1、理想凝聚沉淀試驗數(shù)據(jù)的整理與分析摘 要：對凝聚性沉淀試驗數(shù)據(jù)的整理是設(shè)計沉淀池的一個重要步驟。試驗首先要測出不同深度、不同沉淀時間下懸浮物的去除率，然后采用插值法繪出去除率等值線，選定某一深度，計算出不同停留時間下得到的總的去除率，最后將結(jié)果點繪成停留時間 t與去除率 C的關(guān)系曲線。本文對matlab編程整理凝聚性沉淀試驗數(shù)據(jù)進行了研究。關(guān)鍵字：凝聚沉淀試驗 沉淀池 去除率 Sorting out and Analyses of ideal Coagulation Sedimentation Experimental Data Abstract：In sorting out the exper

2、imental data of coagulating sedimentatation，manual calculation and curving are usually used to find out the relationship among the removal rate C，the surface load 0 and the residence time t.If Matlab program is used for the sorting out of the data，artificial effects can be minimized，full use can be

3、made of the data already available to get the results of calculations quickly，efficiently and accurately，and the results can be adjustedanalyzed and evaluated directly，which will optimize the design dataKeywords：coagulation；sedimentation； coagulation calculation；surface load：residence time對凝聚性沉淀試驗數(shù)據(jù)

4、的整理是設(shè)計沉淀池的一個重要步驟。試驗首先要測出不同深度、不同沉淀時間下懸浮物的去除率，然后采用插值法繪出去除率等值線，選定某一深度，計算出不同停留時間下得到的總的去除率，最后將結(jié)果點繪成停留時間 t與去除率 C的關(guān)系曲線。本文對matlab編程整理凝聚性沉淀試驗數(shù)據(jù)進行了研究。1 理想凝聚沉淀的數(shù)學(xué)模型從實驗數(shù)據(jù)可以看出：懸浮物去除率C是沉淀深度ho、停留時間L的函數(shù)，記作C=f（h0，t）。同時，可以根據(jù)公式(1)計算截流沉速。0hot (1)式中：0-理想沉淀池的截流沉速；ho-沉淀深度；t-顆粒在沉淀區(qū)中的停留時間。由于表面負荷在數(shù)值上等于截流沉速，所以又可以換算出表面負荷與去除率的函

5、數(shù)關(guān)系，點繪出二者的關(guān)系曲線。因此，C又可以看作0和t的函數(shù)C=g（0，t）。當0，t，ho中的任意兩個參數(shù)確定后，C的值也隨之確定。根據(jù)C與t，ho的測定結(jié)果，利用數(shù)值插值的有關(guān)計算方法進行三次插值，可以得到任意時間、任意深度的去除率計算結(jié)果。并且結(jié)果可用三維或二維坐標圖表示出來。2 數(shù)據(jù)處理21 Matlab方法Matlab是集數(shù)學(xué)計算、圖形處理和程序語言設(shè)計于一體的著名數(shù)學(xué)軟件。與其它高級語言相比，Matlab提供了一個人機交互的數(shù)學(xué)系統(tǒng)環(huán)境，并以矩陣作為基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以大大節(jié)省編程時間。 22 對凝聚沉淀的分析為了分析問題的方便，把最初的凝聚性懸浮物濃度當作100，以后所測得的去除

6、結(jié)果都用相對去除率表示。221 計算某濃度下的去除率假定池深為ho，選定不同的停留時間，計算出某一時刻水中懸浮物去除濃度?？偟娜コ俜致蕿椋篊=(1-C0)0co（Ui0）d Ci （2）式中：C0-所有沉速小于0的顆粒重量占原水中全部顆粒重量的百分率；0-理想沉淀池的截流沉速；i-小于截流沉速的顆粒沉速；Ci-所有沉速小于U；的顆粒重量占原水中全部顆粒重量的百分率；dCi-具有沉速為認的顆粒重量占原水中全部顆粒重量的百分率。對于上式中積分的處理，可以近似地認為：式中：h0-沉淀池深度；hi-去除率等值線圖中相鄰兩條等值線的中點所對應(yīng)的深度；Ci-去除率等值線圖中相鄰兩條等值線所代表的去除率之

