颗粒自由沉淀实验-扬子津 治理1111

颗粒自由沉淀实验（编写：鲍家泽）一、实验目的1、过实验学习掌握颗粒自由沉淀的试验方法，加深对自由沉淀过程及沉淀规律的理解。2、进一步了解和掌握自由沉淀的规律，根据实验结果绘制时间－沉淀率（t-E）、沉速－沉淀率（u-E）关系曲线。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、沉淀絮凝、成层沉淀和压缩沉淀等4类。本实验是研究探讨污水中非絮凝性固体颗粒自由沉淀的规律。实验用沉淀管进行。在含有分散性颗粒的废水静置沉淀过程中，设试验筒内有效水深为H，通过不同的沉淀时间t，可求得不同的颗粒沉淀速度u，u=H/to对于指定的沉淀时间to，可求得颗粒沉淀速度uo。对于沉淀等于或大于uo的颗粒在to时可全都去除，而对于沉淀u<uo的颗粒只有一部分去除，而且按u/uo的比例去除。HH图1沉降柱图2颗粒物沉降速度累计频率分配曲线设xo代表沉速≤uo的颗粒所占百分数，于是在悬浮颗粒总数中，去除的百分数可用1-xo表示。而具有沉速u≤uo的每种粒径的颗粒去除的部分等于u/uo。因此考虑到各种颗粒粒径时，这类颗粒的出去百分数为：，则：总去除率E=（1-xo）+式中第二项可将沉淀分配曲线用图解积分法确定，如上图中的阴影部分。对于絮凝型悬浮物的静置沉淀的去除率，不仅与沉淀速度有关，而且与深度有关。因此试验筒中水深应与池深相同。沉降柱的不同深度设有取样口，在不同的选定时段，自不同深度取水样，测定这部分水样中颗粒浓度，并用以计算沉淀物质的百分数。在横坐标为沉淀时间、纵坐标为深度的图上绘出等浓度曲线，为了确定一特定池中悬浮物总去除率，可以采用与分散性颗粒相似的近似法求得。上述是一般废水静置沉淀试验方法。这种方法的实验工作量相当大，因此实验过程中对上述方法进行了改进。沉淀开始时，可以认为悬浮物在水中的分布是均匀的。可是随着沉淀历时的增加，悬浮物在沉降柱内的分布变为不均匀的。严格地说经过沉淀时间t后，应将沉降柱内有效水深H的全部水样取出，测出其悬浮物含量，来计算出t时间内的沉淀效率。但是这样工作量太大，而且每个试验筒内只能求一个沉淀时间的沉淀效率。为了克服上述弊端，又考虑到试验筒内悬浮物浓度沿水深的变化，所以我们提出的实验方法是将取样口装在沉降柱H/2处。近似地认为该处水的悬浮物浓度代表整个有效水深悬浮物的平均浓度。我们认为这样做在工程上的误差是允许的，而试验及测定工作量可大为简化，在一个沉降柱内就可多次取样，完成沉淀曲线的实验。三、实验用水生活污水、造纸、高炉煤气洗涤等工业废水或粘土配水。四、主要实验设备和仪器1、沉降柱（见图3）直径200mm，工作有效水深1500mm。2、真空抽滤装置或过滤装置。3、悬浮物定量分析所需设备，包括分析天平，带盖称量瓶，干燥器，烘箱等。（可用浊度计代替，即用水中浊度间接反映其悬浮物量。WGZ-100型浊度仪，测量范围0.00-1100NTU，用悬浮物浓度为640mg/L、浊度为400NTU的标准液进行校正图3水静沉实验装置五、实验步骤1、在低位水箱中将实验用水配好后，用泵输入高位水箱并循环使实验用水水质均匀。在低位水箱中取均匀后废水，测定浊度，此水样的浊度即为废水原始浊度c0。2、开启沉淀柱底部进水闸门，使高位水箱中配水沿输水管进入沉淀柱，当水上升到溢流口并溢流后，关闭进水闸门。底部闸门始终保持关闭状态。记录时间，沉淀实验开始。3、以上述时间为零点，分别于第5、10、15、20、30、45、60、90从试验柱中部取样口取样，每次约取100毫升于量筒中，按一定稀释比例稀释后测定其浊度值并记录。取样前要先排出取样管中的积水约10毫升。4、观察沉淀过程中悬浮物沉淀特点、现象。5、测出不同沉淀t的水样中的浊度c，计算悬浮物去除效率E以及相应的颗粒沉速u，画出E～t和E～u的关系曲线。