自由沉降试验及其沉降曲线问题解析
自由沉淀实验
自由沉淀实验一、实验目的1、通过实验，加深对自由沉淀过程及沉淀规律的理解。
2、获取某种废水的沉淀曲线，即沉淀效率与时间曲线以及沉淀效率与颗粒沉速的关系曲线。
二、实验原理自由沉淀是指在沉淀过程中，固体颗粒不改变尺寸，形状，也不互相粘合，各自独立地完成沉淀的过程。
一般当污水中的悬浮固体浓度不高，而且凝聚性能不明显时，其沉淀可看成自由沉淀。
自由沉淀速度直接影响沉淀效率，符合司脱克斯公式。
u=d g l s 2181⋅⋅-⨯μρρ 式中： u —颗粒等速下沉沉速；ρs 、ρl —颗粒，水的密度；μ—水的动力粘滞系数； d —颗粒直径； g —重力加速度。
由于水中颗粒性质十分复杂，公式中的某些参数很难准确确定，所以沉淀效率及其他特性通常通过静沉实验确定。
在含有均匀分散性颗粒的废水静置沉淀实验过程中，假定试验筒内有效水深为Ｈ，通过不同的沉淀时间t 可以求出不同的颗粒沉淀速度u ，即u ＝Ｈ/t 。
对于某种指定的沉淀时间t 0可以求得颗粒相应沉淀速度u 0。
沉速大于，等于u 0的颗粒在t 0时可全部去除，沉淀小于u 0的颗粒只有一部分被去除。
某种沉速为u i 的小于u 0的颗粒，按u i /u 0的比例去除。
设x 0表示沉速大于或等于u 0的颗粒所占比例，则这部分颗粒去除的百分数可以用1－x 0表示。
而小于u 0的某种颗粒去除的部分占总数的百分数为（u i /u 0）×dx （dx 指具有沉速u i 的颗粒占全部颗粒的量），则沉速u<u 0的颗粒的总的去除率为u u d ix x 0⎰⋅。
因此，全部颗粒的总去除率为： ()η=-+1100x u u d ix x⎰⋅式中的积分部分可利用沉淀与颗粒重量比关系曲线确定，见图2-1。
图2-1颗粒沉降速度累积分配曲线讨论：沉淀刚开始时，悬浮物在水中的分布可以看成是均匀的。
但是，随着沉淀过程的继续，悬浮物在实验柱中的分布变得不均匀：沉淀柱上部浓度较低，下部浓度较高。
自由沉淀演示实验
C
W W2 W1 V V
自由沉降实验
四、实验方法与操作
1、检查实验流程； 2、准备预测水样； 3、关闭沉淀柱进水阀、 排空阀； 4、开启水泵出水阀、回 流阀和柱溢流阀；
自由沉降实验
四、实验方法与操作
5、开启水泵，通过 回流搅拌水样；
6、待水样搅匀后取 样测定原水悬浮物浓 度SS0值；
SS0
DN20
低位水箱
水泵
至 地 沟
DN15
自由沉淀实验流程图
自由沉降实验
三、实验设备及材料 悬浮物定量分析
悬浮物定量分析装置： 电子天平、定量滤纸、 称量瓶、烘箱、抽滤装 置、干燥器等； 悬浮物测定方法： （1）定量滤纸恒重W1； （2）抽滤水样后的滤纸 恒重W2； （3）采样体积V； （4）悬浮物浓度C。
为了能真实地反映客观实际状态，沉淀柱直径一般要≥200mm，而且柱内还 应装有慢速搅拌装置，以消除器壁效应和模拟沉淀池内刮泥机的作用。
自由沉降实验
三、实验设备及材料
DN 1 5 沉降塔
DN40
DN20
回 流 搅 拌
至 沉 降 塔
溢 流 至 地 沟
有机玻璃沉淀柱 沉 降塔
内径D＝200mm
高H=2000mm
自由沉降实验
五、实验数据记录与处理
自由沉降实验
五、实验数据记录与处理
自由沉降实验
五、实验数据记录与处理
1、以沉淀时间t为横坐标，以去除率E为纵坐标，绘制不同有 效水深的η～t关系曲线
2、以沉淀速度u为横坐标，以去除率E为纵坐标，绘制不同沉 淀时间的η～u曲线。
