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1、水处理实验仿真实训指导书化学工程系环境工程教研室2008年12月目 录自由沉淀实验3过滤实验11混凝实验20气浮实验37曝气充氧实验44活性污泥实验49自由沉淀实验一、实验目的1、通过实验加深对自由沉淀的概念、特点、规律的理解2、掌握自由有沉淀的实验方法，并能对实验数据进行分析、整理、计算3、根据实验数据绘制沉淀曲线，计算某一沉淀速率的下的沉淀效率二、实验原理及设备自由沉淀的特征是：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
2、由沉淀过程可以由斯托克斯公式(Stokes)进行描述，即：式中：u颗粒的沉速； g颗粒的密度； 液体的密度 液体的粘滞系数； g重力加速度； d颗粒的直径。但是由于水中颗粒的复杂性，公式中的一些参数很难确定，因此对沉淀的效果、特性的研究，通常要通过实验来实现。本实验就是通过测定在一个自由沉淀的有机玻璃管内同一截面上不同时间的浊度，计算沉淀速率和沉淀（去除）率，从而得到沉淀率-沉淀速率的关系曲线。同时，考察理想沉淀池我们可以得到：式中：Q沉淀池的设计处理水量 A沉淀池的面积 u颗粒沉速 q表面负荷表面负荷q与颗粒沉速u在数值上是相等的，但是单位不同，通过沉淀性能测定求得应去除颗粒群的最小沉速u，
3、同时也就得到了理想沉淀池的表面负荷q值。通过上式可以看到，在一定流量（处理水量）下，沉淀池表面积越大，则分离的悬浮颗粒沉淀速率越小，颗粒粒径也就越小，由沉淀性能曲线可知，其沉淀率越大。由此看出，沉淀池的沉淀率仅与颗粒沉速或者表面负荷有关，而与沉淀池的深度和沉淀时间无关。因此，在可能的条件下，应该把沉淀池建的浅些，表面积大些，这就是颗粒沉淀的浅层理论。在普通沉淀池内装设斜板（斜管），也是基于这个理论。实验设备主要由一个有机玻璃的沉淀柱和一台污水泵组成，污水泵的出、入口分别与沉淀柱的上、下两端相连，启动污水泵，就能起到搅拌作用。沉淀柱主要参数：内径0.25米，高2.2米，内装高岭土和水的混合液，深
4、度为2米，侧面有3个取样口的深度为a：0.2米b：1米c：1.8米为了能方便、快速的测定水中的悬浮物浓度，采用了LaMotte公司的2020型浊度计，此浊度计为新型散射光浊度计，测量范围0.00-1100NTU，用悬浮物浓度为640mg/L、浊度为400NTU的标准液进行校正。三、实验操作1、请先登录进入实验后，会出现“登录”对话框，如下图所示请认真填写班级、姓名、学号三项内容，这三项内容将被记录到实验报告文件当中。2、实验主界面实验主界面如下图所示3、样品浊度测量界面浊度测量界面如下图所示4、开始搅拌进行自由沉淀实验，首先要将沉淀柱中的污水搅拌到均匀。本实验采用一台污水泵起到搅拌作用，用鼠标
5、点击如下图所示的绿色按钮接通电源开关，开始搅拌5、停止搅拌、开始计时、采集样品搅拌均匀以后，用鼠标点击如下图所示的红色按钮切断电源，停止搅拌同时，用鼠标点击如下图所示的“计时”按钮开始计时再同时，点击沉淀柱右侧的三个取样口中的一个取样，系统会自动完成取样动作，仅在第一次演示取样动画，播放动画的同时，计时自动停止，播放完毕后，计时自动继续。演示动画完成后，出现数据分组窗口，选择当前采集的样品，要作为哪组的数据然后，尽快点击另外两个取样口取样，第一次所取得的这三个样品，作为“原水悬浮物浓度数据”。所取得的这三个样品，作为“原水悬浮物浓度数据”。然后，分别在第5、10、15、20、30、40、50、
