實驗二 顆粒自由沉淀實驗

1、 實驗二 顆粒自由沉淀實驗顆粒自由沉淀實驗是研究被測水體濃度較稀時的單顆顆粒的沉淀規(guī)律。一般是通過沉淀柱靜沉實驗，獲取顆粒沉淀曲線。它不僅具有理論指導(dǎo)意義，而且也是給排水處理工程中某些構(gòu)筑物如給水與污水的沉砂池設(shè)計的重要依據(jù)。一. 目的1. 加深對自由沉淀特點、基本概念及沉淀規(guī)律的理解。2. 掌握顆粒自由沉淀實驗的方法，并能對實驗數(shù)據(jù)進行分析、整理、計算和繪制顆粒自由沉淀曲線。二. 原理濃度較稀的、粒狀顆粒的沉淀屬于自由沉淀，其特點是靜沉過程中顆?；ゲ桓蓴_、等速下沉，其沉速在層流區(qū)符合Stokes（斯篤克斯）公式。但是由于水中顆粒的復(fù)雜性，顆粒粒徑、顆粒比重很難或無法準確的測定，因而沉淀效果、

2、特性無法通過公式求得而是通過靜沉實驗確定。由于自由沉淀時顆粒是等速下沉，下沉速度與沉淀高度無關(guān)，因而自由沉淀可在一般沉淀柱內(nèi)進行，但其直徑應(yīng)足夠大，一般應(yīng)使D100mm以免顆粒沉淀受柱壁干擾。具有大小不同顆粒的懸浮物靜沉總?cè)コ逝c截流速度u。、顆粒重量百分率的關(guān)系如下： E=（1-P。）+dP（2-1） 此計算方法也稱為懸浮物去除率的累計曲線計算法。設(shè)在一水深為H的沉淀柱內(nèi)進行自由沉淀實驗，如圖2-1所示。實驗開始，沉淀時間為0，此時沉淀柱內(nèi)懸浮物分布是均勻的，即每個斷面上的顆粒的數(shù)量與粒徑的組成相同，懸浮物濃度為C。（mg/L），此時的去除率=0。實驗開始后，不同沉淀時間tj，顆粒最小沉淀速

3、度uj相應(yīng)為 （2-2）即為tj時間內(nèi)從水面下沉到池底(此處為取樣點)的最小顆粒dj所有的沉速 .此時取樣點處水樣懸浮物濃度為Cj,而 (2-3) 此時去除率0，表示具有沉速uuj（粒徑ddj）的顆粒去除率，而 （2-4）則反映了tj時，未被去除的顆粒即ddj的顆粒所占的百分比。實際上沉淀時間tj內(nèi)，由水中沉至柱底的顆粒是由兩部分組成，即沉速usuj的那一部分顆粒能全部沉至柱底 。除此之外，顆粒沉速usuj的那一部分顆粒，也有一部分能沉至柱底。這是因為，這部分顆粒雖然粒徑很小，沉速usuj，但是這部分顆粒并不都是在水面，而是均勻地分布在整個沉淀柱的高度內(nèi)。因此，只要在水面下，它們下沉至柱底所用

4、的時間能少于或等于具有沉速uj的顆粒由水面降至柱底所用的時間tj，那么這部分顆粒也能從水中被除去。 沉速usuj的那部分顆粒雖然有一部分能從水中去除，但其中也是粒徑大的沉到柱底的多，粒徑小的沉到池底的少，各種粒徑顆粒去除率并不相同。因此若能分別求出各種粒徑的顆粒占全部顆粒的百分比，并求出該粒徑在時間tj內(nèi)能沉至柱底的顆粒占本粒徑顆粒的百分比，則二者乘積即為此種粒徑顆粒在全部顆粒中的去除率。如此分別求出usuj的那部分顆粒的去除率，并相加后即可得出這部分顆粒去除率。 圖2-1自由沉淀示意 圖2-2 u-P關(guān)系曲線為了推導(dǎo)其計算式，我們首先繪制u-P關(guān)系曲線，其橫坐標(biāo)為顆粒沉速u，縱坐標(biāo)為未被去除

5、顆粒的百分比P，如圖2-2示。由圖中可見， （2-5） 故P是當(dāng)選擇的顆粒沉速由u1降至u2時，整個水中所能多去除的那部分顆粒的去除率，也就是所選擇的要去除顆粒粒徑由d1減到d2時，此時水中所能多去除的，即粒徑在d1d2間的那部分顆粒所占的百分比，因此當(dāng)使P間隔無限小時，則dP代表了小于d1的某一粒徑d占全部顆粒的百分比。這些顆粒能沉至柱底的條件，應(yīng)是由水中某一點沉至柱底所用的時間，必須等于或小于具有沉速為uj的顆粒由水面沉至池底所用的時間，即應(yīng)滿足： 由于顆粒均勻分布，又是等速沉淀，故沉速uxuj的顆粒只有在 x水深以內(nèi)才能沉到柱底。因此能沉至柱底的這部分顆粒占這種粒徑的百分比為，如圖2-1

6、示，而 此即為同一粒徑顆粒的去除率。取u0=uj，且為設(shè)計選用的顆粒沉速： us=ux，則有由上述分析可見，dPs反映了具有沉速us(u0 ）的顆粒占全部顆粒的百分比。而則反映了在設(shè)計沉速為u0的前提下，具有沉速us（u0）的顆粒去除量占本顆?？偭康陌俜直取９?（2-6）正是反映了在設(shè)計沉速u0時，具有沉速為us的顆粒所能去除的部分占全部顆粒的比率。利用積分求解這部分usu0的顆粒的去除率，則為 故顆粒的去除率為 （2-7） 工程中常用計算 （2-8）三.設(shè)備及用具1.有機玻璃沉淀柱一根，內(nèi)徑D=150mm，高2.0m。工作水深：溢流口至取樣口距離，每根沉淀柱上設(shè)溢流口、取樣口、進水及放空管。

7、2.配水及投配系統(tǒng)包括水池、攪拌裝置、水泵、循環(huán)水管。如上圖3.計量水深用標(biāo)尺、計時用秒表。4.玻璃燒杯、玻璃棒、抽濾裝置、定量濾紙、瓷盤。5.懸浮物定量分析裝置千分之一天平、干燥皿、烘箱6.水樣可用煤氣洗滌污水、天然河水或人工配制水樣四.實驗步驟1.測定工作水深H2.熟悉管路操作后，攪拌水箱中的水樣，待水質(zhì)均勻后，從池中取樣 ，測定懸浮物的濃度，記為C0值3.打開配水閥，水經(jīng)配水管進入沉淀柱內(nèi)，當(dāng)液面上升至溢流口并流出時 ，關(guān)閉配水閥門。沉淀實驗開始，并記錄時間。4.分別在t=5、10、15、20、25、30、45、60、90min時，取水樣（200ml左右），并記錄沉淀高度（注意應(yīng)先觀測高度后取樣）。5.觀察懸浮顆粒沉淀特點、現(xiàn)象。6.同時用抽吸裝置過