实验二 颗粒自由沉淀实验

实验二实验二 颗粒自由沉淀实验颗粒自由沉淀实验颗粒自由沉淀实验是研究被测水体浓度较稀时的单颗颗粒的沉淀规律一般是通过沉淀柱静沉实验，获取颗粒沉淀曲线它不仅具有理论指导意义，而且也是给排水处理工程中某些构筑物如给水与污水的沉砂池设计的重要依据一. 目的目的1. 加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解2. 掌握颗粒自由沉淀实验的方法，并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线二. 原理原理浓度较稀的、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 Stokes（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的测定，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流速度 u 、颗粒重量百分率的关系如下：E=（1-P ）+dP（2-1） 000psuu此计算方法也称为悬浮物去除率的累计曲线计算法设在一水深为 H 的沉淀柱内进行自由沉淀实验，如图 2-1 所示。

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，即每个断面上的颗粒的数量与粒径的组成相同，悬浮物浓度为 C （mg/L） ，此时的去除率 η=0实验开始后，不同沉淀时间 tj，颗粒最小沉淀速度 uj相应为（2-2）tujjH即为 tj时间内从水面下沉到池底(此处为取样点)的最小颗粒 dj所有的沉速 .此时取样点处水样悬浮物浓度为 Cj,而(2-3)ι 000011PCC CCCjjj此时去除率 η0，表示具有沉速 u≥uj（粒径 d≥dj）的颗粒去除率，而（2-4）CCPjj0则反映了 tj时，未被去除的颗粒即 d＜dj的颗粒所占的百分比实际上沉淀时间 tj内，由水中沉至柱底的颗粒是由两部分组成，即沉速 us≥uj的那一部分颗粒能全部沉至柱底 除此之外，颗粒沉速us＜uj的那一部分颗粒，也有一部分能沉至柱底这是因为，这部分颗粒虽然粒径很小，沉速 us＜uj，但是这部分颗粒并不都是在水面，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，它们下沉至柱底所用的时间能少于或等于具有沉速 uj的颗粒由水面降至柱底所用的时间 tj，那么这部分颗粒也能从水中被除去。

沉速 us＜uj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柱底的多，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 tj内能沉至柱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 us＜uj的那部分颗粒的去除率，并相加后即可得出这部分颗粒去除率图 2-1 自由沉淀示意 图 2-2 u-P 关系曲线为了推导其计算式，我们首先绘制 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，如图 2-2 示由图中可见，（2-5） ccc cc ccppp021020121故△P 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，因此当使△P 间隔无限小时，则 dP 代表了小于 d1的某一粒径 d 占全部颗粒的百分比这些颗粒能沉至柱底的条件，应是由水中某一点沉至柱底所用的时间，必须等于或小于具有沉速为 uj的颗粒由水面沉至池底所用的时间，即应满足：uujxHxuujxHx由于颗粒均匀分布，又是等速沉淀，故沉速 ux＜uj的颗粒只有在 x 水深以内才能沉到柱底。

因此能沉至柱底的这部分颗粒占这种粒径的百分比为，如图 2-1 示，而Hxuujx Hx此即为同一粒径颗粒的去除率取 u0=uj，且为设计选用的颗粒沉速：us=ux，则有由上述分析可见，dPs反映了具有沉速 us(＜u0 ）的uu uusjx0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uus0有沉速 us（＜u0）的颗粒去除量占本颗粒总量的百分比故（2-6）dPuus0正是反映了在设计沉速 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dPpuus000故颗粒的去除率为（2-7）dPpuups0000)1 (工程中常用计算（2-8）uupps00)1 (三.设备及用具设备及用具1.有机玻璃沉淀柱一根，内径 D=150mm，高 2.0m工作水深：溢流口至取样口距离，每根沉淀柱上设溢流口、取样口、进水及放空管2.配水及投配系统包括水池、搅拌装置、水泵、循环水管如上图3.计量水深用标尺、计时用秒表4.玻璃烧杯、玻璃棒、抽滤装置、定量滤纸、瓷盘5.悬浮物定量分析装置千分之一天平、干燥皿、烘箱6.水样可用煤气洗涤污水、天然河水或人工配制水样四.实验步骤实验步骤1.测定工作水深 H2.熟悉管路操作后，搅拌水箱中的水样，待水质均匀后，从池中取样 ，测定悬浮物的浓度，记为 C0值3.打开配水阀，水经配水管进入沉淀柱内，当液面上升至溢流口并流出时 ，关闭配水阀门。

沉淀实验开始，并记录时间4.分别在 t=5、10、15、20、25、30、45、60、90min 时，取水样（200ml 左右） ，并记录沉淀高度（注意应先观测高度后取样） 5.观察悬浮颗粒沉淀特点、现象6.同时用抽吸装置过滤水样7.测定水样悬浮物含量说明说明1.在做实验之前，需先称量干燥后的滤纸即表面皿，待实验做完后，还需称量干燥后的滤纸+悬浮物的重量，用差值法求悬浮物的重量2.取样前，一定要记录柱中水面至取样口距离 H0（以 cm 计） 。