仿真实验三 絮凝沉降与沉淀池设计 仿真实验教学指导书

仿真实验三 絮凝沉降与沉淀池设计
实验目的：絮凝沉降实验是研究浓度一般的絮凝颗粒的沉降规律。

一般是通过几根沉降柱的静沉实验获取颗粒沉降曲线。

为污水处理工程某些构筑物的设计和生产运行提供重要依据。

1.加深对絮凝沉降的特点、基本概念及沉降规律的理解。

2.掌握絮凝试验方法，并利用实验数据绘制絮凝沉降曲线。

3.能够结合絮凝沉降规律进行沉淀池设计因素的分析。

实验要求：
(1)学习和掌握絮凝沉降试验方法；
(2)观察沉淀过程，加深对絮凝沉降特点、基本概念及沉淀规律的理解；
(3)进一步了解和掌握絮凝沉降的规律，根据实验结果绘制絮凝沉降关系曲线。

(4)根据絮凝沉降关系分析沉淀池的设计因素，给出专业的分析、结论。

实验原理：
絮凝颗粒在沉淀过程中会互相碰撞形成新的颗粒，其尺寸、质量随深度的增加而增大，沉速也加大，水处理工艺中的许多沉淀都属于絮凝沉淀。

絮凝颗粒的沉淀轨迹是一条曲线，且难以用数学方法表达，因此要用实验来确定必要的设计参数。

絮凝沉降与自由沉降不同，去除率不仅与颗粒的沉速有关，而且与沉淀有效水深有关。

因此取样不但要考虑时间，而且要考虑取样的位置。

去除率随时间的延长而增加，随深度的加深而减小，因此需要使用具有多个取样口的沉淀柱来进行沉淀性能测定。

在不同的沉淀时间，从不同水深取出水样，测出悬浮物浓度，计算悬浮物去除率。

将这些去除率绘于相应的深度与时间的坐标上。

再绘出等去除率曲线。

最后借助于这些等去除率曲线，计算对应于某深度和停留时间的悬浮物去除率。

絮凝沉淀采用的方法是纵深分析法。

颗粒去除率按下式计算：
()()()1n T n T 1T 2T 2T 1T 1T -+++++-++-+-+=ηηηηηηηηH
h H h H h n 其中：η——沉降高度为H 、沉降时间为T 时沉淀柱中颗粒的总去除率；
T η——沉降时间为T 时，
沉降高度H 处被全部去除的颗粒的去除率，这部分颗粒具有沉速；T H u u /0=≥
H ——沉淀高度(0、H 3、H 2、H 1、H 0)，由水面向下量测取样口位置；
h ——沉淀时间 T 对应各等效率曲线间中点的高度（h 1、h 2…h n ）。

上式可解读为，沉淀柱中颗粒的总去除率η由两部分组成，沉速T H u u /0=≥颗粒被全部去除，沉速0u u <的颗粒只有部分被去除。

在不同水深的这些颗粒的沉淀效率也不相同，也是大的沉淀快，小的沉淀慢。

实验内容与操作步骤：
(1) 絮凝沉降操作流程如下列图1所示：
图1：絮凝沉降仿真实验的操作流程(2)絮凝沉降实验装置及面板如下图所示：
图2：絮凝沉降仿真实验虚拟设备面板
(3)絮凝沉降虚拟仿真实验
1.点击选择原水来源和设置原水浓度SS(mg/L)；
2.设计“沉淀柱取样口”的位置：“沉淀柱”的总高度可通过鼠标直接点击“水深标尺”最大量程的数值进行修改；“水深标尺”以水面高度为“0”，当沉淀柱的水未注满时，“水深标尺”的取值无意义。

“沉淀柱”侧面共设5个“取样口”，其安装位置由“位置控制量h1、h2...h5（m）”控制，修改 h1、h2...h5的数值，对应的“取样口”会自动调整到该位置。

3.输入数据，设定沉淀时间，每改变一次时间，需要依次点击5个“取样阀门”，进行取样操作；然后点击“数据写入”按钮，便可在“实验记录表”中留下该时刻对应的一组实验记录。

