环境工程专业实验讲义(2013)分析解析

-环境工程基础实验-

“环境工程基础实验”是环境工程专业必修课，是《环境工程原理》课程教学的重要组成部分，是培养环境工程技术人员的必修课，其目的是巩固和加强学生对基本原理的理解、贯通和融化，提高学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，并且培养学生在实验中的操作技能，提高学生对实验数据的分析与处理能力。本课程的实验内容选用目前较常用的水处理工艺和技术，对于开阔学生视野、提高理论水平具有十分重要的意义。

实验Ⅰ 颗粒自由沉淀实验

颗粒自由沉淀实验是研究在废水中悬浮颗粒浓度较稀时，颗粒依靠重力作用而沉淀的基本规律。一般是通过沉淀柱静沉实验，获得颗粒沉淀曲线。本实验不仅具有理论指导意义，而且也为某些构筑物（如沉砂池）的设计提供重要依据。

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. 掌握颗粒自由沉淀实验方法，并对实验数据进行分析、整理、计算和绘制沉淀关系曲线。

二、[实验原理]

悬浮物浓度不高，在沉淀过程中，颗粒间互不碰撞，呈单颗粒状态，各自独立完成沉淀过程，其沉淀轨迹为直线。典型例子是砂粒在沉砂池中的沉淀以及悬浮物浓度较低的废水在初沉池中的沉淀过程。自由沉淀过程可用牛顿第二定律描述，其沉淀速度符合斯托克斯公式。悬浮颗粒在沉淀池内的运动规律，Hazen 和Camp 提出了理想沉淀池的概念。

沉淀池能够去除的颗粒包括u > u 0 以及u < u 0 的两部分，故去除率η为：

00

000

1

(1)(1)

100%(2)p i

p udp u or

C C C ηη=-+

⋅⋅⋅⋅⋅-=

⨯⋅⋅⋅⋅⋅⎰

P 0为沉淀速度小于最小沉淀速度（u 0）的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数(00

i

C p C =

,剩余量,)；1-P 0（去除量）为沉淀速度大于最小沉淀速度（u 0）的颗粒去除百分数。式（1）是悬浮颗粒去除率的累积曲线计算法。

通过下式计算沉淀速率，即

01060i h u t ⨯=

⨯

式中u-----沉淀速率（mm/s ）； h 0----取样口高度（cm ） t i ----沉淀时间（min ）

三、[实验器具与设备]

1. 自由沉淀装置（沉淀拄，储水箱，水泵空压机）；

2. 计时秒表；

3. 分析天平（1/10000 1台）

4. 恒温烘箱

5. 干燥器；

6. 旋塞称量瓶（40x70 10个）；

7. 量筒（10个）；

8. 烧杯、移液管、瓷盘等。 9. 定量滤纸； 10. 漏斗（10个）

11. 水样可以选用天然河水或人工配制。

颗粒自由沉淀实验装置

四、实验操作及步骤

1.将废水注入水箱中，在水箱中充分搅拌，开启水泵将充分混合的废水注入沉

淀柱内。

2.开动秒表开始记时，当时间为0、1、5、10、15、20、25、30、60、100 min

时，在同一取样口取出100mL水样。

3.测定各水样的悬浮物浓度，0min所取水样的浊度为原水浊度。

5. 观察悬浮颗粒沉淀现象。

6.记录实验原始数据，填入表1中。

1）向沉淀柱内进水时，速度要适中，既要较快完成进水，以防进水中一些较重颗粒沉淀，又要防止速度过快造成柱内水体紊动，影响沉淀实验效果。2）取样前，记录管中水面至取样口距离H（以cm计）。

3）取样时，先排除管中积水后取水样，每次约取120mL。

五、实验结果整理

1. 实验基本参数整理

实验日期：水样性质及来源：

沉淀柱直径d= 柱高H=

水温：℃原水样悬浮颗粒浓度C0（mg/L）：

绘制实验装置草图

2. 实验结果

1）计算悬浮物去除率、剩余率P及沉淀速度u，并将数据结果填入表2。

2）绘制η-T(去除率-沉淀历时)、η-u（去除率-沉淀速度）、P-u（剩余率-沉淀速度）曲线。

[思考题]

（1）自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有何区别？

（2）绘制自由沉淀曲线的方法及意义？

（3）自由沉淀的测定是否还有其他方法？

实验II 过滤反冲洗实验

过滤是去除浓度比较低的悬浮液中微小颗粒的一种有效方法。过滤时含悬浮物的废水流过具有一定孔隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截流在介质表面或内部而除去，根据所采用的过滤介质不同，可将过滤分为多孔材料过滤和颗粒材料过滤两种。此外，使用的构筑物是普通快滤池。快滤池一般用钢筋混凝土建造，池内有排水槽、滤料层、垫料层和配水系统；池外配有进水管、出水管、冲洗水管、冲洗水排出管等管道及附件。

一、[实验目的]

1、了解模型及设备的组成与构造。

2、观察过滤及反冲洗现象，理解过滤及反冲洗原理。

3、掌握实验的操作方法。

4、掌握滤池中主要技术参数的测定方法。

二、[实验原理]

水的过滤是根据地下水通过地层形成清洁井水的原理而创造的处理浑浊水的方法。在过滤过程中，一般以石英砂等颗粒状滤料层截流水中悬浮杂质，从而使水达到澄清的工艺过程。过滤是水中悬浮颗粒与滤料颗粒间粘附作用的结果。

在过滤过程中，随着过滤时间的增加，滤层中悬浮颗粒的量也会随之不断增加，从而导致过滤过程水利条件的改变。当滤料粒径、形状、滤层级配、厚度及水位已定时，如果空隙率减少，在水头损失不变的情况下，则引起滤速减小。反之，在滤速保持不变时，引起水头损失的增加。就整个滤料层而言，鉴于上层滤料截污量多，越往下层截污量越小，因而水头损失增值也由上向下逐渐减小。

过滤时，随着滤层中杂质截留量的增加，当水头损失增至一定程度时，导致滤池产生水量锐减，或由于滤后水质不符合要求，滤池则必须停止过滤，并进行反冲洗。反冲洗时，滤料层膨胀起来，截留于滤层中的污染物，在滤层孔隙中的水流剪力作用下，以及在滤料颗粒碰撞摩擦的作用下，从滤层表面脱落下来，然后被冲洗水流带出滤池。反冲洗效果主要取决于滤层孔隙水流剪力。该剪力既与冲洗流速有关，又与滤层膨胀有关。反冲洗效果通常由滤床膨胀率e 来控制，即：

100%L L e L

-=

⨯

式中，L-----砂层膨胀后的厚度（cm ）；

L 0---砂层膨胀前的厚度（cm ）。

通过长期试验发现，e 为25%时的反冲洗效果最佳。

三、[实验设备与仪器]

1、过滤反冲洗装置一套。