颗粒自由沉淀实验报告

实 验 报 告

课程名称： 水处理实验技术 实验名称： 颗粒自由沉淀实验 实验小组：徐啸、郑璞、丁鸣、冉琳 指导教员： 施 培 俊 专 业： 环 境 工 程

中国人民

解 放 军理工大学工程兵工程学院研究生一队

二〇〇八年十月七日

颗粒自由沉淀实验

颗粒自由沉淀实验是研究浓度较稀时的单颗粒的沉淀颗规律。一般是通过沉淀柱静沉实验，获取颗粒沉淀曲线。它不仅具有理论指导意义，而且也是给水排水处理工程中沉砂池设计的重要依据。

一、实验目的：

1. 掌握颗粒自由沉淀的实验方法，加深对颗粒自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解。

2. 能对实验结果进行分析、整理、计算，并能绘制颗粒自由沉淀曲线。

二、实验原理

沉淀是借重力作用从液体中去除固体颗粒的一种过程。根据液体中固体物质的浓度和性质，可将沉淀过程分为自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀和压缩沉淀等四类。

浓度较稀、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，且其沉速在层流区符合Stocks公式。但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的测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得，只能通过静沉实验即颗粒自由沉淀实验确定。

具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率η与截留速度μ0、颗粒重量百分比率的关系如下：

P0(1P0)sdP 00设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验，如下图所示。设实验开始时沉淀时间为0，柱内悬浮物均匀分布，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），去除率η=0。

u1ux取样口颗粒自由沉淀示意 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H ti此即为ti时间内从水面下沉到池底（取样点）的最小颗粒di所具有的沉速。此时取样点处水样悬浮物浓度为Ci，而：

C0CiC1i1Pi0 C0C0此时去除率η0，表示具有沉速u≥ui（粒径d≥di）的颗粒去除率，而：

PiCi C0则反映了ti时，未被去除的颗粒即d实际上，除了沉速大于ui的一部分颗粒被沉淀去除外，还有一部分沉速小于ui的颗粒因为处于水面以下，其到达取样口的时间先于沉速大的颗粒而被去除。即

xH uxui由于颗粒均匀分布，又为等速沉淀，故沉速uxxH uxui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

uxus uiu0设PP1P2C1C2C1C2是当选择的颗粒沉速由u1降到u2时，C0C0C0整个水中所能夺取出的那部分颗粒的去除率，即所要取出的颗粒粒径由d1减到d2时水中所多去除的，即粒径在d1~d2间的那部分颗粒所占的百分比。因此当 △P间隔无限小时，则dP代表了小于d1的某一粒径d占全部颗粒的百分比。

u由上述分析可知，sdP 反映了在设计沉速为u0时，具有沉速为us的颗粒

u0所能被去除的部分占全部颗粒的比率。则这部分usP0

us

dP u00

故颗粒的去除率为

P0(1P0)工程上常用下式计算：

sdP 00u.dP (1P)s0u0三、实验主要仪器、设备及材料

1、水样：硅藻土混合水样

2、测定悬浮物的设备：分析天平，具塞称量瓶，烘箱，滤纸，漏斗，量筒，烧杯等。

3、沉淀管、储水箱、水泵、空压机、秒表、转子流量计等。

四、实验步骤

1、将水样倒入储水箱内，用泵将水样搅拌均匀。

2、将水样注入高槽并顺流至沉淀柱内，待水量到达待测高度时停止进水，并记录初始高度H0。

3、记录时间，沉淀实验开始，在第0、5、10、20、30、60、120min由取样口取样约250ml（分成两份，每份100ml），并记录沉淀柱内液面高度H。

4、测量每一沉淀时间所取的水样悬浮物固体含量。

五、实验结果整理

1、测定并记录实验基本参数，记录格式如下。

实验日期：2008-10-10 H0=131.5cm 沉淀柱直径d=14.5cm

2、将颗粒自由沉淀实验所得数据记录如下表并计算。

静沉时间（min） 滤纸编号 1 称量瓶号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 称量瓶+滤纸重（g） 18.7825 17.2718 8.0605 14.7220 17.5011 17.44 17.8455 8.0135 18.7586 16.2482 17.0178 8.3650 17.8875 10.6313 取样体积（mL） 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 瓶纸+SS重（g） 18.8805 17.3748 8.1560 14.8044 17.95 17.5142 17.8827 8.0539 18.7849 16.2742 17.0295 8.3784 17.58 10.07 水样SSC0(mg/L) 重（g） 0.098 0.103 0.0955 0.0824 0.0484 0.0653 0.0372 0.0404 0.0263 0.026 0.0117 0.0134 0.0083 0.0094 980 C0平均值(mg/L) 沉淀高度H(cm) 0 2 3 5 4 5 10 6 7 20 8 9 30 10 11 60 12 13 120 14 94 134 83 260 117 404 263 653 372 824 484 1030 955 1005 129.5 118.5 8.5 127.5 116.5 568.5 125.8 114.8 338 123.9 112.9 261.5 122.0 111.0 125.5 120.2 109.2 88.5 118.4 107.4 3、实验原始数据整理表。

沉淀高度（cm） 沉淀时间（min） 118.5 0 980 实测水样SS(mg/L) 1030 计算用SS（mg/L） 未被去除颗粒百分比Pi 颗粒沉速ui(mm/s) 1005 100 824 8.5 88.51 3.8833 653 568.5 56.57 1.9133 404 338 33.63 0.9408 260 261.5 26.02 0.6167 134 125.5 12.49 0.3033 94 88.5 8.81 0.1492 116.5 5 955 114.8 10 484 112.9 20 372 111.0 30 263 109.2 60 117 107.4 120 83

六、注意事项

1、取样前，一定要先记录水面至取样口距离H。

2、过滤时滤纸要紧贴漏斗面，且贴于量筒上的残渣要用蒸馏水冲净。 3、从烧杯取样要边搅拌边取，以保证水样浓度的均匀性。

七、实验结果计算及分析

1、根据各组实验数据，可计算并填写实验数据表，如前两页所示。 2、根据“实验原始数据整理表”，并利用MATLAB软件编程，可绘制出“沉淀时间—去除率”、“沉淀速度—去除率”、“沉淀速度—去除率”之间的曲线，如下三图所示。

由图可知，随着时间的增加，沉淀速度逐渐变小，颗粒的去除率不断上升，直到达到一个相对稳定值。并由图中可以看出，颗粒沉速越大，去除率越高，所需时间越短。通过对水中颗粒沉淀性能的分析，可以确定其在沉淀池中的设

计参数，对确定平流式沉淀池的表面负荷、凝聚效果等具有很重要的指导意义。

10090807060504030201000204060沉淀时间/min80100120去除率/%

图（一）

100908070605040302010000.511.522.5沉淀速度u/(mm/s)33.去除率/%

图（二）

100908070残余颗粒百分比/%605040302010000.511.522.53沉淀速度u/(mm/s)3.4.55

图（三）