废水自由沉淀试验.doc

专业：__ 环境工程_____
姓名：___徐泰川__ ___
学号： 3080102937
日期：___ 3月4日_____
地点：____华家池 ____
实验报告

课程名称： 水处理工程实验 指导老师： 胡宏 成绩：
实验名称： 废水自由沉淀试验 实验类型： 定量、定性分析 同组学生姓名：
一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得

一、实验目的和要求
水中悬浮颗粒去除，可通过颗粒和水的密度差，在重力作用下进行分离。沉淀是水污染控制中用以去除水中杂质的常用方法。悬浮颗粒在水中沉淀可根据其浓度及特性分为自由沉淀，絮凝沉淀，拥挤沉淀，压缩沉淀四种类型。自由沉淀用以去除低浓度的离散性颗粒如砂砾。这些颗粒在沉淀过程中呈离散状态，其形状尺寸、质量均不改变，下沉速度不受干扰。
自由沉淀实验可采用测定沉淀柱中部不同历时累计沉泥量方法，找出沉淀效率与沉速的关系。本实验通过测定沉淀柱中悬浮物的浓度变化求出某一废水的沉淀曲线（E~t)以及颗粒沉速υ与沉淀效率E的关系曲线，从而掌握某一种废水的沉淀特性，为设计沉淀池提供基本参数。

二、实验内容和原理
在含有分散性颗粒的废水自由沉淀过程中，设沉淀试验筒内有效水深为H，通过不同的沉淀时间t可求得不同的颗粒沉淀速度υ即υ=H/t，因而从指定的沉淀时间t0可得颗粒沉淀速度υ0，对于沉速等于或大于υ0的颗粒在时间为t0时可全部除去，而对于沉速υ﹤υ0的颗粒自由一部分去除，而且按υ/υ0的比例去除。
沉淀开始时，可以认为悬浮物在沉淀柱中的分布是均匀的，随着沉淀时间的增加，悬浮物在沉淀柱中的分布变为不均匀了，严格说经过沉淀时间t后，应将沉淀柱中有效水深H的全部水样取出，测定其悬浮物含量，来计算出t时间内的沉淀效率。但这样的工作量很大，而且每个试验筒只能求一个沉淀时间内的沉淀效率。为了克服上述弊病，又考虑到筒内悬浮物浓度沿水深的变化，提出如下的实验方法：将取样口设在装置H/2处，近似地把该处水样的悬浮物浓度代表整个有效水深内悬浮物平均浓度。认为这样做在工程上所导致的误差是允许的，而且试验及测定工作量可以大为简化，在一个试验筒内就可多次取样，完成沉淀曲线的实验测定。

三、主要仪器设备
1、沉淀试验筒（有效高度160cm、直径140mm、在0h、1/4h、1/2h、3/4h处有接水头）
2、贮水槽（141L） 3、水泵 4、圈尺 5、烘箱 6、定时钟
7、万分之一天平 8、量筒100ml）×18 9、锥形瓶（250ml）×18
10、漏斗（6~8cm）×18 11、滤纸（10~12cm）定量×18 12、称量瓶（50×mm）
13、干燥器
实验装置图如下图所示：

四、 操作方法和实验步骤
1、 了解管道连接情况，检查是否符合实验要求。
2、 启动水泵，水力搅拌5分钟，使水槽内水质均匀。
3、 打开进水阀，让水平稳进入筒中，直至水上升溢流，然后关闭进水阀。
4、 打开某一沉淀筒中间阀门(放水前读柱),放空约50ml水，然后取3只100ml量筒，分别连续取水样100ml三次，作三组平行试验，测定原水的悬浮物浓度。将刚才所取100ml的三个水样分别过滤，测定悬浮固体的重量（滤纸预先放入称量瓶内，与称量瓶一起烘干至恒重，并称量。）
5、 在取样完成后，开始计沉淀时间，此时t=0。并测定沉淀筒有效水深。
6、 然后按试验表上给出的时间，依次同时取水样三次，作三组平行试验，分别测定不同时间沉淀筒内悬浮物的浓度。注意此后每次取水样前须先测量有效水深，然后打开放水阀，放空50ml左右水样后开始取水样，每次取100ml三个水样，同前一样过滤，（滤纸同样事先烘干称量）过滤完毕将滤纸放还原称量瓶内。
7、 全部过滤完后，将方有滤纸的称量瓶放入烘箱，在105℃温度下烘干至恒重，放入干燥器内冷却，然后取称量瓶在天平上称重，计算出悬浮物重量并换算出悬浮物浓度。
8、 按试验表上各个项目，分别计算和填写结果，求出沉淀时间与沉淀效率，颗粒沉速与沉淀效率的关系曲线。

