实验一 颗粒自由沉淀实验
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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 C0（mg/L），此时去除率 η=0。
实验开始后，不同沉淀时间 ti ，颗粒沉淀速度 ui 相应为：
ui
=
H ti
（mm/s；H——取样口至水面高度，mm；
只要在水面下，它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速ui的颗粒由水 面降至池底所用的时间ti，那么这部分颗粒也能从水中被除去。
沉速us < ui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。因此若
能分别求出各种粒径占总质量的百分比，并求出该粒径在ti内能沉至池底沉降效
此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算方法。 为了推求其计算式，我们首先绘制 P-u 曲线，其横坐标为颗粒沉速 u，纵坐 标为未被去除颗粒的百分比 P。
图 1 沉淀柱示意图 三、实验仪器及用具 （1）自由沉淀实验装置如图 2 所示。 （2）计量水深用标尺，计时用秒表。 （3）测定悬浮物所需设备：分析天平、称量瓶、烘箱、滤纸、漏斗、漏斗架、
率，则二者乘积即为此种粒径颗粒在全部颗粒中的去除率。如此分别求出us < ui 的那些颗粒的去除率，并相加后，即可得出这部分颗粒的去除率。
设其中某种特定粒径颗粒的重量是悬浮物总量的 dP，它能被沉淀去除的比
∫ u
值是 s u
0
dP
，可见 us<u0 的那部分颗粒的去除量应为
P0 us dP 。因此具有大小不同 0 u0
0 u0
η
六、思考题 （1）沉淀分成哪几种类型，各有什么特点，发生在污水处理的哪些环节？ （2）绘制自由沉淀静沉曲线的方法和意义。 （3）如果沉淀柱的高度变为 1.5m，实验结果与本次实验结果是否一致？为什么？
Ci － ti 时刻悬浮颗粒浓度，mg/L。 此时被去除的颗粒（表示具有沉速 u ≥ ui（粒径 d ≥ di）的颗粒）所占的百分 比为：
ηi
= 1 − Pi
=1−
Ci C0
（4）
式中：ηi －悬浮颗粒去除率； Pi 、 C0 、 Ci 同上。
实际上沉淀时间ti内，由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成，即沉速 us ≥ ui的那一部分颗粒能全部沉至池底。除此之外，颗粒沉速us < ui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us < ui， 但是这部分颗粒并不都在水面，而是均匀地分布在整个沉淀柱的高度内。因此，
实验一 颗粒自由沉淀实验
颗粒自由沉淀实验室研究浓度较稀时的单颗粒的沉淀规律。一般是通过沉淀 柱静沉实验，获取颗粒沉淀曲线。它不仅具有理论指导意义，而且也是给水排水 处理工程中沉砂池设计的重要依据。
一、实验目的
1.1 研究浓度较稀时的单颗粒沉淀规律，加深其对沉淀特点、基本概念的理解。 1.2 掌握颗粒自由沉淀试验的方法，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。
颗粒的悬浮物静沉总去除率（η ）与截流速度（u0）、颗粒重量百分率的关系如
下：
∫ η = (1 − P0 ) +
P0 us dP 0 u0
（1）
式中：η —沉淀效率；u0 —理想沉淀池截流沉速：P0 —所有沉速小于 u0 的颗 粒质量占原水中全部颗粒质量的百分率； us —小于截流沉速的颗粒沉速。
5
10
15
30
40
60
沉淀高度 mm H=（H 前+H 后）/2
表 2 颗粒自由沉降实验记录
静沉 时间 t/min
滤纸 编号
称量瓶 编号
称量瓶+ 滤纸重
(g)
瓶纸+ SS 重 （g）
水样 SS 重 （g）
取样 体积 （ml）
200 0
200
200 1
200
Ci (mg/L)
Ci，平均 （mg/L）
200 3
图 2 自由沉淀实验装置
注意事项： （1） 向沉淀柱内进水时，速度要适中，即要较快完成进水，以防进水中一些较
重颗粒沉淀，又要防止速度过快造成柱内水体紊动，影响静沉实验效果。 （2） 取样前，一定要记录柱中水面至取样口距离 H0（以 mm 计）。
（3） 取样时，先排除取样管中积水在取样，每次约取 300mL。 （4） 测量悬浮物时，因颗粒较重，从烧杯取样要边搅边吸，以保证两平行水样
粒百分比 Pi
0
1
3
5
10
15
30
40
60
（2）以颗粒沉速 ui 为横坐标，以 Pi 为纵坐标，绘制 P—u 关系曲线。
去除量 1-Pi
（3）根据 P—u 关系曲线计算，采用图解法计算沉速分别为（ ）时，悬浮物的去除率η 。
表 4 去除率η 计算表
编号 u0
P0
1-P0
us
dP
usdP
∫P0 us dP
量筒，烧杯等。 （4）污水采用高岭土配置。 四、实验步骤 1．将一定量的高岭土投入到配水箱中，开动搅拌机，充分搅拌。 2．取水样200ml（测定悬浮浓度为c0）并且确定取样管内取样口位置。 2．启动水泵将混合液打入沉淀管到一定高度，停泵，停止搅拌机，并且记录高
