82《水工程实验技术》实验指导书

福建工程学院实验指导书课程名称：水工程实验技术学院：环境与设备工程系专业、班级：给排水实验一自由沉降实验实验二絮凝沉淀实验实验三混凝实验实验四静态活性炭吸附试验实验五离子交换实验实验六活性污泥性能参数的测定实验实验七曝气设备清水充氧性能测定实验实验八折点加氯消毒实验实验成绩课内评分20%实验报告评分80%合计得分内容及格式15数据处理及结果30图表及曲线15分析及讨论30其他10实验一自由沉降实验一、实验目的（1）掌握颗粒自由沉淀试验的方法；（2）进一步了解和掌握自由沉淀规律，根据试验结果绘制自由沉降曲线。去除率～沉速曲线（η～u曲线）、去除率～时间曲线（η~t曲线）和未被去除颗粒百分比～沉速曲线（P～u曲线）。二、实验原理浓度较稀、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀。自由沉淀的特点是：沉降过程中颗粒互不干扰、等速下沉、沉速在层流区符合Stokes公式。悬浮物去除率的累积曲线计算：0000)1(PsdPuuP其中：η——总去除率P0、P——未被去除颗粒的百分比us、u0——沉淀速度实验用沉淀柱进行，如图3-1。初始时，沉淀时间为0，悬浮物浓度为C0，去除率η=0。设水深为H（实验时为水面到取样口的垂直距离），在ti时间能沉到H深度的最小颗粒di的沉速可表示为：iitHu。实际上，沉淀时间ti内，由水中沉至柱底的颗粒是由两部分颗粒组成，即沉速isuu的那一部分颗粒能全部沉至柱底，同时，颗粒沉速isuu的颗粒也有一部分能沉到柱底，这部分颗粒虽然粒径很小，沉速isuu，但这部分颗粒并不全在水面，而是均匀分布在整个柱内，因此，只要在水面一下，它们下沉至池底所用的时间小于或等于沉速ui的颗粒由水面降至池底所用的时间ti，则这部分颗粒能从水中被去除。在ti时间，取样点处实验悬浮物浓度为Ci，沉速isuu的颗粒的去除率：000011iiiCCCPCC，其中，0CCPii表示未被去除的颗粒所占的百分比。绘制P~ui关系曲线，可知121212000CCCCPPPCCC，P是但选择的颗粒沉速由u1降至u2，即颗粒粒径有d1减到d2时，此时水中所能多去除的，粒径在d1~d2间的那部分颗粒的百分比。当P无限小时，dP代表了小于d1的某一粒径d占全部颗粒的百分比。这些颗粒能沉到柱底的条件是：颗粒由水中某一点沉到柱底所用的时间，等于或小于具有沉速ui的颗粒由水面沉至柱底所用的时间，即满足：xixHuu，xiHuxu由于自由沉降颗粒均匀分布，即为等速沉淀，因此沉速isuu的颗粒只有在水深x以内才能沉到柱底，因此沉到柱底这部分颗粒，占这种颗粒粒径的百分比为xH，同一粒径颗粒的去除率为xiuxHu，令0iuu，siuu，则0suxHu。由上述分析，sdP反映了具有us的颗粒占全部颗粒的百分比，而0suu则反映了在设计沉速u0前提下，具有沉速0suu的颗粒去除量占本颗粒总量的百分比，则0sudPu反映了设计沉速u0时，具有沉速为us的颗粒所能被去除的部分占全部颗粒的比率。这部分沉速0suu的颗粒的去除率为：000PssudPu颗粒的总去除率：0000)1(PsdPuuP工程中常用去除率公式：00(1)suPPu三、实验装置与设备1、沉淀装置：包括有机玻璃沉淀柱、储水箱、水泵、搅拌装置和配水系统等。2、秒表。3、测定悬浮物的设备：浊度仪，烧杯等。4、实验用水采用自来水和硅藻土配置。四、实验步骤及记录1、将一定量的硅藻土投入到配水箱中，开动搅拌机，充分搅拌混合，注意混合后浊度不可太高，以保证满足自由沉淀的要求。2、取水样100ml（测定初始悬浮浓度为C0），并且确定取样管内取样口位置（本次实验取二个取样口）。3、启动水泵将混合液打入沉淀管到一定高度，停泵，停止搅拌机，并且记录高度值H0，此时沉淀时间t=0。开动秒表，开始记录沉淀时间t。4、观察悬浮颗粒沉淀特点、现象。