实验三、自由沉降实验 ; ?水污染控制项目实验指导书》实验三自由沉降实验一、实验目的1、通过实验加深对自由沉降的概念、特点、规律的理解2、掌握颗粒自由沉淀实验办法，根据实验结果绘制沉降速度分布曲线二、实验原理沉淀是指从液体中借重力作用清除固体颗粒的一种过程根据液体中固体物质的浓度和性质，可将沉淀过程分为自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀和压缩沉淀等4类颗粒在自由沉淀过程中呈离散状态，互不结合，其形状、尺寸、密度等物理性质均不改变，下沉速度恒定，在水流中的沉降轨迹是直线自由沉降多发生在悬浮物浓度不高情况下，如沉砂池及初沉池中的初期沉降为便于分析，假定：①沉降颗粒为球形，其大小、形状及质量在沉降过程中均不发生变化；②水处于静止状态，且为稀悬浮液自由沉降过程可以由斯托克公式进行描述，即1《s《《gu《《《gd218《式中u——颗粒的沉速；ρg——颗粒的密度；ρ——液体的密度；μ——液体的粘滞系数；g——重力加速度； d——颗粒的直径；废水中悬浮物组成十分复杂，颗粒形式多样，粒径不均匀，密度也有差别，采用斯托克公式计算颗粒的沉速十分困难，因而对沉降效率、特性的研究，通常要通过沉降实验来实现。
实验可以在沉降柱中进行，办法如下：1?水污染控制项目实验指导书》 取一定直径、一定高度的沉降柱，在沉降柱中下部设有取样口，如下图，将已知悬浮物浓度C0的水样注入沉降柱，取样口上水深〔取样口与液面间的高度〕为h0，在搅拌均匀后开始沉降实验，并开始计时，经沉降时间t1，t2，….ti 从取样口取一定体积水样,分别计下取样口高度h,分析各水样的悬浮物浓度C1,C2,…..Ci ,同时计算：①剩余悬浮物量Pi=Ci/C0,式中Ci——ti时刻悬浮物质量浓度〔mg/L〕，C0——原水样悬浮物的浓度〔mg/L〕；②沉降速度Ui=H/tiH——取样口高度〔m〕； U——沉降速度〔cm/min〕； ti——沉降时间〔min〕；注意问题：1、每从管中取一次水样，管中水面就要下降一定高度，所以，在求沉降速度时要按实际的取样口上水深来计算2、实际上，在经过时间ti后，取样口上h高水深内颗粒沉到取样口下，应由两个局部组成，即：①u≥u0=h/ti的这局部颗粒，经时间ti将全部清除，而h高水深内不再包含u≥u0这局部颗粒；②除此之外，u﹤u0=h/ti的那一局部颗粒2?水污染控制项目实验指导书》也会有一局部颗粒经时间ti后沉降到取样口下列，这是因为u﹤u0的这一局部颗粒并不都在水面，而是均匀的分布在高度为h的水深内，因此，只要它们沉降到取样口下列所用时间小于或等于具有u0沉降颗粒所用的时间，在时间ti内它们就可以被清除。
3、从取样口取出水样测得的悬浮固体浓度C1,C2,…..Ci等，只表示取样口断面处原水经沉降时间t1，t2，….ti后的悬浮固体浓度，而不代表整个水深中经相应沉降时间后的悬浮固体浓度三、实验设备与仪器1、沉降装置 2、计时用秒表3、分析天平〔1/10000〕 4、恒温烘箱 5、枯燥器 6、量筒〔250mL〕 7、 滤纸、漏斗 8、烧杯〔250mL〕四、实验步骤1、做好悬浮固体测定的准备工作，将8张滤纸写好编号为0～7，放入相应编号的称量瓶，调烘箱至105±1℃，将称量瓶放入105℃的烘箱，烘45min，取出后放入枯燥器冷却30min，在1/10000天平上分别称重，记录0～7号滤纸+质量，填入表〔1〕中 2、取8个烧杯，并编号为0～73、翻开沉降柱进水阀门，将水样注入沉降柱，注意察看沉降柱水面高度，不能超过标尺高度，关闭进水阀门4、此时用0号烧杯取水样100mL，记录取样口高度hi〔注意：为取样口与水面间高度〕，填入表〔2〕，开动秒表，开始记录沉降时间5、分别用1～7号烧杯分别取时间为5min，10min，15min，20min，30min，40min，60min时，在同一取样口的取水样100mL，并记录取样前和取样后沉降管中液面至取样口的高度，填入表〔2〕，计算时采用二者的平均值。
3?水污染控制项目实验指导书》6、将已称好的滤纸分别放在8个玻璃漏斗中，将0～7号烧杯中的水样分别倒入对应的滤纸中，过滤水样，并用蒸馏水反复冲洗烧杯中剩余的水样，将其倒入漏斗中过滤，使滤纸得到全部悬浮性固体7、最后将带有滤渣的滤纸移入相应编号的称量甁，再将称量瓶移入烘箱，调烘箱至105±1℃，烘45min〔注意：假设各个样品放入烘箱的时间不同，应记录放入时间，尽量保证各样品烘干时间段都为45min〕，取出后放入枯燥器中冷却30min，在1/10000天平上称重，记录滤纸质量，填入表〔1〕五、数据记录表1 滤纸质量记录W(g) 过滤前W1 过滤后W2 差值=W2-W1 01234567表2 取样口高度记录 Hi(m) 取样前 取样后 均值 0min5min10min15min20min30min40min60min六、数据处理 1、悬浮性固体浓度C(mg/L)(W2《W1)《1000《1000《,填入表3VW1——过滤前滤纸；W2——过滤后滤纸重； V——水样体积，100mL；表3 不同时刻悬浮性固体浓度 浓度Ci 0min5min10min15min20min30min40min60min2、绘制沉降速度分布曲线： ① 剩余悬浮物量Pi=Ci/C0与各时刻沉降速度u=h/ti计算4?水污染控制项目实验指导书》表4Pi与u计算表 Pi=Ci/C0 u=h/ti 5min10min15min20min30min40min60min② 以Pi为纵坐标，以u为横坐标绘制沉降速度分布曲线 ③ 绘制沉降效率与沉降速度曲线〔Er《《u曲线〕 i.利用沉降分布曲线和图解法计算各个时刻总清除率〔沉降效率〕，公1E《〔1-P)《式,r0u0《P00udP填入表〔5〕表5各个时刻总清除率 5min10min15min20min30min40min60minErii. 以各个时刻总清除率Er为纵坐标，以各个时刻沉降速度u横坐标制Er《《u曲线 七、思考题1、自由沉降与絮凝沉降有何区别和联系。
2、绘制自由沉降速度分布曲线的意义 5 。