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建筑与测绘工程学院
"水处理实验设计与技术"
实验报告
实验1 颗粒自由沉淀实验
颗粒自由沉淀实验是研究浓度较低时的单颗粒的沉淀规律。一般是通过沉淀柱静沉实验，获取颗粒沉淀曲线。它不仅具有理论指导意义，而且也是给水排水处理工程中沉砂池设计的重要依据。
一、实验目的
加深对自由沉淀特点、根本概念及沉淀规律的理解。
掌握颗粒自由沉淀实验的方法，并能对实验数据进展分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。
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二、实验原理
浓度较低的、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〔斯托克斯〕公式。
但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒相对密度很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得而是通过静沉实验确定。
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进展，但其直径应足够大，一般应使径D≥100mm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η与截留沉速u0剩余颗粒重量百分率P的关系如下：
( 1 )
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的沉淀柱进展自由沉淀实验，如图1所示。实验开场，沉淀时间为0，此时沉淀柱悬浮物分布是均匀的，即每个断面上颗粒的数量与粒径组成一样，悬浮物浓度为C0〔mg/L〕，此时去除率η=0。
实验开场后，不同沉淀时间ti，颗粒最小沉淀速度ui相应为：
( 2 )
此即为ti时间从水面下沉到池底〔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：
( 3 )
此时去除率η0，表示u≥ui〔d≥di〕的颗粒除去率，而：
( 4 )
那么反映了ti时，未被除去之颗粒即d＜di的颗粒所占百分比。
图1 颗粒自由沉淀示意
实际上沉淀时间ti，由水中沉至柱底的颗粒是由两局部颗粒组成，即沉速us≥ui的那一局部颗粒能全部沉至柱底。除此之外，颗粒沉速us＜ui的那一局部颗粒，也有一局部能沉至柱底。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，而是均匀地分布在整个沉柱的高度，因此，只要在水面以下，它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速u
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