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1、图1沉降柱图2颗粒物沉降速度累计频率分配曲线颗粒自由沉淀实验(编写：鲍家泽)一、实验目的1、过实验学习掌握颗粒自由沉淀的试验方法，加深对自由沉淀过程及沉淀规律的理 解。2、进一步了解和掌握自由沉淀的规律，根据实验结果绘制时间一沉淀率(t-E) 沉速一沉淀率(u-E)关系曲线。二、实验原理沉淀是指从液体中借重力作用去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、沉淀絮凝、成层沉淀和压缩沉淀 等4类。本实验是研究探讨污水中非絮凝性固体颗粒自由沉淀的规律。实验用沉 淀管进行-在含有分散性颗粒的废水静置沉淀过程中，设试验筒内有效水深为H, 通过不同的沉淀时间t,可求
2、得不同的颗粒沉淀速度u, u=H/to对于指定的沉淀 时间to,可求得颗粒沉淀速度U。对于沉淀等于或大于U。的颗粒在t。时可全都 去除，而对于沉淀UUo的颗粒只有一部分去除，而且按u/Uo的比例去除。沉速山的颗 粒与全部颗粒 的重量比Ut Uo设X。代表沉速夕。的颗粒所占百分数，于是在悬浮颗粒总数中，去除的百分 数可用1-X。表示。而具有沉速USU。的每种粒径的颗粒去除的部分等于U/U。因此考虑到各种颗粒粒径时，这类颗粒的出去百分数为：pdx,则：总去除率= （l-xo） + f udx% J。式中第二项可将沉淀分配曲线用图解积分法确定，如上图中的阴影部分。对于絮凝型悬浮物的静置沉淀的去除率，
3、不仅与沉淀速度有关，而且与深度 有关。因此试验筒中水深应与池深相同。沉降柱的不同深度设有取样口，在不同 的选定时段，自不同深度取水样，测定这部分水样中颗粒浓度，并用以计算沉淀 物质的百分数。在横坐标为沉淀时间、纵坐标为深度的图上绘出等浓度曲线，为 了确定一特定池中悬浮物总去除率，可以采用与分散性颗粒相似的近似法求得。上述是一般废水静置沉淀试验方法。这种方法的实验工作量相当大，因此实 验过程中对上述方法进行了改进。沉淀开始时，可以认为悬浮物在水中的分布是均匀的。可是随着沉淀历时的 增加，悬浮物在沉降柱内的分布变为不均匀的。严格地说经过沉淀时间t后，应 将沉降柱内有效水深H的全部水样取出，测出其悬
4、浮物含量，来计算出t时间内 的沉淀效率。但是这样工作量太大，而且每个试验筒内只能求一个沉淀时间的沉 淀效率。为了克服上述弊端，又考虑到试验筒内悬浮物浓度沿水深的变化，所以 我们提出的实验方法是将取样口装在沉降柱H/2处。近似地认为该处水的悬浮物 浓度代表整个有效水深悬浮物的平均浓度。我们认为这样做在工程上的误差是允 许的，而试验及测定工作量可大为简化，在一个沉降柱内就可多次取样，完成沉 淀曲线的实验。三、实验用水生活污水、造纸、高炉煤气洗涤等工业废水或粘土配水。四、主要实验设备和仪器1、沉降柱（见图3）直径200mm,工作有效水深1500mm。2、真空抽滤装置或过滤装置。3、悬浮物定量分析所需
5、设备，包括分析天平，带盖称量瓶，干燥器，烘箱 等。（可用浊度计代替，即用水中浊度间接反映其悬浮物量。WGZ-100型浊度仪, 测量范围0.00-1100NTU,用悬浮物浓度为640mg/L、浊度为400NTU的标准液 进行校正高位水箱溢流管 沉一淀取样口 池11 -r水泵输水管沉淀柱进水管沉淀柱进水阀门溶液调配箱图3水静沉实验装置五、实验步骤1、在低位水箱中将实验用水配好后，用泵输入高位水箱并循环使实验用水 水质均匀。在低位水箱中取均匀后废水，测定浊度，此水样的浊度即为废水原始 浊度COo2、开启沉淀柱底部进水闸门，使高位水箱中配水沿输水管进入沉淀柱，当 水上升到溢流口并溢流后，关闭进水闸门。
6、底部闸门始终保持关闭状态。记录时 间，沉淀实验开始。3、以上述时间为零点，分别于第5、10、15、20、30、45、60、90从试验 柱中部取样口取样，每次约取100毫升于量筒中，按一定稀释比例稀释后测定其 浊度值并记录。取样前要先排出取样管中的积水约10毫升。4、观察沉淀过程中悬浮物沉淀特点、现象。5、测出不同沉淀t的水样中的浊度c,计算悬浮物去除效率E以及相应的颗 粒沉速u,画出Et和Eu的关系曲线。六、实验数据及结果整理1、将实验数据填入表1中，并计算悬浮物去除率E及沉淀速度u。表1颗粒自由沉淀实验记录实验水样： 沉淀管直径： 水温 静置沉取水样稀释倍稀释水浊原水去除率沉淀管的颗粒沉速淀
