自由沉淀实验.doc

实验一颗粒自由沉淀实验一、实验目得１、加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律得理解。2、掌握颗粒自由沉淀得实验方法,并能对实验数据进行分析、整理,计算与绘制颗粒自由沉淀曲线。二、实验原理沉淀就就是水污染控制中用以去除水中杂质得常用方法。根据水中悬浮颗粒得凝聚性能与浓度，沉淀通常可以分成四种不同得类型：自由沉淀、絮凝沉淀、区域沉淀、压缩沉淀。浓度较稀得、粒状颗粒得沉降称为自由沉淀,其特点就就是在静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉,其沉淀在层流区符合Stoｋes(斯托克斯)公式。但就就是由于水中颗粒得复杂性,颗粒粒径、颗粒密度很难或无法准确地测定,因而沉淀效果、特性无法通过公式求得而就就是通过静沉实验确定。由于自由沉淀时颗粒就就是等速下沉,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，但其直径应该足够大，一般应使D≥1０0mm,以免沉淀颗粒受柱壁得干扰。自由沉淀所反映得一般就就是沙砾、河流等得沉淀特点。具有大小不同颗粒得悬浮物静沉总去除率E与截留速度u0、颗粒质量分数得关系如下:(1－１）式中Ｅ——总沉淀效率;P0——沉速小于uｉ得颗粒在全部悬浮颗粒中所占得百分数;1-P０——沉速大于或等于ui得颗粒去除百分数;ui——某一指定颗粒得最小沉降速度;u——小于最小沉降速度uｉ得颗粒沉速。公式推导如下:设在水深为H得沉淀柱内进行自由沉淀实验。实验开始,沉淀时间为0,此时沉淀柱内悬浮物分布就就是均匀得,即每个断面上颗粒得数量与粒径得组成相同，悬浮物浓度为C０(mg/L),此时去除率E=０。实验开始后,不同沉淀时间tｉ，颗粒最小沉淀速度uｉ相应为ｕi=（１-2)uｉ此即为ti时间内从水面下沉到取样点得最小颗粒ｄi所具有图1－1自由沉淀实验示意得沉速。此时取样点处水样悬浮物浓度为Ｃｉ,未被去除之颗粒即示意d<ｄi得颗粒所占得百分比为Pi=（１-3)因此，被去除得颗粒（粒径d≥di)所占比例为E0=1-Ｐi(1-4)实际上沉淀时间ti内,由水中沉至池底得颗粒就就是由两部分颗粒组成。即沉速u≥ｕi得那一部分颗粒能全部沉至池底;除此之外,颗粒沉速u<ui得那一部分颗粒,也有一部分能沉至池底。这就就是因为,这部分颗粒虽然粒径很小，沉速u＜ui,但就就是这部分颗粒并不都在水面,而就就是均匀地分布在整个沉淀柱得高度内。因此只要在水面下,她们下沉至池底所用得时间能少于或等于具有沉速ui得颗粒由水面降至池底所用得时间tｉ,那么这部分颗粒也能从水中被去除。沉速u<ｕi得那一部分颗粒虽然有一部分能从水中去除,但其中也就就是粒径大得沉到池底得多,粒径小得沉到池底得少,各种粒径颗粒去除率并不相同、因此若能分别求出各种粒径得颗粒占全部颗粒得百分比，并求出可颗粒在时间tｉ内能沉到池底得颗粒占本颗粒粒径得百分比,则二者乘积即为此中颗粒粒径在全部颗粒中得去除率。如此分别求出ｕ＜ui得那些颗粒得去除率,并相加后,即可得出这部分颗粒得去除率。为了推求其计算式,我们绘制P～u关系曲线,其横坐标为颗粒沉速u,纵坐标为未被去除颗粒得百分比P,如图所示。由图中可见ΔＰ=P1-P２=-=（1-４）故ΔP就就是当选择得颗粒沉速由u1降至u2时,整个水中所能多去除得那部分颗粒得去除率,也就就就是所选择得要去除得颗粒粒径由d1减到d2时水中所能多去除得，即粒径在d1~d2间得那部分颗粒所占得百分比。因此当ΔP间隔无限小时，则dP代表了直径为小于di得某一粒径d得颗粒占全部颗粒得百分比。这些颗粒能沉至池底得条件,应就就是在水中某图1-2P~u关系曲线点沉至池底所用得时间，必须等于或小于具有沉速为uｉ得颗粒由水面沉至池底所用得时间，即应满足≤即x≤（1-５)由于颗粒均匀分布,又为等速沉淀,故沉速uｘ<ｕi得颗粒只有在x水深以内才能沉到池底、因此能沉到池底得这部分颗粒，占这种颗粒得百分比为,如图１－1所示,而=(1-6)此即为同一粒径颗粒得去除率。取u0=uｉ,且为设计选用得颗粒沉速;uｓ=ux，则有=（1－7)由上述分析可见，dPs反映了具有沉速us得颗粒占全部颗粒得百分比,而则反映了在设计沉速为u0得前提下,具有沉速ｕs(<u0)得颗粒去除量占本颗粒总量得百分比。故dP正就就是反映了在设计沉速为u0时,具有沉速为us（<u0）得颗粒所能去除得部分占全部颗粒得比率。利用积分求解这部分us<ｕ0得颗粒得去除率,则为。故颗粒得去除率为:E=(1-P0)+(1－8）工程中常用下式计算:Ｅ=(１-P0)＋(1-9)三、实验仪器与装置１、自由沉淀装置（沉淀柱，储水箱,水泵空压机）,如图1-3;2、计时用秒表或手表;3、100ml量筒、移液管、玻璃棒、瓷盘等;4、悬浮物定量分析所需设备:电子天平、带盖称量瓶、干燥皿、烘箱、抽滤装置、定量滤纸等;5、水样可用煤气洗涤污水、轧钢污水、天然河水或人工配制