仿真实验三絮凝沉降与沉淀池设计仿真实验教学指导书

1、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

2、。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

3、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：耳二耳+G_耳)+SG_耳)+"nG_耳)THT+1THT+2T+1HT+nT+n-1其中：耳沉降高度为H、沉降时间为T时沉淀柱中颗粒的总去除率；耳T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u>u二H/T；0H沉淀高度(0、H、H、H、H)，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、hh)。12n上式可解读为，沉淀柱中颗粒的总去除率耳由两部分组成，沉速u>u二H/T颗0粒被全部去除，沉速u<u的颗粒只有

4、部分被去除。在不同水深的这些颗粒的沉淀效率0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hl、h2.h5(m)”控制，

5、修改hl、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

6、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

7、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巾)，和二沉池底排出的污泥流量(Ms/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处设置米样口，实验中实际获得的是在这些米样

8、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)记录表泥水来源：纺织厂；原水SS浓度：2500(mg/L)深度(m)时间(min)10223039516377901061180.51.11.72.32.9表2：不同深度上絮凝沉降的去除率(%)泥水来源：纺织厂；原水SS浓度：2500(mg/L)深度(m)时间(min)102230395163779010611

9、80.51.11.72.32.9:呆克m时间min)010203038526477951151290.5770893959797909090991.1607582859093959697971.7496674798487909294952.3405963737982358391932.934536368757331853889込B匚DEFGHI不同棗度上絮凝沉晖的去除率(X)等百分去除率图沉降时间min345363£3"573S1S5S3S93.0+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：解：计算对应于

10、深度2.5m和停留时间30nun的沉淀池的沉淀速度比ik=i二0.0S3(/»/niiii)二.39(inmls)沉速大于和等于哪的颗粒全部都彼去除。其相应的去除百分率为60%；在去除百分率60%至72%之间作中间曲线，该曲线与时间SOnih!的垂直线相交于深度为2.3m处。此区间颗粒的平均沉速是听j.0.077(m/min)1.28(wj«j/s)SOniiii此部分颗粒的相应的去除百分率为(1.2&139)<72-60)=11.1%注意到沉速的比，实际上就是平均深度与原始深度的比，并将类似的方法应用于其他区间，计算岀总去除百分率E："必+如迟-珂

11、）十乞（£-马）+如（出-几）=6°+44（了260）+学（甜一72）+学僵580）十字（90笳）2.525252.5+导（9590）+*（9395）=80.3（%）0.00.51.02.03.0等百分堀率图0102030405060708000(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1800mg/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

12、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，n为纵坐标，绘出不同有效水深H的耳一t关系曲线和耳一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

13、:“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。dEEithfm)Time(min)oEio20303852647795115129-0.51-0,5-0.5-0.5-0.5-05-0.5-0.5-0.5-0,