自由沉降试验及其沉降曲线问题解析

1：自由沉降试验及其沉降曲线

自由沉降适用于悬浮固体浓度较低，且为非絮凝性或弱絮凝性的水质状况。试验是在设有一个取样口的透明沉降柱中进行的。柱的内径为100mm，有效高度为1.5～2.0m。取样口可设在工作水深为H的低部，也可设在H/2的中部，二者分别称为底部取样和中部取样。目前趋向于采用中点取样法，这是因为：随着沉降时间的延长，沉降柱内的悬浮固体浓度势必形成上稀下浓的线形不均匀分布态势，而我们要测定的是沉降柱内整个水层的残留SS浓度，用H/2处的SS浓度代表柱内的SS平均浓度，能减小采用底部取样带来的沉降效率的负偏差。

沉降试验及沉降曲线绘制的方法

（1）将水样在试验装置内循环搅拌均匀后，从取样口取两份100mL水样，用重量法测定初始SS浓度C0；

（2）将柱内水位迅速调整至溢流口处，开始记时；

（3）当累计沉降历时为t1、t2、t3…tn(常取5、10、30、60、90和120min) 时，各取100mL水样两份，用来测定对应沉降时间的残留SS浓度C1、C2、C3…Cn，同时记录各次取样后的水面累计下降高度Δh1、Δh2、Δh3…Δhn-1；

（4）列表计算与各沉降时间对应的沉降效率E；

（5）在标准计算纸上绘制E-t和E-u沉降曲线。

目前常用的沉降试验数据处理方法有两种：一种是常规计算法，另一种是Camp图解积分法。前者计算简单，但误差较大，得到的E-t和E-u曲线；后者比较复杂，但结果精确，得到的是ET-t和ET-u曲线。

（一）常规计算法

（1）由沉降时间t(h)和对应的工作水深H（m）,按公式u=H/t计算

沉降速度u(m/h)式中的工作水深H是指由水面到柱底零断面的实际高度，而与取样口位置无关。

工作水深随沉降历时的变化情况如图3-5。由图可见，在[t0,tn]区间内，H随t呈跳跃式的不连续变化。如忽略[t0,ti]范围内所经历的各次水深变化，则工作水深可按下式近似计算。2:

自由沉淀中颗粒沉速受颗粒大小的影响,特别是小颗粒在布朗运动作用下不沉淀。絮凝沉淀完全克服了布朗运动的影响；因为絮凝剂形成的矾花越大，颗粒密度与溶液密度的差越大，沉降越快。

自由沉淀的颗粒，彼此互不干扰，也不受容器壁的干扰，只受颗粒在水中的重力作用。絮凝沉淀的颗粒，其尺寸、沉速都会逐渐增大

自由沉降是物理过程,是针对水中较大颗粒物;而混凝沉降是借助混凝剂.助凝剂,通过脱稳.电中和,桥联,网捕卷扫作用,是不易沉淀的细小悬浮物和胶体相互凝结长大,然后自由沉降,是一个化学物理过程.

水处理中没有纯粹的自由沉淀，也没有纯粹的絮凝沉淀。象初沉池和终沉池中，两种沉淀作用都有。只不过为了达到好的沉淀效果和节省占地面积，一般会采取一些措施增强絮凝沉淀作用：如设计合理的沉淀池中心桶中可发生絮凝作用。至于化学混凝和絮凝则另当别论。在自由沉降中,由于悬浮物固体浓度低,而且颗粒之间不发生凝聚,因此在沉降过程中颗粒的形状.粒径和密度都保持不变,互不干扰的各自独立完成匀速沉降过程.固体颗粒在沉砂池及初次沉淀池内的初期沉降就属于自由沉降.

絮凝沉淀,颗粒在沉淀过程中接触碰撞势能相互凝聚为较大的絮体,颗粒粒径和沉降速度随沉降时间的延续而增大.

投入的药量应根据胶体浓度及无机金属盐水解产物的分子形态、荷电性质和荷电量等确定。

当高分子混凝剂投药量最大时，会产生“胶体保护”作用。胶体保护可理解为：当全部胶粒的吸附面均被高分子覆盖以后，两胶粒接近时，就受到高分子的阻碍而不能聚集，这种阻碍来源于高分子之间的相互排斥。排斥力可能来源于“胶粒－胶粒”之间高分子受到压缩变形而具有排斥势能，也可能由于高分子之间的电斥力（对带电高分子而言）或水化膜。而且投药量大也容易出现产生大量含水率很高的污泥的问题。这种污泥难于脱水，会给污泥处置带来很大困难。所以投药量最大时，混凝效果不一定是好的，应该根据具体废水的性质以及共存杂质的种类和浓度，通过实验，选定出适当的混凝剂种类与投加的剂量。混凝沉淀时，投入过多的药剂时药剂本身也对水体造成污染（增大COD含量等等），而且浪费药剂，增加成本。所以混凝沉淀时一定要先做好实验室小试才能投入运营。