1、2月理/火挈JiangXiUniversityOfScpncpAndTechnofngy建筑與測繪工程學(xué)院水處理實驗設(shè)計與技術(shù)實驗報告實驗1顆粒自由沉淀實驗顆粒自由沉淀實驗是研究濃度較低時的單顆粒的沉淀規(guī)律。一般是通過沉淀柱靜沉實驗，獲取顆粒沉淀曲線。它不僅具有理論指導(dǎo)意義，而且也是給水排水處理工程中沉砂池設(shè)計的重要依據(jù)。一、實驗?zāi)康募由顚ψ杂沙恋硖攸c、基本概念及沉淀規(guī)律的理解。掌握顆粒自由沉淀實驗的方法，并能對實驗數(shù)據(jù)進行分析、整理、計算和繪制顆粒自由沉淀曲線。二、實驗原理濃度較低的、粒狀顆粒的沉淀屬于自由沉淀，其特點是靜沉過程中顆?；ゲ桓蓴_、等速下沉，其沉速在層流區(qū)符合Stokes（斯托克

2、斯）公式。但是由于水中顆粒的復(fù)雜性，顆粒粒徑、顆粒相對密度很難或無法準(zhǔn)確地測定，因而沉淀效果、特性無法通過公式求得而是通過靜沉實驗確定。由于自由沉淀時顆粒是等速下沉，下沉速度與沉淀高度無關(guān)，因而自由沉淀可在一般沉淀柱內(nèi)進行，但其直徑應(yīng)足夠大，一般應(yīng)使內(nèi)徑D*00mm以免顆粒沉淀受柱壁干擾。具有大小不同顆粒的懸浮物靜沉總?cè)コ省迸c截留沉速U0剩余顆粒重量百分率P的關(guān)系如下：=1-P0P0UsdP（1）0U0此種計算方法也稱為懸浮物去除率的累積曲線計算法。設(shè)在一水深為H的沉淀柱內(nèi)進行自由沉淀實驗，如圖1所示。實驗開始,沉淀時間為0,此時沉淀柱內(nèi)懸浮物分布是均勻的，即每個斷面上顆粒的數(shù)量與粒徑組成相

3、同，懸浮物濃度為C0（mg/L）,此時去除率4=0。實驗開始后，不同沉淀時間ti,顆粒最小沉淀速度Ui相應(yīng)為：HUi二一tidi所具有的此即為ti時間內(nèi)從水面下沉到池底（此處為取樣點）的最小顆粒沉速。此時取樣點處水樣懸浮物濃度為G,而：C0C0C0-CiCi二1二1-Pi=0此時去除率”0,表示u*（d習(xí)i）的顆粒除去率，而:P-C0則反映了ti時，未被除去之顆粒即d<di的顆粒所占百分比。E=取樣口V圖1顆粒自由沉淀示意但其中也是粒徑大的實際上沉淀時間ti內(nèi)，由水中沉至柱底的顆粒是由兩部分顆粒組成，即沉速us內(nèi)i的那一部分顆粒能全部沉至柱底。除此之外，顆粒沉速Us<Ui的那一部分

4、顆粒，也有一部分能沉至柱底。這是因為，這部分顆粒雖然粒徑很小，沉速Us>Ui,但是這部分顆粒并不都在水面，而是均勻地分布在整個沉柱的高度內(nèi)，因此，只要在水面以下，它們下沉至池底所用的時間能少于或等于具有沉速Ui的顆粒由水面降至池底所用的時間ti,那么這部分顆粒也能從水中被除去。沉速Us<Ui的那部分顆粒雖然有一部分能從水中去除,沉到柱底的多，粒徑小的沉到柱底的少，各種粒徑顆粒去除率并不相同。因此若能分別求出各種粒徑的顆粒占全部顆粒的百分比，并求出該粒徑在時間ti內(nèi)能沉至柱底的顆粒占本粒徑顆粒的百分比，則二者乘積即為此種粒徑顆粒在全部顆粒中的去除率。如此分別求出Us<Ui的那些

