实验一 颗粒自由沉淀实验

1．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。 2．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、等速下沉，其沉速在层流区符合Stokes（斯托克斯）公式。但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒密度很难或无法准确地测定，因而对沉淀效果、特性的研究，通常要通过沉淀实验来实现，沉淀实

验可以在沉淀柱中进行，方法如下。

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，如图所示，将已知悬浮物浓度CO的水样注入沉淀柱，达到规定的高度H后，沉淀实验开始并进行计时，经沉淀时间t1，t2...，ti从取样口取一定体积水样，分别计下沉淀柱中水深高度H，分析各水样的悬浮物浓度C1，C2，...，Ci，从而通过下面公式计算颗粒的去除百分率。

E=（C0-Ci）/C0 *100%

Ci——某沉淀时间后，水样中SS浓度值，mg／L。

同时计算未被移除悬浮物的百分比 Pi=Ci/C0*100%

式中CO——原水中SS浓度值，mg／L

Ci——某沉淀时间后，水样中SS浓度值，mg／L。

应当指出，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。严格地说经过沉淀时间t1，t2...，ti后，应将实验筒内有效H的全部水样取出，测出其悬浮固体含量，来计算t时间内的沉淀效率。但这样的工作量太大，而且每个实验筒只能求一个沉淀时间的沉淀效率。为了克服上述的弊端，又考虑到实验筒内悬浮物浓度沿水深的变化，所以我们提出的实验方法是将取样口定在H/2处，近似的认为该处水样的悬浮物浓度代表整个有效水深内悬浮物的平均浓度。我们认为这样做在工程上的误差是允许的。而试验及测定工作量可大为简化，在一个实验筒内 就可以多次取样，完成沉淀曲线的实验。

3．实验设备与试剂

（1）沉淀装置（沉淀柱、储水箱、水泵等）

（2）配水及投配系统包括钢板水池、搅拌装置、水泵、配水管、循环水管。 （3）计时用秒表或手表。

（4）玻璃烧杯（30个300mL）、玻璃棒、量筒（12个100mL）、瓷盘6个等。 （5）悬浮物定量分析所需设备：

万分之一天平、

25mL的小烧杯50个、

1

式中CO——原水中SS浓度值，mg／L

干燥皿、 恒温烘箱、

过滤装置（漏斗12个、漏斗架6套）、 中速定量滤纸等。 （6）水样 人工配制水样 4．实验步骤

（1）将实验用水倒入水池内，开启机械搅拌装置搅拌，待池内水质均匀.后，用泵打入配水箱。 （2）开启进水闸门，水经配水管进人沉淀管内。在输入过程中，从筒中取水样约100ml（取样后要准确记录水样体积），此水样的悬浮物浓度即为废水的原始浓度C0。

（3）当水上升到指定位置1.8m（或1.5m、1.2m）时，关闭进水闸门。记录开始时间（沉淀实验开始）。然后5min，10min，20min，30min，60min，90min，120min由取样口（相应水深的中部取样口）取水样100mL，准确记录水样的体积和沉淀柱内液面高度。

（4）观察悬浮颗粒沉淀特点、现象。

（5）按国家标准方法测定水样悬浮物含量（将每一种沉淀时间的水样，用滤纸过滤（滤纸应当是已经在烘箱内烘干后恒重过的），过滤后，再把滤纸放入烧杯内，在105~110℃烘干箱内烘干2小时后，恒重后称量滤纸的增重（即水样中悬浮物的重量）。

（6）计算不同沉淀时间t的水样中悬浮物的浓度C、沉淀效率E、以及相应的颗粒沉速U，并画出P~U、E~t、E~U的关系曲线。

（7）实验记录用表，如表所示

自由沉淀实验记录 日期： 水样： 沉淀 时间 ／min 0 5 10 20 30 60 90 120 滤纸 编号 滤纸质量/g 水样体积 ／mL 滤纸十ss质量 ／g 水样SS质量 /g 水样悬浮物浓度取样口高差Hi C ／Cm ／（mg／L） 5．实验结果整理

（1）实验基本参数整理

实验日期： 水样来源： 沉淀柱直径d= 柱高H=

水温/℃ 原水悬浮物浓度 CO／（mg／L） 绘制沉淀柱草图及管路连接图

（2）实验数据整理。将实验原始数据按表整理，以备计算分析之用。

2

实验原始数据表 取样口高差Hi／cm 沉淀时间／min 实测水样SS/（mg/L）Ci 未被移除颗粒百分比Pi 颗粒沉速u／（mm／s） 沉淀效率E 表中不同沉淀时间ti时，沉淀管内未被移除的悬浮物的百分比及颗粒沉速分别按下式计算 未被移除悬浮物的百分比 Pi=Ci/C0×100%