6、60分钟从b位置的取样口取样，作为“沉淀率和沉淀速率数据”。6、样品测量和数据记录样品的悬浮物浓度由一台浊度计测量浊度，然后换算为悬浮物浓度确定，测量界面如下图所示点击或者拖动上面的滚动条切换样品，下面的信息栏会自动显示样品编号、数据用途、采样位置和时间等内容，便于进行数据记录。点击“测量”按钮或者浊度计上的“Read”按钮，可以测量当前样品的浊度。把当前的数据写入“数据处理”界面当中数据表格当中，如果你开启了自动记录功能，可以点击“自动记录”按钮，数据就会自动写入数据表格。7、数据处理和绘制曲线数据记录完毕后，点击右上角的“自动计算”按钮，系统就会根据写入的数据自动计算出结果，并显示在表格内
7、。计算完成后，到“沉淀性能”曲线页，点击右上角的“开始绘制”按钮，就可以根据前面的数据和计算结果画出“沉淀性能”曲线。8、实验报告的后期处理窗口的最下面一排有四个按钮：保存把当前的实验数据保存到一个数据文件当中加载从一个数据文件当中读取实验数据报表根据实验数据生成可打印的实验报表退出关闭实验报告窗口四、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，
8、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5、在以往的实验设计当中，一般都是用烘干称重法测量水中的悬浮物浓度，但是这种方法比较复杂，而且有自身的局限性，首先是要求采样量要大，否则不能保证精度，其次实容易受水中溶解性物质的干扰。虽然是标准的测量方法，然而在实际生产操作时，几乎都不采用，都是采用浊度这个替代参数。实际上，如果用浊度代替悬浮物浓度，也可以得到类似的关系曲线，本实验为了符合大家以前的习惯，把浊度转化为悬浮浓度。过滤实验一、实验目的1、了解滤料级配方法2、熟悉过滤实验设备的过滤、反冲洗
9、过程3、验证清洁砂层水头损失与滤速成正比4、加深对过滤基本规律的理解二、实验原理及设备在水处理技术中，过滤是通过具有空隙的粒状滤料层（如石英砂等）截留水中的悬浮物和胶体，从而使水得到澄清的工艺工程。滤池的形式有多种多样，以石英砂为滤料的普通快滤池使用历史最久，并在此基础上发展出现了双层滤池、多层滤池和上向流过滤等。过滤的作用，不仅可以截留水中的悬浮物，而且通过滤层还可以把水中的有机物、细菌乃至病毒等随着浊度降低而被大量的去除，净水的原理如下：1、阻力截留当污水流过颗粒状滤料层时，粒径较大的悬浮物颗粒首先被截留在表层的滤料的空隙中，随着此层滤料间的空隙越来越小，截污能力也越来越大，逐渐形成一层主
10、要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由他起到重要的过滤作用。这种作用属于阻力截留或筛滤作用。悬浮物粒径越大，表层滤料和滤速越小，就越容易形成表层筛滤膜，滤膜的截污能力也越高。2、重力沉降污水通过滤料层时，众多的滤料表面提供了巨大的沉降面积。重力沉降强度主要与滤料的直径以及过滤速度有关。滤料越小，沉降面积越大，滤速越小，水流越平稳，这些都有利于悬浮物的沉降。3、接触絮凝由于滤料具有巨大的比表面积，它与悬浮物质间有明显的物理吸附作用。此外，沙粒在水中常常带有表面负电荷，能吸附带正电荷的胶体，从而在滤料表面形成带正电荷的薄膜，并进而吸附带负电荷的粘土和多种有机物等胶体，在沙粒上发生接触絮凝。在实际过滤
