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一、实验目的
研究浓度较稀时的单颗粒沉淀规律,加深其对沉淀特点、基本概念的理解。
掌握颗粒自由沉淀试验的方法,并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。
二、实验原理浓度较稀的、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、等速下降,其沉速在层流区符合斯托克斯(StockS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,因而沉降效果、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内进行,但其直径应足够大,一般D100mm,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()与截流速度(u0)、颗粒重量百分率的关系如下:
1P)P0匕dP20-1
00u
0
式中:——沉淀效率;
u0――理想沉淀池截流沉速:
P0――所有沉速小于u0的颗粒质量占原水中全部颗粒质量的百分率;u――小于截流沉速的颗粒沉速。
此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算方法。
设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验。实验开始,沉淀时间为0,此时沉淀柱内悬浮物分布是均匀的,即每个断面上颗粒的数量与粒径的组成相同,悬浮物浓度为C0(mg/L),此时去除率=0。
实验开始后,不同沉淀时间t,颗粒沉淀速度u相应为:
ii
H
u20—2
it
i
式中:,mm/s;
i
H——取样□至水面高度,mm;t沉淀时间,min。
i
此即为t时间内从水面下沉到池底(此处为取样点)的颗粒所具有的沉速。此时取样点
i
处水样悬浮物浓度为C未被去除的颗粒所占的百分比为:
i
C
Pi20—3
iC
0
式中:P.-悬浮颗粒剩余率;
i
C0-原水(0时刻)悬浮颗粒浓度,mg/L;
C-t时刻悬浮颗粒浓度,mg/L。
ii
此时被去除的颗粒所占的百分比为:
1P
C
1i
20-4
ii
C
式中:悬浮颗粒去除率;
i
p.、C0、。
i0i
0
需要说明的是,实际沉淀时间t时间内,由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成,
i
即沉速uu的那一部分颗粒可能全部沉至池底。除此之外,颗粒沉速uu的那一部分颗
ii
粒也有一部分能沉至池底。这是因为,这部分颗粒虽然粒径很小,沉速!u,但是这部分
i
颗粒并不都在水面,而是均匀分布在整个沉淀柱的高度内。因此,只有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u的颗粒由水面降至池底所用的时间t,那么这部分ii
颗粒也能从水中被除去;沉速uu的那部分颗粒虽然有一部分能从水中去除,但其中也是
i
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相同。因此公式(20-4)未包含uu的那部分颗粒被去除。
i
注:本实验用浊度代替悬浮物浓度进行各种计算。
三、实验仪器及用具
自由沉淀实验装置如图20-1所示。
图20-1自由沉淀实验装置
1—配水箱;2—水泵;3—搅拌装置;4—;5—;6—水循环用阀;7—配水阀门;8—沉淀柱上水阀门;9—放空阀门;10—取水样阀门;11—溢流管
浊度仪。
四、实验步骤
准备实验原水。取适量硅藻土和自来水配制水样,置于水箱中。
开启循环管路阀门,启动水泵和搅拌装置。
水箱内水质均匀后,开启进水阀,等进水达到预定水高时,关闭进水阀,停水泵。过
3~5分钟后,开动秒表记录时间,沉淀实验开始。
当时间为0min、2min、5min、10min、15min、30min、40min、60min时,取水样测浊度(注意:取水样时,需先放掉一些水,以便冲洗取样口处的沉淀物),在每次取样前后读出水面高度。相关数据记录如表20-1和20-2所列。
表20-1颗粒自由沉降实验记录取样□
静沉时间t/min
水样浊度
/NTU
取样前,取样□至水面高度H一/mm
取样后,取样□至水面高度
H/mm
后
0
前
后
2
5
10
15
30
40
60
表20-2颗粒自由沉降实验记录取样□
静沉时间t/min
水样浊度
/NTU
取样前,取样□至水面高度H一/mm
取样后,取样□至水面高度
H/mm
后
0
2
5
10
15
30
40
60
五、成果整理
、悬浮物剩余率P、沉淀速度u,将结果填入表20-3和20--3和20-4中数据,绘制t-曲线、u-曲线、u-P曲线。
表20-3颗粒自由沉淀实勺
食成果表取样□
取样□至水面高度
H=(H前+H后)/2
静沉时间t/min
悬浮物去除率/%
悬浮物剩余率P/%
沉淀速度u/(mm/s)
前■后
2
5
10
15
30
40
60
表20-4颗粒自由沉淀实验
佥成果表取样□
取样□至水面高度
H=(H前+H后)/2
静沉时间t/min
悬浮物去除率/%
悬浮物剩余率P/%
沉淀速度u/(mm/s)
前■后
2
5
10
15
30
40
60
六、思考题
。
□、,并分析之。