《水處理實驗技術》指導書電子版本

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。水處理實驗技術指導書-水處理實驗技術指導書實驗一顆粒自由沉淀實驗一、顆粒自由沉淀實驗顆粒自由沉淀實驗是研究濃度較稀時的單顆顆粒的沉淀規(guī)律。一般是通過沉淀柱靜沉實驗，獲取顆粒沉淀曲線。它不僅具有理論指導意義，而且也是給水排水處理工程中，某些構筑物如給水與污水的沉砂池設計的重要依據(jù)。目的1加深對自由沉淀特點、基本概念及沉淀規(guī)律的理解。2掌握顆粒自由沉淀實驗的方法，并能對實驗數(shù)據(jù)進行分析、整理、計算和繪制顆粒自由沉淀曲線。原理濃度較稀的、粒狀顆粒的沉淀屬于自由沉淀，其特點是靜沉過程中顆?；ゲ桓蓴_、等速下沉，其

2、沉速在層流區(qū)符合Stokes（斯篤克斯）公式。但是由于水中顆粒的復雜性，顆粒粒徑、顆粒比重很難或無法準確地測定，因而沉淀效果、特性無法通過公式求得而是通過靜沉實驗確定。由于自由沉淀時顆粒是等速下沉，下沉速度與沉淀高度無關，因而自由沉淀可在一般沉淀柱內進行，但其直徑應足夠大，一般應使D100mm以免顆粒沉淀受柱壁干擾。具有大小不同顆粒的懸浮物靜沉總去除率與截留速度U。、顆粒重量百分率的關系如下：(3-1)此種計算方法也稱為懸浮物去除率的累積曲線計算法。設在一水深為H的沉淀柱內進行自由沉淀實驗，如圖3一且示。實驗開始，沉淀時間為0，此時沉淀柱內懸浮物分布是均勻的，即每個斷面上顆粒的數(shù)量與粒徑的組成

3、相同，懸浮物濃度為C0（mgL），此時去除率E0。實驗開始后，不同沉淀時間I；，顆粒最小沉淀速度U；相應為(3-2)此即為ti,時間內從水面下沉到池底（此處為取樣點）的最小顆粒di所具有的沉速。此時取樣點處水樣懸浮物濃度為Ci，而(3-3)此時去除率E0，表示具有沉速uui(粒徑ddi)的顆粒去除率，而(3-4)則反映了ti時，未被去除之顆粒即ddi的顆粒所占的百分比。實際上沉淀時間ti內，由水中沉至池底的顆粒是由兩部分顆粒組成，即沉速uui的那一部分顆粒能全部沉至池底。除此之外，顆粒沉速usui的那一部分顆粒，也有一部分能沉至池底。這是因為，這部分顆粒雖然粒徑很小，沉速usui，但是這部分顆

4、粒并不都在水面，而是均勻地分布在整個沉淀柱的高度內，因此，只要在水面下，它們下沉至池底所用的時間能少于或等于具有沉速ui的顆粒由水面降至池底所用的時間ti，那么這部分顆粒也能從水中被除去。沉速usui的那部分顆粒雖然有一部分能從水中去除，但其中也是粒徑大的沉到池底的多，粒徑小的沉到池底的少，各種粒徑顆粒去除率并不相同。因此若能分別求出各種粒徑的顆粒占全部顆粒的百分比，并求出該粒徑在時間ti內能沉至池底的顆粒占本粒徑顆粒的百分比，則二者乘積即為此種粒徑顆粒在全部顆粒中的去除率。如此分別求出usui的那些顆粒的去除率，并相加后，即可得出這部分顆粒的去除率。為了推求其計算式，我們首先繪制uiP關系曲

