實驗三、自由沉降實驗

1、水污染控制工程實驗指導(dǎo)書實驗三 自由沉降實驗一、實驗?zāi)康?、通過實驗加深對自由沉降的概念、特點、規(guī)律的理解。2、掌握顆粒自由沉淀實驗方法，根據(jù)實驗結(jié)果繪制沉降速度分布曲線。二、實驗原理 沉淀是指從液體中借重力作用去除固體顆粒的一種過程。根據(jù)液體中固體物質(zhì)的濃度和性質(zhì)，可將沉淀過程分為自由沉淀、絮凝沉淀、成層沉淀和壓縮沉淀等4類。顆粒在自由沉淀過程中呈離散狀態(tài)，互不結(jié)合，其形狀、尺寸、密度等物理性質(zhì)均不改變，下沉速度恒定，在水流中的沉降軌跡是直線。自由沉降多發(fā)生在懸浮物濃度不高情況下，如沉砂池及初沉池中的初期沉降。為便于分析，假定：沉降顆粒為球形，其大小、形狀及質(zhì)量在沉降過程中均不發(fā)生變化；水處

2、于靜止?fàn)顟B(tài)，且為稀懸浮液。自由沉降過程可以由斯托克公式進(jìn)行描述，即式中 u顆粒的沉速； g顆粒的密度； 液體的密度； µ液體的粘滯系數(shù)； g重力加速度； d顆粒的直徑；廢水中懸浮物組成十分復(fù)雜，顆粒形式多樣，粒徑不均勻，密度也有差異，采用斯托克公式計算顆粒的沉速十分困難，因而對沉降效率、特性的研究，通常要通過沉降實驗來實現(xiàn)。實驗可以在沉降柱中進(jìn)行，方法如下：取一定直徑、一定高度的沉降柱，在沉降柱中下部設(shè)有取樣口，如圖所示，將已知懸浮物濃度C0的水樣注入沉降柱，取樣口上水深（取樣口與液面間的高度）為h0，在攪拌均勻后開始沉降實驗，并開始計時，經(jīng)沉降時間t1，t2，.ti 從取樣口取一定

3、體積水樣,分別計下取樣口高度h,分析各水樣的懸浮物濃度C1,C2,.Ci ,同時計算：殘余懸浮物量Pi=Ci/C0, 式中 Citi時刻懸浮物質(zhì)量濃度（mg/L），C0原水樣懸浮物的濃度（mg/L）；沉降速度Ui=H/ti H取樣口高度（m）； U沉降速度（cm/min）；ti沉降時間（min）；注意問題：1、每從管中取一次水樣，管中水面就要下降一定高度，所以，在求沉降速度時要按實際的取樣口上水深來計算。2、實際上，在經(jīng)過時間ti后，取樣口上h高水深內(nèi)顆粒沉到取樣口下，應(yīng)由兩個部分組成，即：uu0=h/ti的這部分顆粒，經(jīng)時間ti將全部去除，而h高水深內(nèi)不再包含uu0這部分顆粒；除此之外，uu

4、0=h/ti的那一部分顆粒也會有一部分顆粒經(jīng)時間ti后沉降到取樣口以下，這是因為uu0的這一部分顆粒并不都在水面，而是均勻的分布在高度為h的水深內(nèi)，因此，只要它們沉降到取樣口以下所用時間小于或等于具有u0沉降顆粒所用的時間，在時間ti內(nèi)它們就可以被去除。3、從取樣口取出水樣測得的懸浮固體濃度C1,C2,.Ci等，只表示取樣口斷面處原水經(jīng)沉降時間t1，t2，.ti后的懸浮固體濃度，而不代表整個水深中經(jīng)相應(yīng)沉降時間后的懸浮固體濃度。三、實驗設(shè)備與儀器1、沉降裝置2、計時用秒表3、分析天平（1/10000）4、恒溫烘箱5、干燥器6、量筒（250mL）7、 濾紙、漏斗8、燒杯（250mL）四、實驗步驟

5、1、做好懸浮固體測定的準(zhǔn)備工作，將8張濾紙寫好編號為07，放入相應(yīng)編號的稱量瓶，調(diào)烘箱至105±1，將稱量瓶放入105的烘箱，烘45min，取出后放入干燥器冷卻30min，在1/10000天平上分別稱重，記錄07號濾紙+質(zhì)量，填入表（1）中。2、取8個燒杯，并編號為07。3、打開沉降柱進(jìn)水閥門，將水樣注入沉降柱，注意觀察沉降柱水面高度，不能超過標(biāo)尺高度，關(guān)閉進(jìn)水閥門。4、此時用0號燒杯取水樣100mL，記錄取樣口高度hi（注意：為取樣口與水面間高度），填入表（2），開動秒表，開始記錄沉降時間。5、分別用17號燒杯分別取時間為5min，10min，15min，20min，30min，4

6、0min，60min時，在同一取樣口的取水樣100mL，并記錄取樣前和取樣后沉降管中液面至取樣口的高度，填入表（2），計算時采用二者的平均值。6、將已稱好的濾紙分別放在8個玻璃漏斗中，將07號燒杯中的水樣分別倒入對應(yīng)的濾紙中，過濾水樣，并用蒸餾水反復(fù)沖洗燒杯中殘余的水樣，將其倒入漏斗中過濾，使濾紙得到全部懸浮性固體。7、最后將帶有濾渣的濾紙移入相應(yīng)編號的稱量甁，再將稱量瓶移入烘箱，調(diào)烘箱至105±1，烘45min（注意：若各個樣品放入烘箱的時間不同，應(yīng)記錄放入時間，盡量保證各樣品烘干時間段都為45min），取出后放入干燥器中冷卻30min，在1/10000天平上稱重，記錄濾紙質(zhì)量，填

7、入表（1）。五、數(shù)據(jù)記錄表1 濾紙質(zhì)量記錄W(g)01234567過濾前W1過濾后W2差值=W2-W1表2 取樣口高度記錄 Hi(m)0min5min10min15min20min30min40min60min取樣前取樣后均值六、數(shù)據(jù)處理1、懸浮性固體濃度,填入表3W1過濾前濾紙； W2過濾后濾紙重；V水樣體積，100mL；表3 不同時刻懸浮性固體濃度0min5min10min15min20min30min40min60min濃度Ci2、繪制沉降速度分布曲線： 殘余懸浮物量Pi=Ci/C0與各時刻沉降速度u=h/ti計算表4 Pi與u計算表5min10min15min20min30min40min60minPi=Ci/C0u=h/ti 以Pi為縱坐標(biāo)，以u為橫坐標(biāo)繪制沉降速度分布曲線 繪制沉降效率與沉降速度曲線（曲線）i. 利用沉降分布曲線和圖解法計算各個時刻總?cè)コ剩ǔ两敌剩?，公?填入表（5）表5 各個時刻總?cè)?/p>