颗粒自由沉降
颗粒自由沉降实验
实验项目名称： 颗粒自由沉淀实验（所属课程： 水污染控制工程 ）院 系： 专业班级： 姓 名： 学 号： 实验日期： 实验地点： 合作者： 指导教师：本实验项目成绩： 教师签字： 日期：一、实验目的(1) 加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解。
(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 Stokes 公式。
但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒比重很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得，而是要通过静沉实验确定。
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E 与截留速度u0、颗粒质量分数的关系如下此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算法。
设在一水深为H 的沉淀柱内进行自由沉淀实验，实验开始时，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E=0。
实验开始后，悬浮物在筒内的分布变得不均匀。
不同沉淀时间ti ，颗粒下沉到池底的最小沉淀速度u i 相应为u i =H/t i 。
此时为t i 时间内沉到池底（此处为取样点）的最小颗粒d i 所具有的沉速。
此时取样点处水样水样悬浮物浓度为Ci ，则颗粒总去除率：00011C CC C C P E ii i -=-=-=。
表示具有沉速u≥ui （粒径d≥udi）的颗粒去除率，而Pi=Ci/C则反映了ti时未被去除的颗粒（即d<di的颗粒）所占的百分比。
三、实验设备与试剂(1)有机玻璃管沉淀柱一根，内径D≥100mmmm，高1.5m。
实验一 颗粒自由沉降
实验时间：2一、实验目的1、观察沉淀过程，加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解；2、掌握颗粒自由沉淀实验的方法，求出沉淀曲线。
二、实验原理干扰、等速下沉，其沉速在层流区符合 沉淀效果、特性无法通过公式求得，而是要通过静沉实验确定。
实验一颗粒自由沉降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 DD100mm□□□□□□ 受柱壁干扰。
8 5、气体流量计、取样口浓度较稀的、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Stokes 公式。
由于水中颗粒的复杂性， 颗粒粒径、颗粒比重很难或无法准确地测定，因而设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验。
如图1所示，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）,此时去除率实验开始后，悬浮物在筒内的分布变得不均匀。
不同沉淀时间t，颗粒下i沉到池底的小沉淀速度水深H的全部水样取出，U相应为U■H：；t□□□□□,□□□□□□□□□□i i'i测量其悬浮物含量，来计算出t时间内的沉淀效率。
i这样工作量太大，而且每个实验筒只能求一个沉淀时间的沉淀效率。
为了克服上述弊病，又考虑到实验筒内悬浮物浓度随水深的变化，所以我们提出的实验方法是将取样口装在H2处，□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□浮物的平均浓度。
我们认为这样做在工程上的误差是允许的，而实验及测定工作也可以大为简化，在一个实验筒内就可以多次取样，完成沉淀曲线的实验。
假设此时取样点处水样悬浮物度为颗粒总去除C■CCT4■1而CCP■一则反映了t时未被去除的颗粒i（即颗粒）所占的百分比。
三、实验水样活性污泥自配水四、实验仪器1、沉淀实验筒［直径140mm，工作有效水深（由溢出口下缘到筒底的距离）为2000mm2、过滤装置；3、悬浮物定量分析所需设备，包括电子天平，带盖称量瓶，干燥器，烘箱五、实验步骤1、将水样倒入搅拌筒，用泵循环搅拌约5分钟，使水样中悬浮物分布均匀；2、用泵将水样输入沉淀实验筒，在输入过程中，从筒中取样两次，每次约100mM样后准确记下水样体积）。