5、顆粒的去除率，并相加后，即可得這部分顆粒的去除率。為了推導(dǎo)出其計算式，我們首先繪制P與U關(guān)系曲線，其橫坐標(biāo)為顆粒沉速U,縱坐標(biāo)為未被去除顆粒的百分比P,如圖2所示。由圖中可見:CiC2Ci-C2-P=PifP2=-=C0C0C0故AP是當(dāng)選擇的顆粒沉速Ui降至U2時，整個水中所能多去除的那部分顆粒的去除率，也就是所選擇的要去除的顆粒粒徑由的di減到d2時，此時水中所能多去除的，即粒徑在did2間的那部分顆粒所占的百分比。因此當(dāng)AP間隔無圖2P與U關(guān)系曲線限小時，則dP代表了小于di的某一粒徑d占全部顆粒的百分比。這些顆粒能沉至柱底的條件，應(yīng)是由水中某一點沉至柱底所用的時間，必須等于或小于具有沉

6、速為Ui的顆粒由水面沉至柱底的時間，即應(yīng)滿足：x.H0UxUi,HuxxUi由于顆粒均勻分布，又為等速沉淀,故沉速Ux<Ui的顆粒只有在X水深以內(nèi)才能沉到柱底。因此能沉至柱底的這部分顆粒，占這種粒徑的百分比為,如圖4-1所示，而：HxuxHUi此即為同一粒徑顆粒的去除率。取U0=ui0且為設(shè)計選用的顆粒沉速(又稱截留沉速)；U后Ux則有：UX_UsUiU0由上述分析可見，dPs反映了具有Us的顆粒占全部顆粒的百分比，而甘則反U0映了在設(shè)計沉速為U0的前提下，具有沉速Us(<U0)的顆粒去除量占本顆?？偭康陌俜直?。故：Us一dP(6)U0正是反映了在設(shè)計沉速為U0時，具有沉速為Us的

7、顆粒所能被去除的部分占全部顆粒的比例。利用積分求解這部分Us<U0的顆粒的去除率，則為：P0UdP故顆粒的去除率為:(7)工程中常用下式計算:.二UsP二(1一P0)U0三、實驗設(shè)備及用具(1)有機玻璃管沉淀柱一根，內(nèi)徑D>100mm,高1.5m。有效水深即由溢流口至取樣口距離，共兩種H=0.9m,H2=1.2m。每根沉淀柱上設(shè)溢流管、取樣管、進水及放空管。(2)配水及投配系統(tǒng)包括鋼板水池、攪拌裝置、水泵、配水管、循環(huán)水和計量水深用標(biāo)尺，如圖3所示。(3)計量水深用標(biāo)尺，計時用秒表。8圖3顆粒自由沉淀靜沉實驗裝置(4)玻璃燒杯，移液管，玻璃棒，瓷盤等。(5)懸浮物定量分析所需設(shè)備有

8、萬分之一天平、帶蓋稱量瓶、干燥皿、烘箱、抽濾裝置、定量濾紙等。(6)水樣可用燃?xì)庀礈煳鬯?，軋鋼污水，天然河水或人工配制水樣。四、實驗步驟及記錄(1)將實驗用水倒人水池內(nèi)，開啟循環(huán)管路閥門2用泵循環(huán)或機械攪拌裝置攪拌，待池內(nèi)水質(zhì)均勻后，從池內(nèi)取樣，測定懸浮物濃度，記為C0值。(2)開啟閥門1、3,關(guān)閉循環(huán)閥門2,水經(jīng)配水管進入沉淀柱內(nèi)，當(dāng)水上升到溢流口并流出后，關(guān)閉閥門。(3)向沉淀柱內(nèi)通人壓縮空氣將水樣攪拌均勻。(4)記錄時間，沉淀實驗開始，隔2、5、10、15、20、30、40、60min由取樣口取樣，記錄沉淀柱內(nèi)液面高度。(5)觀察懸浮顆粒沉淀特點、現(xiàn)象。(6)測定水樣懸浮物含量。(7)實

9、驗記錄用表見表1。表1顆粒自由沉淀實驗記錄表靜沉?xí)r間(min)濾紙編p濾紙重(g)取樣體積(ml)濾紙+SS重(g)水樣SS重(g)C0(mg/L)沉淀局度H0(cm)011.192610.001.22020.027627601.200221.210010.001.23620.026226201.185531.224810.001.24420.019419401.1701041.192510.001.20620.013713701.1551551.207310.001.21720.00999901.1402061.204110.001.21020.00616101.1253071.224610