5、線，其橫坐標為顆粒沉速u，縱坐標為未被去除顆粒的百分比P，如圖32示。由圖中可見，(3-5)故P是當選擇的顆粒沉速由u1降至u2時，整個水中所能多去除的那部分顆粒的去除率，也就是所選擇的要去除的顆粒粒徑由d1減到d2時，此時水中所能多去除的，即粒徑在d1d2之間的那部分顆粒所占的百分比。因此當P間隔無限小時，則dP代表了小于di的某一粒徑d占全部顆粒的百分比。這些顆粒能沉至池底的條件，應是由水中某一點沉至池底所的用的時間，必須等于或小于具有沉速為ui的顆粒由水面沉至池底所用的時間，即應滿足由于顆粒均勻分布，又為等速沉淀，故沉速和uui的顆粒只有在x水深以內才能沉到池底。因此能沉至池底的這部分顆

6、粒，占這種粒徑的百分比為，如圖3-1所示，而此即為同一粒徑顆粒的去除率。取u0=ui，且為設計選用的顆粒沉速；usu，則有由上述分析可見，dPS。反映了具有沉速uS顆粒占全部顆粒的百分比，而則反映了在設計沉速為u0的前提下，具有沉速uS（u0）的顆粒去除量占本顆?？偭康陌俜直?。故(3-6)正是反映了在設計沉速為u0時，具有沉速為uS的顆粒所能去除的部分占全部顆粒的比率。利用積分求解這部分U。M。的顆粒的去除率，則為故顆粒的去除率為(3-7)工程中常用下式計算(3-8)設備及用具1有機玻璃管沉淀柱一根，內徑D100mm，高1.5m。工作水深即由溢流口至取樣口距離，共兩種，H10.9m,H21.2

7、m。每根沉降往上設溢流管，取樣管，進水及放空管。2配水及投配系統(tǒng)包括鋼板水池，攪拌裝置，水泵、配水管，循環(huán)水管和計量水深用標尺、如圖33示。3計量水深用標尺，計時用秒表或手等。4玻璃燒杯，移液管，玻璃棒，瓷盤等。5懸浮物定量分析所需設備萬分之一天平，帶蓋稱量瓶，干燥皿、烘箱、抽濾裝置、定量濾紙等。6水樣可用煤氣洗滌污水，軋鋼污水，天然河水或人工配制水樣。步驟及記錄1將實驗用水倒入水池內，開啟循環(huán)管路閘門2，用泵循環(huán)或機械攪拌裝置攪拌，待池內水質均勻后，從池內取樣，測定懸浮物濃度，此即為C0值。2開啟閘門1、3，關幾扣閘門2，水經(jīng)配水管進入沉淀管內，當水上升到溢流口，并流出后，關閉閘門3、停泵。

8、記錄時間，沉淀實驗開始。3隔5、10、20、30、60、120min由取樣口取樣，記錄沉淀柱內液面高度。4觀察懸浮顆粒沉淀特點、現(xiàn)象。I5測定水樣懸浮物含量。6實驗記錄用表，如表3-1所示。表3-1顆粒自由沉淀實驗記錄日期：水樣：靜沉時間(min)濾紙編號稱量瓶號稱量瓶+濾紙重(g)取樣體積(mL瓶紙+SS重(g)水樣SS重(g)C0(mg/L)(mg/L)沉淀高度H(cm)0510203060120注意事項1向沉淀柱內進水時，速度要適中，既要較快完成進水，以防進水中一些較重顆粒沉淀，又要防止速度過快造成柱內水體紊動，影響靜沉實驗效果。2取樣前，一定要記錄管中水面至取樣口距離H0（以cm計）。

9、3取樣時，先排除管中積水而后取樣，每次約取300400mL。4測定懸浮物時，因顆粒較重，從燒杯取樣要邊攪邊吸，以保證兩平行水樣的均勻性。貼于移液管壁上的細小顆粒一定要用蒸餾水洗凈。數(shù)據(jù)整理實驗基本參數(shù)整理實驗日期：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C0（mgL）繪制沉淀柱草圖及管路連接圖2實驗數(shù)據(jù)整理將實驗原始數(shù)據(jù)按表32整理，以備計算分析之用。表中不同沉淀時間ti時，沉淀管內未被移除的懸浮物的百分比及顆粒沉速分別按下式計算未被移除懸浮物的百分比扣C0原水中SS濃度值，mgL；Ci某沉淀時間后，水樣中SS濃度值，mgL。H。相應顆粒沉速。4以顆粒沉速u為橫坐標，以P為縱