五、实验数据记录和处理

六、实验结果与分析
（一）图表分析：
1、 从高岭土污染废水自由沉淀的E～t关系曲线可知：随着沉淀时间的增大，沉淀效率逐渐增大，但增长幅度越来越小。
2、 由高岭土污染废水自由沉淀的E～v0关系曲线可知：随着颗粒沉速的增大，沉淀效率逐渐减小，但减小幅度越来越小。
3、 结合上述表3中，沉淀效率E、颗粒沉速v随沉淀时间t的变化关系，可知：
a) 沉淀开始时，可认为悬浮物在沉淀柱中分布是均匀的，随着时间的增加，采样口上方总不停有rs＞rl的颗粒沉淀下来，下方总有rs＜rl的颗粒上浮，沉淀效率自然变大，即沉淀时间越长，沉淀效果越好；静水中，悬浮颗粒总受到重力、浮力及摩擦阻力作用，沉淀刚开始时颗粒虽作加速运动，但很短时间后三种作用力相互平衡就等速下沉，而实验中每次采样的体积有限（相对沉淀柱中废水量而言很少），时间越长，颗粒物由顶液面沉淀至底液面所需沉降速度v0自然越小。
b) 本实验所用废水中离散颗粒物浓度为1622mg/l，颗粒在自由沉淀过程中形状尺寸、质量均不变，沉淀轨迹呈直线；由Stokes公式，颗粒沉速，在颗粒密度rs、流体密度rl、液体粘度m和g基本不变的情况下，颗粒直径d小的沉降速度u亦小；而同高度处，直径大(沉降速度大)的颗粒较直径小(沉降速度小)的颗粒先降到采样口，因而总有留在废水中（下次采样）的颗粒直径比前次取样相应的沉淀颗粒直径小，导致沉降效率的增长幅度逐渐减小；
c) 颗粒沉速v0是一个理论概念，颗粒的实际沉降速度v≥v0时，颗粒即可沉淀完全，故当颗粒沉速v0越小时，沉淀将越容易进行完全，即如曲线中反映的沉淀效率越大。
d) 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，颗粒沉速u≥u0的颗粒能全部沉至柱底，柱中颗粒沉速u
（二）误差分析：
本实验数据处理过程发现，不少数据因存在较大误差而被舍去；最后采用的实验数据，处理作得自由沉淀特性曲线依然存在一定误差，分析本实验误差的主要来源有：
e) 人为误差：有几组数据明显和理想数据不符，甚至有出现质量变轻的一组，本人认为这是小组成员中部分成员实验操作不规范，经验不足导致的，虽然在数据处理中已经将这些数据舍去，但是失去了作平行实验的意义，故平行实验减小误差的目的没有完全达到。
f) 系统误差：严格说来，经过沉淀时间t后，应将沉淀柱中有效水深H的全部水样取出，测定其悬浮物含量以计算t时间内沉淀效率；但由于这样工作量过大且每个试验柱只能求一个沉淀时间内的沉淀效率，实验中将取样口设在装置H/2处，只能近似地把该处水样的悬浮物浓度代表整个有效水深内悬浮物平均浓度，准确度有限。
g) 偶然误差：取样时柱中沉淀仍在进行，且三次平行取样时间连续而不一致，而且取样对整个沉淀柱中悬浮颗粒的分布也有一定影响；实验采用重量法测定悬浮物浓度，而实验室空气湿度较大，空气中也有灰尘，滤纸难免吸收水分和沾染灰尘，导致误差。
h) 称重组数较多，几次称量之间可能造成互相影响而导致误差
i) 系统误差：实验中所使用的各类仪器本身的误差。

