环工综合实验（1）（自由沉淀实验）实验报告专 业 环境工程 班 级 环卓1201 姓 名 艾海平 指导教师 李响 成 绩 东华大学环境科学与工程学院实验中心二0一四年 十一月诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新实验题目自由沉淀实验实验类别综合实 验 室1141实 验 时 间 2014年11月 14日6:30 时9:00时实验环境温度:湿度:同组人数 6人本实验报告由我独立完成，绝无抄袭！承诺人签名 一、 实验目的 1、加深对自由沉淀的特点、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，绘制颗粒自由沉淀曲线。二、 实验仪器及设备 沉降柱；秒表； 量筒等。悬浮物定量分析 悬浮物定量分析装置：定量滤纸、称量瓶、烘箱、抽滤装置、快速水分测定仪等；悬浮物测定方法：（1）定量滤纸恒重W1；（2）抽滤水样后的滤纸恒重W2；（3）采样体积V；（4）悬浮物浓度C。三、实验原理自由沉淀的特征是：水中的固体悬浮物浓度不是很高，而且不具有凝聚的性质，在沉淀的过程中，固体颗粒不改变形状、尺寸，也不互相粘合，各自独立的完成沉淀过程。废水中的固体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都是自由沉淀。自由沉淀过程可以由斯托克斯公式(Stokes)进行描述： 1、自由沉淀实验的各沉降曲线（UP图、UE图、tE图）有何作用？分别绘制T（去除率沉降时间），u（去除率沉降速度），Pu（剩余率沉降速度）曲线，从曲线中分析自由沉降的过程。自由沉降曲线，可以使我们了解自由沉降的过程，推断沉淀池的沉降过程，利用自由沉降过程，从而更好的设计沉降池。 2、同样水样，沉淀柱有效水深分别为H=1m和H=1.5m，两组实验结果是否一样，为什么？答：不一样，改变了沉淀柱的深度，显然就相当于改变了取水口的高度，就像本实验20cm和50cm取水口的数值不一样。四、实验步骤 1、称重已烘干中速滤纸9张。 2、使用搅拌杆搅动沉淀柱内水体，使红砖粉混合均匀后，开始计时，并观察沉淀现象。 3、当时间为0、1、2、5、10、20、40、60、90分钟时，用100ML量筒在取样口取样（取样前先排去取样口积水），水样用已烘干的滤纸过滤，烘干称量，计算不同时间取样口处悬浮固体浓度。 4、实验注意事项 （1）搅拌时间要足够，否则沉淀柱内的悬浮物浓度不够高或者不均匀，会导致曲线的范围变窄。 （2）搅拌停止以后，要尽快的采集原水悬浮物浓度的样品，否则会因为悬浮物自身的沉淀导致数据偏差。 （3）采样间隔的时间不必规定死，但要保证数据足够，并且开始的时候采样时间应该短。 （4）由于取样必然会导致液面的变化，实际上取样口的深度会一直减小，但是在实际当中随时的测量水深又不方便，考虑到使用新的悬浮物浓度测量方法以后，需要的样品水量很小，所以这种误差可以忽略。五、实验记录及原始数据实验数据整理表取样口上（50cm）下（20cm）静沉时间（min）液面高（cm）取样体积V1（ml）悬浮固体质量（g）取样体积V2（ml）悬浮固体质量（g）098.5810.32980.40198.4900.37960.39298.1900.35960.38597.9970.32990.331097.6950.18950.202097.41000.08970.104097.0950.02950.0556096.7940.02920.019096.4940.05990.01六、数据处理及结论原水悬浮物浓度：C0=悬浮物浓度：Ci=沉淀速率：u0=未被去除颗粒百分比颗粒百分比：取样口：50cm沉淀高度（cm）沉淀时间（min）水样SS（mg/L）未被去除颗粒百分比Pi颗粒沉速（mm/s）48.503950.6100%/48.414111.1104%8.0748.123888.998.44%4.0147.953299.083.5%1.6047.6101894.748.0%0.7947.42080020.3%0.4047.040210.55.3%0.2046.760212.85.4%0.1346.490531.913.5%0.09(1)绘制未被去除颗粒百分比Pi与沉速u关系曲线（2）绘制沉降效率与沉降速度曲线（Eu曲线）利用沉降分布曲线和图解法计算各个时刻总去除率（沉降效率），公式各个时刻总去除率沉淀时间2min5min10min20min40minu（mm/s）4.011.60.790.40.2E27.9550.5179.2392.2897.35（3）绘制去除总效率和时间关系曲线（4）绘制去除总效率和沉速关系曲线取样口：20cm沉淀高度（cm）沉淀时间（min）水样SS（mg/L）未被去除颗粒百分比Pi颗粒沉速（mm/s）78.504081.6100%/78.414062.599.53%12.6778.123958.396.98%6.3377.953333.381.67%2.6377.6102105.351.58%1.2577.4201030.925.26%0.647740578.914.18%0.3176.760108.72.66%0.2076.490101.02.47%0.15(1)绘制未被去除颗粒百分比Pi与沉速u关系曲线（2）绘制沉降效率与沉降速度曲线（Eu曲线）利用沉降分布曲线和图解法计算各个时刻总去除率（沉降效率），公式各个时刻总去除率沉淀时间1min2min5min10min20min40min60min90minu（mm/s）12.676.332.631.250.640.310.200.15E15.16%28.60%53.82%76.39%85.91% 96%98.43%98.77%计算示例如下：取时间t=10min。