10、坐標，在普通格紙上繪制uP關系曲線。5利用圖解法列表（表3-3）計算不同沉速時，懸浮物的去除率。表32實驗原始數(shù)據(jù)整理表沉淀高度（cm）沉淀時間（mln）實測水樣SS（mg/L）計算用SS（mgL）未被移除顆粒百分比Pi顆粒沉速u（mm/s）表33懸浮物去除率E的計算序號u0P01-P0P6根據(jù)上述計算結果，以E為縱坐標，分別以u及t為橫坐標，繪制uE，tE關系曲線。思考題1自由沉淀中顆粒沉速與絮凝沉淀中顆粒沉速有何區(qū)別。2繪制自由沉淀靜沉曲線的方法及意義。3沉淀柱高分別為H1.2m，H0.9m，兩組實驗成果是否一樣，為什么？4利用上述實驗資料，按計算不同沉淀時間t的沉淀效率E，繪制Et，Eu

11、靜沉曲線，并和上述整理結果加以對照與分析，指出上述兩種整理方法結果的適用條件。二、原水顆粒分析實驗原水顆粒分析實驗主要測定水中顆粒粒徑的分布情況。水中懸浮顆粒的去除不僅與原水懸浮物數(shù)量或濁度大小有關，而且還與原水顆粒粒徑的分布有關。粒徑越小，越不易去除，因此顆粒分析實驗對選擇給水處理構筑物及投藥量都是十分重要的。目的1學會一種用一般設備測定顆粒粒徑分布的方法。2加深對自由沉淀及stokes（斯篤克斯）公式的理解。原理100m以下的泥沙顆粒沉降時雷諾數(shù)小于1，已知水溫、沉速，可用stokes公式求出粒徑。（3-9）式中u顆粒沉速，ms；v一水的運動粘度，m2s；Ss顆粒的比重，無單位；g重力加速

12、度，981mS2；d粒徑，m。玻璃瓶中裝待測顆粒分析的渾水（濁度已知），搖勻后，用虹吸管在瓶中某一固定位置每隔一定時間取一個水樣，取樣點處顆粒最大粒徑是逐漸減小的，因此濁度也是逐漸降低的。根據(jù)沉淀時間及沉淀距離可以求出沉速U，已知水溫、沉速，可以求出取樣點處的顆粒最大粒徑。取樣時，粒徑大于該最大粒徑的顆粒都已沉至取樣點下面，小于該最大粒徑的顆粒每單位體積的顆粒數(shù)與沉淀開始相比，基本不變（因粒徑一定，水溫相同則沉速5不變，沉下去的顆?？捎缮厦娉料聛淼难a充）。由沉淀過程中取樣點濁度的變化，即可求出小于某一粒徑的顆粒重量所占全部顆粒重量的百分數(shù)。設備及用具】1實驗裝置見圖34。210L玻璃瓶1個、2

13、00mL燒杯一只。3虹吸取樣管、吸耳球各一個。4水位尺、秒表、溫度表各一只。5光電式渾濁度儀一臺。步驟及記錄1將已知濁度的渾水裝入10L玻璃瓶中，水面接近玻璃瓶直壁的頂部。2將玻璃瓶中的水搖勻，立即將瓶塞蓋好。虹吸取樣管及溫度表固定在瓶塞上，蓋好憑塞的同時，取樣點的位置也就確定了。3蓋好瓶塞后，每隔一定時間用虹吸管取水樣，即1、2、5、15min、1、2、4、8h（時間都從開始沉淀算起）時取水樣，測濁度。4每次取樣前記錄水面至取樣點的距離，記水溫。原水顆粒分析記錄見表3-4。注意事項配制渾水濁度宜小于100度。不必用蒸餾水稀釋。濁度儀一次就能量出濁度。2虹吸管取樣時，應先放掉虹吸管內的少量存水

