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1实验一颗粒自由沉淀实验一、实验目的1．加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解。2．掌握颗粒自由沉淀实验的方法，并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。二、实验原理颗粒的自由沉淀是指在沉淀的过程中，颗粒之间不互相干扰、碰撞、呈单颗粒状态，各自独立完成的沉淀过程。自由沉淀有两个含义：（1）颗粒沉淀过程中不受器壁干扰影响；（2）颗粒沉降时，不受其它颗粒的影响。当颗粒与器壁的距离大于50d（d为颗粒的直径）时就不受器壁的干扰。当污泥浓度小于5000mg/l时就可假设颗粒之间不会产生干扰。颗粒在沉砂池中的沉淀以及低浓度污水在初沉池中的沉降过程均是自由沉淀，自由沉淀过程可以由Stokes（斯笃克斯）公式进行描述。但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒比重很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得而是通过静沉实验确定。取一定直径、一定高度的沉淀柱，在沉淀柱中下部设有取样口，如图1.1所示，将已知悬浮物浓度为C0的水样注入沉淀柱，取样口上水深为h0，在搅拌均匀后开始沉淀实验，并开始计时，经沉淀时间t1,t2,…ti从取样口取一定体积水样，分别记下取样口高度，分析各水样的悬浮物浓度C1、C2…Ci,从而通过公式η＝C0－Ci/C0×100%式中：η—颗粒被去掉百分率；C0—原水悬浮物的浓度（mg/l）Ci—ti时刻悬浮物质量浓度（mg/l）同时计算：p＝Ci/C0×100%式中：p—悬浮颗粒剩余百分率；C0—原水悬浮物的浓度（mg/l）Ci—ti时刻悬浮物质量浓度（mg/l）2图1－1自由沉淀示意图通过下式计算沉淀速率u=h0×10/ti×60式中：u—沉淀速率（mm/s）；h0—取样口高度（cm）ti—沉淀时间（min）通过以上方法进行实验要注意以下几点：（1）每从管中取一次水样，管中水面就要下降一定高度，所以，在求沉淀速度时要按实际的取样口上水深来计算，为了尽量减小由此产生的误差，使数据可靠应尽量选用较大断面面积的沉淀柱。（2）实际上，在经过时间ti后，取样口上h高水深内颗粒沉到取样口下，应由两个部分组成，即：u≥u0＝h/ti的这部分颗粒，经时间ti后将全部被去除。除此之外，u＜u0＝h/ti的这一部分颗粒也会有一部分颗粒经时间ti后沉淀到取样口以下，这是因为，沉速us＜u0的这部分颗粒并不都在水面，而是均匀地分布在整个沉淀柱的高度内，因此，只要在水面下，它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速u0的颗粒由水面降至池底所用的时间ti，那么这部分颗粒也能从水中被除去，。但是以上实验方法并未包括这一部分，所以存在一定的误差。（3）从取样口取出水样测得的悬浮固体浓度C1、C2…Ci等，只表示取样口断面处原水经沉淀时间t1,t2,…ti后的悬浮固体浓度，而不代表整个h水深中经相应沉淀时间后的悬浮固体浓度。三、实验设备及仪器1．沉淀装置（沉淀柱、贮水箱、水泵空压机）2．计时用秒表3．分析天平（万分之一，一台）4．恒温烘箱35．具塞称量瓶6．量筒（100ml10个）7．定量滤纸8．干燥器9．漏斗（10个）10．漏斗架（2个）11．水样（自行配制）四、实验操作及步骤1．将实验水样倒入沉淀柱，并用空压机向沉淀柱中压缩空气将水样搅拌均匀。2．用量筒取样100ml,测量原水悬浮物浓度并记为C0.3．开动秒表开始计时，当时间为1min,5min,10min,15min,20min,40min,60min,120min时，在取样口取出100ml水样，在每次取样后读出取样口上水面高h.4.测出每次水样的悬浮物浓度（测定方法见悬浮物分析方法）5．记录实验原始数据，将数据填入表1－1中。表1-1颗粒自由沉淀实验记录日期：水样：静沉时间(min)滤纸编号﹟称量瓶号﹟称量瓶+滤纸重(g)取样体积(mL)瓶纸+SS重(g)水样SS重(g)C0(mg/L)沉淀高度H(cm)0151015204060120注：也可采用浊度仪测定悬浮物浓度4五、注意事项1．