实验一 颗粒自由沉降
实验一、颗粒自由沉淀实验一、实验方法参考《水处理工程应用实验》，孙丽欣主编哈工大出版（注：测试9个点，去掉沉淀时间为120分钟的点）二、实验仪器及药品1、仪器沉淀装置（沉淀柱、储水箱、水泵空压机）×3秒表×3分析天平×3恒温度烘箱干燥皿×3具塞秤量瓶（40×70 ）9个×3组量筒（100ml）9个×3组定量滤纸（若干）漏斗9个×3组漏斗架9个×3组（数量不够的话可以用5个×3组）玻璃棒2根×3组平头捏子1×3组2、试剂水样（粗硅藻土配制，<5000mg/L）三、实验准备工作1、将中速定量滤纸放于秤量瓶中，每个秤量瓶事先用记号笔标号组号及序号，打开瓶塞，将上述秤量瓶放于烘箱中，于103～105℃烘干2h以上2、将烘好的的秤量瓶盖上塞子，放入干燥皿中冷却至室温，备用3、用粗硅藻土配置浓度为2000mg/L、3000mg/L、4000mg/L,分别放入各组的水箱中待用4、准备蒸馏水若干瓶四、学生需注意事项1、在进水样前，先测定放有滤纸的冷却后的秤量瓶重量，并注意次序不要搞乱。
2、进水之后，用量筒量取水样，将水样转入相应序号的漏斗中，倒完之后用蒸馏水冲洗量筒两次，每次的冲洗液一并转入漏斗中（用玻璃棒转移）3、过滤完之后，待滤纸滤干之后，用干净的平头镊子将滤纸连同悬浮物转入相应序号的秤量瓶中，注意不要弄破滤纸，不要将滤纸上的悬浮物洒掉4、过滤之后秤量瓶必须在103～105℃中烘干2h以上，而后必须带手套将秤量瓶转移到干燥皿中冷却（带手套防止烫伤）5、必须在干燥皿中冷却到室温之后，才能用天平秤量重量6、冷却后，秤量瓶秤量时以及转移时，必须带干净的手套或者用纸张套着瓶子拿，以防止手上脏物带来实验误差。
7、实验完成后所有玻璃仪器要洗刷干净，用蒸馏水冲洗之后放入烘箱中烘干，并要注意保持实验室卫生五、实验步骤六、实验结果分析参考书本，实验思考题选做课后1、2题。
自由沉降名词解释
自由沉降名词解释
自由沉降是指：单个矿粒在广阔的介质空间中的独自沉降，在自由沉降过程中，矿粒只受到本身重力、介质浮力和阻力的作用而不受其他因素影响。
当粒群中颗粒之间的距离较大，也就是体积浓度（矿粒所占的总体积与悬浮体总容积之比）很小时（一般小于3%），矿粒之间的干涉作用变得很弱，此时可视为自由沉降。
沉降速度公式是计算颗粒在水中沉降速度的一种经验公式。
最常用的沉速公式是斯托克公式，公式为：v=(2/9)(gr^2*(ρp-ρf))/η。
其中，v表示沉降速度，g表示重力加速度，r表示颗粒的半径，ρp表示颗粒的密度，ρf表示流体的密度，η表示流体的粘度。
此外，斯托克斯定律的公式为：v=(2/9)(gr^2*(ρp-ρf))/η。
这个公式也适用于沉速的计算。
需要注意的是，这些公式都是近似的经验公式，其准确性会受到颗粒大小、形状以及水介质粘度、温度、流动情况等多种因素的影响。
实验一 颗粒自由沉降实验
实验一颗粒自由沉降实验一、实验目的1. 了解颗粒在液体中的沉降规律以及影响沉降速度的因素；2. 掌握颗粒沉降速度的测量方法和计算方法；3. 熟悉实验操作过程，提高实验技能。
二、实验原理在液体中，颗粒由于重力作用而产生沉降，其沉降速度与重力、颗粒直径、液体粘度、液体密度等因素有关。
Stokes公式描述了颗粒沉降速度与这些因素之间的关系：v = (2g(d^2)(ρ_s - ρ_l)) / (9η)其中，v为颗粒沉降速度（m/s），g为重力加速度（m/s^2），d为颗粒直径（m），ρ_s 和ρ_l分别为颗粒和液体的密度（kg/m^3），η为液体粘度（Pa·s）。
三、实验设备和材料1. 透明圆柱形试管；2. 计时器；3. 多种不同直径的颗粒（如明矾、硫酸钾等）；4. 蒸馏水或其他液体；5. 实验室秤；6. 量筒。
四、实验步骤1. 准备试管将试管用去离子水或其他清洁溶液清洗干净。
将试管置于洁净台上，使用实验室秤称取适量颗粒（如明矾、硫酸钾等），使用量筒将适量的液体（如蒸馏水）慢慢注入试管中，并将试管放置于水平台面上。
2. 记录实验数据在试管中放置颗粒后，开始计时。
可以使用计时器记录不同时间点时颗粒的位置。
记录数据时要保持试管水平并始终维持同一温度。
3. 计算沉降速度根据记录的数据，计算出颗粒的沉降速度。
使用Stokes公式，将颗粒直径、密度和液体粘度代入公式，得出颗粒的沉降速度。
五、注意事项1. 实验前要认真阅读实验原理和实验步骤，并根据需要检查实验设备和材料是否齐备。
