环境工程原理

实验二  自由沉淀实验

一、实验目的

1. 初步掌握颗粒自由沉淀的试验方法；

2. 进一步了解和掌握自由沉淀规律，并能对数据进行分析处理、计算和绘图。

二、实验原理

沉淀是指从液体中借重力作用去除固体颗粒的一种过程。根据液体中固体物质的浓度和性质，可将沉淀过程分为自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀和压缩沉淀等四类。本试验是研究探讨污水中非絮凝性固体颗粒自由沉淀的规律。试验用沉淀管进行，如图。设水深为h，在t时间能沉到h深度的颗粒的沉速u＝h/t。根据某给定的时间t₀，计算出颗粒的沉速u₀。凡是沉淀速度等于或大于u₀的颗粒，在t₀时都可以全部去除。设原水中悬浮物浓度为C₀（mg/L），则沉淀率为：

在时间t时能沉到h深度的颗粒的沉淀速度为：

式中： C₀—原水中悬浮物浓度（mg/L）

       C_t—经t时间后，污水中残存的悬浮物浓度（mg/L）

       h—取样口高度（mm）

       t—取样时间（S）

三、实验装置与设备

1. 沉淀柱装置：有机玻璃管

2. 秒表，直尺

3. 测定悬浮物的设备：浊度仪

4. 实验原水硅藻土自配水。

四、实验步骤

1．称取2g的硅藻土于1000ml的烧杯中，加入1000ml自来水。

   2．测试水样悬浮物含量，取50ml水样用浊度仪测定。

   3．将调配好的水样快速例入沉淀柱内，并记录沉淀实验开始时间。

   4．经过5，10，20，30，40，50，60，70，80，90，100，120分钟分别在锥底取样口取样一次，每次取样50ml测定浊度（悬浮物浓度Ct）。

5、每次取样应先排出取样口中的积水，减少误差，在取样前和取样后皆需测量沉淀管中液面至取样口的高度。

五、注意事项

1．每次取样前观察水面高度H，并记入表2-1中。

2．如果原水样悬浮物含量较低时，可把取样间隔时间拉长。

六、实验数据记录

把实验测得数据记入表2-1。

表2-1  自由沉淀实验记录表

七、数据整理及结果分析

1.根据不同沉淀时间的取样口距液面平均深度h和沉淀时间t，计算出各种颗粒的沉淀速度u_t和沉淀率E，并绘制沉淀时间～沉淀率（t～E）和沉速～沉淀率（u～E）曲线；

2．利用上述资料，计算不同时间t时，沉淀柱内未被去除的悬浮物的百分比，即：

P＝（C_t/C₀）×100％

以颗粒沉速u为横坐标，以P为纵坐标，绘制u－P关系曲线。

八、思考

1．沉淀类型和各自的特点。

2．为什么取样口不能在水柱底部？

 

第二篇：自由沉淀实验（cmq）

实验二    自由沉淀

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。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，而我们要测定得失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

（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（％）

    （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。对于具有沉速的固体颗粒，在t时间内能全部被去除；对于沉速的颗粒，则只能部分被除去。总沉降效率E_T为上述两种颗粒的去除率之和。

如以p0表示沉速的颗粒占SS总量的分率，则因而被除去的颗粒占SS总量的分率为（1－p0）。以dp表示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，h为的颗粒在t时间内下沉距离，，则这种粒径范围的颗粒中能被除去的部分占SS总量的分率为。当考虑的粒径范围由某一微小值扩展到整个的颗粒群体时，能被除去的部分占SS总量的分率即为，这样，在t时间内悬浮固体的总沉降效率E（％）为：

若以有限之和代替积分，则上式改写为：

五、实验水样

硅藻土自配水。

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、分别对底部取样法和中部取样法计算不同沉淀时间t的水样中的悬浮物浓度C，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。