14、（約20mL），然后取樣。每次取水樣的體積，夠測濁度即可。3取樣點離瓶底距離不要小于10cm，以免取樣時將瓶底沉泥吸取，也不要大于15cm。大于15cm時，可能滿足不了多次取水樣的需要。4用洗耳球吸取虹吸管內的空氣時，只能吸氣，不能把空氣鼓人瓶中，把沉淀水攪渾。成果整理1計算每次取樣時的平均沉速U。2計算自沉淀開始至每次取樣這段時間的平均水溫。3查七時水的運動粘度V。4求每次所取水樣的最大粒徑d。5計算每次取樣時粒徑小于該最大粒徑的顆粒的重量占原水中全部顆粒重量的百分數(shù)。6以對數(shù)格粒徑d（m）為橫坐標，以普通格小于某一粒徑顆粒重量百分數(shù)為縱坐標，繪顆粒分析曲線。表34原水顆粒分析記錄表（表格中

15、的數(shù)字系某水樣的實驗數(shù)據(jù)）靜沉時間0(min)1(min)2(min)5(min)15(min)30(min)1(h)2(h)4(h)8(h)取水樣時間8：008：018：028：058：158：309：0010：0012：0016：00沉淀距離h(10-2m)13.312.812.311.811.310.810.39.0平均沉速(10-2m/s)0.2130.1033.9310-21.2610-2610-22.8610-23.1310-4沉淀過程中的平均水溫20202020t時的v值(10-4m/s)0.01010.01010.01010.0101所取水樣的最大粒徑d(m)49342111.

16、98.25.71.9所取水樣的濁度30.228.027.326.826.626.324.410.9小于該粒徑顆粒所占的百分數(shù)（%）92.790.488.788.187.180.836.1思考題1小于IPI的顆粒，能否用這種方法測粒徑？渾水濁度為10000度時能否用這種方法測粒徑？對本實驗有何改進意見？實驗二絮凝沉淀實驗絮凝沉淀實驗是研究濃度一般的絮狀顆粒的沉淀規(guī)律。一般是通過幾根沉淀柱的靜沉實驗，獲取顆粒沉淀曲線。不僅可借此進行沉淀性能對比、分析，而且也可作為污水處理工程中某些構筑物的設計和生產運行的重要依據(jù)。目的加深對絮凝沉淀的特點，基本概念及沉淀規(guī)律的理解。掌握絮凝實驗方法，并能利用實驗數(shù)

17、據(jù)繪制絮凝沉淀靜沉曲線。原理懸浮物濃度不太高，一般在600700mg/L以下的絮狀顆粒的沉淀屬于絮凝沉淀，如給水工程中混凝沉淀，污水處理中初沉池內的懸浮物沉淀均屬此類。沉淀過程中由于顆粒相互碰撞，凝聚變大，沉速不斷加大，因此顆粒沉速實際上是一變速。我們所說的絮凝沉淀顆粒沉速，是指顆粒沉淀平均速度。在平流沉淀池中，顆粒沉淀軌跡是一曲線，而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。因此沉淀柱不僅要考慮器壁對懸浮物沉淀的影響，還要考慮柱高對沉淀效率的影響。靜沉中絮凝沉淀顆粒去除率的計算基本思想與自由沉淀一致，但方法有所不同。自由沉淀采用累積曲線計算法，

18、而絮凝沉淀采用的是縱深分析法，顆粒去除率按下式計算。（3-10）計算如圖3-5示。去除率同分散顆粒一樣，也分成兩部分：（1）全部被去除的顆粒部分。這部分顆粒是指在給定的停留時間（如圖中T1），與給定的沉淀池有效水深（如圖中H=Z0）時，兩首線相交點的等去除率線的E值，如圖中的EE2。即在沉淀時間t=T1，沉降有效水深H=Z0時具有沉速的那些顆粒能全部被去除其去除率家為E2。（2）部分被去除的顆粒部分同自由沉淀一樣，懸浮物在沉淀時雖說有些顆粒較小，沉速較小，不可能從池頂沉到池底，但是在池體中某一深度下的顆粒，在滿足條件即沉到池底所用時間時，這部分顆粒也就被去除掉了。當然，這部分顆粒是指沉速的那些

