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dP u u P η颗粒自由沉淀实验
一、 实验目的
① 研究浓度较稀时的单颗粒的自由沉淀规律，加深对其沉淀特点、基本规
律的理解
② 掌握颗粒自由沉淀实验的方法，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、等速下沉，其沉速在层流区符合斯驾克斯（Srokes ）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，因此沉淀效果、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内进行，但其直径应足够大，一般应使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）与截留速度(u 0)、颗粒重量百分率的关系如下：
式中 η——沉淀效率；
u 0——理想沉淀池截留沉速；
P 0——所有沉速小于的颗粒质量占原水中全部颗粒质量的百分率； u 0——小于截留沉速的颗粒沉速。

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C （mg/L ）,此时去除率η=0。

实验开始后，不同沉淀时间t i ，颗粒沉淀速度u i 相应为：
式中u i ——颗粒沉淀速度，mm/s ；
H ——取样口至水面高度，mm ； t i ——沉淀时间，min 。

此即为t i 时间内从水面下沉到池底的颗粒所具有的沉速。

此时取样点处水样悬浮物浓度为C i ，未被去除的颗粒所占的百分比为：
i
i t H u =
式中P i ——悬浮颗粒剩余率；
C 0——原水（0时刻）悬浮颗粒浓度，mg/L ；
C i ——t 时刻悬浮颗粒浓度，mg/L 。

此时被去除的颗粒所占的百分比为：
式中i η——悬浮颗粒去除率；
P i 、C 0、C i 上。

需要说明的是：实际沉淀时间t i 内，由水中沉至池底。

即颗粒沉速u ≥u i
的那一部分颗粒能全部沉至池底。

除此之外，，颗粒沉速u<u i 的那一部分颗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<u i ，但是这部分颗粒并都不在水面，而是均匀地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 i 的颗粒由水面降至池底所用的时间t i ，那么这部分颗粒也能从水中被除去；沉速u<u i 的那部分颗粒虽然有一部分能从水中去除，但其中也是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。

因此公式未包含u<u i 的那部分颗粒被去除。

三、 实验仪器及用具
（1） 仪器
① 自由沉淀实验装置 ② 分析天平（1/10000 1台） ③ 恒温烘箱（1台） （2） 器具
① 量筒（100ml 7个） ② 三角瓶（200ml 7个） ③ 漏斗（10个） ④ 玻璃棒（7根） ⑤ 称量瓶（40mm ×70mm ） ⑥ 秒表（2块） ⑦ 干燥皿（1个） （3） 其他 定量滤纸
四、 实验步骤
① 定量滤纸编号后放入称量瓶中，编号、烘干（烘箱调节温度100～1050C ，
C C P i i =
11C C P i
i i -
=-=η
烘干2～3h）、称重，置于干燥皿中待用。

②准备实验用原水。

取河水或用细土和自来水配制水样，置于水箱中。

③开启循环管路阀门，启动水泵和搅拌装置。

④水箱内水质均匀后，开启放空阀，以便冲洗管路中的沉淀物。

稍后开启
沉淀柱进水阀，并同时关闭放空阀。

水位升至取样口与溢流口中间时，沉淀实验开始。

⑤当时间2min、5min、10min、15min、30min、40min时，用量筒在取样口
取水样100ml（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H。

⑥用定量滤纸分别过滤7个水样。

待定量滤纸无明显水滴后将定量滤纸折
叠并放入称量瓶。

重新选择一个取样口高度，重复上述实验。

⑦将称量瓶放在恒温箱中，调节温度至100～1050C,烘干2～3h。

⑧取出定量滤纸，放在干燥皿中冷却至室温称重。

相关数据记录在下表
颗粒自由沉淀实验记录表
五、成果整理
①计算悬浮物去除率η、悬浮物剩余率p、沉淀速度u，将结果填入下表中
②根据下表中的数据，绘制t-η曲线，u-η曲线，u-p曲线。

颗粒自由沉淀实验成果表
思考题
1绘制自由沉淀静沉曲线的意义？
2比较取样口高度分别为（第一组高度）m 、（第二组高度）m的两组数据，并分析之。