度值。开动秒表，开始记录沉淀时间。 3．当时间为1、3、5、10、15、20、30、40、50、60 分钟时，在取样口分别取 水200 ml，测定悬浮物浓度（ci）。 4、每次取样应先排出取样口中的积水，减少误差，在取样前和取样后皆需测量 沉淀管中液面至取样口的高度，计算时取二者的平均值。 5．测定每一沉淀时间的水样的悬浮物浓度固体量。首先调烘箱至105±1 oC，叠 好滤纸放入称量瓶中，打开盖子，将称量瓶放入105 oC烘箱中至恒重，称取重量， 然后将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中，烘干，称其悬浮 物的重量。相关数据记录如表1和2所示。
的均匀性。贴在移液管壁上细小的颗粒一定要用蒸馏水洗净。
五 实验记录 1. 沉淀柱直径： 2. 原水悬浮物浓度 C0： 3. 颗粒自由沉降实验记录，如表 1 与表 2 所示
表 1 颗粒自由沉降实验记录
静沉时间 取样前，取样口至水面高度 取样后，取样口至水面
t/min
H 前/mm
高度 H 后/mm
0
1
3
ti ——沉淀时间，s。 此 ui 即为 ti 时间内从水面下沉到池底（此处为取样点）的颗粒所具有的沉 速。此时取样点处水样悬浮物浓度为 Ci，未被去除的颗粒（d < di 的颗粒）所占
的百分比为：
Pi
=
Ci C0
（3）
式中： Pi －悬浮颗粒剩余率； C0 －原水（0 时刻）悬浮颗粒浓度，mg/L；
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、等速下降，其沉速在层流区符合斯托克斯（Stocks）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，因而沉降效果、 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 D ≥ 100mm，以免颗粒沉淀受 柱壁干扰。
200
200 5
200
200 10
200
200 15
200
200 30
200
200 40
200
200 60
200
六、数据整理
（1）计算悬浮物剩余率 p、沉淀速度 u，将结果填入表 3。
表 3 原始数据整理表
沉淀时间 沉降高度 颗粒沉速 u 悬浮物浓度 未被去除颗
(min)
（mm） (mm/s)
(mg/L)
实验开始后，不同沉淀时间 ti ，颗粒沉淀速度 ui 相应为：
ui
=
H ti
（mm/s；H——取样口至水面高度，mm；
只要在水面下，它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速ui的颗粒由水 面降至池底所用的时间ti，那么这部分颗粒也能从水中被除去。
沉速us < ui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。因此若
能分别求出各种粒径占总质量的百分比，并求出该粒径在ti内能沉至池底沉降效
此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算方法。 为了推求其计算式，我们首先绘制 P-u 曲线，其横坐标为颗粒沉速 u，纵坐 标为未被去除颗粒的百分比 P。
图 1 沉淀柱示意图 三、实验仪器及用具 （1）自由沉淀实验装置如图 2 所示。 （2）计量水深用标尺，计时用秒表。 （3）测定悬浮物所需设备：分析天平、称量瓶、烘箱、滤纸、漏斗、漏斗架、
率，则二者乘积即为此种粒径颗粒在全部颗粒中的去除率。如此分别求出us < ui 的那些颗粒的去除率，并相加后，即可得出这部分颗粒的去除率。
设其中某种特定粒径颗粒的重量是悬浮物总量的 dP，它能被沉淀去除的比
∫ u
值是 s u
0
dP
，可见 us<u0 的那部分颗粒的去除量应为
P0 us dP 。因此具有大小不同 0 u0
0 u0
η
六、思考题 （1）沉淀分成哪几种类型，各有什么特点，发生在污水处理的哪些环节？ （2）绘制自由沉淀静沉曲线的方法和意义。 （3）如果沉淀柱的高度变为 1.5m，实验结果与本次实验结果是否一致？为什么？
Ci － ti 时刻悬浮颗粒浓度，mg/L。 此时被去除的颗粒（表示具有沉速 u ≥ ui（粒径 d ≥ di）的颗粒）所占的百分 比为：
ηi
= 1 − Pi
=1−
Ci C0
（4）
式中：ηi －悬浮颗粒去除率； Pi 、 C0 、 Ci 同上。
实际上沉淀时间ti内，由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成，即沉速 us ≥ ui的那一部分颗粒能全部沉至池底。除此之外，颗粒沉速us < ui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us < ui， 但是这部分颗粒并不都在水面，而是均匀地分布在整个沉淀柱的高度内。因此，
实验一 颗粒自由沉淀实验
颗粒自由沉淀实验室研究浓度较稀时的单颗粒的沉淀规律。一般是通过沉淀 柱静沉实验，获取颗粒沉淀曲线。它不仅具有理论指导意义，而且也是给水排水 处理工程中沉砂池设计的重要依据。
一、实验目的
1.1 研究浓度较稀时的单颗粒沉淀规律，加深其对沉淀特点、基本概念的理解。 1.2 掌握颗粒自由沉淀试验的方法，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。