自由沉降实验
四、实验方法与操作
7、关闭回流阀，同时 打开沉淀柱进水阀， 调节开度，保证匀速 进水；
5.2沉降曲线的应用
hu
h h0
B
P
C
D
t'
u
t
u
THANKS
h0 A
h/cm
F
B
EC
D
O t/min
间歇沉降曲线
AB——等速沉降阶段 BC——干涉沉降阶段 CD——压缩阶段
凯奇理论 h00 h
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T-F法、Oltmann法计算浓密机面积
T-F法
A
A Q0tu h0
Oltmann法
A Q0tu h0
ut 0.545(S L )d 2 ut , m/s; S , g/cm3; d , mm
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沉降基本理论
二、干涉沉降末速
管壁1
DT
d
1 0.0475
DT
浓度影响 u ut (1 )n
VS
VS VL
沉降基本理论
选矿学之固液分离
沉降曲线的应用
概前 念言
GQAIIAN NIYAANN
自由沉降——不受周围颗粒或容器壁影响的沉降过程。
浓缩机（浓密机）
干涉沉降——受周围颗粒或容器壁影响的沉降过程。
沉降基本理论
一、自由沉降末速
ut
(S
L )gd 2 18
Re 1
Stokes公式
球形颗粒采用体积当量直径；片状颗粒采用表面积直径
自由沉降实验方法全
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0000/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 0ux2、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）。
实验七 颗粒自由沉降
实验七 颗粒自由沉降一 实验目的1、掌握颗粒自由沉淀的实验方法。
2、了解和掌握自由沉淀的规律，根据实验结果绘制时间-沉淀率(t-E),速率-沉淀率(u -E)和c t /c 0-u 的关系曲线。
二 实验原理沉淀是借重力作用从液体中去除固体颗粒的一种过程。
根据液体中固体物质的浓度和性质，可将沉淀过程分为自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀和压缩沉淀四类。
本实验对污水中非絮凝性固体颗粒自由沉淀的规律进行了研究探讨。
设水深为h ，在t 时间能沉到h 深度颗粒的沉速u =h /t 。
根据给定的时间t 0，计算出颗粒的沉速u 0。
凡是沉淀速度等于或大于u 0的颗粒，在t 0时都可去除。
设原水中悬浮物浓度为c 0(mg/L)，则与沉淀历时t i 相对应的悬浮物沉淀效率百分率为00E=100%tc c c -⨯其中不同沉淀时间t i 时，沉淀柱未被去除的悬浮物百分比为100%i i c P c =⨯沉淀实验时，可算出H 对应时间t 的颗粒沉速为(m m /s)i i iH u t =三、实验装置及材料1、沉淀管、储水箱、水泵、空压机、秒表、转子流量计等。
2、测定悬浮物的设备：分析天平，具塞称量瓶、烘箱、滤纸、漏斗、量筒、烧杯等。
3、水样：实际工业废水或硅藻土等配制水样。
四 实验步骤1、打开沉淀管的阀门将污水注入沉淀管，然后打开进气阀，曝气搅拌均匀。