19、顆粒，這些顆粒的沉淀效率也不相同也是顆粒大的沉淀快，去除率大些。其計算方法、原理與分散顆粒一樣，這里是用代替了分散顆粒中的式中，所反映的就是把顆粒沉速由u0降到us時，所能多去除的那些顆粒占全部顆粒的百分比。這些顆粒，在沉淀時間t0時，并不能全部沉到池底，而只有符合條件tst0的那部分顆粒能沉到池底，故有。同自由分散沉淀一樣，由于us為未知數(shù)，故采用近似計算法，用在來代替，工程上多采用等分間的中點水深Zi代替hi，則近似地代表了這部分顆粒中能沉到池底的顆粒所占的百分數(shù)。由上推論可知，就是沉速為usuu0的這些顆粒的去除量所占全部顆粒的百分比，以次類推，式就是的全部顆粒的去除率。設備及用具沉淀柱

20、：有機玻璃沉淀柱，內徑D100mm，高H=3.6m，沿不同高度設有取樣口，如圖3-6所示。管最上為溢流孔，管下為進水孔，共五套。配水及投配系統(tǒng)：鋼板水池、攪拌裝置、水泵、配水管。定時鐘、燒杯、移液管、瓷盤等。4懸浮物定量分析所需設備及用具：萬分之一分析天平，帶蓋稱量瓶、干燥皿、烘箱、濾抽裝置、定量濾紙等。水樣：城市污水、制革污水、造紙污水或人工配制水樣等。表3-5絮凝沉淀實驗記錄表實驗日期水樣柱號（號）沉淀時間(min)取樣點編號（號）SS(mg/L)SS平均值(mg/L)取樣點有效水深(m)備注1201-11-21-31-41-52402-12-22-32-42-53603-13-23-33

21、-43-54804-14-24-34-44-551205-15-25-35-45-5步驟及記錄1將欲測水樣倒入水池進行攪拌，待攪勻后取樣測定原水懸浮物濃度SS值。2開啟水泵，打開水泵的上水閘門和各沉淀柱上水管閘門。3放掉存水后，關閉放空管閘門，打開沉淀柱上水管閘門。4依次向l5沉淀往內進水，當水位達到溢流孔時，關閉進水閘門，同時記錄沉淀時間。5根沉淀柱的沉淀時間分別為20、40、60、80、120min。5當達到各柱的沉淀時間時，在每根柱上，自上而下地依次取樣，測定水樣懸浮物的濃度。6記錄見表3-5。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

22、速度過快，沉淀開始后柱內還存在紊流，影響沉淀效果。2由于同時要由每個柱的5個取樣口取樣，故人員分工、燒杯編號等準備工作要做好，以便能在較短的時間內，從上至下準確地取出水樣。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。整數(shù)據(jù)理1實驗基本參數(shù)整理實驗日期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（mgL）繪制沉淀柱及管路連接圖2實驗數(shù)據(jù)整理將表35實驗數(shù)據(jù)進行整理，并計算各取樣點的去除率E，列成表了3-6。表36各取樣點懸浮物去除率E值計算沉淀時間(min)取樣深度（m）12345204060801200.61.21.

23、82.43.03以沉淀時間t為橫坐標，以深度為縱坐標，將各取樣點的去除率填在各取樣點的坐標上，如圖37所示。4在上述基礎上，用內插法，繪出等去除率曲線。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)公式（3-10）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Et關系曲線，及Eu曲線。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，實驗方法有何區(qū)別。2兩種不同性質之污水經(jīng)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。實際工程中，哪些沉淀屬于絮凝