5.“计时钟”的量程由沉淀“实验总时间”确定，“实验记录表”中的数据值可以是SS 浓度值（mg/L）或百分率（%）表达，由“拨动开关”确定。

6.当未进行采样，或水面高度未达到“0”位时，点击“数据写入”按钮，会出现提示，这时只需要加满实验用水，或实施5个“取样口”的采样操作，即可恢复正常。

7.按照事先制定的实验方案，完成多个时间点的采样测定，获得具有足够数据的“实验数据记录表”；
8.全部检测完成后，按下“数据存盘”按钮保存的数据；保存数据的文本文件名在“文件名对话框”中予以指定；使用“数据清除”按钮清除“实验记录表”以便进行下一次实验。

9.絮凝沉淀实验最直接的目的在于为沉淀池设计提供依据，点击“沉淀池设计”按钮，会运行“沉淀池设计及絮凝沉降结果应用”程序，如图3所示。

10.全部实验完成后按下“Stop”键退出。

图3：沉淀池设计及絮凝沉降结果应用的程序界面
(4)沉淀池设计：
1.沉淀池可设计成矩形或园形，操作“选择沉淀池形”开关可显示矩形沉淀池的“长、宽、深”或幅流沉淀池的“直径、中心深、底坡”输入窗，以便设计数据；
2.“拨动开关”用于指定二沉池设计控制准则，选择是根据原水的经验水质数据，还是污泥的沉降指数“SVI”数值，实施设计；
3.设置原水中污泥浓度值“g/L”，进入二沉池的原水流量（M3/h），和二沉池底排出的污泥流量（M3/h）；
4.在虚拟仪器中显示出，设计工况下二沉池出水的 SS 数值，回流污泥浓度“g/L”，外排污泥浓度与停留时间SRT关系图，面积负荷与去除率关系图；图中清楚地显示出设计工况点与技术参数曲线的相关关系，设计中应讨论的其他主要技术参数也在各自的数据窗中予以显示。

(5)操作练习1：絮凝沉降虚拟仿真实验
进行纺织厂泥水絮凝沉降性能的测定,确定在深度：0.5,1.1,1.7,2.3,2.9m 处设置采样口，实验中实际获得的是在这些采样口获得样品的 ss 浓度值 (mg/L)，完成实验记录如表1；在电子表格 Excel 使用实验记录表，在“B15”单元格输入公式
“=($B$3-B6)/$B$3*100”后用填充柄扩展填充至“B15：K19”的整个区域，可方便地计算出全部去除百分率（%）
表1：指定深度和时间的 ss 测定值 (mg/L)记录表
图4：等百分去除率曲线图
借助于等百分去除率曲线图4，计算对应于深度2.5m和停留时间30min的沉淀池的悬浮物去除率，具体计算方法如下：
图5：等百分去除率图
(6)操作练习2(选择)：市政污水厂与焦化厂泥水絮凝沉降性能的测定与比较
要求：
1.沉淀柱水深设计为4m，5 个采样口的深度为0.8m、1.4m、
2.0m、2.8m、
3.6m，原水分别来自市政污水厂和焦化厂，SS 浓度为 1800 m g/L；
2.按照操作练习1的要求完成全部工作内容。

(7)操作练习3(选择)：市政污水厂沉淀池的可视化设计
市政污水厂沉淀池的处理水流量300（M3/h），污泥浓度1.6g/L，设计幅流沉淀池，要求出水ss 浓度小于50mg/L。

实验分析与讨论:
1、絮凝沉降实验中，沉淀柱的直径设置对沉淀实验有何影响，如何估算采样消耗的水量；
2、选择某一有效水深H,过H做水平轴的平行线，与各去除率相交，再根据公式计算不同沉淀时间的总去除率；
3、絮凝沉降与自由沉降有哪些不同？
4、参照自由沉降的数据处理，以沉淀时间t为横坐标，η为纵坐标，绘出不同有效水深H的η－t关系曲线和η－u关系曲线，形状上会有何变化。

5、两种不同性质的污水经絮凝沉淀实验后，所得同一去除率的曲线不同，试分析其原因，并加以讨论。

补充: “等百分去除率图”的绘制:
“等百分去除率图”的绘制始终是絮凝沉降实验数据处理中一项困难的任务，事实上只要制作成Excel模板，即可轻松解决。

在 Excel 中绘制的“等百分去除率图”实际上是5个系列的XY函数图，其 X坐标为时间，所有的Y 坐标数据均为深度，如下图所示，关键在于在对应的数据标记处，链接了单元格内容为“百分去除率”的“数据标签”，“B4:K8”单元格内容更新后，自动获得新的“等百分去除率图”，当然数据源中的“时间”和“深度”也是与初始设置相互链接，同步更新的。