2、关闭进气阀，此时取水样50mL(测得悬浮物浓度c 0)，同时记下取样口高度，开启秒表，记录沉淀时间。
3、当时间为1min 、3min 、5min 、10min 、15min 、20min 、30min 时，分别取样50mL ，测其悬浮液浓度(c t )。
记录柱内液面高度。
4、测定每一沉淀时间的水样悬浮物固体量。
悬浮性固体的测定方法如下：首先调烘箱至(105±1℃),叠好滤纸放入称量瓶中,打开盖子,将称量瓶放入105℃的烘箱烘至恒重。
然后将已恒重好的滤纸取出放在布氏漏斗中，过滤水样，并用蒸馏水冲净，使滤纸上得到全部悬浮性固体，最后将带有滤渣的滤纸移入称量瓶，烘干至恒重。
重力沉降法解析
斯托克斯定律
1 S L uS g d2 18
颗粒沉降速度uS影响因素：
S l S l 0 颗粒us下沉
S l S l 0 us 0 悬浮状态
不能用沉降法去除；
S l S l 0 颗粒us上浮 浮上法
试验方法1(数据记录与处理)
t t0 t1 t2 t3 … ti … tn
H
H0
H0
H0
…
H0
…
C u
C0
C1
C2
C3
…
Ci
…
Cn
u
H0 t
E
C0 Ci E 100% C0
试验方法1(数据记录与处理)
E E
沉降时间，t (min)
最小沉速，u
图3-1 E-t曲线
图3-2 E- u曲线
试验方法1存在的缺陷
试验装置示意图
H=H0-△H
试验方法1
①
②
③
④
试验步骤： 取直径为80～100mm,高度为1.5～2.0m的沉降 筒n个（6～8个）； 将已知悬浮物浓度C0与水温T的水样，注入各沉 淀筒，搅拌均匀后，同时开始沉淀；取样点设 于水深H=1.2m处 经t1历时后，在第1个沉淀筒取100mL水样，经t2 历时后，在第2个沉淀筒取等量水样，依次取样 分析各水样的悬浮物浓度C1，C2……，Cn 在直角坐标纸上，作沉降效率E与沉淀历时t之 间的关系曲线，沉降效率E与沉速u关系曲线
第三章
重力沉降法
3.1 概述
沉降法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，
在重力作用下产生下沉，以达到固液分离
沉降观测过程中存在的问题和解决办法
沉降观测过程中存在的问题和解决办法关于沉降观测中的问题及解决方案沉降观测中常遇到一些矛盾现象，并从沉降与时间关系曲线上表现出来。
对于这些问题，必须分析产生的原因，予以合理的处理。
常见现象1：曲线在首次观测后即发生回升现象。
产生这种现象的原因，一方面可能是初测精度不高；另一方面也可能是施工区内降水变化引起的；如果是施工区内降水变化引起的，则属正常现象。
如果是因为初测精度不高所引起的，曲线回升超过5mm，应将第一次观测成果作废，而采用第二次观测成果作为首测成果，如曲线回升在5mm之内，则可调整初测标高与第二次观测标高一致。
2：曲线在中间某点突然回升。
发生这种现象的原因，多半是因为水准点或观测点被碰动所致，而且只有当水准点碰动后低于被碰动前的标高及观测点被碰动后高于被碰动前的标高时，才会出现回升现象的可能。
由于水准点或观测点被碰动，其外形必有损伤，比较容易发现。
如水准点被碰动时，可改用其他水准点来继续观测。
如观测点被碰动后已松动，则必须另行埋设新点；若碰动后点位尚牢固，则可继续使用，但因为标高改变，对这个问题必须进行合理的处理，其办法是：选择结构、荷重及地质等条件都相同的临近另一沉降观测点，取该点在同一期间内的沉降量，作为被碰动观测点的沉降量。
