顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、立月理JJiangXiUn卜堆OfScifincpArtdT白徹10fogy建筑與測(cè)繪工程學(xué)院?水處理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與技術(shù)?實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)1顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)是研究濃度較低時(shí)的單顆粒的沉淀規(guī)律.一般是通過沉淀柱靜沉實(shí)驗(yàn),獲取顆粒沉淀曲線.它不僅具有理論指導(dǎo)意義,而且也是給水排水處理工程中沉砂池設(shè)計(jì)的重要依據(jù).一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募由顚?duì)自由沉淀特點(diǎn)、根本概念及沉淀規(guī)律的理解.掌握顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)的方法,并能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理、計(jì)算和繪制顆粒自由沉淀曲線.二、實(shí)驗(yàn)原理濃度較低的、粒狀顆粒的沉淀屬于自由沉淀,其特點(diǎn)是靜沉過程中顆粒互不干擾、等速下沉,其沉速在層流區(qū)符合Stokes斯托克斯公式.但

2、是由于水中顆粒的復(fù)雜性,顆粒粒徑、顆粒相對(duì)密度很難或無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)定,因而沉淀效果、特性無(wú)法通過公式求得而是通過靜沉實(shí)驗(yàn)確定.由于自由沉淀時(shí)顆粒是等速下沉,下沉速度與沉淀高度無(wú)關(guān),因而自由沉淀可在一般沉淀柱內(nèi)進(jìn)行,但其直徑應(yīng)足夠大,一般應(yīng)使內(nèi)徑D*00mm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截留沉速U0剩余顆粒重量百分率P的關(guān)系如下：1PoPo0USdPU0Hti此處為取樣點(diǎn)的最小顆粒Ci,而：Ci1Pi0C0此種計(jì)算方法也稱為懸浮物去除率的累積曲線計(jì)算法.設(shè)在一水深為H的沉淀柱內(nèi)進(jìn)行自由沉淀實(shí)驗(yàn),如圖1所示.實(shí)驗(yàn)開始,沉淀時(shí)間為0,此時(shí)沉淀柱內(nèi)懸浮物分布是均勻的,即每

3、個(gè)斷面上顆粒的數(shù)量與粒徑組成相同,懸浮物濃度為C0mg/L,此時(shí)去除率q=00實(shí)驗(yàn)開始后,不同沉淀時(shí)間ti,顆粒最小沉淀速度Ui相應(yīng)為：Uidi所具有的此即為ti時(shí)間內(nèi)從水面下沉到池底沉速.此時(shí)取樣點(diǎn)處水樣懸浮物濃度為C./1C0此時(shí)去除率40,表示UNi9咕的顆粒除去率,而：PiOCoE=取樣圖i顆粒自由沉淀示意但其中也是粒徑大的那么反映了ti時(shí),未被除去之顆粒即d<di的顆粒所占百分比.實(shí)際上沉淀時(shí)間ti內(nèi),由水中沉至柱底的顆粒是由兩局部顆粒組成,即沉速US內(nèi)i的那一局部顆粒能全部沉至柱底.除此之外,顆粒沉速US<Ui的那一局部顆粒,也有一局部能沉至柱底.這是由于,這局部顆粒雖

4、然粒徑很小,沉速Us>Ui,但是這局部顆粒并不都在水面,而是均勻地分布在整個(gè)沉柱的高度內(nèi),因此,只要在水面以下,它們下沉至池底所用的時(shí)間能少于或等于具有沉速Ui的顆粒由水面降至池底所用的時(shí)間ti,那么這局部顆粒也能從水中被除去.沉速Us<Ui的那局部顆粒雖然有一局部能從水中去除,沉到柱底的多,粒徑小的沉到柱底的少,各種粒徑顆粒去除率并不相同.因此假設(shè)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(shí)間ti內(nèi)能沉至柱底的顆粒占本粒徑顆粒的百分比,那么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Us<Ui的那些顆粒的去除率,并相加后,即可得這部分顆粒的去除

5、率.為了推導(dǎo)出其計(jì)算式,我們首先繪制P與U關(guān)系曲線,其橫坐標(biāo)為顆粒沉速u,縱坐標(biāo)為未被去除顆粒的百分比P,如圖2所示.由圖中可見：CiC2CiC2PPiP2CoCoCo故AP是中選擇的顆粒沉速U1降至U2時(shí),整個(gè)水中所能多去除的那局部顆粒的去除率,也就是所選擇的要去除的顆粒粒徑由的di減到d2時(shí),此時(shí)水中所能多去除的,即粒徑在did2間的那局部顆粒所占的百分比.因此當(dāng)AP間隔無(wú)圖2P與U關(guān)系曲線uxUiHux限小時(shí),那么dP代表了小于di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(diǎn)沉至柱底所用的時(shí)間,必須等于或小于具有沉速為Ui的顆粒由水面沉至柱底的時(shí)間,即應(yīng)滿足