5、当沉淀时间t为5、10、20、30、60、80、120分钟时，在每个取样口分别取水100ml两次，用浊度仪测定悬浮物浓度（Ct1、Ct2），记录数据，计算时取两者的平均值221tttCCC。（实验指标水样悬浮物浓度用浊度替代）6、注意：每次取样应先排出取样口中的积水，减少误差，在取样前和取样后皆需测量沉淀管中液面至取样口的高度Ht1、Ht2，并记录数据，计算时取二者的平均值221tttHHH。7、实验记录用表。颗粒自由沉淀实验原始记录原水记录浊度C0：水温：pH值：静沉时间水样编号浊度Ct（NTU）沉淀高度Ht（m）510203060120实验时间实验地点小组成员使用仪器设备基本参数五、实验结果整理和分析1.基本参数整理实验日期：水样性质及来源：沉淀柱直径：d=mm柱高：H=m水温：℃原水浊度：C0NTU绘制沉淀柱草图及管路连接图2.实验数据整理及分析（1）未被去除悬浮物百分比：0100%iiCPCC0—原水浊度，NTU；Ci—沉淀时间t后，水样浊度，NTU（2）相应颗粒沉速：iiiHutmm/s原始数据整理沉淀高度H（cm）沉淀时间t（min）0510203060120取样编号水样浊度Ci（NTU）计算用浊度（NTU）未被去除颗粒百分比Pi颗粒沉速ui（mm/s）（3）以颗粒沉速ui为横坐标，以Pi为纵坐标，在坐标纸上绘制P~u关系曲线。（4）应用工程公式00(1)suPPu，利用图解法列表计算不同沉速时，浊度的去除率η。浊度去除率η的计算序号u0（ui）P0（Pi）1-P0Pusus·PsuP0suPu00(1)suPPu012……（5）以η为纵坐标，分别以u、t为横坐标，绘制η～u，η～t关系曲线。3．比较两个不同取样口（沉降高度）的水样绘制的曲线差别。六实验结果讨论1、自由沉淀实验的取样口高度该如何选择？2、本实验中哪些因素对实验结果影响较大，该如何改进？3、绘制自由沉降曲线的意义？4、按照公式00100%iCCC计算不同沉淀时间t的沉淀效率，并绘制η～u，η～t关系曲线，和本次实验的结果对照分析，指出上述两种整理方法的适用条件。实验二絮凝沉淀实验一、实验目的（1）掌握絮凝沉淀的实验方法。（2）通过实验加深对絮凝沉淀概念、特点的理解。（3）能够利用实验数据绘制絮凝沉淀曲线，并学会通过曲线求某一深度的颗粒总去除率。二、实验原理悬浮物浓度不太高，一般在50～500mg/l范围的颗粒沉淀属于絮凝沉淀。絮凝沉淀的特点是沉淀过程中由于颗粒互相碰撞，凝聚变大，沉速不断加大，因此颗粒沉速实际上是变化的。我们所说的絮凝沉淀颗粒沉速，是指颗粒沉淀平均速度。在平流式沉淀池中，颗粒沉淀轨迹是一曲线，而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。因此沉淀柱不仅要考虑器壁对悬浮物沉淀的影响，还要考虑柱高对沉淀效率的影响。静沉中絮凝沉淀颗粒去除率的计算思路与自由沉淀一致，但方法有所不同。自由沉淀采用累积曲线计算法，而絮凝沉淀采用的是纵深分析法，颗粒去除率按下式计算：1211000()()()nTTTTTTnTnHHHHHH计算如图2-1所示。去除率同分散颗粒一样，也分成两部分。（1）全部被去除的颗粒这部分颗粒是指在给定的停留时间（如图2-1中t0），与给定的沉淀有效水深（如图2-1中H=H0）时，两直线相交点等去除率线的η值，如图中的η＝η2。即在沉淀时间t＝t0，沉降有效水深H=H0时，具有沉速otHuu00的颗粒能全部被去除，其去除率为η2。图2-1絮凝沉淀等去除率曲线（2）部分被去除的颗粒同自由沉淀一样，悬浮物在沉淀时虽说有些颗粒较小，沉速较小，不可能从池顶沉到池底，但是在池底中某一深度下的颗粒，在满足条件即沉到池底所用时间00uHuhxx时，这部分颗粒也就被去除掉了。当然，这部分颗粒是指沉速00tHu的那些颗粒，这些颗粒的沉淀效率也不相同，也是颗粒大的沉降快，去除率大一些。