7、差。Ci取值越小劃分得越密，積分與累積求和的差值越小，精度就越高。利用Matlab編程可以很方便地實現(xiàn)這一點。已知池深為h0，需要畫出0t時段上的總?cè)コ是€，方法如下：根據(jù)前述插值擬合的結(jié)果，可以找出在不同時刻、在h0深度處沉速大于或等于0的已全部去除的顆粒的去除率CO。對于某一時刻t，根據(jù)插值擬合的結(jié)果，找出不同深度處的去除率，代人（3）式，可以求出在h0深處，未能全部去除懸浮物的去除率?？?cè)コ视梢陨蟽刹糠窒嗉蛹纯汕蟮谩＜俣ú煌某恋砩疃?，重?fù)上述步，可得出不同深度、不同時間下的總的去除率。這一計算結(jié)果與根據(jù)實驗結(jié)果得出的二維值擬合結(jié)果不會相同。前述插值計算的結(jié)果反映的是某一時刻、某一深

8、度該點的去除率。而后者是考慮了沉淀池的出水實際上是某時刻不同深度處的出水相混合的結(jié)果。假定不同的沉淀深度，會有不同的總的去除率?；蛘哒f，將不同深度的去除率作了平均化計算，取其平均數(shù)。 3 計算實例例：凝聚性懸浮物的質(zhì)量濃度為400mgL。靜置沉淀試驗所得的沉淀時間和取樣深度以及相應(yīng)的懸浮物去除率如表1；表1懸浮物去除率取樣深度m不同沉淀時間（min）的去除率/%510204060901200.61415060677273761.22193345586270741.8315313854596371根據(jù)上表的試驗數(shù)據(jù)，試確定采用平流沉淀池的懸浮物去除率、表面負荷和停留時間之間的關(guān)系。此時的初始條件

9、為：t0時，任意深度處的去除率 C0；h0（而t0）時，去除率C100，插值的結(jié)果用三維圖形表示如圖1所示。從圖1可以看出，池深越淺、沉淀時間越長，去除率越高。例如h0183m時，計算結(jié)果如圖2。由圖2可以看出：當沉淀時間在040min以內(nèi)時，去除率隨時間增長很快；超出該范圍時，去除率隨時間增長緩慢。因此將時間控制在40min左右時，既經(jīng)濟又高效。超出該范圍延長時間，對去除率的影響不大。由于0=h0/t1.83t，所以利用Matlab進行簡單地換算即可計算出表面負荷0與去除率C之間的關(guān)系，繪出關(guān)系曲線，如圖3所示。至此我們得出了在池深為1.83m時，在不同停留時間或不同表面負荷時所對應(yīng)的去除率

10、。圖3Oc關(guān)系曲線如果改變有效池深，可以得出另外一條t-C曲線和0一C曲線。例如，池深h015m時，t一c曲線和0一c曲線如圖4、圖5。比較圖2和圖4，可以發(fā)現(xiàn)：相同停留時間，池深淺時，去除率高，并可以在曲線圖上準確地找出某一深度時t-C的準確對應(yīng)關(guān)系。31 計算結(jié)果的驗證假定有效池深1.83m，停留時間35min，則相應(yīng)的表面負荷為：075.3m3（m3d）。利用Matlab計算出的總?cè)コ俜謹?shù)為64.4，手工計算的總?cè)コ俜謹?shù)為60.9。如果假定池深和停留時間不同，還可以計算出不同的去除率。 利用Matlab計算與手工計算有一定的出入，其主要原因分析如下：計算機計算的去除率略高于手算的去除率，主要是由于在水深淺時，計算機的程序中對深度作了較為精細的劃分。且在理想條件下認為h00時，C100。而手算時，并沒有將這些因素全部考慮進去。原始數(shù)據(jù)中所取的相鄰深度相差較大，而利用Matlab計算是為了有較高的精度，深度劃分、時間劃分都較細，而手算很難做到