实验二自由沉淀水处理教案(清华大学精品课程)

环境工程原理 实验二 自由沉淀实验一、实验目的1. 初步掌握颗粒自由沉淀的试验方法；2. 进一步了解和掌握自由沉淀规律，并能对数据进行分析处理、计算和绘图。

二、实验原理沉淀是指从液体中借重力作用去除固体颗粒的一种过程。

根据液体中固体物质的浓度和性质，可将沉淀过程分为自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀和压缩沉淀等四类。

本试验是研究探讨污水中非絮凝性固体颗粒自由沉淀的规律。

试验用沉淀管进行，如图。

设水深为h ，在t 时间能沉到h 深度的颗粒的沉速u ＝h/t 。

根据某给定的时间t 0，计算出颗粒的沉速u 0。

凡是沉淀速度等于或大于u 0的颗粒，在t 0时都可以全部去除。

设原水中悬浮物浓度为C 0（mg/L ），则沉淀率为：%10000⨯-=C C C E t在时间t 时能沉到h 深度的颗粒的沉淀速度为：)/(s mm thu =式中： C 0—原水中悬浮物浓度（mg/L ）C t —经t 时间后，污水中残存的悬浮物浓度（mg/L ） h —取样口高度（mm ） t —取样时间（S ） 三、实验装置与设备1. 沉淀柱装置：有机玻璃管2. 秒表，直尺3. 测定悬浮物的设备：浊度仪4. 实验原水硅藻土自配水。

四、实验步骤1．称取2g 的硅藻土于1000ml 的烧杯中，加入1000ml 自来水。

2．测试水样悬浮物含量，取50ml 水样用浊度仪测定。

3．将调配好的水样快速例入沉淀柱内，并记录沉淀实验开始时间。

4．经过5，10，20，30，40，50，60，70，80，90，100，120分钟分别在锥底取样口取样一次，每次取样50ml测定浊度（悬浮物浓度Ct）。

5、每次取样应先排出取样口中的积水，减少误差，在取样前和取样后皆需测量沉淀管中液面至取样口的高度。

五、注意事项1．每次取样前观察水面高度H，并记入表2-1中。

2．如果原水样悬浮物含量较低时，可把取样间隔时间拉长。

六、实验数据记录把实验测得数据记入表2-1。

实验一 颗粒自由沉淀实验一、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.掌握颗粒自由沉淀的实验方法，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、实验原理沉淀是水污染控制中用以去除水中杂质的常用方法。

根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀通常可以分成四种不同的类型：自由沉淀、絮凝沉淀、区域沉淀、压缩沉淀。

浓度较稀的、粒状颗粒的沉降称为自由沉淀，其特点是在静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉淀在层流区符合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，因而沉淀效果、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，但其直径应该足够大，一般应使D≥100mm ，以免沉淀颗粒受柱壁的干扰。

自由沉淀所反映的一般是沙砾、河流等的沉淀特点。

具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率E 与截留速度u 0、颗粒质量分数的关系如下：dp u ui P E p ⎰+-=001)1( (1-1)式中 E ——总沉淀效率；P 0——沉速小于u i 的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；1-P 0——沉速大于或等于u i 的颗粒去除百分数； u i ——某一指定颗粒的最小沉降速度；u ——小于最小沉降速度u i 的颗粒沉速。

公式推导如下：设在水深为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C 0(mg/L)，此时去除率E=0。

实验开始后，不同沉淀时间t i ，颗粒最小沉淀速度u i 相应为u i ＝it H（1-2） u i 此即为t i 时间内从水面下沉到取样点的最小颗粒d i 所具有图1－1 自由沉淀实验示意的沉速。

此时取样点处水样悬浮物浓度为C i ，未被去除之颗粒即示意d<d i 的颗粒所占的百分比为P i = 0C C i（1-3） 因此，被去除的颗粒(粒径d≥d i )所占比例为取样口u i uE 0=1－P i （1-4）实际上沉淀时间t i 内，由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成。

二沉池的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解二沉池的工作原理和作用，掌握其结构组成及功能。

2. 学生能够掌握二沉池在污水处理过程中的重要性，了解相关的水质指标。

3. 学生能够解释二沉池在不同环境下的运行情况，并分析其影响因素。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析实际污水处理过程中二沉池的运行状况，并提出优化建议。

