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