向沉淀柱内进水时，速度要适中，既要较快完成进水，以防进水中一些较重颗粒沉淀，又要防止速度过快造成柱内水体紊动，影响静沉实验效果。2．取样前，一定要记录管中水面至取样口距离h0（以cm计）。六、实验数据及结果整理1．计算悬浮物去除率、剩余率、沉淀速率，将数据填入表1－2中。静沉时间/min悬浮物去除率悬浮物剩余率沉淀速率1510152040601202.分别以u及t为横坐标，绘制η～t，η～u，P～u关系曲线。七、思考题1．自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有何区别。2．绘制自由沉淀静沉曲线的方法及意义。实验二混凝沉淀实验一、实验目的1．通过实验，观察混凝现象，加深对混凝理论的理解。2．选择和确定最佳混凝工艺条件。3．了解影响混凝条件的相关因素。二、实验原理天然水中存在大量胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能除去的。水中的胶体颗粒，主要是带负电的粘土颗粒。胶粒间的静电斥力，胶粒的布朗运动及胶粒表面的水化作用，使得胶粘具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大。向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，压缩胶团的扩散层，使ξ电位降低，静电斥力减5小。此时，布朗运动由稳定因素转变为不稳定因素，也有利于胶粒的吸附凝聚。水化膜中的水分子与胶粒有固定联系，具有弹性和较高的粘度，把这些水分子排挤出去需要克服特殊的阻力，阻碍胶粒直接接触。有些水化膜的存在决定于双电层状态，投加混凝剂降低ξ电位。有可能使水化作用减弱。混凝剂水解后形成的高分子物质或直接加入水中的高分子物质一般具有链状结构在胶粒与胶粒间起吸附架桥作用，即使ξ电位没有降低或降低不多，胶粒不能相互接触，通过高分子链状物吸附胶粒，也能形成絮凝体。消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫做脱稳。脱稳后的胶粒，在一定的水力条件下，才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。直径较大且较密实的矾花容易下沉。自投加混凝剂直至形成较大矾花的过程叫混凝。混凝离不开投混凝剂。混凝过程最关键的是确定最佳混凝工艺条件，例如，有机混凝剂、无机混凝剂、人工合成混凝剂，天然高分子混凝剂等，所以，混凝条件很难确定：要选定某种混凝剂的投加量，还需考虑pH的影响，如果pH值过低(小于4)，则混凝剂水解受到限制，其化合物中很少有高分子物质存在，絮凝作用较差。如果pH值过高(大于9－10)，它们就会出现溶解现象，生成带负电荷的络合离子，也不能极好发挥絮凝作用。另外，加了混凝剂的胶体颗粒，在逐步形成大的絮凝体过程中，会受到一些外界因素影响，如水流速度、pH值及沉淀时间等等，所以，相关因素也需要加以考虑。三、实验设备及仪器1．六联搅拌机1台，如图2．GDS－3型光电式浑浊度仪1台3．PHS－2型酸度计1台4．烧杯（1000mL、500mL、200mL各6个）5．烧杯（500mL3个）6．移液管（lmL、2mL、5mL、10mL各4支）7．注射器（50mL2支）8．温度计1个四、实验用试剂1．硫酸铝10g/l2．三氯化铁10g/l3．盐酸10%4．氢氧化钠10%5．聚丙稀酰胺1ml/l6五、实验操作步骤1、混凝剂的确定在硫酸铝、三氯化铁、聚丙烯酰胺三种混凝剂中，确定一种最佳混凝效果的混凝剂（1）测定原水特征，即策测定原水的浊度、温度、pH值。记录在表2－1中。（2）用三个500ml的烧杯，分别取200ml原水，并装有水样的烧杯置于混凝仪上。（3）分别向三个烧杯中加入氯化铁、硫酸铝、聚丙烯酰胺，并每次加1.0ml，同时进行搅拌（中速150r/min，5min）,直到其中一个试样出现矾花，这时记录下每个试样中混凝剂的投加量，并记录在表2－1中。（4）停止搅拌，静止10min。