6、：由于顆粒均勻分布,又為等速沉淀,故沉速Ux<Ui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局部顆粒,占這種粒徑的百分比為,如圖4-1所示,而：HxuxHUi此即為同一粒徑顆粒的去除率.取U0=Ui0且為設(shè)計(jì)選用的顆粒沉速(又稱截留沉速)；Us=Ux那么有：UXUsUiU0由上述分析可見,dPs反映了具有US的顆粒占全部顆粒的百分比,而甘那么反U0映了在設(shè)計(jì)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?故：一dP(6)U0正是反映了在設(shè)計(jì)沉速為U0時(shí),具有沉速為Us的顆粒所能被去除的局部占全部顆粒的比例.利用積分求解這局部Us<U0的

7、顆粒的去除率,那么為：P00USdPU0故顆粒的去除率為:(7)1P0：°UdP0U0工程中常用下式計(jì)算:Us?P(1P0)U0三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及用具(1)有機(jī)玻璃管沉淀柱一根,內(nèi)徑D>100mm,高1.5m.有效水深即由溢流口至取樣口距離,共兩種H1=0.9m,H2=1.2m.每根沉淀柱上設(shè)溢流管、取樣管、進(jìn)水及放空管.(2)配水及投配系統(tǒng)包括鋼板水池、攪拌裝置、水泵、配水管、循環(huán)水和計(jì)量水深用標(biāo)尺,如圖3所示.(3)計(jì)量水深用標(biāo)尺,計(jì)時(shí)用秒表.圖3顆粒自由沉淀靜沉實(shí)驗(yàn)裝置(4)玻璃燒杯,移液管,玻璃棒,瓷盤等.(5)懸浮物定量分析所需設(shè)備有萬(wàn)分之一天平、帶蓋稱量瓶、枯燥皿、烘箱

8、、抽濾裝置、定量濾紙等.(6)水樣可用燃?xì)庀礈煳鬯?軋鋼污水,天然河水或人工配制水樣.四、實(shí)驗(yàn)步驟及記錄(1)將實(shí)驗(yàn)用水倒人水池內(nèi),開啟循環(huán)管路閥門2用泵循環(huán)或機(jī)械攪拌裝置攪拌,待池內(nèi)水質(zhì)均勻后,從池內(nèi)取樣,測(cè)定懸浮物濃度,記為C0值.(2)開啟閥門1、3,關(guān)閉循環(huán)閥門2,水經(jīng)配水管進(jìn)入沉淀柱內(nèi),當(dāng)水上升到溢流口并流出后,關(guān)閉閥門.(3)向沉淀柱內(nèi)通人壓縮空氣將水樣攪拌均勻.(4)記錄時(shí)間,沉淀實(shí)驗(yàn)開始,隔2、5、10、15、20、30、40、60min由取樣口取樣,記錄沉淀柱內(nèi)液面高度.(5)觀察懸浮顆粒沉淀特點(diǎn)、現(xiàn)象.(6)測(cè)定水樣懸浮物含量.(7)實(shí)驗(yàn)記錄用表見表1.表1顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)

9、記錄表靜沉?xí)r間(min)濾紙編p濾紙重(g)取樣體積(ml)濾紙+SS重(g)水樣SS重(g)C0(mg/L)沉淀局度H0(cm)011.192610.001.22020.027627601.200221.210010.001.23620.026226201.185531.224810.001.24420.019419401.1701041.192510.001.20620.013713701.1551551.207310.001.21720.00999901.1402061.204110.001.21020.00616101.1253071.224610.001.22920.00464601

10、.1104081.202410.001.20620.00383801.0956091.338110.001.34020.00212101.080(1)向沉淀柱內(nèi)進(jìn)水時(shí),速度要適中,既要較快完成進(jìn)水,以防進(jìn)水中一些轉(zhuǎn)重顆粒沉淀,又要預(yù)防速度過快造成柱內(nèi)水體紊動(dòng),影響靜沉實(shí)驗(yàn)效果.(2)取樣前,一定要記錄柱中水面至取樣口距離H0(以cm計(jì)).(3)取回時(shí),先排除取樣管中積水再取樣,每次約取300400ml.(4)測(cè)定懸浮物時(shí),因顆粒較重,從燒杯取樣要邊攪邊吸,以保證兩平行水樣的均勻性,貼于移液管壁上的細(xì)小顆粒一定要用蒸儲(chǔ)水洗凈.五、成果整理(1)實(shí)驗(yàn)根本參數(shù)整理實(shí)驗(yàn)日期：2021.4.15水樣性質(zhì)

