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1、实验20颗粒自由沉淀实验一、实验目的1.1研究浓度较稀时的单颗粒沉淀规律，加深其对沉淀特点、基本概念的理解。1.2掌握颗粒自由沉淀试验的方法，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、实验原理浓度较稀的、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、等速下降，其沉速在层流区符合斯托克斯（Stocks）公式。但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒相对密度很难或无法准确地测定，因而沉降效果、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D_ 100mm
2、，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：“月us=（1-Po）dP20-110 Uo式中：一一沉淀效率；U0 理想沉淀池截流沉速：P。一一所有沉速小于U 0的颗粒质量占原水中全部颗粒质量的百分率； Us 小于截流沉速的颗粒沉速。此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算方法。设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验。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C。（mg/L），此时去除率口=0。实验开始后，不同沉淀时间ti，颗粒沉淀速度Ui相应为：HUi2
3、0-2ti式中：Ui 颗粒沉淀速度， mm/s;H取样口至水面高度，mm;ti沉淀时间，min。此即为ti时间内从水面下沉到池底（此处为取样点）的颗粒所具有的沉速。此时取样点 处水样悬浮物浓度为 Ci，未被去除的颗粒所占的百分比为：P = C20-3C0式中：P 悬浮颗粒剩余率；C。原水（0时刻）悬浮颗粒浓度，mg/L ;Ci ti时刻悬浮颗粒浓度，mg/L。此时被去除的颗粒所占的百分比为：Cii = 1 Pi = 1-20-4Co式中：i悬浮颗粒去除率；P、Co、Ci 同上。需要说明的是，实际沉淀时间 tj时间内，由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成， 即沉速u _Ui的那一部分颗粒可能全
4、部沉至池底。除此之外，颗粒沉速u ：: Ui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u CUj，但是这部分颗粒并不都在水面，而是均匀分布在整个沉淀柱的高度内。因此，只有在水面下它们下沉至池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u :：: Ui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。因此公式(20- 4)未包含U :：: Ui的那部分颗粒被去除。注：本实验用浊度代替悬浮物浓度进行各种计算。三、实验仪器及用具(
5、1) 自由沉淀实验装置如图 20-1所示。(2) 浊度仪。0图20-1自由沉淀实验装置1配水箱；2水泵；3搅拌装置；41.2m高有效水位沉淀柱；5 0.9m高有效水位沉淀柱；6水 循环用阀；7配水阀门；8沉淀柱上水阀门；9放空阀门；10取水样阀门；11 溢流管四、实验步骤4.1准备实验原水。取适量硅藻土和自来水配制水样，置于水箱中。4.2开启循环管路阀门，启动水泵和搅拌装置。4.3水箱内水质均匀后，开启进水阀，等进水达到预定水高时，关闭进水阀，停水泵。过35分钟后，开动秒表记录时间，沉淀实验开始。4.4 当时间为 Omin、2min、5min、10min、15min、30min、40min、6
6、0min 时，取水样测浊 度（注意：取水样时，需先放掉一些水，以便冲洗取样口处的沉淀物），在每次取样前后读出水面高度。相关数据记录如表 20-1和20-2所列。表20-1颗粒自由沉降实验记录取样口高度为0.5m静沉时间t/min水样浊度/NTU取样前，取样口至水面咼度H 前/mm取样后，取样口至水面咼度H 后/mm0251015304060表20-2颗粒自由沉降实验记录取样口高度为1.0m静沉时间t/min水样浊度/NTU取样前，取样口至水面咼度H 前/mm取样后，取样口至水面咼度H 后/mm0251015304060五、成果整理5.1计算悬浮物去除率、悬浮物剩余率p、沉淀速度u，将结果填入表
7、20-3和20-4。5.2 据表20-3和20-4中数据，绘制t-曲线、u-曲线、u-P曲线。表20-3颗粒自由沉淀实验成果表取样口高度为0.5m取样口至水面咼度H= （ H 前+H 后）/2静沉时间t/min悬浮物去除率n /%悬浮物剩余率p/%沉淀速度u/ （mm/s）251015304060表20-4 颗粒自由沉淀实验成果表取样口高度为1.0m取样口至水面咼度H= ( H 前+H 后)12静沉时间t/min悬浮物去除率n/%悬浮物剩余率p/%沉淀速度u/ (mm/s)251015304060六、思考题6.1绘制自由沉淀静沉曲线的方法和及意义。6.2比较取样口高度分别为0.5m、1.0m的两组数据，并分析之。