2. 实验时要保持环境卫生和实验台面的整洁，避免颗粒或试管受到污染。
3. 在试验过程中要仔细观察和记录数据，确保数据的准确性和可靠性。
4. 实验结束后要及时清洗和消毒使用的实验设备和材料。
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）。
颗粒的沉降
5.3.1重力沉降设备
对一定物系，ut 一定，降尘室的处理能力只取决于降尘室的底面积 A ，而
与高度 H 无关，故降尘室应设计成扁平形状，或在室内设置多层水平隔板。
①设计型计算
已知 qV 、 、 、 P 、d P,min ，计算 A 。
②操作型计算
已知 A 、 、 、 P 、d P,min，核算qV ； 或已知 A 、qV 、 、 、 P ，求 d P,min 。
当然大大加快沉降分离过程。
5.3.2离心沉降设备
旋风分离器是利用离心沉降原理从气流中分离出颗粒的设备。如图所示，上 部为圆筒形、下部为圆锥形；含尘气体从圆筒上侧的矩形进气管以切线方向进入， 藉此来获得器内的旋转运动。气体在器内按螺旋形路线向器底旋转，到达底部后 折而向上，成为内层的上旋的气流，称为气芯，然后从顶部的中央排气管排出。 气体中所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中，由于密度较大，受离心力的作用逐 渐沉降到器壁，碰到器壁后落下，滑向出灰口。
5.3.2离心沉降设备
靠近旋风分离器排气管的顶部旋涡中带有不少细小 粉粒，在进口主气流干扰下较易窜入排气口逃逸。提高 分离效率的另一途径是移去顶部旋涡造成的粉尘环，为 此而设计的XLV/B型旋风分离器见图。此种旋风分离器 的结构特点是进气口低于器顶下一小段距离，且在圆柱 壳体的上部切向开有狭槽，用旁通管将带粉粒的顶旋涡 引至分离器下部锥体内。不但提高了分离效率，还降低 了旋风分离器的阻力。若没有旁路，有人做过实验，堵 死旁路 20%。
p
u
2 i
2
除了上述两个性能指标外，有的教材还介绍了另外一个性能指标，即临界直 径 d c ，d c 指旋风分离器能够分离的最小颗粒直径。
5.3.2离心沉降设备
实验结果表明：D ， u ，锥体长度H 2 ， 。粗短形旋风分离器在 p 一定时，处理量大；细长形旋风分离器 p ，但 ，从经济角度看一般 可取进口气速 u 15 ~ 25m/ s。若处理量大，则可采用多个小尺寸的旋风分 离器并联操作，这较用一个大尺寸的旋风分离器可望获得更高的效率，同 样原因，投入使用的旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的。
颗粒自由沉淀实验报告
颗粒自由沉淀实验报告
实验目的：
通过颗粒自由沉淀实验，探究颗粒在不同条件下的沉淀规律，了解颗粒在液体中的沉降特性。
实验原理：
颗粒自由沉降是指在液体中，颗粒受到重力作用而自由下沉的过程。
根据斯托克斯定律，颗粒自由沉降速度与颗粒直径、密度、液体粘度以及重力加速度有关。
在实验中，我们将通过调整颗粒的直径、液体的粘度和颗粒的密度，来观察颗粒自由沉降的规律。
实验材料和方法：
材料，玻璃试管、颗粒样品（如沙子、铁粉等）、不同浓度的液体（如水、盐水等）；
方法：
1. 将玻璃试管填满不同浓度的液体；
2. 将颗粒样品均匀地撒入试管中；
3. 观察颗粒在液体中的沉降情况，并记录下时间和沉降距离。
实验结果与分析：
经过一系列实验，我们发现颗粒自由沉淀的速度与颗粒直径成正比，与液体粘度成反比。
颗粒密度对沉降速度的影响较小。
在相同液体中，颗粒直径越大，沉降速度越快；而在相同颗粒直径下，液体粘度越大，沉降速度越慢。
结论：
颗粒自由沉淀实验结果表明，颗粒在液体中的沉降速度受到多种因素的影响，包括颗粒直径、液体粘度和颗粒密度。
通过实验，我们可以更加深入地了解颗粒在液体中的运动规律，为相关领域的研究提供重要参考。
实验中的注意事项：
1. 实验过程中要注意操作规范，避免颗粒样品的飞溅和液体的溅出；
2. 实验结束后要及时清理试验台和玻璃试管，保持实验环境整洁；
3. 实验中要注意安全，避免发生意外。
通过本次颗粒自由沉淀实验，我们对颗粒在液体中的沉降规律有了更深入的了解，这对于相关领域的研究和应用具有重要的意义。
希望本次实验能够为相关领域的研究工作提供一定的参考价值。
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自由沉淀实验实验指导书
城乡建设学院市政与环境工程系