2. 学生能够通过实验操作，掌握二沉池相关参数的测定方法，提高实验操作能力。

3. 学生能够运用图表、文字等形式，清晰、准确地描述二沉池的工作原理和运行情况。

情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到环境保护的重要性，培养其环保意识和责任感。

2. 学生通过学习二沉池相关知识，激发对污水处理技术的兴趣，提高学习积极性。

3. 学生能够在小组合作中，培养团队协作精神，增强沟通交流能力。

课程性质：本课程为环境科学相关学科的教学内容，结合学生实际生活，以提高学生的环保意识和实验技能为主。

学生特点：学生为八年级学生，具有一定的实验操作能力和科学探究精神，对环保问题有一定的认识。

教学要求：教师应注重理论与实践相结合，运用多元化的教学方法，提高学生的学习兴趣和参与度。

同时，关注学生的个体差异，因材施教，确保课程目标的达成。

在教学过程中，注重培养学生的动手能力、思考能力和解决问题的能力。

二、教学内容本节教学内容围绕二沉池的工作原理、结构组成、运行情况及其在污水处理中的应用等方面展开。

具体安排如下：1. 二沉池工作原理及作用- 污水处理流程中二沉池的位置与功能- 二沉池的工作原理及其在去除悬浮物和污泥中的作用2. 二沉池的结构组成- 二沉池的主要结构部分及其功能- 影响二沉池处理效果的因素3. 二沉池的运行情况分析- 二沉池在不同环境条件下的运行状况- 污泥沉降性能与二沉池运行效果的关系4. 污水处理过程中的水质指标- 常见的水质指标及其含义- 二沉池对水质指标的影响5. 二沉池的应用实例与优化- 实际污水处理工程中二沉池的应用案例- 二沉池的优化措施及其效果分析教学内容依据教材相关章节进行组织，确保科学性和系统性。

自由沉淀实验一、实验目的1、通过实验，加深对自由沉淀过程及沉淀规律的理解。

2、获取某种废水的沉淀曲线，即沉淀效率与时间曲线以及沉淀效率与颗粒沉速的关系曲线。

二、实验原理自由沉淀是指在沉淀过程中，固体颗粒不改变尺寸，形状，也不互相粘合，各自独立地完成沉淀的过程。

一般当污水中的悬浮固体浓度不高，而且凝聚性能不明显时，其沉淀可看成自由沉淀。

自由沉淀速度直接影响沉淀效率，符合司脱克斯公式。

u=d g l s 2181⋅⋅-⨯μρρ 式中： u —颗粒等速下沉沉速；ρs 、ρl —颗粒，水的密度；μ—水的动力粘滞系数； d —颗粒直径； g —重力加速度。

由于水中颗粒性质十分复杂，公式中的某些参数很难准确确定，所以沉淀效率及其他特性通常通过静沉实验确定。

在含有均匀分散性颗粒的废水静置沉淀实验过程中，假定试验筒内有效水深为Ｈ，通过不同的沉淀时间t 可以求出不同的颗粒沉淀速度u ，即u ＝Ｈ/t 。

对于某种指定的沉淀时间t 0可以求得颗粒相应沉淀速度u 0。

沉速大于，等于u 0的颗粒在t 0时可全部去除，沉淀小于u 0的颗粒只有一部分被去除。

某种沉速为u i 的小于u 0的颗粒，按u i /u 0的比例去除。

设x 0表示沉速大于或等于u 0的颗粒所占比例，则这部分颗粒去除的百分数可以用1－x 0表示。

而小于u 0的某种颗粒去除的部分占总数的百分数为（u i /u 0）×dx （dx 指具有沉速u i 的颗粒占全部颗粒的量），则沉速u<u 0的颗粒的总的去除率为u u d ix x 0⎰⋅。

因此，全部颗粒的总去除率为： ()η=-+1100x u u d ix x⎰⋅式中的积分部分可利用沉淀与颗粒重量比关系曲线确定，见图2-1。

图2-1颗粒沉降速度累积分配曲线讨论：沉淀刚开始时，悬浮物在水中的分布可以看成是均匀的。

但是，随着沉淀过程的继续，悬浮物在实验柱中的分布变得不均匀：沉淀柱上部浓度较低，下部浓度较高。

实验一 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。

自由沉淀过程可以由斯托克斯公式(Stokes)进行描述，即：2181gdu gμρρ-*=式中：u —颗粒的沉速； ρg —颗粒的密度；ρ—液体的密度μ—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：q u AQ ==式中：Q —沉淀池的设计处理水量—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，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。

