实验三、自由沉降实验.doc

实验三 自由沉降实验

一、实验目的
1、通过实验加深对自由沉降的概念、特点、规律的理解。
2、掌握颗粒自由沉淀实验方法，根据实验结果绘制沉降速度分布曲线。
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、絮凝沉淀、成层沉淀和压缩沉淀等4类。颗粒在自由沉淀过程中呈离散状态，互不结合，其形状、尺寸、密度等物理性质均不改变，下沉速度恒定，在水流中的沉降轨迹是直线。自由沉降多发生在悬浮物浓度不高情况下，如沉砂池及初沉池中的初期沉降。为便于分析，假定：①沉降颗粒为球形，其大小、形状及质量在沉降过程中均不发生变化；②水处于静止状态，且为稀悬浮液。自由沉降过程可以由斯托克公式进行描述，即

式中 u——颗粒的沉速； ρg——颗粒的密度；
ρ——液体的密度； µ——液体的粘滞系数；
g——重力加速度； d——颗粒的直径；
废水中悬浮物组成十分复杂，颗粒形式多样，粒径不均匀，密度也有差异，采用斯托克公式计算颗粒的沉速十分困难，因而对沉降效率、特性的研究，通常要通过沉降实验来实现。实验可以在沉降柱中进行，方法如下：

取一定直径、一定高度的沉降柱，在沉降柱中下部设有取样口，如图所示，将已知悬浮物浓度C0的水样注入沉降柱，取样口上水深（取样口与液面间的高度）为h0，在搅拌均匀后开始沉降实验，并开始计时，经沉降时间t1，t2，….ti 从取样口取一定体积水样,分别计下取样口高度h,分析各水样的悬浮物浓度C1,C2,…..Ci ,同时计算：
①残余悬浮物量Pi=Ci/C0,
式中 Ci——ti时刻悬浮物质量浓度（mg/L），
C0——原水样悬浮物的浓度（mg/L）；
②沉降速度Ui=H/ti
H——取样口高度（m）； U——沉降速度（cm/min）；
ti——沉降时间（min）；
注意问题：
1、每从管中取一次水样，管中水面就要下降一定高度，所以，在求沉降速度时要按实际的取样口上水深来计算。
2、实际上，在经过时间ti后，取样口上h高水深内颗粒沉到取样口下，应由两个部分组成，即：①u≥u0=h/ti的这部分颗粒，经时间ti将全部去除，而h高水深内不再包含u≥u0这部分颗粒；②除此之外，u﹤u0=h/ti的那一部分颗粒也会有一部分颗粒经时间ti后沉降到取样口以下，这是因为u﹤u0的这一部分颗粒并不都在水面，而是均匀的分布在高度为h的水深内，因此，只要它们沉降到取样口以下所用时间小于或等于具有u0沉降颗粒所用的时间，在时间ti内它们就可以被去除。

3、从取样口取出水样测得的悬浮固体浓度C1,C2,…Ci等，只表示取样口断面处原水经沉降时间t1，t2，….ti后的悬浮固体浓度，而不代表整个水深中经相应沉降时间后的悬浮固体浓度。
三、实验设备与仪器
1、沉降装置
2、计时用秒表
3、分析天平（1/10000）
4、恒温烘箱
5、干燥器
6、量筒（250mL）
7、 滤纸、漏斗
8、烧杯（250mL）
四、实验步骤
1、做好悬浮固体测定的准备工作，将8张滤纸写好编号为0～7，放入相应编号的称量瓶，调烘箱至105±1℃，将称量瓶放入105℃的烘箱，烘45min，取出后放入干燥器冷却30min，在1/10000天平上分别称重，记录0～7号滤纸+质量，填入表（1）中。
2取8个烧杯，并编号为0～7。
3、打开沉降柱进水阀门，将水样注入沉降柱，注意观察沉降柱水面高度，不能超过标尺高度，关闭进水阀门。
4、此时用0号烧杯取水样100mL，记录取样口高度hi（注意：为取样口与水面间高度），填入表（2），开动秒表，开始记录沉降时间。
5、分别用1～7号烧杯分别取时间为5min，10min，15min，20min，30min，40min，60min时，在同一取样口的取水样100mL，并记录取样前和取样后沉降管中液面至取样口的高度，填入表（2），计算时采用二者的平均值。

6、将已称好的滤纸分别放在8个玻璃漏斗中，将0～7号烧杯中的水样分别倒入对应的滤纸中过滤水样，并用蒸馏水反复冲洗烧杯中残余的水样，将其倒入漏斗中过滤，使滤纸得到全部悬浮性固体。
7、最后将带有滤渣的滤纸移入相应编号的称量甁，再将称量瓶移入烘箱，调烘箱至105±1℃，烘45min（注意：若各个样品放入烘箱的时间不同，应记录放入时间，尽量保证各样品烘干时间段都为45min），取出后放入干燥器中冷却30min，在1/10000天平上称重，记录滤纸质量，填入表（1）。
五、数据记录
表1 滤纸质量记录W(g)

0
1
2
3
4
5
6
7
过滤前W1

过滤后W2

差值=W2-W1

表2 取样口高度记录 Hi(m)

0min
5min
10min
15min
20min
30min
40min
60min
取样前

取样后

均值

六、数据处理
1、悬浮性固体浓度,填入表3
W1——过滤前滤纸； W2——过滤后滤纸重；
V——水样体积，100mL；
表3 不同时刻悬浮性固体浓度

0min
5min
10min
15min
20min
30min
40min
60min
浓度Ci

2、绘制沉降速度分布曲线：
① 残余悬浮物量Pi=Ci/C0与各时刻沉降速度u=h/ti计算

表4 Pi与u计算表

5min
10min
15min
20min
30min
40min
60min
Pi=Ci/C0

u=h/ti

② 以Pi为纵坐标，以u为横坐标绘制沉降速度分布曲线
③ 绘制沉降效率与沉降速度曲线（曲线）
i. 利用沉降分布曲线和图解法计算各个时刻总去除率（沉降效率），公式,填入表（5）
表5 各个时刻总去除率

5min
10min
15min
20min
30min
40min
60min

ii. 以各个时刻总去除率Er为纵坐标，以各个时刻沉降速度u横坐标制曲线

七、思考题
1、自由沉降与絮凝沉降有何区别和联系。
2、绘制自由沉降速度分布曲线的意义。

（注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）