4．注意观察、描述颗粒沉淀过程中自然絮凝作用及沉速的变化。 整数据理
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℃ 原水悬浮物浓度SS0（mg／L） 绘制沉淀柱及管路连接图 2．实验数据整理
将表3－5实验数据进行整理，并计算各取样点的去除率E，列成表了3-6。
表3－6各取样点悬浮物去除率E值计算 沉淀时间(min) 取样深度（m） 1 20 2 40 3 60 4 80 5 120 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3．以沉淀时间t为横坐标，以深度为纵坐标，将各取样点的去除率填在各取样点的坐标上，如图3－7所示。
4．在上述基础上，用内插法，绘出等去除率曲线。E最好是以5％或10％为一间距，如25％、35％、45％或20％、25％、30％。
5．选择某一有效水深H，过H做x轴平行线，与各去除率线相交，再根据公式（3-10）计算不同沉淀时间的总去除率。 6．以沉淀时间t为横坐标，E为纵坐标，绘制不同有效水深H的E～t关系曲线，及E～u曲线。
思考题
1．观察絮凝沉淀现象，并叙述与自由沉淀现象有何不同，实验方法有何区别。
2．两种不同性质之污水经絮凝实验后，所得同一去除率的曲线之曲率不同，试分析其原因．并加以讨论。
4． 实际工程中，哪些沉淀属于絮凝沉淀。
实验三 混凝沉淀实验
混凝沉淀实验是给水处理的基础实验之一，被广泛地用于科研、教学和生产中。通过混凝沉淀实验，不仅可以选择投加药剂种类，数量，还可确定其它混凝最佳条件。 目的
1．通过本实验，确定某水样的最佳投药量。 2．观察矾花的形成过程及混凝沉淀效果。 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，使得胶粘具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大。向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，压缩胶团的扩散层，使ξ电位降低，静电斥力减小。此时，布朗运动由稳定因素转变为不稳定因素，也有利于胶粒的吸附凝聚。水化膜中的水分子与胶粒有固定联系，具有弹性和较高的粘度，把这些水分子排挤出去需要克服特殊的阻力，阻碍胶粒直接接触。有些水化膜的存在决定于双电层状态，投加混凝剂降低ξ电位。有可能使水化作用减弱。混凝剂水解后形成的高分子物质或直接加入水中的高分子物质一般具有链状结构在胶粒与胶粒间起吸附架桥作用，即使ξ电位没有降低或降低不多，胶粒不能相互接触，通过高分子链状物吸附胶粒，也能形成絮凝体。
消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫做脱稳。脱稳后的胶粒，在一定的水力条件下，才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。直径较大且较密实的矾花容易下沉。
自投加混凝剂直至形成较大矾花的过程叫混凝。混凝离不开投混凝剂。混凝过程见表3-8。
表3-8
阶 段 过 程 作 用 混合 药剂扩散 凝 聚 脱 稳 混凝剂水解 杂质胶体脱稳 异向絮凝为主 脱稳胶体聚集 分子热运动（布朗扩散） 絮凝 同向絮凝为主 微絮凝体的进一步碰撞聚集 液体流动的能量消耗 反应设备 动 力 处理构筑物 胶体状态 胶体粒径 质量迁移 溶解平衡 各种脱稳机理 混合设备 原始胶体 脱稳胶体 絮凝胶体 矾花 0.01～0.001μm 约5～10μm 0.5～2mm 由于布朗运动造成的颗粒碰撞絮凝，叫“异向絮凝”。由机械运动或液体流动造成的颗
粒碰撞絮凝，叫“同向絮凝”。异向絮凝只对微小颗粒起作用，当粒径大于1～5μm时。布朗运动基本消失。
从胶体颗粒变成较大的矾花是一连续的过程，为了研究的方便可划分为混合和反应两个阶段。混合阶段要求浑水和混凝剂快速均匀混合，一般说来，该阶段只能产生用眼睛难以看见的微絮凝体；反应阶段则要求将微絮凝体形成较密实的大粒径矾花。
混合和反应均需消耗能量，而速度梯度G值能反映单位时间单位体积水耗能值的大小，混合的G值应大于300～500S-1，时间一般不超过30S，G值大时混合时间宜短。水泵混合是一种较好的混合方式，本实验水量小便可采用机械搅拌混合。由于粒径大的矾花抗剪强度低，易破碎，而G值与水流剪力成正比，故反应开始至反应结束，随着矾花逐渐增大，G值宜逐渐减小。从理论上讲反应开始时的G值宜接近混合设备出口的G值，反应终止时的
G值宜接近沉淀设备进口的G值，但这样会带来一些问题。例如反应设备构造较复杂，在沉淀设备前产生沉淀。实际设计中G值在反应开始时可采用100S-1左右，反应结束时可采用10 S-1左右。整个反应设备的平均G值约为20～70 S-1，反应时间约15～30min，本实验采用机械搅拌反应，G值及反应时间T值（以秒计）应符合上述要求。近年来出现若干高效反应设备，由于能量利用率高，反应时间比15min短。
混合或反应的速度梯度G值
G?P （3-18） ?V式中 P——混合或反应设备中水流所耗功率W；IW=1J／S=1N·m/S； V——混合或反应设备中水的体积，m3；
