微信小程序污水处理工程实验题（内容覆盖单元1-7，占形考成绩25%）
从下列选题中任选一个进行实验，选择前两个实验的请按下述表格格式要求提交作业，同时提供实验照片，选择第三个题目请提交实习报告并提供参观现场照片2张！
1、颗粒自由沉淀实验
2、混凝实验
3、自来水厂工艺现场与设备参观
说明：
（1）按照附件实验指导书的方法进行实验；
（2）自来水厂也可替换成其他污水处理厂；
（4）若没有实验条件，请及时与课程指导老师联系，到省校或联系其他单位完成本次作业！
选测项目 颗粒自由沉淀实验
步骤 需要填写 具体要求 得分
实验目的 1.1 研究浓度较稀时的单颗粒沉淀规律，加深其对沉淀特点、基本概念的理解。
1.2 掌握颗粒自由沉淀试验的方法，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。
5分
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、等速下降，其沉速在层流区符合斯托克斯（Stocks）公式。但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒相对密度很难或无法准确地测定，因而沉降效果、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，但其直径应足够大，一般D ，以免颗粒沉淀受柱壁干扰。
具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率（ ）与截流速度（u0）、颗粒重量百分率的关系如下：
20-1
式中： ——沉淀效率；
——理想沉淀池截流沉速：
——所有沉速小于 的颗粒质量占原水中全部颗粒质量的百分率；
——小于截流沉速的颗粒沉速。
此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算方法。
设在一水深为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C0（mg/L），此时去除率 =0。
实验开始后，不同沉淀时间 ，颗粒沉淀速度 相应为：
20-2
式中： ——颗粒沉淀速度，mm/s；
Ｈ——取样口至水面高度，mm；
——沉淀时间，min。
此即为 时间内从水面下沉到池底（此处为取样点）的颗粒所具有的沉速。此时取样点处水样悬浮物浓度为 ，未被去除的颗粒所占的百分比为：
20-3
式中： －悬浮颗粒剩余率；
－原水（０时刻）悬浮颗粒浓度，mg/L；
－ 时刻悬浮颗粒浓度，mg/L。
此时被去除的颗粒所占的百分比为：
20-4
式中： －悬浮颗粒去除率；
、 、 同上。
需要说明的是，实际沉淀时间 时间内，由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成，即沉速 的那一部分颗粒可能全部沉至池底。除此之外，颗粒沉速 的那一部分颗粒也有一部分能沉至池底。这是因为，这部分颗粒虽然粒径很小，沉速 ，但是这部分颗粒并不都在水面，而是均匀分布在整个沉淀柱的高度内。因此，只有在水面下它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速 的颗粒由水面降至池底所用的时间 ，那么这部分颗粒也能从水中被除去；沉速 的那部分颗粒虽然有一部分能从水中去除，但其中也是粒径大的沉到池底的多，粒径小的沉到池底的少，各种粒径颗粒去除率并不相同。因此公式（20-４）未包含 的那部分颗粒被去除。
参见学习资料或各种资源简述本次实验原理
实验准备 （1）自由沉淀实验装置如图20-1所示。
（2）浊度仪。
图20-1 自由沉淀实验装置
1—配水箱；2—水泵；3—搅拌装置；4—1.2m高有效水位沉淀柱；5—0.9m高有效水位沉淀柱；6—水循环用阀；7—配水阀门；8—沉淀柱上水阀门；9—放空阀门；10—取水样阀门；11—溢流管
（1）说明本次实验用到的药剂和仪器；
（2）左边表格中至少插入过程照片1张。
实验过程 4.1 准备实验原水。取适量硅藻土和自来水配制水样，置于水箱中。
4.2 开启循环管路阀门，启动水泵和搅拌装置。
4.3 水箱内水质均匀后，开启进水阀，等进水达到预定水高时，关闭进水阀，停水泵。过3~5分钟后，开动秒表记录时间，沉淀实验开始。
4.4 当时间为0min、2min、5min、10min、15min、30min、40min、60min时，取水样测浊度（注意：取水样时，需先放掉一些水，以便冲洗取样口处的沉淀物），在每次取样前后读出水面高度。相关数据记录如表20-1和20-2所列。
表20-1 颗粒自由沉降实验记录 取样口高度为0.5m
静沉时间t/min 水样浊度/NTU 取样前，取样口至水面高度