2013.10
自由沉淀实验
一、实验目的
水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀。
沉淀可分为四种基本类型，即自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀和压缩沉淀。
自由沉淀用以去除低浓度的离散性颗粒如沙砾、铁屑等。
这些杂质颗粒的沉淀性能一般都要通过实验测定。
本实验采用测定沉淀柱底部不同历时累计沉淀泥量方法，找出去除率与沉速的关系。
希望达到以下目的：
1、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 ），沉速-沉淀率（u-E ）
和
u c c o
t
的关系曲线 2、 通过实验，掌握颗粒自由沉淀的实验方法； 3、比较累计沉淀泥量法与累计曲线法的共同点； 4、加深理解沉淀的基本概念和杂质的沉降规律。
二、实验装置及材料
沉淀柱尺寸：φ150 mm ×2000 mm 数量4根 最大进水速度：3000L/H 配套实验装置有：
1、PVC 配水箱1个
2、不锈钢潜水泵1台
3、搅拌混合器1套
4、配水管阀门1套
5、水泵循环阀门套
6、各沉淀柱进水阀门1套
7、各沉淀柱放空阀门1套
8、排水管1套
9、取样口 10、沉淀柱4根 11、溢流管 12、固定支架1个 13、连接的管道、阀门、开关等若干。
整体外形尺寸：1200mm ×800mm ×2300mm
测定悬浮物的设备（用户自备）
分析天平，具塞称量瓶、烘箱、滤纸、漏斗、量筒、烧杯等 水样（用户自备）
实际工业废水或粗硅藻土等配制水样
三、实验步骤
1、打开沉淀管的阀门将污水注入沉淀管，然后打开进气阀门，曝气搅拌均匀。
2、关闭进气阀，此时取水样100mL （测得悬浮物浓度Co ），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 、3 min 、5 min 、10 min 、15 min 、20 min 、40 min 、60 min 时，分别取样
100mL ，测其悬浮位浓度（Ct ）。
记录沉淀柱内液面高度。
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：首先调烘箱支
（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。
5、然后将已恒重好的滤纸取出放在玻璃漏斗中，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，烘干支恒重。
悬浮性固体计算
悬浮性固体含量
()()
L
/
mg
V
10
1000
c1
2
⨯
⨯
-
=
ω
ω
式中ω1——称量瓶+ 滤纸质量，g
ω2——称量瓶+ 滤纸+悬浮性固体的质量，g
V——水样体积，100mL。
实验数据记录下表
四、实验相关知识点
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等四类。
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。
实验用装置见图，
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t0，计算出颗粒的沉速u0。
凡是沉淀速度等于或大于u0的颗粒，在t0时都可全部去除。
设原水中悬浮物浓度为c0(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
%100c c c E 0
t
0⨯-=
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
%100c c Pi 0
i
⨯=
沉淀试验时，可算出H 对应的时间t 的颗粒沉速为
()s /mm t H u i
i
i =
从而可绘出u-E 、t-E 及u-P 的曲线，其形式见图
五、实验数据及结果整理
（1） 实验基本参数整理
实验日期 水样性质及来源 沉淀柱直径D= 柱高H=
水温/℃ 原水SS 浓度（mg/L ） 沉淀柱管及其管道连接草图 （2）实验数据整理 将实验数据按表整理
颗粒自由沉淀数据整理表
六、思考题
根据实验所得曲线，分析推导相应于沉淀时间ti 的悬浮固体去除百分率
()dp u u p 1E 0
P 0
s
0⎰
+-=。