自由沉淀实验

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1、实验一颗粒自由沉淀实验一、实验目的1.加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解。2.掌握颗粒自由沉淀的实验方法，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、实验原理沉淀是水污染控制中用以去除水中杂质的常用方法。根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀通常可以分成四种不同的类型：自由沉淀、絮凝沉淀、区域沉淀、压缩沉淀。浓度较稀的、粒状颗粒的沉降称为自由沉淀，其特点是在静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉淀在层流区符合Stokes(斯托克斯)公式。但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒密度很难或无

2、法准确地测定，因而沉淀效果、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，但其直径应该足够大，一般应使D≥100mm，以免沉淀颗粒受柱壁的干扰。自由沉淀所反映的一般是沙砾、河流等的沉淀特点。具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率E与截留速度u0、颗粒质量分数的关系如下：(1-1)式中E——总沉淀效率；P0——沉速小于ui的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；1-P0——沉速大于或等于ui的颗粒去除百分数；ui——某一指定颗粒的最小沉降速度

3、；u——小于最小沉降速度ui的颗粒沉速。公式推导如下：设在水深为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C0(mg/L)，此时去除率E=0。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

4、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

5、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

6、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

7、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)5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(

8、)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51.了解管道