硫酸铝投加量由30mg/L开始，以后每只递增45mg/L。沉淀后取上清液测定CODMn，其结果见表3-3。 根据表3-3作出剩余CODMn——硫酸铝投加量曲线，如图3-2所示。由表3-3的最佳硫酸铝投加量为165mg/L。如果求得的最佳混凝剂投加量正好是本实验的一个试样，则可利用其上清液再补测一个COCCr值。如求得的最佳混凝剂投加量是曲线上的一点，但不是本试验的一个试样，则最好用该投加量再补充做一个试验，取其上清液测定CODCr值。 表3-3 硫酸铝投加量和剩余CODMn的关系 形成矾花的时间硫酸铝投加量（mg/L）上层清液的剩余 （min）CODMn（mg/L） 3.5 30 67 2.0 75 55 1.0 120 39 1.0 165 32 1.0 210 35 1.0 255 41 图3-2 最佳混凝剂投加量 对各种混凝剂进行对比试验时，除比较处理效果和加药费用外，还应比较投加混凝剂后产生的污泥量和污泥体积。 七、思考题 1、混凝过程的混合阶段和反应阶段对搅拌强度和时间的要求有什么不同？为什么？ 2、简述混凝处理的原理。 常见无机盐混凝剂及性能见附表I。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容