实验二自由沉淀一、实验目的1、观察沉淀过程，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，求出沉淀曲线。

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、等速下沉，其沉速在层流区符合Stokes公式。

由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒比重很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得，而是要通过静沉实验确定。

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，一般应使D≥100mm以免颗粒沉图1 自由沉淀实验装置图1、沉淀柱2、水泵3、水箱4、支架5、气体流量计6、气体入口7、排水口8、取样口一般来说，自由沉淀实验可按以下两个方法进行：（一）底部取样法底部取样法的沉淀效率通过曲线积分求得。

设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验，如图1所示。

将取样口设在水深H处，实验开始时（t=0），整个实验筒内悬浮物颗粒浓度均为C0。

分别在t1、t2、……、t n时刻取样，分别测得浓度为C 1、C 2、……C n 。

那么，在时间恰好为t 1、t 2、……、t n 时，沉速为h/t 1=u 1、h/t 2=u 2、……、h/t n =u n 的颗粒恰好通过取样口向下沉，相应地这些颗粒在高度H 中已不复存在了。

记p i =C i /C 0，则1-p i 代表时间t i 内高度H 中完全去除的颗粒百分数，p j -p k （k>j≥i ）代表沉速位于u j 和u k 之间的颗粒百分数，在时间t i 内，这部分颗粒的去除百分数为()/2()j k j k i u u p p u +⨯-，当j 、k 无限接近时，()/2()j k j j k j i i u u u p p dp u u +⨯-=。

这样，在时间t i 内，沉淀柱的总沉淀效率0(1)i p j i j i u P p dp u =-+⎰。

自由沉淀实验自由沉淀实验一、实验目的1、加强对自由沉淀基本概念、特点及沉淀规律的理解。

2、掌握沉淀实验方法，对实验数据进行整理，绘制颗粒自由沉降曲线。

二、实验设备1、沉淀管1组6根2、浊度仪1台3、1000mL烧杯6个4、250mL烧杯6个5、100mL量筒1个6、温度计1个三、实验原理在实际沉淀池中，影响悬浮物沉淀的因素较多，至今还不能用理论公式来精确计算悬浮物去除率，一般通过原水沉淀实验求得。

确定沉淀过程中的悬浮物去除率，通常采用下列方法：把含有分散性悬浮物的试验水样，依次注入几个静止沉淀管中进行测定。

静止沉淀管为一直径40mm，下具活塞，高度为600mm的圆柱形器血（如图2-1所示）。

试验前首先在器皿上标记刻度，即先用50毫升清水注人器皿中，在器壁与水面相齐处用笔做记号1，由这个记号沿管壁往上量432mm，再记上记号2，并将水注入器皿中，直到记号2为止，然后放出50毫升水，并在器壁与水面相齐之处记上记号3，至此完成器皿的刻度标记，最后将器皿中盛至记号2的水的体积确定出来。

（刻度标记在实验前已完成。

进行测定时，将水样分别注入六个沉淀管至记号2止，然后按动秒表，分别经沉淀5、10、20、30、40、50分钟后，将各器皿中圆锥部分带有沉淀物的水从放水孔放出50毫升，（水面降至记号3止）然后再分别测定留在沉淀管中剩余水的浊度Cl、C2、……、Cn，从而可以算出各悬浮杂质去除百分率为：式中，C0 ——原水浊度，NTU。