其计算方法、原理与分散颗粒一样，这里是用1211000()()()nTTTTTnTnHHHHHH代替了分散颗粒中的000psdPuu。其中，1nTnT所反映的就是把颗粒沉速由u0降到us时，所能够去除的那些颗粒占全部颗粒的百分比。这些颗粒在沉淀时间t0时，并不能全部沉到池底，只有符合条件ts≤t0的那部分颗粒能沉到池底，即00uHuhss，故有00Hhuuss。同自由分散沉淀一样，由于us为未知数，故采用0Hhs来代替0uus，工程上多采用等分1nTnT间的中间水深Hi代替hi，则0Hhi近似地代表了这部分颗粒中能够沉到池底的颗粒所占的百分数。0Hhi（1nTnT）就是沉速为0uuus的这些颗粒的去除量所占全部颗粒的百分比，以此类推，式∑0Hhi（1nTnT）就是0uus的全部颗粒的去除率。三、主要的实验仪器设备1、沉淀装置：包括有机玻璃沉淀柱、储水箱、水泵、搅拌装置和配水系统等。2、秒表。3、测定悬浮物的设备：浊度仪，烧杯等。4、实验用水采用自来水和硅藻土配置。四、步骤及记录1、将配制好的实验用水倒入水池进行搅拌，待搅匀后取样测定原水的浊度。2、开启水泵，打开水泵的上水阀门和各沉淀柱的上水管阀门。3、依次向各沉淀柱内进水，当水位达到溢流孔（或指定液面刻度），关闭进水阀门，同时记录沉淀时间。各沉淀柱的沉淀时间分别为10、20、40、60、80min。4、当达到各柱的沉淀时间时，在每根柱侧上四个取样阀，自上而下地依次取样，测定水样的浊度。5、记录数据。絮凝沉淀实验记录表实验日期：水样浊度NTU柱号沉淀时间（min）取样点编号浊度（NTU）取样点有效水深备注1101-11151-2801-3451-4102202-11152-2802-3452-4103403-11153-2803-3453-4104604-11154-2804-3454-4105805-11155-2805-3455-410五、成果整理（1）实验基本参数实验日期：水样性质及来源：人工配制水样沉淀柱直径：柱高：水温：℃原水浊度：NTU（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。各取样点悬浮物去除率值计算表沉淀柱号沉淀时间取样深度12345102040608010cm45cm80cm115cm（3）以沉淀时间t为横坐标，以深度为纵坐标，将各取样点的去除率填在各取样点的坐标上，如图2-2所示。图2-2絮凝沉淀柱各取样点去除率（4）在上述基础上，用内插法，绘出等去除率曲线。以10％为一间距，如25%、35%、45%。（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，再根据公式计算不同沉淀时间的总去除率。（6）以沉淀时间t为横坐标，为纵坐标，绘制不同有效水深H的～t关系曲线，及～u曲线。六思考题1、两种不同性质的污水经絮凝沉淀实验后，所得同一去除率的曲线的曲率不同，试分析讨论。2、絮凝沉淀与自由沉淀有何不同，实验方法有何区别？3、实际工程工程中，哪些沉淀属于絮凝沉淀？请举三个例子。实验三混凝实验一、实验目的（1）通过实验确定实验水样的最佳投药量；（2）观察絮体（俗称矾花）的形成过程及混凝沉淀的效果，从而加深对混凝理论的理解。二、实验原理水中粒径小的悬浮物以及胶体物质，由于布朗运动，胶体颗粒间的静电斥力和胶体表面的水化作用，使得胶粒具有分散稳定性，因此水中的胶体颗粒不能靠自由沉淀去除。向水中投加混凝剂后，由于如下原因：①混凝剂水解提供大量正电荷，中和胶体颗粒表面负电荷，从而降低颗粒间的排斥能峰，降低胶粒的ξ电位，实现胶粒“脱稳”；②产生吸附架桥作用，促进胶体的凝聚；③网捕、卷扫作用。从而使胶体颗粒脱稳、相互碰撞、凝聚，形成絮凝体（矾花），然后通过沉淀去除。从胶体颗粒变成较大的矾花是一个连续的过程，为了研究方便一般分为混合和反应两个阶段。混