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1、水处理实验技术指导书实验一 颗粒自由沉淀实验一、颗粒自由沉淀实验 颗粒自由沉淀实验是研究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，而且也是给水排水处理工程中，某些构筑物如给水与污水的沉砂池设计的重要依据。 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。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
2、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D100mm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： (3-1) 此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算法。 设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验，如图3一且示。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，即每个断面上颗粒的数量与粒径的组成相同，悬浮物浓度为C0（mgL），此时去除率E0。 实验开始后，不同沉淀时间I；，颗粒最小沉淀
3、速度U；相应为 (3-2)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 (3-3)此时去除率E0，表示具有沉速uui(粒径ddi)的颗粒去除率，而 (3-4)则反映了ti时，未被去除之颗粒即ddi的颗粒所占的百分比。 实际上沉淀时间ti内，由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成，即沉速uui的那一部分颗粒能全部沉至池底。除此之外，颗粒沉速usui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usui，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
4、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usui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usui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uiP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32示。由图中可见
5、， (3-5)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d1d2之间的那部分颗粒所占的百分比。因此当P间隔无限小时，则dP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的用的时间，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，故沉速和 uui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，如图3-1所示，而 此即为同一粒径颗粒的去除率。
6、取u0=ui，且为设计选用的颗粒沉速；usu，则有 由上述分析可见，dPS。反映了具有沉速uS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 (3-6)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U。M。的颗粒的去除率，则为 故颗粒的去除率为 (3-7)工程中常用下式计算 (3-8) 设备及用具 1有机玻璃管沉淀柱一根，内径D100mm，高1.5m。工作水深即由溢流口至取样口距离，共两种，H10.9m,H21.2m。每根沉降往上设溢流管，取样管，进水及放空管。2配水及
7、投配系统包括钢板水池，搅拌装置，水泵、配水管，循环水管和计量水深用标尺、如图33示。 3计量水深用标尺，计时用秒表或手等。 4玻璃烧杯，移液管，玻璃棒，瓷盘等。 5悬浮物定量分析所需设备万分之一天平，带盖称量瓶，干燥皿、烘箱、抽滤装置、定量滤纸等。6水样可用煤气洗涤污水，轧钢污水，天然河水或人工配制水样。 步骤及记录 1将实验用水倒入水池内，开启循环管路闸门2，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C0值。 2开启闸门1、3，关几扣闸门2，水经配水管进入沉淀管内，当水上升到溢流口，并流出后，关闭闸门3、停泵。记录时间，沉淀实验开始。 3隔5、10、20
8、、30、60、120min由取样口取样，记录沉淀柱内液面高度。4观察悬浮颗粒沉淀特点、现象。I5测定水样悬浮物含量。 6实验记录用表，如表3-1所示。 表3-1颗粒自由沉淀实验记录 日期： 水样：静沉时间(min)滤纸编号称量瓶号称量瓶+滤纸重(g)取样体积(mL瓶纸+SS重(g)水样SS重(g)C0(mg/L)(mg/L)沉淀高度H(cm)0510203060120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H0（以cm计）。3取样时，先排除管中积水而后取
9、样，每次约取300400mL。 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。贴于移液管壁上的细小颗粒一定要用蒸馏水洗净。数据整理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C0（mgL） 绘制沉淀柱草图及管路连接图 2实验数据整理 将实验原始数据按表32整理，以备计算分析之用。 表中不同沉淀时间ti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 未被移除悬浮物的百分比 扣 C0原水中SS浓度值，mgL； Ci某沉淀时间后，水样中SS浓度值，mgL。 H。 相应颗粒沉速。 4以颗粒沉速u为横坐标，
10、以P为纵坐标，在普通格纸上绘制uP关系曲线。5利用图解法列表（表3-3）计算不同沉速时，悬浮物的去除率。 表32实验原始数据整理表沉淀高度（cm）沉淀时间（mln）实测水样SS（mg/L）计算用SS（mgL）未被移除颗粒百分比Pi颗粒沉速u（mm/s）表33悬浮物去除率E的计算 序号u0P01-P0P 6根据上述计算结果，以E为纵坐标，分别以u及t为横坐标，绘制uE，tE关系曲线。思考题 1自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有何区别。 2绘制自由沉淀静沉曲线的方法及意义。 3沉淀柱高分别为H1.2m，H0.9m，两组实验成果是否一样，为什么？ 4利用上述实验资料，按 计算不同沉淀时间t的沉淀效率E，绘制Et，Eu静沉曲线，并和上述整理结果加以对照与分析，指出上述两种整理方法结果的适用条件。 二、原水颗粒分析实验 原水颗粒分析实验主要测定水中颗粒粒径的分布情况。水中悬浮颗粒的去除不仅与原水悬浮物数量或浊度大小有关，而且还与原水颗粒粒径的分布有关。粒径越小，越不易去除，因此颗粒分析实验对选择给水处理构筑物及投药量都是十分重要的。 目的 1学会一种用一般设备测定颗粒粒径分布的方法。 2加深对自由沉淀及stokes（斯笃克斯）公式的理解。 原理
