实验指导书(2013修订版).doc

实验指导书(2013修订版)
《水污染控制工程》
实验指导书
环境工程系
二〇一三年三月
实验一颗粒自由沉淀实验
一、实验目的
研究浓度较稀时的单颗粒沉淀规律,加深其对沉淀特点、基本概念的理解。
掌握颗粒自由沉淀试验的方法,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
浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀,其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下降,其沉速在层流区符合斯托克斯(Stocks)公式。但是由于水中颗粒的复杂性,颗粒粒径、颗粒相对密度很难或无法准确地测定,因而沉降效果、特性无法通过公式求得,而是通过静沉实验确定。
由于自由沉淀时颗粒是等速下沉,下沉速度与沉淀高度无关,因而自由沉淀可在一般沉淀柱内进行,但其直径应足够大,一般D≥100mm,以免颗粒沉淀受柱壁干扰。
具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率(η)与截流速度(u0)、颗粒重量百分率的关系如下:
η=(1-P0)+?
式中:η——沉淀效率; P00us 20-1 u0
u0——理想沉淀池截流沉速:
P0——所有沉速小于u0的颗粒质量占原水中全部颗粒质量的百分率;
us——小于截流沉速的颗粒沉速。
此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算方法。
设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验。实验开始,沉淀时间为0,此时沉淀柱内悬浮物分布是均匀的,即每个断面上颗粒的数量与粒径的组成相同,悬浮物浓度为C0(mg/L),此时去除率η=0。
实验开始后,不同沉淀时间ti,颗粒沉淀速度ui相应为:
ui=H 20-2 ti
式中:ui——颗粒沉淀速度,mm/s;
H——取样口至水面高度,mm;
ti——沉淀时间,min。
此即为ti时间内从水面下沉到池底(此处为取样点)的颗粒所具有的沉速。此时取样点处水样悬浮物浓度为Ci,未被去除的颗粒所占的百分比为:
Pi=Ci 20-3 C0
式中:Pi-悬浮颗粒剩余率;
C0-原水(0时刻)悬浮颗粒浓度,mg/L;
Ci-ti时刻悬浮颗粒浓度,mg/L。
此时被去除的颗粒所占的百分比为:
ηi=1-Pi=1-
式中:ηi-悬浮颗粒去除率; Ci 20-4 C0
Pi、C0、Ci同上。
需要说明的是,实际沉淀时间ti时间内,由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成,即沉速u≥ui的那一部分颗粒可能全部沉至池底。除此之外,颗粒沉速u<ui的那一部分颗粒也有一部分能沉至池底。这是因为,这部分颗粒虽然粒径很小,沉速u<ui,但是这部分颗粒并不都在水面,而是均匀分布在整个沉淀柱的高度内。因此,只有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ui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;沉速u<ui的那部分颗粒虽然有一部分能从水中去除,但其中也是粒径大的沉到池底的多,粒径小的沉到池底的少,各种粒径颗粒去除率并不相同。因此公式(20-4)未包含u<ui的那部分颗粒被去除。
注:本实验用浊度代替悬浮物浓度进行各种计算。
三、实验仪器及用具
(1)自由沉淀实验装置如图20-1所示。
(2)浊度仪。
图20-1 自由沉淀实验装置
1—配水箱;2—水泵;3—搅拌装置;4—;5—;6—水循环用阀;7—配水阀门;8—沉淀柱上水阀门;9—放空阀门;10—取水样阀门;11—溢流管
四、实验步骤
准备实验原水。取适量硅藻土和自来水配制水样,置于水箱中。
开启循环管路阀门,启动水泵和搅拌装置。
水箱内水质均匀后,开启进水阀,等进水达到预定水高时,关闭进水阀,停水泵。过3~5分钟后,开动秒表记录时间,沉淀实验开始。
当时间为0min、2min、5min、10min、15min、30min、40min、60min时,取水样测浊度(注意:取水样时,需先放掉一些水,以便冲洗取样口处的沉淀物),每次取30ml,在每次取样前后读出水面高度。相关数据记录如表20-1和20-2所列。
表20-1
表20-2
五、成果整理
计算悬浮物去除率η、悬浮物剩余率p、沉淀速度u,将结果填入表20-3和20-4。 据表20-3和20-4中数据,绘制t-η曲线、u-η曲线、u-P曲线。
表20-3
表20-4
六、思考题