颗粒沉降实验

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．掌握颗粒自由沉淀实验的方法，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

颗粒的自由沉淀是指在沉淀的过程中，颗粒之间不互相干扰、碰撞、呈单颗粒状态，各自独立完成的沉淀过程。自由沉淀有两个含义：

（1）颗粒沉淀过程中不受器壁干扰影响；

（2）颗粒沉降时，不受其它颗粒的影响。

当颗粒与器壁的距离大于50d（d为颗粒的直径）时就不受器壁的干扰。当污泥浓度小于5000mg/l时就可假设颗粒之间不会产生干扰。

颗粒在沉砂池中的沉淀以及低浓度污水在初沉池中的沉降过程均是自由沉淀，自由沉淀过程可以由Stokes公式进行描述。

但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒比重很难或无法准确地测定，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。

取一定直径、一定高度的沉淀柱，在沉淀柱中下部设有取样口，如图1所示.将已知悬浮物浓度为C0的水样注入沉淀柱，取样口上水深为H，在搅拌均匀后开始沉淀实验，并开始计时，经沉淀时间t1,t2,…ti从取样口取一定体积水样，分别记下取样口高度，分析各水样的悬浮物浓度C1、C2…Ci，从而通过公式（《水控（下）》P36，公式10-15）

η＝C0－Ci/C0×100%

式中：η—颗粒被去掉百分率；

C0—原水悬浮物的浓度（mg/l）

Ci—ti时刻悬浮物质量浓度（mg/l）

同时计算：

Pi＝Ci/C0×100%

式中：p—悬浮颗粒剩余百分率；

C0—原水悬浮物的浓度（mg/l）

Ci—ti时刻悬浮物质量浓度（mg/l）

图1 自由沉淀示意图

通过下式计算沉淀速率

u=H×10/ti×60

式中：u—沉淀速率（mm/s）；

H—取样口高度（cm）

ti—沉淀时间（min）

通过以上方法进行实验要注意以下几点：

（1）每从管中取一次水样，管中水面就要下降一定高度，所以，在求沉淀速度时要按实际的取样口上水深来计算，为了尽量减小由此产生的误差，使数据可靠应尽量选用较大断面面积的沉淀柱。

（2）实际上，在经过时间ti后，取样口上h高水深内颗粒沉到取样口下，应由两个部分组成，即：u≥u0＝h/ti的这部分颗粒，经时间ti后将全部被去除。除此之外，u＜u0＝h/ti的这一部分颗粒也会有一部分颗粒经时间ti后沉淀到取样口以下，这是因为，沉速u s＜u0的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，它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速u0的颗粒由水面降至池底所用的时间t i，那么这部分颗粒也能从水中被除去，。但是以上实验方法并未包括这一部分，所以存在一定的误差。

（3）从取样口取出水样测得的悬浮固体浓度C1、C2…Ci等，只表示取样口断面处原水经沉淀时间t1,t2,…ti后的悬浮固体浓度，而不代表整个h水深中经相应沉淀时间后的悬浮固体浓度。

三、实验设备及仪器

1．沉淀装置（沉淀柱、贮水箱、水泵空压机）

2．计时用秒表

3．水样（自行配制）

4．浊度计

5. 烧杯

四、实验操作及步骤

1．将实验水样倒入沉淀柱，并用空压机向沉淀柱中压缩空气将水样搅拌均匀。

2．用量筒取样，测量原水悬浮物浓度并记为C0.

3．开动秒表开始计时，当时间为0min,5min,10min, 20min,30min,40min,60min 时，在同一取样口取水样，读出取样口上水面高H.

4. 测出每次水样的浊度

5．记录实验原始数据，将数据填入表1－1中。

表1-1颗粒自由沉淀实验记录

柱号：

五、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，一定要记录管中水面至取样口距离H（以cm计）。

六、实验数据及结果整理

1．计算悬浮物去除率、剩余率、沉淀速率，将数据填入下表1－2中。

取样口编号：

2. 分别以u及t为横坐标，绘制η～t，η～u，P～u关系曲线。

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何区别。

2．绘制自由沉淀静沉曲线的方法及意义。