7、时间体积数度浊度E工作水深Hu =t(min)(ml)（度）（度）(%)(mm)(mm/s)2、根据表1绘制沉淀曲线，即：Et和Eu关系曲线。六、对结果的分析、讨论及改进设想1、根据不同沉淀时间的取样口距液面平均深度h和沉淀时间t、计算各种颗 粒的沉淀速度ut和沉淀率E,并绘制t-E和u-E的关系曲线。从上图可以看出随 着沉淀时间的增长，沉淀效率不断增大，而自由沉速越来越小，可以得出时间与 沉淀效率称成正比，与沉速成反比。从u-E曲线可以看出沉淀效率与沉速成反比。2、利用上述实验资料、计算不同时间t时，沉淀管内未被去处的悬浮物的r百分比，即= JxlOO%以颗粒沉速u为横坐标，以P为纵坐标、在
8、普通格纸 C。上绘制uP关系曲线。可以看出u-P成反比。3、实验要注意的地方是每一次取样应先排出取样口中的积水，减少误差， 在取样前和取样后必须测量沉淀管中液面至取样口的高度（以cm计），计算时 采用二者的平均值。测定悬浮物浊度时，应注意搅拌，并尽快测量。4、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。七、思考题1、自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有区别吗？答：有区别。自由沉淀和絮凝沉淀的沉淀条件不同，以致他们的沉速存在区 别。自由沉淀颗粒沉速：颗粒沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身在水 中的重力
9、和水流阻力的作用，此时对应的沉速。絮凝沉淀颗粒沉速：颗粒在沉淀 过程中，颗粒由于相互接触絮凝而改变其大小、形状、密度的沉淀，此时对应的 沉速。2、绘制自由沉降曲线的意义。答：自由沉降曲线是反映水中悬浮颗粒的沉淀性能。对于指定的沉淀时间t。可求得颗粒沉速Uo,沉速大于等于U。的颗粒在t。时 可全部去处，而沉速Uu。的颗粒则只有一部分去除。其余的随水流流走。通过实验绘制自由沉降曲线，可以了解颗粒自由沉淀的自由沉淀规律和特 点，沉淀效果；其次，可以更加明白它与颗粒絮凝沉淀的区别；最后还可以理性 认识颗粒自由沉淀的沉淀过程中沉淀时间-沉速-沉淀率之间的关系。附：(参考表格和图) 原始数据记录取样时 间
10、(min)05101520304060滤纸重W1 (g)0.94280.94950.94400.94660.96000.97500.96930.9756滤纸+ 悬浮性 固体的 重量W2 (g)1.06951.05481.01470.98420.98990.99440.98780.9925取样时 间(min)05101520304060取样高 度(cm)140.80138.00135.70133.50132.40130.20128.20126.20取样后 高度cm139.80136.70134.70132.40131.20129.20127.20125.00数据处理及结果计算滤纸编号5 15-2
11、5-3545-55-65-75-8取样时间t(min)05101520304060滤纸重W1(g)0. 94280. 94950. 9440. 94660. 960. 9750. 96930. 9756滤纸重+悬浮性 固体重量W2(g)1. 06951.05481.01470. 98420. 98990. 99440. 98780. 9925取样高度(取样 前后平均高度) h(cm)140. 30137.35135. 20132. 95131.80129. 70127. 70125. 60悬浮性固体浓度Cmg/L12671053707376299194185169沉速 u(mm/s)4. 582. 251.481. 100. 720. 530. 35沉淀率E (%)016. 8944. 2070. 3276. 4084. 6985. 4086. 66未被去除的悬浮 物的百分比P (%)10083. 1155. 8029.6823.6015. 3114. 6013. 34t-E曲线-ooooooo0864210203040506070沉淀时间t/minu-E曲线100. 00(本)80. 0060. 0040. 0020. 000. 000.1. 002. 003. 004. 005. 00沉淀速度u/ (mm. s)