颗粒的悬浮物静沉总去除率（η ）与截流速度（u0）、颗粒重量百分率的关系如
下：
∫ η = (1 − P0 ) +
P0 us dP 0 u0
（1）
式中：η —沉淀效率；u0 —理想沉淀池截流沉速：P0 —所有沉速小于 u0 的颗 粒质量占原水中全部颗粒质量的百分率； us —小于截流沉速的颗粒沉速。
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60
沉淀高度 mm H=（H 前+H 后）/2
表 2 颗粒自由沉降实验记录
静沉 时间 t/min
滤纸 编号
称量瓶 编号
称量瓶+ 滤纸重
(g)
瓶纸+ SS 重 （g）
水样 SS 重 （g）
取样 体积 （ml）
200 0
200
200 1
200
Ci (mg/L)
Ci，平均 （mg/L）
200 3
图 2 自由沉淀实验装置
注意事项： （1） 向沉淀柱内进水时，速度要适中，即要较快完成进水，以防进水中一些较
重颗粒沉淀，又要防止速度过快造成柱内水体紊动，影响静沉实验效果。 （2） 取样前，一定要记录柱中水面至取样口距离 H0（以 mm 计）。
（3） 取样时，先排除取样管中积水在取样，每次约取 300mL。 （4） 测量悬浮物时，因颗粒较重，从烧杯取样要边搅边吸，以保证两平行水样
粒百分比 Pi
0
1
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（2）以颗粒沉速 ui 为横坐标，以 Pi 为纵坐标，绘制 P—u 关系曲线。
去除量 1-Pi
（3）根据 P—u 关系曲线计算，采用图解法计算沉速分别为（ ）时，悬浮物的去除率η 。
表 4 去除率η 计算表
编号 u0
P0
1-P0
us
dP
usdP
∫P0 us dP
量筒，烧杯等。 （4）污水采用高岭土配置。 四、实验步骤 1．将一定量的高岭土投入到配水箱中，开动搅拌机，充分搅拌。 2．取水样200ml（测定悬浮浓度为c0）并且确定取样管内取样口位置。 2．启动水泵将混合液打入沉淀管到一定高度，停泵，停止搅拌机，并且记录高
度值。开动秒表，开始记录沉淀时间。 3．当时间为1、3、5、10、15、20、30、40、50、60 分钟时，在取样口分别取 水200 ml，测定悬浮物浓度（ci）。 4、每次取样应先排出取样口中的积水，减少误差，在取样前和取样后皆需测量 沉淀管中液面至取样口的高度，计算时取二者的平均值。 5．测定每一沉淀时间的水样的悬浮物浓度固体量。首先调烘箱至105±1 oC，叠 好滤纸放入称量瓶中，打开盖子，将称量瓶放入105 oC烘箱中至恒重，称取重量， 然后将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中，烘干，称其悬浮 物的重量。相关数据记录如表1和2所示。
的均匀性。贴在移液管壁上细小的颗粒一定要用蒸馏水洗净。
五 实验记录 1. 沉淀柱直径： 2. 原水悬浮物浓度 C0： 3. 颗粒自由沉降实验记录，如表 1 与表 2 所示
表 1 颗粒自由沉降实验记录
静沉时间 取样前，取样口至水面高度 取样后，取样口至水面
t/min
H 前/mm
高度 H 后/mm
0
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ti ——沉淀时间，s。 此 ui 即为 ti 时间内从水面下沉到池底（此处为取样点）的颗粒所具有的沉 速。此时取样点处水样悬浮物浓度为 Ci，未被去除的颗粒（d < di 的颗粒）所占
的百分比为：
Pi
=
Ci C0
（3）
式中： Pi －悬浮颗粒剩余率； C0 －原水（0 时刻）悬浮颗粒浓度，mg/L；
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、等速下降，其沉速在层流区符合斯托克斯（Stocks）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，因而沉降效果、 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 D ≥ 100mm，以免颗粒沉淀受 柱壁干扰。
200
200 5
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200 10
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200 15
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200 30
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200 40
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200 60
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六、数据整理
（1）计算悬浮物剩余率 p、沉淀速度 u，将结果填入表 3。
表 3 原始数据整理表
沉淀时间 沉降高度 颗粒沉速 u 悬浮物浓度 未被去除颗
(min)
（mm） (mm/s)
(mg/L)