H前/mm 取样后，取样口至水面高度
H后/mm
0
2
5
10
15
30
40
60
表20-2 颗粒自由沉降实验记录 取样口高度为1.0m
静沉时间t/min 水样浊度/NTU 取样前，取样口至水面高度
H前/mm 取样后，取样口至水面高度
H后/mm
0
2
5
10
15
30
40
60
（1）详细叙述实验的每一个步骤；
（2）记录实验数据（保留两位有效数字）；
（3）左边表格中至少插入过程照片2张。
10分
测定结果及评价 5.1 计算悬浮物去除率 、悬浮物剩余率p、沉淀速度u，将结果填入表20-3和20-4。
5.2 据表20-3和20-4中数据，绘制t- 曲线、u- 曲线、u-P曲线。
表20-3 颗粒自由沉淀实验成果表 取样口高度为0.5m
取样口至水面高度
H=（H前+H后）/2 静沉时间
t/min 悬浮物去除率 /%
悬浮物剩余率p/% 沉淀速度
u/（mm/s）
2
5
10
15
30
40
60
表20-4 颗粒自由沉淀实验成果表 取样口高度为1.0m
取样口至水面高度
H=（H前+H后）/2 静沉时间
t/min 悬浮物去除率 /%
悬浮物剩余率p/% 沉淀速度
u/（mm/s）
2
5
10
15
30
40
60
（1）根据分析测定过程得到最终的实验结果；
（2）写出参考标准（号）并对结果简单分析。
【20分】 10分
共计
附件一：混凝实验
一. 实验目的
本实验主要针对污染物浓度较低的水样，采用混凝工艺进行深度处理，确定不同混凝剂的最佳投药量，观察絮凝过程中矾花的形成及其特点，掌握混凝工艺的操作方法。
二. 实验原理
天然水中存在大量胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能除去的。水中的胶体颗粒，主要是带负电的粘土颗粒。胶粒间的静电斥力，胶粒的布朗运动及胶粒表面的水化作用，使得胶体具有稳定性。
化学混凝机制主要是通过混凝剂在水中水解，对水中胶体产生压缩双电层、吸附架桥和网捕等三方面的作用，促使胶体凝聚，形成絮凝体，最终通过沉淀作用得以去除。
三. 实验材料和装置
实验设备及仪器
1、 六联搅拌机1台
2、 GDS-3型光电式浊度仪1台
3、 烧杯（1000mL、500 mL、200 mL、各6个）
4、 烧杯（500 mL3个）
5、 移液管（1 mL、2 mL、5 mL、10 mL各4支）
6、 注射器（50 mL2支）
7、 温度计1个
实验用试剂
1、 硫酸铝（10 g/L）
2、 三氯化铁（10 g/L）
3、 盐酸（10%）
4、 氢氧化钠（10%）
5、 聚合氯化铝（10 g/L）
四. 实验步骤
1、 混凝剂的确定
在硫酸铝、三氯化铁、聚丙烯酰胺三种混凝剂中，确定一种最佳混凝效果的混凝剂。
⑴、 测定原水特征，即测定原水的浊度、温度、pH值，记录在表1中。
⑵、 用三个500mL的烧杯，分别取200mL原水，并将装有水样的烧杯置于六联搅拌机上。
⑶、 分别向三个烧杯中加入氯化铁、硫酸铝、聚丙烯酰胺，并每次加1.0mL，同时进行搅拌（中速150r/min,5min），直到其中一个试样出现矾花。这时在表1中记录下每个师洋中混凝剂的投加量。
⑷、 停止搅拌，静止10分钟。
⑸、 用50mL注射针筒抽取上清液，用浊度仪测出三个水样的浊度，记录在表1中。
⑹、 根据测得的浊度确定最佳混凝剂。
表1、原始数据及投加三种混凝剂的沉淀水浊度测定记录表
原水浊度： 原水温度： 原水pH值：
混凝剂名称
矾花形成时投混凝
剂最佳量（mL）
剩余浊度
（NTU） 1 1 1
2 2 2
3 3 3
平均 平均 平均
2、 确定混凝剂的最佳投药量
⑴、 用6个1000mL烧杯，分别取800 mL原水，将装有水样的烧杯置于六联搅拌机上。
⑵、 采用实验步骤1中选定的最佳混凝剂，按不同投量（依次按25%—100%的剂量）分别加入到800 mL原水样中，利用均分法确定此组实验的六个水样的混凝剂投加量，记录在表2中。
⑶、 启动搅拌机，快速搅拌约300r/min，0.5min;中速搅拌约150 r/min，5min;慢速搅拌约70 r/min，10min。
⑷、 搅拌过程中，注意观察“矾花”的形成过程。
⑸、 停止搅拌，静止沉淀10min，然后用50mL注射筒分别抽出6个烧杯中的上清液，同时用浊度仪测定水的剩余浊度，记录在表2中。
表2、某种混凝剂投加量的最佳选择实验数据
水样编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
混凝剂加注量（mL）
剩余浊度
（NTU） 1
2
3
4
3、 最佳pH值的影响
表3、pH最佳值的选择实验数据
水样编号 1 2 3 4 5 6
投加质量分数为10%的盐酸（mL） 2.5 1.5 1.0
投加质量分数为10%的氢氧化钠（mL） 0.2 0.7 1.2
