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《水处理实验技术》指导书 《水处理试验技术》指导书试验一 颗粒自由沉淀试验一、颗粒自由沉淀试验 颗粒自由沉淀试验是探究浓度较稀时的单颗颗粒的沉淀规律一般是通过沉淀柱静沉试验，获得颗粒沉淀曲线它不仅具有理论指导意义，而且也是给水排水处理工程中，某些构筑物如给水与污水的沉砂池设计的重要依据 目的 1．加深对自由沉淀特点、根本概念及沉淀规律的理解 2．驾驭颗粒自由沉淀试验的方法，并能对试验数据进展分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线原理 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〔斯笃克斯〕公式 但是由于水中颗粒的困难性，颗粒粒径、颗粒比重很难或无法精确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得而是通过静沉试验确定 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展，但其直径应足够大，一般应使D≥101mm以免颗粒沉淀受柱壁干扰 具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率与截留速度U颗粒重量百分率的关系如下： E?(1?P0)??P00uSdP (3-1) u0 此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算法。

设在一水深为H的沉淀柱内进展自由沉淀试验，如图3一且示试验起先，沉淀时间为0，此时沉淀柱内悬浮物分布是匀称的，即每个断面上颗粒的数量与粒径的组成一样，悬浮物浓度为C0〔mg／L〕，此时去除率E＝0 试验起先后，不同沉淀时间I；，颗粒最小沉淀速度U；相应为 Ui?H (3-2) ti此即为ti,时间内从水面下沉到池底〔此处为取样点〕的最小颗粒di所具有的沉速此时取 样点处水样悬浮物浓度为Ci，而 C0?CiC?1?i?1?Pi?E0 (3-3) C0C0Ci (3-4) C0此时去除率E0，表示具有沉速u≥ui(粒径d≥di)的颗粒去除率，而 Pi?那么反映了ti时，未被去除之颗粒即d

除此之外，颗粒沉速us＜ui的那一局部颗粒，也有一局部能沉 至池底这是因为，这局部颗粒虽然粒径很小，沉速us＜ui，但是这局部颗粒并不都在水面，而是匀称地分布在整个沉淀柱的高度内，因此，只要在水面下，它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速ui的颗粒由水面降至池底所用的时间ti，那么这局部颗粒也能从水中被除去 沉速us＜ui的那局部颗粒虽然有一局部能从水中去除，但其中也是粒径大的沉到池底的多，粒径小的沉到池底的少，各种粒径颗粒去除率并不一样因此假设能分别求出各种粒径的颗粒占全部颗粒的百分比，并求出该粒径在时间ti内能沉至池底的颗粒占本粒径颗粒的百分比，那么二者乘积即为此种粒径颗粒在全部颗粒中的去除率如此分别求出us＜ui的那些颗粒的去除率，并相加后，即可得出这局部颗粒的去除率 为了推求其计算式，我们首先绘制ui～P关系曲线，其横坐标为颗粒沉速u，纵坐标为未被去除颗粒的百分比P，如图3－2示由图中可见， ?P?P1?P2?C1C2C1?C2 (3-5) ??C0C0C0故ΔP是中选择的颗粒沉速由u1降至u2时，整个水中所能多去除的那局部颗粒的去除率， 也就是所选择的要去除的颗粒粒径由d1减到d2时，此时水中所能多去除的，即粒径在d1～d2之间的那局部颗粒所占的百分比。

因此当ΔP间隔无限小时，那么dP代表了小于di的某一粒径d占全部颗粒的百分比这些颗粒能沉至池底的条件，应是由水中某一点沉至池底所的用的时间，必需等于或小于具有沉速为ui的颗粒由水面沉至池底所用的时间，即应满意 xH?u?uiHu?x?ui 由于颗粒匀称分布，又为等速沉淀，故沉速和 uα

利用积分求解这局部U的颗粒的去除率，那么为 故颗粒的去除率为 E?(1?P0)?工程中常用下式计算 E?(1?P0)??P00uSdP u0uSdP (3-7) u0?P00??PuS (3-8) u0 设备及用具 1．有机玻璃管沉淀柱一根，内径D≥101mm，高1.5m工作水深即由溢流口至取样口距离，共两种，H1＝0.9m,H2＝1.2m每根沉降往上设溢流管，取样管，进水及放空管 2．配水及投配系统包括钢板水池，搅拌装置，水泵、配水管，循环水管和计量水深用标尺、如图3－3示 3．计量水深用标尺，计时用秒表或手等 4．玻璃烧杯，移液管，玻璃棒，瓷盘等 5．悬浮物定量分析所需设备万分之一天平，带盖称量瓶，枯燥皿、烘箱、抽滤装置、定量滤纸等 6．水样可用煤气洗涤污水，轧钢污水，自然河水或人工配制水样。