Ci ——剩余水浊度，NTU。

由此可以绘制悬浮杂质去除百分率和沉淀时间的关系曲线，即E-t曲线。

设h为实验时器皿中水深，t为沉淀时间，则表示某大小一定的颗粒恰巧能在ti时间内自水面沉至器皿底的沉降速度，ui称为沉淀池的截留速度。

图2-1 自由沉淀装置示意图四、实验步骤1、测定原水样的浊度和温度。

2、往六个沉降管中注入原水至刻度2，记下时间，六个沉降管的沉降时间分别为5、10、20、30、40、50min。

自由沉淀实验数据处理自由沉淀实验，这名字听起来就有点儿神秘，但其实它跟咱们的日常生活没什么区别。

想象一下，咱们在厨房做菜，水里加了盐，盐慢慢溶解，最后在底下沉淀下来。

沉淀实验就是这样一回事，不过它的操作要专业得多，咱们要测量一些特定的东西，看看各种物质的沉淀特性。

说白了，就是观察那些小粒子在液体里沉下去的过程，了解它们在不同条件下的表现。

这听起来简单，其实可有趣了。

说到实验，那真是一场精彩的“秀”。

咱们首先得准备一些材料，比如说水、盐，当然还有咱们想要测试的那些物质。

有的时候，咱们甚至需要用到一些化学试剂，别担心，这不是《化学小子》的情节，只是为了让实验更精确。

把这些材料都准备好之后，就可以开始了。

把水倒进烧杯里，再加入盐，搅拌搅拌，看看盐是怎么慢慢消失的。

就在这个过程中，咱们要时刻保持关注，因为谁知道盐什么时候就沉下去了呢？当咱们观察到沉淀物慢慢形成的时候，那种感觉就像是在看一场魔术表演，心里忍不住想“哇，这真是太神奇了”。

沉淀物的颜色、形状都各不相同，有些像小雪球，有些则像细沙，真是让人爱不释手。

看着这些小家伙慢慢聚集在一起，仿佛在开派对，特别热闹。

我们要做的就是记录这些变化，像是给它们写一篇小作文，把它们的故事都记录下来。

时间、温度、浓度，这些都得好好记着，未来咱们可要用这些数据来分析呢。

说到分析数据，这可是个技术活儿。

咱们得把每一步的结果都认真对待。

比如说，沉淀物在不同浓度下的表现，哎呀，那可真是一门学问。

就像是人，有的人在酒会上能喝得多，有的人一杯下去就醉了。

通过这些数据，咱们可以得出很多有趣的结论。

有没有发现，沉淀物的形成就像生活中的人际关系，有时候一见如故，有时候则得慢慢培养。

实验结束之后，咱们还得清理现场，别小看这一步，做完实验后，整个桌子上、地上都是小颗粒，就像在举办一场盛大的糖果派对。

清理的时候，可以想象自己是一位科学家，正在挖掘未知的宝藏。

这时候，咱们也可以好好反思一下自己在实验中遇到的问题，看看哪些地方可以改进。

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)第三章废水好氧生物处理工艺（1）——活性污泥法第一节活性污泥法的基本原理一、活性污泥法的基本工艺流程1、活性污泥法的基本组成①曝气池：反应主体②二沉池：1）进行泥水分离，保证出水水质；2）保证回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。

③回流系统：1）维持曝气池的污泥浓度；2）改变回流比，改变曝气池的运行工况。

④剩余污泥排放系统：1）是去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行。

⑤供氧系统：提供足够的溶解氧2、活性污泥系统有效运行的基本条件是：①废水中含有足够的可容性易降解有机物；②混合液含有足够的溶解氧；③活性污泥在池内呈悬浮状态；④活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；⑤无有毒有害的物质流入。

二、活性污泥的性质与性能指标1、活性污泥的基本性质①物理性能：“菌胶团”、“生物絮凝体”：颜色：褐色、（土）黄色、铁红色；气味：泥土味（城市污水）；比重：略大于1，（1.002~1.006）；粒径：0.02~0.2 mm；比表面积：20~100cm2/ml。

②生化性能：1) 活性污泥的含水率：99.2~99.8%；固体物质的组成：活细胞（M a）、微生物内源代谢的残留物（M e）、吸附的原废水中难于生物降解的有机物（M i ）、无机物质（M ii ）。

2、活性污泥中的微生物：① 细菌： 是活性污泥净化功能最活跃的成分，主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等；基本特征：1) 绝大多数都是好氧或兼性化能异养型原核细菌；2) 在好氧条件下，具有很强的分解有机物的功能； 3) 具有较高的增殖速率，世代时间仅为20~30分钟；4) 其中的动胶杆菌具有将大量细菌结合成为“菌胶团”的功能。

② 其它微生物------原生动物、后生动物----在活性污泥中大约为103个/ml 3、活性污泥的性能指标：① 混合液悬浮固体浓度（MLSS ）（Mixed Liquor Suspended Solids ）：MLSS = M a + M e + M i + M ii 单位： mg/l g/m 3② 混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS ）（Mixed V olatile Liquor Suspended Solids ）：MLVSS = M a + M e + M i ；在条件一定时，MLVSS/MLSS 是较稳定的，对城市污水，一般是0.75~0.85③ 污泥沉降比（SV ）（Sludge V olume ）：是指将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示； 能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀； 正常数值为20~30%。