式中CO——原水中SS浓度值，mg／L

Ci——某沉淀时间后，水样中SS浓度值，mg／L。

相应颗粒沉速 Ui=Hi/ti（mm/s）

式中Hi——取样口高差，即取样口与沉降柱液面的高差mm

沉降效率E=（C0-Ci）/C0 ×100%

（3）根据上述计算结果，以颗粒沉速U为横坐标，以P为纵坐标，绘制U～P关系曲线。

（4）以E为纵坐标，分别以U及t为横坐标，绘制U～E，t～E关系曲线。 6．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Hi（cm）。 （3）取样时，先排除管中积水而后取样，每次约取100mL。 7．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。

（3）沉淀柱高分别为H=1.8m、H=1.5m、H=1.2m，实验成果是否一样，为什么？

3

实验二 加压溶气气浮实验

1、实验目的

（1）通过实验掌握气浮的原理及影响因素。

（2）通过实验模型的运行，掌握回流式加压溶气气浮装置的工艺流程。 2、实验原理

气浮是固液分离或液液分离的一种技术。它是指人为采取某种方式产生大量的微小气泡，使气泡与水中一些杂质物质微粒相吸附形成相对密度比水轻的气浮体，气浮体在水浮力的作用下，上浮到水面而形成浮渣，进而达到杂质与水分离的目的。

气浮法处理工艺的建立主要根据水中杂质颗粒的性质，经过研究发现，水中的杂质有些是亲水性的（极性的），而有一些是疏水性的（非极性的）。亲水性的杂质不易被气泡吸附，即使能够吸附形成气浮体也不牢固；而疏水性的杂质易于被气泡所吸附，形成牢固而稳定的气粒气浮体。气浮法的处理对象主要是水中相对密度比1小或与1接近的污染物质，它通常用于净化生活污水、炼油废水、造纸废水、印染废水、化工废水等。

气浮处理工艺可分为电解气浮法、散气气浮法和溶气气浮法。其中，溶气气浮法可分为溶气真空气浮法和加压溶气气浮法。加压溶气气浮法是当今应用最广泛气浮工艺，有三种基本流程：全溶气流程、部分溶气流程和回流加压溶气流程。加压溶气气浮指的是，使空气在加压的条件下溶解在水中，在常压下，将水中过饱和的空气以微小气泡的形式释放出来。其中回流加压溶气气浮装置通常由以下部分组成。

（1）空气供给及空气饱和设备

这部分的作用就是在一定的压力下，将供给的空气溶于水中，以提供废水处理所要求的溶气水。这一部分主要是由以下部分组成：①加压水泵：作用是提供压力水；②溶气罐：作用是使水与空气充分接触，加速空气溶解，并在其中形成溶气水；③空气供给设备：作用是提供制造溶气水所需要的空气，该设备的形式主要取决于溶气方式，通常采用空压机为空气供给设备。 （2）溶气水减压释放设备

这一部分设备的作用是：将压力溶气水减压后迅速将溶于水中的空气以微小气泡的形式释放出来。在实际生产中常用的减压释放设备为减压阀和专用释放器等。 （3）气浮池

这部分设备的作用是使释放的微气泡与废水充分接触，并形成气浮体，完成水与杂质的分离过程。

（4）处理水回流装置

回流式加压溶气气浮系统的流程如图；

回流式加压溶气气浮流程示意图

4

3、实验设备与仪器

(1) 加压溶气气浮装置， （2）空压机，水泵； （3）转子流量计； （4）止回阀，减压阀； （5）废水水箱及回流水箱； （6）悬浮物定量分析所需设备：

万分之一天平、

25mL的小烧杯24个、 干燥皿、 恒温烘箱、

过滤装置（漏斗6个、漏斗架6套）、 中速定量滤纸等。 （7）人工配制水样。 4、实验操作步骤

（1）向回流水箱注入清水，向气浮池中注入原水至有效水深 90％左右。 （2）将待处理废水样加入到废水水箱中，并测定原水中SS浓度。

（3）打开水泵，向溶气罐内送入压力水，然后稍微开启进水管上的气阀，使气体溶于水中，形成溶气水，保持压力在0.3～0.4MP左右。

（4）待溶气罐中液位升至溶气罐中上部（4/5H）时，缓慢打开溶气罐出水阀，使溶气水进入气浮池，出水量与溶气罐压力水进水量相对应。

（5）溶气水在气浮池中释放并形成大量微小气泡时，再打开废水进水阀门，废水进水量可按 240~360 L／h控制，进水量稳定后开始计时。

（6）间隔10分钟、20分钟、30分钟取进水、出水100mL测量SS值，将数据记录于表。 （7）浮渣由排渣管排出，处理水回流至回流水箱。

溶气气浮实验数据 1 2 3 进水 悬浮物SS mg/L 出水 悬浮物SS mg/L 时间 间隔

6、实验数据及结果整理

计算SS值去除率E

E=（C0-C）/C0 ×100%

式中C。——废水SS浓度值（mg/L）；

C——处理水SS 浓度值（mg/L）。

7、思考题

（1）简述气浮法的含义及原理。 （2）加混凝剂有什么作用？

5