自由沉淀实验2之欧阳化创编Word格式.docx

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实验开始后，不同沉淀时间ti，颗粒最小沉淀速度ui相应为

ui＝

（1-2）

ui此即为ti时间内从水面下沉到取样点的最小颗粒di所具有

图1－1自由沉淀实验示意

的沉速。

此时取样点处水样悬浮物浓度为Ci，未被去除之颗粒即示意d<

di的颗粒所占的百分比为

Pi=

（1-3）

因此，被去除的颗粒（粒径d≥di）所占比例为

E0=1－Pi（1-4）

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u≥ui的那一部分颗粒能全部沉至池底；

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<

ui，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，他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去除。

沉速u<

ui的那一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,并求出可颗粒在时间ti内能沉到池底的颗粒占本颗粒粒径的百分比,则二者乘积即为此中颗粒粒径在全部颗粒中的去除率。

如此分别求出u<

ui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，我们绘制P～u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，如图所示。

由图中可见

ΔP=P1-P2=

－

=

（1-4）

故ΔP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时水中所能多去除的，即粒径在d1～d2间的那部分颗粒所占的百分比。

因此当ΔP间隔无限小时，则dP代表了直径为小于di的某一粒径d的颗粒占全部颗粒的百分比。

这些颗粒能沉至池底的条件，应是在水中某

图1－2P～u关系曲线点沉至池底所用的时间，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

≤

即x≤

（1-5）

由于颗粒均匀分布，又为等速沉淀，故沉速ux<

ui的颗粒只有在x水深以内才能沉到池底.因此能沉到池底的这部分颗粒，占这种颗粒的百分比为

，如图1-1所示，而

=

（1-6）

此即为同一粒径颗粒的去除率。

取u0=ui，且为设计选用的颗粒沉速；

us=ux，则有

（1-7）

由上述分析可见，dPs反映了具有沉速us的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

dP正是反映了在设计沉速为u0时，具有沉速为us（<

u0）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us<

u0的颗粒的去除率，则为

。

故颗粒的去除率为：

E=（1-P0）+

（1-8）

工程中常用下式计算：

E=（1-P0）+

（1-9）

三、实验仪器与装置

1.自由沉淀装置（沉淀柱，储水箱，水泵空压机），如图1－3；

2.计时用秒表或手表；

3.100ml量筒、移液管、玻璃棒、瓷盘等；

4.悬浮物定量分析所需设备：

电子天平、带盖称量瓶、干燥皿、烘箱、抽滤装置、定量滤纸等；

5.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。

图1－3颗粒自由沉淀实验装置

四、实验步骤

1.了解管道连接情况，检查是否符合实验要求。

2.启动水泵，水力搅拌5min，使水槽内水质均匀。

3.打开进水阀，让水平稳的从沉淀筒底进入沉淀柱中，直至120cm高度，停泵，沉淀实验开始。

3.开动秒表开始计时，此时t=0，当时间为0、5、10、20、30、50、80min时，由同一取样口取样50ml，并记录沉淀柱内取样口到液面高度。

4.测定各水样悬浮物含量。

将所取水样过滤（滤膜预先放入称量瓶内，与称量瓶一起烘干至恒重，并称量）。

过滤完毕后，用镊子取出滤膜放入称量瓶中，移入烘箱中于103~105℃下烘干一小时后移入干燥器中，使冷却到室温，称其重量。

反复烘干、冷却、称量，直至两次称量的重量差≤0.4mg为止。

计算悬浮物浓度。

5.记录实验原始数据，填入表1－1中。