（5）用50ml注射针筒抽取上清液，用浊度仪测出三个水样的浊度，记录在表2－1中。（6）根据测得的浊度确定最佳混凝剂。2、确定混凝剂的最佳投量（1）用6支1000ml烧杯，分别取800ml原水，将装有水样的烧杯置于混凝仪上。（2）采用实验1中选定的最佳混凝剂，按不同投量（依次按25％～100％的剂量）分别加入到800ml原水样中，利用均分法确定此组实验的六个水样的混凝剂投加量，记录在表2－2中。（3）启动搅拌机，快速搅拌约300r/min,0.5min,中速搅拌150r/min,5min,慢速搅拌约70r/min,10min.（4）搅拌过程中，注意观察“矾花”的形成过程。（5）停止搅拌，静止沉淀10min,然后用50ml注射筒分别抽出6个烧杯中的上清液，同时用浊度仪测定水的剩余浊度，记录在表2－2中。3、最佳pH值的影响（1）用6支1000ml烧杯，分别取800ml原水，将装有水样的烧杯置于混凝仪上。（2）调整原水pH值，用移液管依次向1、2、3号装有原水的烧杯中，分别加入2.5ml,1.5ml,1.0mlHCL,再向4、5、6号装有原水的烧杯中，分别加入0.2ml、0.7ml、1.2mlNaOH.（3）启动搅拌机，快速搅拌300r/min,0.5min,随后停机，从每只烧杯中取50ml水样，依次用pH仪测定各水样的pH值，记录在表2－3中。（4）用移液管依次向装有原水烧杯中加入相同计量的混凝剂，投加剂量按最佳投药量实验中得出的最佳投加量而确定。（5）启动搅拌机，快速搅拌300r/min,0.5min,中速搅拌150r/min,10min,慢速搅拌770r/min,10min,停机。（6）静止10min,用50ml注射筒分别抽出6个烧杯中的上清液（共抽3次约150ml）放入200ml烧杯中，同时用浊度仪测定水的剩余浊度，记录在表2－3中。六、实验数据及结果整理表2－1原始数据及三种混凝剂浊度测定记录表原水浊度原水温度原水pH值混凝剂名称硫酸铝氯化铁聚丙烯酰胺矾花形成时投混凝剂最佳量（ml）剩余混浊度(度0111222333均均均表2－2某一种混凝剂投加量的最佳选择水样编号12345678910混凝剂加注量（ml）剩余混浊度(度)1234表2－3pH最佳值的选择水样编号123456投加质量分数10％的HCL(ml)2.51.51.0投加质量分数10％的NaOH(ml)0.20.71.28pH混凝聚投加量剩余混浊度123均七、思考题1．根据最佳投药量实验曲线．分析沉淀水浊度与泥凝剂加入量的关系．2．本实验与水处理实际情况有哪些差别?如何改进?实验三曝气充氧实验一、实验目的1．加深理解曝气充氧的机理及影响因素。2．了解掌握曝气设备清水充氧性能测定的方法。3．测定几种不同形式的曝气设备氧的总转移系数KLas，氧利用率η％，动力效率等，并进行比较。二、实验原理曝气是人为地通过一些设备加速向水中传递氧的过程，常用的曝气设备分为机械曝气与鼓风曝气两大类，无论哪一种曝气设备，其充氧过程均属传质过程，氧传递机理为双膜理论，如图3-43示在氧传递过程中，阻力主要来自液膜，氧传递基本方程式为：)(CCKdtdcSLa(1)式1中dtdc——液体中溶解氧浓度变化速率mg/L·min；图3.1双膜理论CS－C——氧传质推动力，mg／L；CS——液膜处饱和溶解氧浓度，mg/L；C—一液相主体中溶解氧浓度，mg／L；WYADKLLLa——氧总转移系数；9DL——液膜中氧分子扩散系数；YL——液膜厚度A——气液两相接触面积；W——曝气液体体积。由于液膜厚度YL和液体流态有关，而且实验中无法测定与计算，同样气液接触面积A的大小也无法测定与计算，故用氧总转移系数KLa代替。将式1积分整理后得曝气设备氧总转移系数KLa计算式。tSSLaCCCCttK00lg303.2(2)式中KLa——氧总转移系数。1/min或1/h；t0、t——曝气时间，min；C0——曝气开始时池内溶解氧浓度，t0＝0时，C0＝0，mg／L；CS——曝气池内液体饱和溶解氧值，mg／L；Ct——曝气某一时刻t时，池内液体溶解氧浓度，mg／L。由式中可见，影响氧传递速率KLa的因素很多，除了曝气设备本身结构尺寸，运行条件而外，还与水质水温等有关。为了进行互相比较，以及向设计、使用部门提供产品性能，故产品给出的充氧性能均为清水，标准状态下，即清