此法虽不能真正反映观测点的沉降量，但如果选择适当，可得到比较接近实际情况的结果。
3：曲线自某点起渐渐回升。
产生此种现象一般是由于水准点下沉所致，如采用设置于建筑物上的水准点，由于建筑物尚未稳定而下沉；或者新埋设的水准点，由于埋设地点不当，时间不长，以致发生下沉现象。
水准点是逐渐下沉的，而且沉降较小，但建筑物初期沉降量较大，即当建筑物沉降量大于水准点沉降量时，曲线不发生回升，到了后期，建筑物下沉逐渐稳定，如水准点继续下沉，则曲线就会发生逐渐回升现象。
因此在选择或埋设水准点时，特别在建筑物上设置水准点时，应保证其点位的稳定性，如已查明确系水准点下沉的原因，则应测出水准点的下沉量，以便修正观测点的标高。
自由沉淀实验报告
自由沉淀实验报告自由沉淀是一种常见的实验方法，用于研究固体颗粒在液体中的沉降速度及其与环境因素的关系。
通过该实验可以了解颗粒的密度、粒径等物理性质，并且还可以探究溶液浓度、温度、搅拌等因素对沉降速度的影响。
1. 实验目的本次实验的目的是通过观察和测量溶液中固体颗粒的沉降速度，探究不同因素对沉降速度的影响，以及分析颗粒的物理性质。
2. 实验材料与设备- 固体颗粒：选用具有一定大小和可见度的沉降颗粒，如砂子或小玻璃珠等；- 溶液：选用透明的液体作为溶液，如清水或食用盐水溶液等；- 容器：使用透明的容器，如玻璃烧杯或塑料瓶等；- 搅拌器：可选用玻璃棒或磁力搅拌子等。
3. 实验步骤a. 准备工作：清洗容器和搅拌器，确保无杂质；b. 加入溶液：按照实验要求，加入一定量的溶液到容器中；c. 加入颗粒：将一定数量的颗粒加入到溶液中；d. 开始计时：在开始观察颗粒沉降前，记录开始时间；e. 观察和记录：观察颗粒在溶液中的沉降情况，并记录不同时间点的沉降高度或沉降速度；f. 添加搅拌：根据实验需要，可以添加搅拌器进行搅拌，并观察搅拌对沉降速度的影响；g. 改变温度或浓度：根据实验要求，可以改变温度或浓度，并观察对沉降速度的影响；h. 结束实验并记录数据：当颗粒沉降到一定高度或实验时间结束后，停止观察并记录实验数据。
4. 实验结果与分析根据实验数据，可以制作颗粒的沉降曲线图，用沉降高度或沉降速度随时间的关系来表示。
通过观察沉降曲线，我们可以得出以下结论：a. 颗粒的沉降速度随时间的增加而减小，最终趋于稳定；b. 搅拌会影响颗粒的沉降速度，搅拌越强，沉降速度越快；c. 浓度对颗粒的沉降速度有一定影响，浓度越高，沉降速度越快；d. 温度对颗粒的沉降速度也有影响，温度越高，沉降速度越快。
5. 结论与讨论通过本次实验，我们得出了颗粒沉降速度与时间、搅拌、浓度和温度等因素之间的关系。
这些关系对于理解颗粒在液体中的运动行为和物理性质具有重要意义。
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1：自由沉降试验及其沉降曲线
自由沉降适用于悬浮固体浓度较低，且为非絮凝性或弱絮凝性的水质状况。
试验是在设有一个取样口的透明沉降柱中进行的。
柱的内径为100mm，有效高度为1.5～2.0m。
取样口可设在工作水深为H的低部，也可设在H/2的中部，二者分别称为底部取样和中部取样。
目前趋向于采用中点取样法，这是因为：随着沉降时间的延长，沉降柱内的悬浮固体浓度势必形成上稀下浓的线形不均匀分布态势，而我们要测定的是沉降柱内整个水层的残留SS浓度，用H/2处的SS浓度代表柱内的SS平均浓度，能减小采用底部取样带来的沉降效率的负偏差。