24、沉淀。實驗三混凝沉淀實驗混凝沉淀實驗是給水處理的基礎實驗之一，被廣泛地用于科研、教學和生產中。通過混凝沉淀實驗，不僅可以選擇投加藥劑種類，數(shù)量，還可確定其它混凝最佳條件。目的1通過本實驗，確定某水樣的最佳投藥量。2觀察礬花的形成過程及混凝沉淀效果。原理天然水中存在大量膠體顆粒，是使水產生渾濁的一個重要原因，膠體顆?？孔匀怀恋硎遣荒艹サ摹Ｋ械哪z體顆粒，主要是帶負電的粘土顆粒。膠粒間的靜電斥力，膠粒的布朗運動及膠粒表面的水化作用，使得膠粘具有分散穩(wěn)定性，三者中以靜電斥力影響最大。向水中投加混凝劑能提供大量的正離子，壓縮膠團的擴散層，使電位降低，靜電斥力減小。此時，布朗運動由穩(wěn)定因素轉變?yōu)椴环€(wěn)定

25、因素，也有利于膠粒的吸附凝聚。水化膜中的水分子與膠粒有固定聯(lián)系，具有彈性和較高的粘度，把這些水分子排擠出去需要克服特殊的阻力，阻礙膠粒直接接觸。有些水化膜的存在決定于雙電層狀態(tài)，投加混凝劑降低電位。有可能使水化作用減弱?；炷齽┧夂笮纬傻母叻肿游镔|或直接加入水中的高分子物質一般具有鏈狀結構在膠粒與膠粒間起吸附架橋作用，即使電位沒有降低或降低不多，膠粒不能相互接觸，通過高分子鏈狀物吸附膠粒，也能形成絮凝體。消除或降低膠體顆粒穩(wěn)定因素的過程叫做脫穩(wěn)。脫穩(wěn)后的膠粒，在一定的水力條件下，才能形成較大的絮凝體，俗稱礬花。直徑較大且較密實的礬花容易下沉。自投加混凝劑直至形成較大礬花的過程叫混凝?；炷x不開

26、投混凝劑?；炷^程見表3-8。表3-8階段凝聚絮凝過程混合脫穩(wěn)異向絮凝為主同向絮凝為主作用藥劑擴散混凝劑水解雜質膠體脫穩(wěn)脫穩(wěn)膠體聚集微絮凝體的進一步碰撞聚集動力質量遷移溶解平衡各種脫穩(wěn)機理分子熱運動（布朗擴散）液體流動的能量消耗處理構筑物混合設備反應設備膠體狀態(tài)原始膠體脫穩(wěn)膠體絮凝膠體礬花膠體粒徑0.010.001m約510m0.52mm由于布朗運動造成的顆粒碰撞絮凝，叫“異向絮凝”。由機械運動或液體流動造成的顆粒碰撞絮凝，叫“同向絮凝”。異向絮凝只對微小顆粒起作用，當粒徑大于15m時。布朗運動基本消失。從膠體顆粒變成較大的礬花是一連續(xù)的過程，為了研究的方便可劃分為混合和反應兩個階段?；旌想A段

27、要求渾水和混凝劑快速均勻混合，一般說來，該階段只能產生用眼睛難以看見的微絮凝體；反應階段則要求將微絮凝體形成較密實的大粒徑礬花?；旌虾头磻柘哪芰?，而速度梯度G值能反映單位時間單位體積水耗能值的大小，混合的G值應大于300500S-1，時間一般不超過30S，G值大時混合時間宜短。水泵混合是一種較好的混合方式，本實驗水量小便可采用機械攪拌混合。由于粒徑大的礬花抗剪強度低，易破碎，而G值與水流剪力成正比，故反應開始至反應結束，隨著礬花逐漸增大，G值宜逐漸減小。從理論上講反應開始時的G值宜接近混合設備出口的G值，反應終止時的G值宜接近沉淀設備進口的G值，但這樣會帶來一些問題。例如反應設備構造較復雜，在沉淀設備前產生沉淀。實際設計中G值在反應開始時可采用100S-1左右，反應結束時可采用10S-1左右。整個反應設備的平均G值約為2070S-1，反應時間約1530min，本實驗采用機械攪拌反應，G值及反應時間T值（以秒計）應符合上述要求。近年來出現(xiàn)若干高效反應設備，由于能量利用率高，反應時間比15m