步骤及记录 1．将试验用水倒入水池内，开启循环管路闸门2，用泵循环或机械搅拌装置搅拌，待池内水质匀称后，从池内取样，测定悬浮物浓度，此即为C0值 2．开启闸门1、3，关几扣闸门2，水经配水管进入沉淀管内，当水上升到溢流口，并流出后，关闭闸门3、停泵记录时间，沉淀试验起先 3．隔5、10、20、30、60、120min由取样口取样，记录沉淀柱内液面高度 4．视察悬浮颗粒沉淀特点、现象I 5．测定水样悬浮物含量 6．试验记录用表，如表3-1所示 表3-1颗粒自由沉淀试验记录 日期： 水样： 静沉时间(min) 滤纸编号﹟ 称量瓶号﹟ 称量瓶+滤纸重(g) 取样体积(mL 瓶纸+SS重(g) 水样SS重(g) C0 (mg/L) C0 (mg/L) 沉淀高度H(cm) 0 5 10 20 30 60 120 留意事项 1．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，影响静沉试验效果。

2．取样前，必须要记录管中水面至取样口距离H0〔以cm计〕 3．取样时，先解除管中积水而后取样，每次约取300～400mL 4．测定悬浮物时，因颗粒较重，从烧杯取样要边搅边吸，以保证两平行水样的匀称性贴于移液管壁上的细小颗粒必须要用蒸馏水洗净 数据整理 1． 试验根本参数整理试验日期： 水样性质及来源： 沉淀柱直径d= 柱高H= 水温： ℃ 原水悬浮物浓度C0〔mg／L〕 绘制沉淀柱草图及管路连接图 2．试验数据整理 将试验原始数据按表3－2整理，以备计算分析之用 表中不同沉淀时间ti时，沉淀管内未被移除的悬浮物的百分比及颗粒沉速分别按下式计算 未被移除悬浮物的百分比 Pi?Ci101% C0扣 C0——原水中SS浓度值，mg／L； Ci——某沉淀时间后，水样中SS浓度值，mg／L H 相应颗粒沉速ui?HImm/s。

ti 4．以颗粒沉速u为横坐标，以P为纵坐标，在平凡格纸上绘制u～P关系曲线 5．利用图解法列表〔表3-3〕计算不同沉速时，悬浮物的去除率 表3－2试验原始数据整理表 沉淀高度〔cm〕 沉淀时间〔mln〕 实测水样SS〔mg/L〕 计算用SS〔mg／L〕 未被移除颗粒百分比Pi 颗粒沉速u〔mm/s〕 序号 u0 P0 1-P0 ΔP 表3－3悬浮物去除率E的计算 ?uS??P u0 E?(1?P0)? ?uS??P u0 E?(1?P0)??uS??P u06．依据上述计算结果，以E为纵坐标，分别以u及t为横坐标，绘制u～E，t～E关系曲线 思索题 1．自由沉淀中颗粒沉速与絮凝沉淀中颗粒沉速有何区分 2．绘制自由沉淀静沉曲线的方法及意义 3．沉淀柱高分别为H＝1.2m，H＝0.9m，两组试验成果是否一样，为什么？ 4．利用上述试验资料，按 E?C0?CI101% C0计算不同沉淀时间t的沉淀效率E，绘制E～t，E～u静沉曲线，并和上述整理结果加以参照与分析，指出上述两种整理方法结果的适用条件。

二、原水颗粒分析试验 原水颗粒分析试验主要测定水中颗粒粒径的分布状况水中悬浮颗粒的去除不仅与原水悬浮物数量或浊度大小有关，而且还与原水颗粒粒径的分布有关粒径越小，越不易去除，因此颗粒分析试验对选择给水处理构筑物及投药量都是非常重要的 目的 1．学会一种用一般设备测定颗粒粒径分布的方法 2．加深对自由沉淀及stokes〔斯笃克斯〕公式的理解 原理 101μm以下的泥沙颗粒沉降时雷诺数小于1，确定水温、沉速，可用stokes公式求。