μ——水的动力粘度Pa·S，1Pa·S=1N·S／m 2。
不同温度水的动力粘度μ值见表3-9。
表3-9不同水温水的动力粘度μ值 温度（℃） -30 5 1.518 10 1.307 15 1.139 20 1.002 25 0.890 30 0.798 40 0.653 μ（10N·S/ m 2） 1.781 本实验搅拌设备垂直轴上装设两块桨板，如图（3－17）示，桨板绕轴旋转时克服水的阻力所耗功率P为
CDrLW34 P?(r2?r14) （3-19）
4g式中 L——桨板长度，m；
r2——桨板腊旋转半径，m； r1——桨板内缘旋转半径，m； ω——相对于水的桨板旋转角速度，可采0.75倍轴转速，rad／s；
r——水的重度。N／m3； g——重力加速度，9.81m/s2；
CD——阻力系数，决定于桨板长宽比，见表3-10。
表3-10 阻 力 系 数 CD值 b/L CD 小于1 1.10 1～2 1.15 2.5～4 1.19 4.5～10 1.29 10.5～18 1.40 大于18 2.00 当CD=1.10（即b/L<1），r=9810N/m3，=9.81m/s2,及转速为n（r/min）（即
??2?r?0.75?0.0785n rad/s时）。 60P?0.133Ln3(r24?r14)
式中P、L、r2、r1符号意义及单位同前。
设备及用具
1． 无极调速六联搅拌机1台，如图3-18。 2． 1000mL烧杯12个。 3．200mL烧杯14个。
4．100mL注射器2个，移取沉淀水上清液。 5．100mL洗耳球 1个，配合移液管移药用。
6．lmL移液管1根。 7．5mL移液管1根。 8．10mL移液管1根。
9．温度计1个、测水温用。 10．秒表1块测转速用。
11．J000ffiL量筒 1个。量原水体积。
12．1％浓度硫酸铝（或其它混凝剂）溶液 1瓶。 13．PHS－2型酸度计 1台。
14．GDS－3型光电式浑浊度仪 1台。 步骤及记录
1．测原水水温、浑浊度及PH。
2．用1000mL量简量取12个水样至12个1000mL烧杯中。
3．设最小投药量和最大投药量，利用均分法确定第一组实验其它四个水样的混凝剂投加量。
4．将第一组水样置于搅拌机中，开动机器，调整转速，中速运转数分钟，同时将计算好的投药量，用移液管分别移取至加药试管中。加药试管中药液少时，可掺入蒸馏水，以减小药液残留在试管上产生的误差。
5．将搅拌机快速运转（例如300—500转／分，但不要超过搅拌机的最高允许转速），待转速稳定后，将药液加入水样烧杯中，同时开始记时，快速搅拌30秒钟。 6．30秒钟后，迅速将转速调到中速运转（例如120转／分）。然后用少量（数毫升）蒸馏水洗加药试管，并将这些水加到水样杯中。搅拌5分钟后，迅速将转速调至慢速（例如 80转／分）搅拌10分钟。
7．搅拌过程中，注意观察并记录帆花形成的过程、帆花外观、大小、密实程度等，并记入表3-11中。
表3-11实验记录 实验组号 观察记录 水样编号 1 2 Ⅰ 3 4 5 6 1 2 Ⅱ 3 4 5 6 帆花形成及水样过程的描述 小结 1． 搅拌过程完成后，停机，将水样取出，置一旁静沉15分钟，并观察记录帆花沉淀的过程。与此同时，再将第二组六个水样置于搅拌机下。
2． 第一组六个水样，静沉15分钟后，用注射器每次汲取水样杯中上清液约130mL
（够浊度仪、pH即可），置于六个洗净的200 mL烧杯中，测浊度及pH并记入表
3-12中。
3． 比较第一组实验结果。根据六个水样所分别测得的剩余浊度，以及水样混凝沉淀
时所观察到的现象，对最佳投药量的所在区间，做出判断。缩小实验范围（加药量范围）重新设定第M组实验的最大和最小投药量值a和b，重复上述实验。
表3-12 原始数据记录表 实验组号 混凝剂名称 水样编号 Ⅰ 投药量 剩余浊度 沉淀后pH值 水样编号 Ⅱ 投药量 原水浑浊度 1 1 2 2 原水温度℃ 3 3 4 4 原水pH 5 5 6 6 剩余浊度 沉淀后pH值 注意事项
1一电源电压应稳定，如有条件，电源上宜设一台稳压装置（例如614系列电子交流稳压器）。
2．取水样时，所取水样要搅拌均匀，要一次量取以尽量减少所取水样浓度上的差别。 3．移取烧杯中沉淀水上清液时，要在相同条件下取上清液，不要把沉下去的矾花搅起来。
[成果整理]
以投药量为横坐标，以剩余浊度为纵坐标，绘制投药量-剩余浊度曲线，从曲线上可求得不大于某一剩余浊度的最佳投药量值。 思考题
1．根据实验结果以及实验中所观察到的现象，简述影响混凝的几个主要因素。 2．为什么最大投药量时，混凝效果不一定好。
3．测量搅拌机搅拌叶片尺寸，计算中速、慢速搅拌时的G值及GT值。计算整个反应器的平均G值。
4．参考本实验步骤，编写出测定最佳沉淀后pH值实验过程。
5． 当无六联搅拌机时，试说明如何用0.618法安排实验求最佳投药量。
实验四 气 浮 实 验
气浮实验是研究比重近于1或小于1的悬浮颗粒与气泡粘附上升，从而起到水质净化作用的规律，测定工程中所需的某些有关设计参数，选择药剂种类、数量等，以便为设计运行提供一定的理论依据。
目的
1．进一步了解和掌握气浮净水方法的原理及其工艺流程。