沉降试验及沉降曲线绘制的方法
（1）将水样在试验装置内循环搅拌均匀后，从取样口取两份100mL水样，用重量法测定初始SS浓度C0；
（2）将柱内水位迅速调整至溢流口处，开始记时；
（3）当累计沉降历时为t1、t2、t3…tn(常取5、10、30、60、90和120min) 时，各取100mL水样两份，用来测定对应沉降时间的残留SS浓度C1、C2、C3…Cn，同时记录各次取样后的水面累计下降高度Δh1、Δh2、Δh3…Δhn-1；
（4）列表计算与各沉降时间对应的沉降效率E；
（5）在标准计算纸上绘制E-t和E-u沉降曲线。
目前常用的沉降试验数据处理方法有两种：一种是常规计算法，另一种是Camp图解积分法。
前者计算简单，但误差较大，得到的E-t和E-u曲线；后者比较复杂，但结果精确，得到的是ET-t和ET-u曲线。
（一）常规计算法
（1）由沉降时间t(h)和对应的工作水深H（m）,按公式u=H/t计算
沉降速度u(m/h)式中的工作水深H是指由水面到柱底零断面的实际高度，而与取样口位置无关。
工作水深随沉降历时的变化情况如图3-5。
由图可见，在[t0,tn]区间内，H随t呈跳跃式的不连续变化。
如忽略[t0,ti]范围内所经历的各次水深变化，则工作水深可按下式近似计算。
2:
自由沉淀中颗粒沉速受颗粒大小的影响,特别是小颗粒在布朗运动作用下不沉淀。
絮凝沉淀完全克服了布朗运动的影响；因为絮凝剂形成的矾花越大，颗粒密度与溶液密度的差越大，沉降越快。
自由沉淀的颗粒，彼此互不干扰，也不受容器壁的干扰，只受颗粒在水中的重力作用。
絮凝沉淀的颗粒，其尺寸、沉速都会逐渐增大
自由沉降是物理过程,是针对水中较大颗粒物;而混凝沉降是借助混凝剂.助凝剂,通过脱稳.电中和,桥联,网捕卷扫作用,是不易沉淀的细小悬浮物和胶体相互凝结长大,然后自由沉降,是一个化学物理过程.
水处理中没有纯粹的自由沉淀，也没有纯粹的絮凝沉淀。
象初沉池和终沉池中，两种沉淀作用都有。
只不过为了达到好的沉淀效果和节省占地面积，一般会采取一些措施增强絮凝沉淀作用：如设计合理的沉淀池中心桶中可发生絮凝作用。
至于化学混凝和絮凝则另当别论。
在自由沉降中,由于悬浮物固体浓度低,而且颗粒之间不发生凝聚,因此在沉降过程中颗粒的形状.粒径和密度都保持不变,互不干扰的各自独立完成匀速沉降过程.固体颗粒在沉砂池及初次沉淀池内的初期沉降就属于自由沉降.
絮凝沉淀,颗粒在沉淀过程中接触碰撞势能相互凝聚为较大的絮体,颗粒粒径和沉降速度随沉降时间的延续而增大.
投入的药量应根据胶体浓度及无机金属盐水解产物的分子形态、荷电性质和荷电量等确定。
当高分子混凝剂投药量最大时，会产生“胶体保护”作用。
胶体保护可理解为：当全部胶粒的吸附面均被高分子覆盖以后，两胶粒接近时，就受到高分子的阻碍而不能聚集，这种阻碍来源于高分子之间的相互排斥。
排斥力可能来源于“胶粒－胶粒”之间高分子受到压缩变形而具有排斥势能，也可能由于高分子之间的电斥力（对带电高分子而言）或水化膜。
而且投药量大也容易出现产生大量含水率很高的污泥的问题。
这种污泥难于脱水，会给污泥处置带来很大困难。
所以投药量最大时，混凝效果不一定是好的，应该根据具体废水的性质以及共存杂质的种类和浓度，通过实验，选定出适当的混凝剂种类与投加的剂量。
混凝沉淀时，投入过多的药剂时药剂本身也对水体造成污染（增大COD含量等等），而且浪费药剂，增加成本。
所以混凝沉淀时一定要先做好实验室小试才能投入运营。