表1－1颗粒自由沉淀实验记录

静沉时间/min

滤纸

编号

滤膜＋称量瓶质量/g

取样体积/ml

纸＋SS＋称量瓶质量/g

水样SS质量/g

SS浓度

/（mg/L）

沉淀高度H/cm

1

40.7916

50

40.8089

0.0173

346

5

2

42.3438

42.3506

0.0068

136

10

3

39.8050

39.8095

0.0045

90

20

4

42.2787

42.2811

0.0024

48

30

39.9022

39.9044

0.0022

44

2.6

6

41.2774

41.2793

0.0019

38

2,8

70

7

41.2316

41.2327

0,0011

22

100

8

41.7871

41.7863

0.0008

16

五、实验结果整理

1.实验基本参数整理

实验日期：

水样性质及来源：

配制的石灰水

沉淀柱直径（m）：

沉淀柱高：

水温（℃）：

原水样悬浮颗粒浓度C0（mg/L）

2.实验数据整理

表1－2实验原始数据整理表

沉淀高度/cm

2.8

沉淀时间/min

水样SS/（mg/L）

原水SS/（mg/L）

未被移除颗粒

百分比Pi/%

0.39

0.26

0.14

0.13

o.11

0.06

0.05

颗粒沉速ui/（mm/s）

0.2

0.1

0.09

0.056

0.043

0.04

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

Pi=

×

100%

式中：

C0—原水中SS浓度值，mg/L；

Ci—某沉淀时间后，水样中SS浓度值，mg/L

相应颗粒沉速：

ui=

（mm/s）

3.以颗粒沉速u为横坐标，以P为纵坐标，在普通格纸上绘制u～P关系曲线。

图1－4P～u关系曲线

4.利用图解法列表计算不同沉速时，悬浮物的去除率。

表1－3悬浮物去除率E的计算

序

号

沉淀时间

t/min

Ui

（mm/s）

Pi

（％）

1-Pi

（%）

E=（1-P0）+

0.61

0.74

0.86

0.87

0.11

0.89

0.94

0.95

5.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E～u，E～t关系曲线。

六、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，一定要记录沉淀柱水面至取样口的距离H0（cm）。

（3）取样时，先排除管中积水而后取样，排空约20～50mL积液。

（4）测定悬浮物时，因颗粒较重，从烧杯取样要边搅边吸，以保证水样均匀。

贴于移液管壁上细小的颗粒一定要用蒸馏水洗净。

附录：

悬浮物浓度测定方法

一、原理

水质中的悬浮物是指水样通过孔径为0.45μm的滤膜，截留在滤膜上并于103—105℃烘干至恒重的固体物质。

二、仪器

1.烘箱:

可控制恒温在103—105℃

2.分析天平

3.孔径0.45µ

m滤膜

4.玻璃漏斗

5.称量瓶：

30×

70mm

6.干燥器

7.扁嘴无齿镊子

三、步骤

1.将滤膜放在称量瓶中,打开瓶盖,放在烘箱中调节温度至103—105℃烘干0.5h；

2.烘干后取出，放在干燥器中等待冷却至室温，然后称重，直至恒重（两次称量相差≤0.2mg）,记录重量B；

3.用100ml量筒量取均匀适量的水样（使悬浮物大于2.5mg），同时将恒重的滤膜放到玻璃漏斗中，此时将水样倾入带滤膜的漏斗中过滤，最后用蒸馏水洗涤取样量筒，使残渣全部洗入漏斗中而不会丢失；

4.过滤完毕取下漏斗中的滤膜，放在原称量瓶内，在103—105℃烘箱内烘干1h后取出放入干燥器中冷却至室温后称重，反复烘干、冷却、称量，直至两次称量的重量差≤0.4mg。

记录重量A。

四、数据处理

悬浮物含量C（mg/L）按下式计算：

（A—B）╳106

C=——————

V

C——水中悬浮物浓度，mg/L；

A——悬浮物+滤膜与称量瓶重量，g；

B——滤膜与称量瓶重量，g；

V——试样体积，ml。

实验总结：

悬浮颗粒在沉淀过程中呈离散状态，其形状、尺寸、质量等物理性状均不改变，下沉速度不受干扰，单独沉降互不聚合，各自完成独立的沉淀过程。

在各个过程中只受到颗粒自身在水中的重力和水流阻力的作用。

这种类型多表现在沉砂池、初沉池初期。