自由沉淀实验

实验一 自由沉淀实验（累积沉泥量法）

一、实验目的

本实验采用测定沉淀柱底部不同历时累计沉泥量方法，找出去除率与沉速的关系。通过本实验希望达到下述目的：

1.初步了解用累计沉泥量方法计算颗粒物杂质去除率的原理和基本实验方法。 2.加深理解沉淀的基本概念和颗粒物的沉降规律。

二、实验原理

累计沉泥量测定法的具体计算分析如下： 假定沉降颗粒具有同一形状和密度，由此得出两个关系式：

颗粒沉速us与颗粒重量m的函数关系式：

m??（us）m?au?Sb1??u1??S颗粒沉速us与颗粒数目n的函数关系式：

n??（us）n?式中,a，b，?，?是系数,与颗粒形状、密度,水的粘滞性等因素有关,其中

?，?大于1。

由以上二式可得出水样中原始悬浮物浓度C0：【重量g，数目n/mL，浓度=m×n（g/mL）】

ab????1umax0????1水中等于、大于沉速uS，的颗粒浓度为C?us：

umaxabab??????1????1???1C?us??abu?du?(u?u)?C?u?ssmaxs0sus????1????1ab?A， 令 ????1?B则：

(????1)C0C0??mdn??umax??abu??s（1—1）

（1—2）

C?us?C0?AC0usB?C0(1?AusB)那么水中所有小于流速uS的颗粒浓度为C?us，则：

（1—3）

C?us?C0?C?us?AC0usBPS?C?us?AusBC0（1—4） （1—5）

经过沉淀t时间，沉淀柱内残余的悬浮物含量有多少呢？应首先求出经沉淀t时间，沉淀柱内全部沉淀的颗粒量(即沉泥量)Wt值。

设沉淀柱半径为r，高为H，u0=H/t为临界沉速。 Wt?

?umaxu0?rHmdn???rhsmdn??02u02umaxu0?rHabus2????????r2hsabu?dus?s0u0?r2Hu0ab????1????1???1(umax?u0)???r2tabu?duss0????1H上式第二项中hs?ust，

t?Wt??r2Habab????1????1????1(umax?u0)??r2Hu0?????1????2u0

（1—6）

?r2H??abab????1????1?umax?u0??????1??????2??????1?abab因为 ?A，????1?B则： u????1?C， ????1max0（????1）C0AB??Wt??r2HC0?1?u0??1?B?2式中：?rHC0——沉淀柱中原有悬浮物质量（g）；

（1—7）

?r2HC0

AB——经过沉淀t时间后沉淀柱中剩余悬浮物质量（g）。 u01?B剩余悬浮物量与起始悬浮物量之比称为t时间未去除的比例Pt，于是得到：

Pt?

ABu01?B（1—8）

这样，可由式（1-8）变换变量，求出A，B值，得：

lgPt?lgA?Blgu01?B

lgu0?x，即得直线方程y=a+Bx，用一元线性回归做直线后lgPt?y， 令 lg?a，

便可求得a、B并求得A值。沉淀柱总去除率计算式为E=1-Pt。 三、实验装置与设备 (一)、装置图

2 1 5

1.高位水箱

6 3 2.搅拌机 3.沉淀柱 4.取样□

4 5.溢流管 6.进水阀门

(二)、设备

1. 高位水箱、自由沉淀柱； 2. 烘箱、分析天平、过滤装置； 3. 量筒、烧杯、定量滤纸、秒表。 四、实验步骤，

本实验采用测定沉淀柱底部不同历时得沉泥量方法，沉泥量累计值也是累计沉淀时间得悬浮物去除率，它与沉淀柱内原水的悬浮物含量之比、就是在累计沉淀时间内悬浮物总去除率。具体步骤如下：

1. 在高位水箱中装满配好的水样；

2. 开启沉淀柱进水阀门，进水过程中取1O0mL水样过滤，烘干称重，测定原水中悬物含量，

记录；

3. 沉淀柱充满水样后（120cm），关闭进水阀门即记录沉淀开始时间；

4. 经过10、20、30、40、50、60分钟分别在锥底取样口取样一次，每次取水样50至100mL，

以把底泥全部排出为宜，然后把水样过滤烘干称重，记录。

A1?B

注意事项，

1. 开启底部取样口阀门时，开启度不宜过大，只要能在短时间里把沉泥排出即可； 2. 每次取样前测量水面高度H，记入表1-1中； 3. 如果原水样悬浮物含量较低时，应把取样时间延长；

4. 滤纸须先恒重，水样过滤烘干后，总重减去纸重即沉泥量。 五、实验结果整理

1、把实验数据记录填入表1-1；

2、根据表1-1实验数据进行整理记算，结果填入表1-2； 3、利用表1-2数据和式(1-8)求出沉淀去除率表达式： 4、用Excel计算线性回归方程，y=ax+b，求a、b相关系数。

沉淀柱直径d=150mm；总体积V=Π(R/2)H= L；原水样中悬浮物重量（干重）W0= g，原水中悬浮物含量C0= mg/L

2

E?1?ABu01?B表1-1 实验数据记录表

序号 1 2 3 4 5 6 沉淀时间t （min） 10 20 30 40 50 60 沉淀高度H （cm）

取样体积V （mL） 取样沉泥量（Wt） 干重（g）

表1-2 自由沉淀实验计算表

序号 平均沉淀 平均临界沉速 累计沉泥量 去除率（%） ——H?Wt时间 高度 （干重）?Wt u0? E??tW（cm/min） （g） 0?t（min） H（cm） 累计沉淀 1 2 3 4 5 6 六、实验结果讨论

累计沉泥量实验方法测得悬浮物去除率有什么问题?如何改进？

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