实验二自由沉淀水处理教案(清华大学精品课程)

实验二自由沉淀

一、实验目的

1、观察沉淀过程，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，求出沉淀曲线。

二、实验原理

浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀，其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉速在层流区符合Stokes公式。

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，而是要通过静沉实验确定。

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，但其直径应足够大，一般应使D≥100mm以免颗粒沉

图1 自由沉淀实验装置图

1、沉淀柱

2、水泵

3、水箱

4、支架

5、气体流量计

6、气体入口

7、排水口

8、取样口

一般来说，自由沉淀实验可按以下两个方法进行：

（一）底部取样法

底部取样法的沉淀效率通过曲线积分求得。设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验，如图1所示。将取样口设在水深H处，实验开始时（t=0），整个实验筒内悬浮物颗粒浓度均为C0。分别在t1、t2、……、t n时刻取样，分别测

得浓度为C 1、C 2、……C n 。那么，在时间恰好为t 1、t 2、……、t n 时，沉速为h/t 1=u 1、h/t 2=u 2、……、h/t n =u n 的颗粒恰好通过取样口向下沉，相应地这些颗粒在高度H 中已不复存在了。记p i =C i /C 0，则1-p i 代表时间t i 内高度H 中完全去除的颗粒百分数，p j -p k （k>j≥i ）代表沉速位于u j 和u k 之间的颗粒百分数，在时间t i 内，这部分颗粒的去除百分数为()/2

()j k j k i u u p p u +⨯-，当j 、k 无限接近时，

()/2

()j k j j k j i i u u u p p dp u u +⨯-=

。这样，在时间t i 内，沉淀柱的总沉淀效率0(1)i p j i j i u P p dp u =-+⎰

。实际操作过程中，可绘出p-u 曲线并通过积分求出沉淀

效率。 （二） 中部取样法

与底部取样法不同的是，中部取样法将取样口设在沉淀柱有效沉淀高度（H ）的中部。

实验开始时，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C 0（mg/l ），此时去除率E=0。

实验开始后，悬浮物在筒内的分布变得不均匀。不同沉淀时间t i ，颗粒下沉到池底的最小沉淀速度u i 相应为i

i t H u =。严格来说，此时应将实验筒内有效水深H 的全部水样取出，测量其悬浮物含量，来计算出t i 时间内的沉淀效率。但这样工作量太大，而且每个实验筒只能求一个沉淀时间的沉淀效率。为了克服上述弊病，又考虑到实验筒内悬浮物浓度随水深的变化，所以我们提出的实验方法是将取样口装在H/2处，近似地认为该处水样的悬浮物浓度代表整个有效水深内悬浮物的平均浓度。我们认为这样做在工程上的误差是允许的，而实验及测定工作也可以大为简化，在一个实验筒内就可以多次取样，完成沉淀曲线的实验。假设此时取样点处水样水样悬浮物浓度为C i ，则颗粒总去除率000011C C C C C P E i i i -=-=-=。而0

C C P i i =则反映了t i 时未被去除的颗粒（即d

三、实验水样

硅藻土自配水。

四、主要实验设备

1、沉淀实验筒[直径φ140mm，工作有效水深（由溢出口下缘到筒底的距离）

为2000mm]；

2、过滤装置；

3、悬浮物定量分析所需设备。以SS为评价指标时，定量分析设备包括万分

之一电子天平，带盖称量瓶，干燥器，烘箱等；以悬浮物浊度为衡量指

标时，定量分析设备为浊度仪。

五、实验步骤

1、将水样倒入搅拌筒中，用泵循环搅拌约5分钟，使水样中悬浮物分布均

匀；

2、用泵将水样输入沉淀实验筒，在输入过程中，从筒中取样两次，每次约

20ml（若以SS为评价指标时，取样量应提高到100ml并在取样后准确

记下水样体积）。此水样的悬浮物浓度即为实验水样的原始浓度C0；

3、当废水升到溢流口，溢流管流出水后，关紧沉淀实验筒底部阀门，停泵，

记下沉淀开始时间。

4、观察静置沉淀现象；

5、隔5、10、20、30、45、60、75、90分钟，从实验筒底部取样口及中

部取样口各取样两次，每次约20ml（若以SS为评价指标时，取样量应

提高到100ml并在取样后准确记下水样体积）。取水样前要先排出取样管

中的积水约10ml左右，取水样后测量工作水深的变化；

6、将每一种沉淀时间的两个水样作平行实验，测量其SS值或浊度。水样

SS值的测量步骤如下：用滤纸过滤（滤纸应当是已在烘箱内烘干后称量

过的），过滤后，再把滤纸放入已准确称量的带盖称量瓶内，在105-110℃

烘箱内烘干后称量滤纸的增重即为水样中悬浮物的重量。

7、分别对底部取样法和中部取样法计算不同沉淀时间t的水样中的悬浮物

浓度C，沉淀效率E，以及相应的颗粒沉速u，并画出E-t和E-u的关系

曲线。

六、对实验报告的要求

1、提出实验纪录及沉淀曲线。

2、分析实验所得结果，并对底部取样法和中部取样法所得结果进行比较。

3、分析不同工作水深的沉淀曲线，如应用到设计沉淀池，需注意什么问题？