11、过程当中，上述三种机理往往同时起作用，只是随着条件不同而有主次之分。对粒径较大的悬浮物颗粒，以阻力截流为主，因为这一过程主要发生在滤料的表面，通称成为表面过滤。对于细微的悬浮物，以发生在滤料深层的重力沉降和接触絮凝为主，称为深层过滤。在过滤当中，滤料起着核心的作用，为了取得良好的过滤效果，滤料应具有一定级配。滤料级配是指将不同粒径的滤料按一定的比例组合。滤料是带棱角的颗粒，不是规则的球体，所说的粒径是指把滤料颗粒包围在内的球体直径（这是一个假想直径）。在生产中，简单的筛分方法是用一套不同孔径的筛子筛分滤料试样，选取合适的级配。我国现行的规范是采用0.5mm和1.2mm孔径的筛子进行筛选，取其中
12、段，这种方法虽然简单易行，但却不能反映滤料粒径的均匀程度，因此还应该考虑级配的情况。能反映级配状况的指标是通过筛分曲线求得的有效粒径d10、d80和不均匀系数K80。d10时表示通过滤料重量10%的孔径，它反映滤料中细颗粒的尺寸，即产生水头损失的“有效”部分尺寸；d80时表示通过滤料重量80%的孔径，它反映滤料中粗颗粒的尺寸；K80=d80/d10。K80越大，表示粗细颗粒的尺寸相差越大，滤料粒径越不均匀，这样的滤料对过滤及反冲洗均不利。尤其是反冲洗的时候，为了满足率料粗颗粒的膨胀要求就会使细颗粒因为过大的反冲洗强度而被冲走；反之，若为了满足细颗粒不被冲走而减小冲洗强度，粗颗粒可能因为冲不起来
13、而得不到充分的清洗。所以，滤料需要经过筛分以求得适宜的级配。在研究过滤过程的有关问题时，常常涉及到孔隙度的概念，其计算方法为：式中：m滤料孔隙度（%） Vn滤料层孔隙体积（m3） V滤料层体积（m3）滤层的水头损失，与滤料的孔隙度，过滤速度，水的性质等诸多因素有关，一般认为，在其他条件一定的情况下，水头损失与过滤速度呈线性关系。为了保证滤后的水质和过滤速率，当过滤一段时间后，需要对滤层进行反冲洗，使滤料层在短时间内恢复工作能力。反冲洗流量增大后，滤料层完全膨胀，处于流态化状态。根据滤料层膨胀前后的厚度就可求出膨胀度：式中：L砂层膨胀后的厚度（m） L0砂层膨胀前的厚度（m）反冲洗的强度的大小决
14、定了滤料层的膨胀度，膨胀度的大小直接影响了反冲洗的效果。实验的主要设备是一个耐压的有机玻璃桶，桶的底部是承托层，上面是石英砂滤料，滤料的上下两面分别有两个测压口，分别连接着倒U型压差计的两个测压管，用以测量滤层的水头损失。过滤所用的水由高处的溢流高位水槽提供，以保证恒定的压头。通过一个调节阀控制流量，用一个椭圆齿轮流量计准确方便的测定流量。通过阀1、阀2、阀3、阀4的不同开关组合来实现过滤和反冲洗。滤料桶属性：内径：100mm堆积滤层厚度：40mm石英砂滤料属性：孔隙度：0.4平均粒径：0.8mm型度系数：0.8密度：2.7g/cm3滤料的筛分用孔径为2.00.2mm的一组筛子过筛。三、实验操作1、请先登录进入实验后，会出现“登录”对话框，如下图所示请认真填写班级、姓名、学号三项内容，这三项内容将被记录到实验报告文件当中。2、滤料筛分实验点击实验主界面上的“打开滤料筛分界面”按钮，出现滤料筛分界面。此界面上有孔径为2.0-0.2mm的一组筛子，从大到小按顺序依次点击筛子，会出现滤料筛分动画动画演示完成后，左上角会显示经过筛子的滤料重量，同时此筛子的上面将显示留在筛子上的滤料重量，图标也变为灰色不在响应点击，表示已经筛过，不可重复使用（因为筛过，再筛也没有作用了）。在实验当中，如果发生误操作导致筛分顺序错误，可以点击“复位”按钮恢复原始状态。都筛