七、讨论、心得
u 本次实验关键操作：过滤、烘干、称重，实验过程用要带手套，避免手上油脂污染滤纸导致实验误差；过滤等待时间较长，要有耐心；烘干皿盖子不能完全关闭，否则无法完全烘干。
u 本次实验几处校正：1、取水若过量，用滴管校正至刻度线；2、100蒸馏水校正滤纸损失重量
u 本实验中过滤前后称重是实验关键，理论要求样品连续两次干燥或炽灼后的重量差异在0.3mg以下，但是为了节省时间未作重复烘干，这在一定程度上为本实验带来误差，具体过程应注意如下事项：
1) 实验前应保证称量瓶及滤纸干燥、清洁，称量前后最好都将其置于干燥器中；
2) 过滤过程注意防止有外界杂物、灰尘粘附至滤纸上实验中；
3) 带干燥、清洁的手套取用或转移称量瓶及滤纸，不要用手直接接触，确保湿润滤纸及空白试验所用的蒸馏水无杂质；
4) 烘箱中烘干要充分，之后要在干燥器中冷却一段时间后再进行称量；
5) 称量过程动作要迅速，以免滤纸吸收空气中水分带入误差；尚未称量的样品不要暴露于空气中；两次称量应尽量选同一台天平，以减小系统误差。
u Stokes公式是球状颗粒自由沉淀的沉速公式，它建立在颗粒周围的绕流处于层流状态，而实际水处理过程中，水流呈层流状态的情况较少，所以一般沉降只能去除d>20mm的颗粒，但通过混凝处理可以增大颗粒粒径；因粘度与水温成反比，水温上升，沉速增大；由于自由沉淀时颗粒等速下沉，下沉速度与沉淀高度无关，因而自由沉淀可以在一般沉淀柱内进行，但其直径应足够大，一般应使D≥100mm以免颗粒沉淀受到柱壁的干扰。
u 在实际应用中，由于悬浮颗粒的形状、大小以及密度等有很大差异，因此不能直接用Stokes公式进行工艺设计，只能通过沉淀试验寻找沉淀设备的设计参数，但该公式有助于理解沉淀规律。

思考题：
1、 进行自由沉淀实验的具体方法有哪些。
实验方法可采用：①测定沉淀柱底部不同历时累计沉淀泥量方法，找出沉淀效率与沉速的关系；
②测定沉淀柱中悬浮物浓度的变化，求得沉淀效率与沉速的关系。
取样方法有：①从沉淀柱底部取样，只取少量水样(300-400 ml )；
②从沉淀柱底部取样，取出取样口以上全部水样(300~400 ml)；
③从中部取样，取少量水样。
2、 为什么每次取样前要放空50ml水后开始取原水样。
每次取样后，在取样口伸出沉淀筒的部分及水龙头中总会存贮一部分水，此部分水中悬浮颗粒的浓度对应的是前次沉淀时间的沉淀效果，取样前放空50mL水是为排除取样口带来的实验误差。
3、 在工程设计是，是否应对该实验结果进行修正，如何修正。
实际工程设计中废水是流动的，且由于存在温差、密度差，风力、水流与池壁存在摩擦力等影响造成肥水流动状态的复杂，这会影响沉淀过程沉淀池的有效容量、表面水力负荷、沉淀时间及去除效率等，故工程设计时需对本实验结果进行修正。
修正方法：延长沉淀时间的方式，修正系数为1.5～2，一般取1.75
减小表面负荷的方式，修正系数为1/1.25～1/1.75，一般取1/1.5
八、参考文献
[1] 胡宏；水处理工程实验[M]，浙江大学环境与资源实验教学中心；2010年9月；
[2] 高廷耀、顾国维、周琪；水污染控制工程[M]；高等教育出版社；2007年7月。