沉速u=1.25mm/sE=1-0.5158+0.332915/1.25=76.39%（3）绘制去除总效率和时间关系曲线（4）绘制去除总效率和沉速关系曲线实验分析：该实验20cm和50cm取水处的各项数值虽然有些差异，但是各项图标走向大致相同。随着时间的增长，颗粒沉速逐渐降低，水样颗粒物浓度也随着颗粒沉降至底部而减小，但是去除颗粒百分比不断增大。七、思考题1、有的沉淀池中增加斜板或者斜管以增大沉淀效果，请分析原理。 答： 由于放置了斜板后增大了有效沉淀面积，所以大大增强了处理能力，使颗粒去除率大为提高。斜板式沉淀池采用的是分散颗粒的浅层沉淀原理，将沉淀池分成n层后就可以把处理能力提高n倍，当沉淀物以同样速度下沉时，因为有斜板存在，沉淀物有先有后到达，先到达的沉淀物如果积累多了，就会随斜坡下滑，这比自然沉淀来得快，斜板缩短了沉淀时间。浅层沉淀理论： 斜板、斜管统称为浅池沉淀池，是建立在浅池沉淀原理基础上的。设有一理想沉淀池，池窖V，表面积A，池长L，宽=B，高=H，处理水量Q，停留时间t，沉降速度U0。则V=Qt，H=Uot，Q=Uot/H=U0A由浅池沉淀原理可知：沉淀效率仅为沉淀池表面积的函数，而与水深无关。当沉淀池容积为定值时，池子越浅则A值越大，沉淀效率越高。所以，如果将沉淀池按高度分隔为n层，即分隔为n个高度为h=H/n的浅层沉降单元，在Q不变的条件下，颗粒的沉降深度由H减小到H/n，则沉淀池中可被完全除去的颗粒沉速范围由原来的uU0扩大到uU0/n，沉速uU0的颗粒中能被除去的分率也由u/U0增大到nu/U0，从而使该沉淀池悬浮颗粒去除率比原来增大了n倍。显然，分隔的浅层数越多，去除率也相应提高。将这一原理可制成斜板或斜管沉淀池。 斜管沉淀池采用乙丙共聚、玻璃钢或聚氯乙烯蜂窝斜管，倾角为60，斜长1m，内切圆直径为35-50MM不等，根据水质可以改变内切圆直径，以达到最佳沉淀效果。可根据用户要求或原废水的试验数据来设计加工斜管沉淀器，使用时一般都要投加混凝剂。适用于广大农村、乡镇、农场、部队营房和中小企事业单位改善生活饮用水水质及小型废/污水项目。2.生化系统二沉池可以用自由沉淀原理来设计吗？为什么？ 不能。自由沉淀原理主要用于初沉池。 二沉池是活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使混合液澄清、浓缩和回流活性污泥。其工作效果能够直接影响活性污泥系统的出水水质和回流污泥浓度。将活性污泥法前段工序处理过的水进行再次沉淀。上清液溢流，污泥被沉降。是传统活性污泥法必不可少的环节，对于保证出水水质有重要意义。初沉进行污水的初步沉淀脱去悬浮物，不溶物。然后去消化池，进行好氧消化或者厌氧消化，或者以不同顺序串联。经生物消化后的污水，进入二沉池。在二沉池回收生物污泥后，经消毒过滤等，排出污水处理系统。 而自由沉淀是废水中悬浮固体浓度不高，而且不具有凝聚的性能，在沉淀过程中，固体颗粒不改变形状，也不互相粘合，各自独立地完成沉淀过程。其分析假设：颗粒为球形；沉淀过程中颗粒的大小、形状、重力等不变；颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他颗粒影响。理想沉淀池分为进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域四个部分。理想沉淀池的几个假定：沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v；悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上；颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。沉砂池和初沉池的初期沉淀，它的出水效果远远不及二沉池。设u0为某一指定颗粒的最小沉降速度。 当颗粒沉速uu0时，无论这种颗粒处于进口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除。 当颗粒沉速uu0时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出；而当颗粒位于水面下的某一位置时，它可以沉到池底而被去除。即对于沉速u小于指定颗粒沉速u0的颗粒，有一部分会沉到池底被去除。