pH值
混凝剂投加量
剩余浊度
（NTU） 1
2
3
平均
⑴、 用6支1000 mL烧杯，分别取800 mL原水，将装有水样的烧杯置于六联搅拌机上。
⑵、 调整原水pH值，用移液管依次向1、2、3号装有原水的烧杯中，分别加入2.5mL、1.5mL、1.0mL盐酸，再向4、5、6号装有原水的烧杯中，分别加入0.2mL、0.7mL、1.2mL氢氧化钠。
⑶、 启动搅拌机，快速搅拌300 r/min，0.5min，随后停机，从每只烧杯中取50 mL水样，依次用pH仪测定各水样的pH值，记录在表3中。
⑷、 用移液管依次向装有原水烧杯中加入相同量的混凝剂，投加剂量按最佳投药量实验中得出的最佳投加量而确定。
⑸、 启动搅拌机，快速搅拌约300r/min，0.5min;中速搅拌约150 r/min，10min;慢速搅拌约70 r/min，10min，停机。
⑹、 静止10 min，用50mL注射筒分别抽出6个烧杯中的上清液（共抽3次，约150mL）放入200mL烧杯中，同时用浊度仪测定水的剩余浊度，记录在表3中。
一、 实验数据及结果整理分析
1、 根据表1所列实验数据确定最佳混凝剂。
2、 以沉淀水浊度（NTU）为纵坐标，混凝剂投加量为横坐标，绘制实验曲线，求出最佳混凝剂投加量。
3、 以沉淀水浊度（NTU）为纵坐标，水样pH值为横坐标，绘制最佳pH值实验曲线，从图中求出投加混凝剂的混凝最佳pH值。
。
思考题
根据实验结果以及实验中所观察到的现象，简述影响混凝的主要因素。
附：浊度的测定
所谓浊度即为水体混浊的程度，是表示水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度，即是水样中的微细悬浮物的光学特性表示法。
浊度是由于水中含有泥沙、粘土、有机物、无机物、浮游生物和微生物等悬浮物质造成的。天然水经混凝、沉淀、过滤等处理，使水变得清澈。测定水样浊度可用分光光度法。
1、方法原理
在适当温度下，硫酸肼[(NH2)2SO4•H2SO4]与六次甲基四胺[(CH2)6N4]聚合，形成白色高分子聚合物。以此作参比浊度标准液，在一定条件下与水样浊度相比较。
2、试剂
浊度贮备液，配置方法如下：
称取0.50 g硫酸肼，5.00 g六次甲基四胺，分别溶于400 mL蒸馏水中，将溶解的两种溶液倒入1000 mL容量瓶中混合，加蒸馏水稀释至刻度，混合摇匀，在25±3 0C温度下反应24h，即得到400度的浊度标准溶液。
3、仪器：
50ml比色管，721分光光度计。
测定步骤
（1）标准曲线的绘制
吸取浊度标准溶液0，0.50，1.25，2.50，5.00，10.00和12.50ml，置于50ml比色管中，加水至标线。摇匀后即得浊度为0，4，10，20，40，80，100的标准系列。于680nm波长测定吸光度，绘制标准曲线。
（2）水样的测定
吸取50.0ml水样（如浊度超过100度，可酌情少取，用水稀释到50.0ml）于50ml比色管中，按校准曲线步骤，测定吸光度。由校准曲线上查得水样浊度。
4、计算
浊度=50
式中，A—稀释过水样的浊度；
C—原水样体积（ml）
附件二：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、掌握颗粒自由沉降实验的方法，并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉降曲线。
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Stocks（斯笃克斯）公式。
但是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通过静沉实验确定。由于自由沉降时颗粒是等速下沉。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以免颗粒沉淀受柱壁干扰。具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率与截留速度u。颗粒重量百分率的关系如下：
此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算方法。
设在一水深为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C0（mg/L），此时去除率E＝0。
实验开始后，不同沉淀时间ti，颗粒最小沉淀速度ui相应为
此即为ti时间内从水面下沉到池底（此处为取样点）的最小颗粒di所具有的沉速。此时取样点处水样悬浮物浓度为Ci，而
此时去除率Ei，表示具有沉速u≥ui(粒径d≥di)的颗粒去除率，而
则反映了ti时，未被去除之颗粒即d＜di的颗粒所占的百分比。