六、实验数据及结果整理1、将实验数据填入表1中，并计算悬浮物去除率E及沉淀速度u。表1颗粒自由沉淀实验记录实验水样：沉淀管直径：水温静置沉淀时间（min）取水样体积(ml)稀释倍数稀释水浊度(度)原水浊度（度）去除率E（%）沉淀管的工作水深（mm）颗粒沉速(mm/s)2、根据表1绘制沉淀曲线，即：E～t和E～u关系曲线。六、对结果的分析、讨论及改进设想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、计算各种颗粒的沉淀速度ut和沉淀率E，并绘制t-E和u-E的关系曲线。从上图可以看出随着沉淀时间的增长，沉淀效率不断增大，而自由沉速越来越小，可以得出时间与沉淀效率称成正比，与沉速成反比。从u-E曲线可以看出沉淀效率与沉速成反比。2、利用上述实验资料、计算不同时间t时，沉淀管内未被去处的悬浮物的百分比，即以颗粒沉速u为横坐标，以P为纵坐标、在普通格纸上绘制u－P关系曲线。可以看出u-P成反比。3、实验要注意的地方是每一次取样应先排出取样口中的积水，减少误差，在取样前和取样后必须测量沉淀管中液面至取样口的高度（以cm计），计算时采用二者的平均值。测定悬浮物浊度时，应注意搅拌，并尽快测量。4、向沉淀柱内进水时，速度要适中，既要较快完成进水，以防进水中一些较重颗粒沉淀，又要防止速度过快造成柱内水体紊动，影响静沉实验效果。七、思考题1、自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有区别吗？答：有区别。自由沉淀和絮凝沉淀的沉淀条件不同，以致他们的沉速存在区别。自由沉淀颗粒沉速：颗粒沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用，此时对应的沉速。絮凝沉淀颗粒沉速：颗粒在沉淀过程中，颗粒由于相互接触絮凝而改变其大小、形状、密度的沉淀，此时对应的沉速。2、绘制自由沉降曲线的意义。答：自由沉降曲线是反映水中悬浮颗粒的沉淀性能。对于指定的沉淀时间t0可求得颗粒沉速u0，沉速大于等于u0的颗粒在t0时可全部去处，而沉速u<u0的颗粒则只有一部分去除。其余的随水流流走。通过实验绘制自由沉降曲线，可以了解颗粒自由沉淀的自由沉淀规律和特点，沉淀效果；其次，可以更加明白它与颗粒絮凝沉淀的区别；最后还可以理性认识颗粒自由沉淀的沉淀过程中沉淀时间-沉速-沉淀率之间的关系。附：（参考表格和图）原始数据记录取样时间（min）05101520304060滤纸重W1(g)0.94280.94950.94400.94660.96000.97500.96930.9756滤纸＋悬浮性固体的重量W2(g)1.06951.05481.01470.98420.98990.99440.98780.9925取样时间（min）05101520304060取样高度（cm）140.80138.00135.70133.50132.40130.20128.20126.20取样后高度cm139.80136.70134.70132.40131.20129.20127.20125.00数据处理及结果计算滤纸编号5－15－25－35－45－55－65－75－8取样时间t(min)05101520304060滤纸重W1(g)0.94280.94950.9440.94660.960.9750.96930.9756滤纸重+悬浮性固体重量W2(g)1.06951.05481.01470.98420.98990.99440.98780.9925取样高度（取样前后平均高度）h(cm)140.30137.35135.20132.95131.80129.70127.70125.60悬浮性固体浓度Cmg/L1267105370737