自由沉淀实验(HM)(2)

实验要求

1. 时间：2014年6月22日（周日）

给排水11-1班 第1~4组：上午8：00开始

第5~8组：上午10：00开始

给排水11-2班 第1~4组：下午14：30开始

第5~8组：下午16：30开始

2. 地点：学科楼8楼给排水实验室 3. 分组要求：

每班分8小组，每组选一个组长，各班学委把分组名单发给我，邮箱：huangmei7966@163.com

4. 纪律要求：按时来实验室做实验，实行签名考勤制度；实验结束后给老师检查试验验结果、签名后方可离开。 5. 强调：（1）实验前写好预习报告，否则不能做实验。

（2）不来做实验无实验成绩。

6.实验报告包括：

实验目的、原理、方法步骤、原始数据、数据处理（并画出E-t和E-u的关系曲线）、思考题、心得体会等。

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实验五 自由沉淀

实验项目性质：综合性 所属课程名称：排水工程 实验计划学时：3

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

水中的悬浮固体并非单一均匀的球形颗粒，而是大小、形状和密度都各不相同的颗粒群，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来判定其沉降性能，并按试验数据绘制沉降曲线。沉降曲线是在直角坐标上表示沉降效率与沉降时间或沉降效率与沉降速度之间的关系的曲线。

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以免颗粒沉淀受柱壁干扰。

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

三、取样方法

自由沉降适用于悬浮固体浓度较低，且为非絮凝性或弱絮凝性的水质状况。

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试验是在设有一个取样口的透明沉降柱中进行的。柱的内径为100mm，有效高度为1.5～2.0m。取样口可设在工作水深为H的低部，也可设在H/2的中部，二者分别称为底部取样和中部取样。目前趋向于采用中点取样法，这是因为：随着沉降时间的延长，沉降柱内的悬浮固体浓度势必形成上稀下浓的线形不均匀分布态势，而我们要测定得是沉降柱内整个水层的残留SS浓度，用H/2处的SS浓度代表柱内的SS平均浓度，能减小采用底部取样带来的沉降效率的负偏差。 四、数据处理

目前常用的沉降试验数据处理方法有两种：一种是常规计算法，另一种是Camp图解积分法。前者计算简单，但误差较大，得到的是E-t和E-u曲线；后者比较复杂，但结果精确，得到的是ET-t和ET-u曲线。 1、 常规计算法（本次实验采用此方法）

（1） 由沉降时间t（h）和对应的工作水深H（m），按公式u＝H/t计算沉

降速度u（m/h），式中的工作水深是指水面到柱底零断面的实际高度，与取样口位置无关。

（2） 沉降效率E（％）

Ei?C0?Ci?100à （用浊度代替悬浮物浓度：C0 — 原水浊度，NTU；Ci —水样浊度，NTU） （3）绘制 E-t和E-u曲线

2、 图解积分法

这种方法的基本依据是：对于一个指定的沉降时间t，可由u＝H/t求得相应的沉降速度u0。对于具有沉速u?u0的固体颗粒，在t时间内能全部被去除；对于沉速u?u0的颗粒，则只能部分被除去。总沉降效率ET为上述两种颗粒的去除率之和。如以p0表示沉速u?u0的颗粒占SS总量的分率，则因u?u0而被除去的颗粒占SS总量的分率为（1－p0）。以dp表示u?u0的颗粒中某一微小粒径范围的颗粒占SS总量的分率，其中能被除去的部分占（或

uu0h，h为u?u0的颗粒在t时间内下沉距离，h?H)，则这种粒径范围Hudp。当考虑的粒径范围由u0的颗粒中能被除去的部分占SS总量的分率为

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某一微小值扩展到整个u?u0的颗粒群体时，能被除去的部分占SS总量的分率即为?0p0udpu0，这样，在t时间内悬浮固体的总沉降效率E（％）为：

ET?[(1?p0)??p00p0hudp]?100%?[(1?p0)??dp]?100%

0u0H若以有限之和?udp代替积分，则上式改写为：

ETudp??[(1?p)?]?100%

0u0五、实验水样

自配水。 六、主要实验设备

1、沉淀实验筒； 2、烧杯6个

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。

七、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分钟，从实验筒中部取样口取样，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，测量其浊度。在以往的实验

设计当中，一般都是用烘干称重法测量水中的悬浮物浓度，但是这种方法比较复杂，而且有自身的局限性，首先是要求采样量要大，否则不能

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保证精度，其次容易受水中溶解性物质的干扰。虽然是标准的测量方法，然而在实际生产操作时，几乎都不采用，都是采用浊度这个替代参数。 7、对中部取样法计算不同沉淀时间t的水样中的悬浮物浓度Ci，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。 八、实验注意事项

1、搅拌时间要足够，否则沉淀柱内的悬浮物浓度不够高或者不均匀，会导

致曲线的范围变窄。

2、搅拌停止以后，要尽快的采集原水悬浮物浓度的样品，否则会因为悬浮物自身的沉淀导致数据偏差。

3、采样间隔的时间不必规定死，但要保证数据足够，并且开始的时候采样时间应该短。

4、由于取样必然会导致液面的变化，实际上取样口的深度会一直减小，但是在实际当中随时的测量水深又不方便，考虑到使用新的悬浮物浓度测量方法以后，需要的样品水量很小，所以这种误差可以忽略。

5、在以往的实验设计当中，一般都是用烘干称重法测量水中的悬浮物浓度，但是这种方法比较复杂，而且有自身的局限性，首先是要求采样量要大，否则不能保证精度，其次容易受水中溶解性物质的干扰。虽然是标准的测量方法，然而在实际生产操作时，几乎都不采用，都是采用浊度这个替代参数。实际上，如果用浊度代替悬浮物浓度，也可以得到类似的关系曲线，本实验为了符合大家以前的习惯，把浊度转化为悬浮浓度。 九、实验记录和结果整理

表1 实验记录和结果整理表 原水记录 沉淀柱工作水深Hi（cm） 沉淀时间（min） 5 水样浊度（NTU） 平均浊度（NTU） 沉降效率E（％） 颗粒沉速（mm/s）

浊度： NTU， 水温： ℃ 10 4

15 20 30 40 50 60

绘图：（绘制沉淀曲线：E-t和E-u的关系曲线）

十、思考题：

1、 沉淀的类型有哪些？分别进行阐述。 2、自由沉的条件是什么。

3、若沉降柱分别为H=1.2m，H=0.9m，两组实验结果是否一样？为什么？

十一、实验心得体会

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