实际上沉淀时间ti时，由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成，即沉速u≥ui的那一部分颗粒能全部沉至池底。除此之外，颗粒沉速u＜ui的这部分颗粒并不都能沉至水底。这是因为，这部分颗粒虽然粒径很小，沉速u＜ui，但是这部分颗粒并不都在水面，而是均匀地分布在整个沉淀柱的高度内。因此，只要在水面下，它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速ui的颗粒由水面降至池底所用的时间ti，那么这部分颗粒也能从水中被除去。
沉速u＜ui的那部分能从水中去除，但其中也是粒径大的沉到池底的多，粒径小的沉到池底的少，各种粒径颗粒去除率并不相同。因此若能分别求出各种粒径的颗粒占全部颗粒的百分比，并求出该粒径在时间ti内能沉至池底的颗粒占本粒径颗粒的百分比，则二者乘积即为此种粒径颗粒在全部颗粒中的去除率。如此分别求出u＜ui的那些颗粒的去除率，并相加后，即可得出这部分颗粒的去除率。
为了推求其计算式，我们首先绘制出u～P关系曲线，其横坐标为颗粒沉速u，纵坐标为未被去除颗粒的百分比P：
故 是当选择的颗粒沉速由u1降至u2时，整个水中所能多去除的那部分颗粒的去除率。也就是所选择的要去除的颗粒粒径由d1减到d2时，此时水中所能多去除的，即粒径在d1～d2间的那部分颗粒所占的百分比。因此当 间隔无限小时，则 代表了小于di的某一粒径d占全部颗粒的百分比。这些颗粒能沉至池底的条件，应是由水中某一点沉至池底所用的时间，必须等于或小于具有沉速为ui的颗粒由水面沉至池底所用的时间即应满足
由于颗粒均匀分布，又为等速沉淀，故沉速 的颗粒只有在x水深以内才能沉到池底。因此能沉至池底的这部分颗粒，占这种粒径的百分比为x/H，如图1所示，而
此即为同一粒径颗粒的去除率。即u0=ui，且为设计选用的颗粒沉速；uS=ux，则有
由上述分析可见，usdP反映了具有沉速uS的颗粒占全部颗粒的百分比，而 则反映了在设计沉速为u0的前提下，具有沉速uS(<u0)的颗粒去除量占本颗粒总量的百分比。故us/u0dP正是反映了在设计沉速为u0时，具有沉速为uS的颗粒所能去除的部分占全部颗粒的比率。利用积分求解这部分us<u0的颗粒的去除率，则为 ，故颗粒的去除率为
工程中常用下式计算
三 实验设备及仪器
1．自由有机玻璃管沉淀柱实验设备一套。工作水深即溢流口至取样口距离。
2．计量水深用标尺；计时用秒表或手表。
3．玻璃烧杯，移液管，玻璃棒，容量瓶等。
4．浊度计。
5．实验水样为滑石粉模拟污水。
四 实验步骤及记录
1、将实验用水倒入水池内，开启循环管路闸门，用泵循环或机械搅拌装置搅拌，待池内水质均匀后，从池内取样；测定悬浮物浓度，此即为C。
3、开启进水阀门，水经配水管进入沉淀管内，当水上至溢流口，并流出后，关闭进水闸门、停泵。记录时间，沉淀实验开始。
4、隔5、10、20、30、60、120min由取样口取样，记录沉淀柱内液面高度。
5、观察悬浮颗粒沉淀特点、现象。
6、经稀释后测定水样浊度。
五 实验注意事项
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，影响静沉实验效果。
2．取样前，一定要记录管中水面至取样口距离H。（以cm计）
3．取样时，先排除管中积水而后取样，每次约取100mL。
4．测定悬浮物时，因颗粒较重，从烧杯取样要边搅边吸，以保证两平行水样的均匀性。贴于移液管壁上细小的颗粒一定要用蒸馏水洗净。
六 实验数据记录及整理
1、实验基本参数整理
实验日期： 年 月 日 水样性质及来源：
沉淀柱直径d= mm 柱高H= cm
水温： ℃ 原水浊度＝ NUT
2、实验数据整理
表1 实验记录表
静沉时间
（min） 浊度(NUT) 浓度(mg/L) 沉淀高度
H（cm） 沉降速度
U cm/min 未移除悬浮物Pi%
表中不同沉淀时间tBiB时，沉淀管内未被移除的悬浮物的百分比及颗粒沉速分别按下式计算：
末被移除悬浮物的百分比: Pi=Ci/C0 ×100%
相应的沉速: ui=Hi/ti×100%
4、利用下面图解法列表，计算不同沉速时，悬浮物的去除率。
表2 悬浮物去除率E的计算
序号 U0 P0 1-P0 △P us us•△P ∑us•△P ∑us•△P／u0 E
1
2
3
4
5
6
7
8
5、根据上述计算结果，以E为纵坐标，分别以u和t为横坐标，绘制u～E，t～E关系曲线。
[思考题]
1、自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀沉速有何区别。
2、绘制自由沉淀曲线的方法及意义。
3、沉淀柱高度分别为H=1.2m和H=0.9m，两组实验成果是否一样？为什么？
请先 ！