10、.001.22920.00464601.1104081.202410.001.20620.00383801.0956091.338110.001.34020.00212101.080(1)向沉淀柱內(nèi)進水時，速度要適中，既要較快完成進水，以防進水中一些轉(zhuǎn)重顆粒沉淀，又要防止速度過快造成柱內(nèi)水體紊動，影響靜沉實驗效果。(2)取樣前，一定要記錄柱中水面至取樣口距離H0(以cm計)。(3)取回時，先排除取樣管中積水再取樣，每次約取300400ml。(4)測定懸浮物時，因顆粒較重，從燒杯取樣要邊攪邊吸，以保證兩平行水樣的均勻性，貼于移液管壁上的細(xì)小顆粒一定要用蒸儲水洗凈。五、成果整理(1)實驗基本參數(shù)整

11、理實驗日期：2017.4.15水樣性質(zhì)及來源污水廠沉淀柱直徑D=14mm柱高H=2.00m水溫：20C原水懸浮物濃度C0(mg/L)繪制沉淀柱草圖及管路連接圖。(2)實驗數(shù)據(jù)整理將實驗原始數(shù)據(jù)按表2整理，以備計算分析之用。表2實驗原始數(shù)據(jù)整理表沉淀高度(cm)1.2001.1851.1701.1551.1401.1251.1101.0951.08沉淀時間(min)025101520304060實測水樣SS(mg/L)2760262019401370990610460380210計算用SS(mg/L)2760262019401370990610460380210未被去除顆粒百分比Pi10.949

12、30.70290.49640.35870.22100.16670.13770.0761去除顆粒百分比0.00000.05070.29710.50360.64130.77900.83330.86230.9239顆粒沉速Ui(mm/s)10.00003.95001.95001.28330.95000.62500.46250.3042表中不同沉淀時間ti時，沉淀柱內(nèi)未被去除的懸浮物的百分比及顆粒沉速分別樓下式計算，未被去除懸浮物的百分比：_CP=100%C0式中，C0原水中SS濃度值(mg/L)Ci某沉淀時間后，水樣中SS濃度值(mg/L)H(3)相應(yīng)顆粒流速ui=(mm/s)。ti(4)以顆粒沉速

13、u為橫坐標(biāo)，以P為縱坐標(biāo)，在普通直角坐標(biāo)紙上繪制P與u關(guān)系曲線。(5)利用圖解法列表(表4-3)計算不同沉速時，懸浮物的去除率表3顆粒去除率Y計算序號U0P01-P0PUsUsAP匯(us;AP)匯(usP)/U0Y=(1P0)+匯(ISP)/U011.00000.0000210.00000.94930.05070.050710.00000.50723.29350.32930.380133.95000.70290.29710.24646.97501.71852.78620.27860.575741.95000.49640.50360.20652.95000.60921.06770.10680.

14、610451.28330.35870.64130.13771.61670.22260.45850.04580.687260.95000.22100.77900.13771.11670.15370.23590.02360.802670.62500.16670.83330.05430.78750.04280.08220.00820.841680.46250.13770.86230.02900.54380.01580.03940.00390.866390.30420.07610.92390.06160.38330.02360.02360.00240.9263“USP=(1-P0)-U0(6)根據(jù)上述

15、計算結(jié)果，以刀為縱坐標(biāo)，分別以u及t為橫坐標(biāo)，繪制刀與u、Y與t關(guān)系曲線。見圖3,4,5。六、思考題(1)自由沉淀中顆粒沉速與絮凝中沉淀顆粒沉速有何區(qū)別？自由沉淀和絮凝沉淀的沉淀條件不同，以致他們的沉速存在區(qū)別。自由沉淀過程中，顆粒彼此沒有干擾，只受到顆粒本身在水中的重力和水流阻力的作用，勻速下沉，下沉速度與沉淀高度無關(guān)且沉淀過程顆粒的物理性質(zhì)(如顆粒大小、間隔等)不發(fā)生改變。絮凝沉淀過程中，顆粒由于相互接觸絮凝而改變大小、形狀和密度，沉淀過程中軌跡呈曲線。(2)繪制自由沉淀靜沉曲線的方法及意義。本實驗通過測量不同沉淀時間所對應(yīng)的懸浮物濃度和沉淀柱高度，算出每個沉淀時間所對應(yīng)的顆粒沉速U和未被去除顆粒百分比P,繪制P-U關(guān)系曲線圖。由P-U關(guān)系曲線圖算出積分f0UsdP再通過公式“=(1-P0)十P0UdP求得0U00U0懸浮物去除率刀，從而可以繪制q-u、刀-t關(guān)系曲線圖通過繪制自由沉降曲線，可以了解顆粒自由沉淀的自由沉淀規(guī)律和特點，沉淀效果，認(rèn)識顆粒自由沉淀過程中沉