实验三、自由沉降实验
更新时间:2024-06-23 10:39:01 阅读量: 综合文库 文档下载
《水污染控制工程实验指导书》
实验三 自由沉降实验
一、实验目的
1、通过实验加深对自由沉降的概念、特点、规律的理解。
2、掌握颗粒自由沉淀实验方法,根据实验结果绘制沉降速度分布曲线。
二、实验原理
沉淀是指从液体中借重力作用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4类。颗粒在自由沉淀过程中呈离散状态,互不结合,其形状、尺寸、密度等物理性质均不改变,下沉速度恒定,在水流中的沉降轨迹是直线。自由沉降多发生在悬浮物浓度不高情况下,如沉砂池及初沉池中的初期沉降。为便于分析,假定:①沉降颗粒为球形,其大小、形状及质量在沉降过程中均不发生变化;②水处于静止状态,且为稀悬浮液。自由沉降过程可以由斯托克公式进行描述,即
1?s??gu???gd2
18?式中 u——颗粒的沉速; ρg——颗粒的密度;
ρ——液体的密度; μ——液体的粘滞系数; g——重力加速度; d——颗粒的直径;
废水中悬浮物组成十分复杂,颗粒形式多样,粒径不均匀,密度也有差异,采用斯托克公式计算颗粒的沉速十分困难,因而对沉降效率、特性的研究,通常要通过沉降实验来实现。实验可以在沉降柱中进行,方法如下:
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《水污染控制工程实验指导书》
取一定直径、一定高度的沉降柱,在沉降柱中下部设有取样口,如图所示,将已知悬浮物浓度C0的水样注入沉降柱,取样口上水深(取样口与液面间的高度)为h0,在搅拌均匀后开始沉降实验,并开始计时,经沉降时间t1,t2,….ti 从取样口取一定体积水样,分别计下取样口高度h,分析各水样的悬浮物浓度C1,C2,…..Ci ,同时计算:
①残余悬浮物量Pi=Ci/C0,
式中 Ci——ti时刻悬浮物质量浓度(mg/L),
C0——原水样悬浮物的浓度(mg/L);
②沉降速度Ui=H/ti
H——取样口高度(m); U——沉降速度(cm/min); ti——沉降时间(min);
注意问题:
1、每从管中取一次水样,管中水面就要下降一定高度,所以,在求沉降速度时要按实际的取样口上水深来计算。
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:①u≥u0=h/ti的这部分颗粒,经时间ti将全部去除,而h高水深内不再包含u≥u0这部分颗粒;②除此之外,u﹤u0=h/ti的那一部分颗粒
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《水污染控制工程实验指导书》
也会有一部分颗粒经时间ti后沉降到取样口以下,这是因为u﹤u0的这一部分颗粒并不都在水面,而是均匀的分布在高度为h的水深内,因此,只要它们沉降到取样口以下所用时间小于或等于具有u0沉降颗粒所用的时间,在时间ti内它们就可以被去除。
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降时间t1,t2,….ti后的悬浮固体浓度,而不代表整个水深中经相应沉降时间后的悬浮固体浓度。
三、实验设备与仪器
1、沉降装置 2、计时用秒表
3、分析天平(1/10000) 4、恒温烘箱 5、干燥器 6、量筒(250mL) 7、 滤纸、漏斗 8、烧杯(250mL)
四、实验步骤
1、做好悬浮固体测定的准备工作,将8张滤纸写好编号为0~7,放入相应编号的称量瓶,调烘箱至105±1℃,将称量瓶放入105℃的烘箱,烘45min,取出后放入干燥器冷却30min,在1/10000天平上分别称重,记录0~7号滤纸+质量,填入表(1)中。 2、取8个烧杯,并编号为0~7。
3、打开沉降柱进水阀门,将水样注入沉降柱,注意观察沉降柱水面高度,不能超过标尺高度,关闭进水阀门。
4、此时用0号烧杯取水样100mL,记录取样口高度hi(注意:为取样口与水面间高度),填入表(2),开动秒表,开始记录沉降时间。
5、分别用1~7号烧杯分别取时间为5min,10min,15min,20min,30min,40min,60min时,在同一取样口的取水样100mL,并记录取样前和取样后沉降管中液面至取样口的高度,填入表(2),计算时采用二者的平均值。
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《水污染控制工程实验指导书》
6、将已称好的滤纸分别放在8个玻璃漏斗中,将0~7号烧杯中的水样分别倒入对应的滤纸中,过滤水样,并用蒸馏水反复冲洗烧杯中残余的水样,将其倒入漏斗中过滤,使滤纸得到全部悬浮性固体。
7、最后将带有滤渣的滤纸移入相应编号的称量甁,再将称量瓶移入烘箱,调烘箱至105±1℃,烘45min(注意:若各个样品放入烘箱的时间不同,应记录放入时间,尽量保证各样品烘干时间段都为45min),取出后放入干燥器中冷却30min,在1/10000天平上称重,记录滤纸质量,填入表(1)。
五、数据记录
表1 滤纸质量记录W(g)
过滤前W1 过滤后W2 差值=W2-W1 0 1 2 3 4 5 6 7 表2 取样口高度记录 Hi(m)
取样前 取样后 均值 0min 5min 10min 15min 20min 30min 40min 60min 六、数据处理
1、悬浮性固体浓度C(mg/L)(W2?W1)?1000?1000?,填入表3
VW1——过滤前滤纸; W2——过滤后滤纸重; V——水样体积,100mL;
表3 不同时刻悬浮性固体浓度
浓度Ci 0min 5min 10min 15min 20min 30min 40min 60min 2、绘制沉降速度分布曲线:
① 残余悬浮物量Pi=Ci/C0与各时刻沉降速度u=h/ti计算
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《水污染控制工程实验指导书》
表4 Pi与u计算表
Pi=Ci/C0 u=h/ti 5min 10min 15min 20min 30min 40min 60min ② 以Pi为纵坐标,以u为横坐标绘制沉降速度分布曲线 ③ 绘制沉降效率与沉降速度曲线(Er??u曲线)
i.
利用沉降分布曲线和图解法计算各个时刻总去除率(沉降效率),公
1E?(1-P)?式,r0u0?P00udP填入表(5)
表5 各个时刻总去除率
5min 10min 15min 20min 30min 40min 60min Erii.
以各个时刻总去除率Er为纵坐标,以各个时刻沉降速度u横坐标制
Er??u曲线
七、思考题
1、自由沉降与絮凝沉降有何区别和联系。 2、绘制自由沉降速度分布曲线的意义。
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