11、及來(lái)源污水廠沉淀柱直徑D=14mm柱高H=2.00m水溫：20C原水懸浮物濃度C0(mg/L)繪制沉淀柱草圖及管路連接圖.(2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理將實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)按表2整理,以備計(jì)算分析之用.表2實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)整理表沉淀高度(cm)1.2001.1851.1701.1551.1401.1251.1101.0951.08沉淀時(shí)間(min)025101520304060實(shí)測(cè)水樣SS(mg/L)2760262019401370990610460380210計(jì)算用SS(mg/L)2760262019401370990610460380210未被去除顆粒百分比Pi10.94930.70290.49640.3587

12、0.22100.16670.13770.0761去除顆粒百分比0.00000.05070.29710.50360.64130.77900.83330.86230.9239顆粒沉速ui(mm/s)10.00003.95001.95001.28330.95000.62500.46250.3042表中不同沉淀時(shí)間ti時(shí),沉淀柱內(nèi)未被去除的懸浮物的百分比及顆粒沉速分別樓下式計(jì)算,未被去除懸浮物的百分比：P2100%C0式中,C0原水中SS濃度值(mg/L)Ci某沉淀時(shí)間后,水樣中SS濃度值(mg/L)H(3)相應(yīng)顆粒流速ui(mm/s).ti(4)以顆粒沉速u為橫坐標(biāo),以P為縱坐標(biāo),在普通直角坐標(biāo)紙上

13、繪制P與u關(guān)系曲線.(5)利用圖解法列表(表4-3)計(jì)算不同沉速時(shí),懸浮物的去除率表3顆粒去除率刀計(jì)算序號(hào)U0P01-P0PUsUsAP匯(US；AP)E(mAP)/u0r=(1Po)+匯UsP)/U011.00000.0000210.00000.94930.05070.050710.00000.50723.29350.32930.380133.95000.70290.29710.24646.97501.71852.78620.27860.575741.95000.49640.50360.20652.95000.60921.06770.10680.610451.28330.35870.6413

14、0.13771.61670.22260.45850.04580.687260.95000.22100.77900.13771.11670.15370.23590.02360.802670.62500.16670.83330.05430.78750.04280.08220.00820.841680.46250.13770.86230.02900.54380.01580.03940.00390.866390.30420.07610.92390.06160.38330.02360.02360.00240.9263Us?P(1P0)U0(6)根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,以刀為縱坐標(biāo),分別以u(píng)及t為橫坐標(biāo),繪制刀

15、與u、刀與t關(guān)系曲線.見圖3,4,5.六、思考題(1)自由沉淀中顆粒沉速與絮凝中沉淀顆粒沉速有何區(qū)別？自由沉淀和絮凝沉淀的沉淀?xiàng)l件不同,以致他們的沉速存在區(qū)別.自由沉淀過程中,顆粒彼此沒有干擾,只受到顆粒本身在水中的重力和水流阻力的作用,勻速下沉,下沉速度與沉淀高度無(wú)關(guān)且沉淀過程顆粒的物理性質(zhì)(如顆粒大小、間隔等)不發(fā)生改變.絮凝沉淀過程中,顆粒由于相互接觸絮凝而改變大小、形狀和密度,沉淀過程中軌跡呈曲線.(2)繪制自由沉淀靜沉曲線的方法及意義.本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)量不同沉淀時(shí)間所對(duì)應(yīng)的懸浮物濃度和沉淀柱高度,算出每個(gè)沉淀時(shí)間所對(duì)應(yīng)的顆粒沉速U和未被去除顆粒百分比P,繪制P-U關(guān)系曲線圖.由P-U關(guān)系曲線圖算出積分foudP再通過公式1P0P0竺dP求得0U00U0懸浮物去除率刀,從而可以繪制q-U、刀-t關(guān)系曲線圖通過繪制自由沉降曲線,可以了解顆粒自由沉淀的自由沉淀規(guī)律和特點(diǎn),沉淀效果,熟悉顆粒自由沉淀過程中沉淀時(shí)間、顆粒沉速及懸浮物去除率之間的關(guān)系,為實(shí)際工程應(yīng)用中沉淀池的設(shè)計(jì)作理論指導(dǎo).(3)沉淀柱高分別為H=1.2m、H=0.9m,兩組實(shí)驗(yàn)成果是否一樣,為什么？由于自由沉淀的沉速與沉淀高度無(wú)關(guān),因此,沉淀柱高度不同,所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一樣的.(4)利用上述實(shí)驗(yàn)資料,按下式計(jì)算去除率4：CoC