内容发布更新时间 : 2024/11/16 12:55:33星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

建筑与测绘工程学院

《水处理实验设计与技术》

实 验 报 告

实验1 颗粒自由沉淀实验

颗粒自由沉淀实验是研究浓度较低时的单颗粒的沉淀规律。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

加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解。

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

浓度较低的、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（斯托克斯）公式。

但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒相对密度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。

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，一般应使内径D≥100mm以免颗粒沉淀受柱壁干扰。

具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率η与截留沉速u0剩余颗粒重量百分率P的关系如下：

P0us???1?P0???dP

0u0( 1 )

此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算法。

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。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组成相同，悬浮物浓度为C0（mg/L），此时去除率η=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：

Hui? ( 2 )

ti此即为ti时间内从水面下沉到池底（此处为取样点）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?CiCi?1??1?Pi??0

C0C0此时去除率η0，表示u≥ui（d≥di）的颗粒除去率，而：

( 3 )

Ci C0则反映了ti时，未被除去之颗粒即d＜di的颗粒所

Pi?( 4 )

占百分比。

实际上沉淀时间ti内，由水中沉至柱底的颗粒是由两部分颗粒组成，即沉速us≥ui的那一部分颗粒能全部沉至柱底。除此之外，颗粒沉速us＜ui的那一部分颗粒，也有一部分能沉至柱底。这是因为，这部分颗粒虽然粒径很小，沉速us＞ui，但是这部分颗粒并不都在水面，而是均匀地分布在整个沉柱的高度内，因此，只要在水面以下，它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速ui的颗粒由水面降至池底所用的时间ti，那么这部分颗粒也能从水中被除去。

图1 颗粒自由沉淀示意

沉速us＜ui的那部分颗粒虽然有一部分能从水中去除，但其中也是粒径大的沉到柱底的多，粒径小的沉到柱底的少，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，并求出该粒径在时间ti内能沉 至柱底的颗粒占本粒径颗粒的百分比，则二者乘积即为此种粒径颗粒在全部颗粒 中的去除率。如此分别求出us＜ui的那些颗粒的去除率，并相加后，即可得这部分颗粒的去除率。

为了推导出其计算式，我们首先绘制P与u关系曲线，其横坐标为颗粒沉速u，纵坐标为未被去除颗粒的百分比P，如图2所示。由图中可见：

C1C2C1?C2?P?P1?P2???( 5 )

C0C0C0

故ΔP是当选择的颗粒沉速u1降至u2时，整个水中所能多去除的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的d1减到d2时，此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代表了小于d1的某一粒径d占全部颗粒的百分比。这些颗粒能沉至柱底的条件，应是由水中某一点沉至柱底所用的时间，必须等于或小于具有沉速为ui的颗粒由水面沉至柱底的时间，即应满足：

xH? uxuiHux x?ui由于颗粒均匀分布，又为等速沉淀，

图2 P与u关系曲线