实验一自由沉降实验
一、实验目的
1、观察自由沉降过程；
2、通过沉降实验学会绘制E~t 关系曲线和E~u 关系曲线；
3、能正确运用数据求解总去除率E T 。
二、实验原理
在含有离散颗粒的废水静置沉淀过程中，若试验柱内有效水深为H ，通过不同的沉淀时间t ，可求得不同的颗粒沉淀速度u ，u=H/t 。
如以p 0表示沉速u <u 0的颗粒量占SS 总量的分率，则因u ≥u 0而被除去的颗粒量占SS 总量的分率即为（1-p 0）。
以dp 表示u <u 0的颗粒中某一微小粒径范围的颗粒占SS 总两的分率，其中能被除去的部分占据u/u 0（或h/H ，h 为u <u 0颗粒在t 时间内的下沉距离，h <H ），则这种粒径范围的颗粒能被除去的部分占SS 总量的分率即为u/u 0dp 。
当考虑的粒径范围由某一微小值扩展到整个u <u 0的颗粒群体时，它们所占SS 总量的分率也由0增大到p 0，其中能被除去的部分占SS 总量的分率即为00
00
/dp u u p ⎰。
这样，在t
时间内悬浮固体的总沉降效率E （%）为：
100)1(100)1(0000000⨯⎥⎦⎤
⎢⎣⎡+-=⨯⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+-=⎰⎰p p T dp H h p dp u u p E 若以有限之和∑udp 代替积分项中的⎰00p udp ，
则上式可改写为：
100
)1(00⨯⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣⎡+-=∑u udp p E T
式中
⎰
p udp 可由沉速分布曲线进行图解积分来确定。
如图1-1所示。
图1-1 颗粒沉速分布曲线
三、实验材料与设备
1、沉降试验柱：直径Φ=100mm ，工作有效水深H=180cm 。
2、过滤装置：漏斗，烧杯100mL ，量筒50mL ，玻璃棒，经稀酸洗涤、烘干的滤纸。
3、悬浮物固体测定设备：分析天平、坩埚、干燥器、烘箱等。
4、实验材料：自制的粘土水样。
四、实验步骤
1、将搅拌均匀的水样装入沉降柱中，同时从取样口取两份50mL 的水样（要准确记录书样的体积），用重量法测定初始SS 浓度C 0，并求出平均值；
小于指定沉速的颗粒
与
全部颗粒的重量比
x 0 沉速
u 0
u
x
2、将柱内水位迅速调整到溢流口出，开始记时；
3、当累计时间为5、10、20、30、45、60、90、120min时，从试验柱中部取样口取水2份，每份约50mL （准确记录体积）。
取样前先排空取样管中的积水越10mL左右，取样后测定工作水深H i；
4、将每一沉降时间的水样作平行试验，用滤纸（已烘干称量过）过滤，并将过滤后的滤纸放入已称量的坩埚或称量瓶中，在100℃~110℃烘箱内烘干4小时，然后取出滤纸放入干燥器中，冷却后迅速称量（以防止滤纸吸水过多引起过大的误差）。
其增量即为水样中悬浮物的重量；
5、计算不同沉降时间水样中悬浮物浓度C i，沉淀效率E以及相应的颗粒沉速u i，绘制E~ t、E~u关系曲线。
五、数据记录与处理
1、实验数据记录见表1-1。
2、根据数据绘制E~t、E~u关系曲线（负荷为20m3/m2.d）。
3、实验结果分析。
表1-1 沉降实验记录表
六、自由沉降实例分析
例：某废水中悬浮物浓度不高，且均为离散颗粒，在一有效水深H=2.0m 的沉降柱内作沉降试验，其结果见表1-2。
试求此废水在一负荷为25m 3/m 2.d 的沉降设备内悬浮物的理论总去除率。
表1-2 静置沉降试验结果
解：（1）计算各沉降时间下，水中残余颗粒所占百分数与相应的沉降速度u ，结果见表1-3所示。
表1-3 各沉降时间下水中残余颗粒所占百分数及沉降速度
（2）由表1-3数据作出图1-2所示的沉速分布曲线 （3）计算指定的颗粒沉速：
u 0=25m 3/m 2.d=0.0174（m/min ）
（4）由图1-2查出，当u 0=0.0174m/min 时，P 0=0.54，即有54%的固体颗粒沉速小于u 0，其中能被除去的部分占SS 总量的分率Σudp/u 0用图解法求，计算结果见表1-4所示。
表1-4
0 1.0 2.0 3.0 4.0
x 残余颗粒百分数(%)
01.51.21.81.70.40.1△x △x 沉降速度 (×10–2m/min)
图1－2 残余颗粒百分数与沉降速度关系曲线
由公式100)1(00⨯⎥⎥⎦⎤
⎢⎢⎣
⎡+-=∑u udp p E T %计算总沉降效率E T ：
100)1(00⨯⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣⎡+-=∑u udp p E T %
=[（1-0.54）+0.0046/0.0174]×100%
=72.4%
（5）根据试验及计算结果，可将沉淀时间t ，沉降效率E ，沉降速度u 之间的关系绘成图，如图1-3、图1-4所示。
图1-3 沉淀时间与沉降效率关系曲线
图1-4 颗粒沉速与沉淀效率关系曲线
七、思考题
1、简述废水中悬浮颗粒自由沉降的原理。
2、由原始水深为1.5m 的沉降柱中点，得到沉降试验的结果如下表所示。
试确定表面负荷为200m 3/m 2.d 的平流沉淀池对悬浮液中固体颗粒的沉降效率。
颗粒沉速u
沉淀效率E
沉淀时间t
沉淀效率E
3、自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀和压缩沉淀各有什么特点？说明它们的内在联系与区别。