自由沉淀实验
自由沉淀实验
一、实验目的
1、通过实验加深对自由沉淀的概念、特点、规律的理解
2、掌握自由有沉淀的实验方法，并能对实验数据进行分析、整理、计算 3、根据实验数据绘制沉淀曲线，计算某一沉淀速率的下的沉淀效率
二、实验原理及设备
自由沉淀的特征是：水中的固体悬浮物浓度不是很高，而且不具有凝聚的性质，在沉淀的过程中，固体颗粒不改变形状、尺寸，也不互相粘合，各自独立的完成沉淀过程。废水中的固体颗粒在沉砂池中的沉淀以及低浓度污水在初沉池中的沉降过程都是自由沉淀。自由沉淀过程可以由斯托克斯公式(Stokes)进行描述，即：
u=
1ρg-ρ2
*gd 18μ
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。
但是由于水中颗粒的复杂性，公式中的一些参数很难确定，因此对沉淀的效果、特性的研究，通常要通过实验来实现。本实验就是通过测定在一个自由沉淀的有机玻璃管内同一截面上不同时间的浊度，计算沉淀速率和沉淀（去除）率，从而得到沉淀率-沉淀速率的关系曲线。
同时，考察理想沉淀池我们可以得到：
Q
=u=q A
式中：Q—沉淀池的设计处理水量
A—沉淀池的面积 u—颗粒沉速 q—表面负荷
表面负荷q与颗粒沉速u在数值上是相等的，但是单位不同，通过沉淀性能测定求得应去除颗粒群的
最小沉速u，同时也就得到了理想沉淀池的表面负荷q值。
通过上式可以看到，在一定流量（处理水量）下，沉淀池表面积越大，则分离的悬浮颗粒沉淀速率越
小，颗粒粒径也就越小，由沉淀性能曲线可知，其沉淀率越大。由此看出，沉淀池的沉淀率仅与颗粒沉速或者表面负荷有关，而与沉淀池的深度和沉淀时间无关。因此，在可能的条件下，应该把沉淀池建的浅些，表面积大些，这就是颗粒沉淀的浅层理论。在普通沉淀池内装设斜板（斜管），也是基于这个理论。
实验设备主要由一个有机玻璃的沉淀柱和一台污水泵组成，污水泵的出、入口分别与沉淀柱的上、下两端相连，启动污水泵，就能起到搅拌作用。
沉淀柱主要参数：内径0.25米，高2.2米，内装高岭土和水的混合液，深度为2米，侧面有3个取样口的深度为
a：0.2米、b：1米、c：1.8米
为了能方便、快速的测定水中的悬浮物浓度，采用了LaMotte公司的2020型浊度计，此浊度计为新型散射光浊度计，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。 三、实验操作 1、开始搅拌
进行自由沉淀实验，首先要将沉淀柱中的污水搅拌到均匀。本实验采用一台污水泵起到搅拌作用，用鼠标点击绿色按钮接通电源开关，开始搅拌 2、停止搅拌、开始计时、采集样品
搅拌均匀以后，用鼠标点击红色按钮切断电源，停止搅拌；同时，用鼠标点击“计时”按钮开始计时；再同时，点击沉淀柱右侧的三个取样口中的一个取样，系统会自动完成取样动作，仅在第一次演示取样动画，播放动画的同时，计时自动停止，播放完毕后，计时自动继续。演示动画完成后，出现数据分组窗口，选择当前采集的样品，要作为哪组的数据；然后，尽快点击另外两个取样口取样，第一次所取得的这三个样品，作为“原水悬浮物浓度数据”。所取得的这三个样品，作为“原水悬浮物浓度数据”。然后，分别在第5、10、15、20、30、40、50、60分钟从b位置的取样口取样，作为“沉淀率和沉淀速率数据”。 3、样品测量和数据记录
样品的悬浮物浓度由一台浊度计测量浊度，然后换算为悬浮物浓度确定。点击或者拖动上面的滚动条切换样品，下面的信息栏会自动显示样品编号、数据用途、采样位置和时间等内容，便于进行数据记录。点击“测量”按钮或者浊度计上的“Read”按钮，可以测量当前样品的浊度。
把当前的数据写入“数据处理”界面当中数据表格当中，如果你开启了自动记录功能，可以点击“自动记录”按钮，数据就会自动写入数据表格。 4、数据处理和绘制曲线
数据记录完毕后，点击右上角的“自动计算”按钮，系统就会根据写入的数据自动计算出结果，并显示在表格内。
计算完成后，到“沉淀性能”曲线页，点击右上角的“开始绘制”按钮，就可以根据前面的数据和计算结果画出“沉淀性能”曲线。
四、实验数据
表1.原水悬浮物浓度
原水悬浮物浓度计算结果：398.2mg/L
表2.剩余率和沉淀率
图1.沉淀性能曲线
五、实验分析
由表2知，随着时间的推移，浊度、悬浮物浓度降低。由图1沉淀性能曲线知，沉淀速率越小，沉淀效率越大。沉淀率与沉淀速率和表面负荷有关，与池深和沉淀时间无关
六、实验注意事项
1、搅拌时间要足够，否则沉淀柱内的悬浮物浓度不够高或者不均匀，会导致曲线的范围变窄
2、搅拌停止以后，要尽快的采集原水悬浮物浓度的样品，否则会因为悬浮物自身的沉淀导致数据偏差 3、采样间隔的时间不必规定死，但要保证数据足够，并且开始的时候采样时间应该短
4、由于取样必然会导致液面的变化，实际上取样口的深度会一直减小，但是在实际当中随时的测量水深又不方便，考虑到使用新的悬浮物浓度测量方法以后，需要的样品水量很小，所以这种误差可以忽略 5、在以往的实验设计当中，一般都是用烘干称重法测量水中的悬浮物浓度，但是这种方法比较复杂，而且有自身的局限性，首先是要求采样量要大，否则不能保证精度，其次实容易受水中溶解性物质的干扰。虽然是标准的测量方法，然而在实际生产操作时，几乎都不采用，都是采用浊度这个替代参数。实际上，如果用浊度代替悬浮物浓度，也可以得到类似的关系曲线，本实验为了符合大家以前的习惯，把浊度转化为悬浮浓度。