2.3 筛分实验

2.3.1 实验目的

（1）学会测定颗粒物的颗粒级配。

（2）掌握筛分级配曲线绘制，并求d₁₀、d₈₀、K₈₀。

2.3.2 实验原理

给水处理工程中滤料级配是指滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例，粒径指正好可通过某一筛孔的孔径。常用的滤料有石英砂、无烟煤、石榴石、金刚砂和陶粒等。

无论是单层滤池、双层滤池或者三层滤池，改变滤料的级配，都是为了提高滤层的含污能力，同时也能减低滤层水头损失的增长速率，提高过滤效果。滤料的级配决定过滤效果的好坏。

在工程中确定滤料级配的方法常用一套不同孔径的筛子筛分滤料，根据筛下滤料的重量以d₁₀以及d₈₀、或者最大粒径d_max和最小粒径d_min与不均匀系数K₈₀反映滤料粒径级配。d₁₀是表示通过10%滤料重量的筛孔孔径，它反映滤料中细颗粒尺寸；d₈₀系指通过80%滤料重量的筛孔孔径，它反映粗颗粒尺寸；K₈₀为d₈₀与d₁₀之比，即K₈₀=d₈₀/d₁₀，K₈₀越大表示粗颗粒与细颗粒尺寸相差越大，滤料粒径越不均匀。在反冲洗滤料时，当满足滤料粗颗粒的膨胀要求就会使细颗粒因反冲强度过大而被冲走；反之，若为满足细颗粒膨胀的要求，粗颗粒得不到充分清洗。

2.3.3 设备、仪器与用具

筛分实验所用到的设备、仪器与用具如下。

（1）直径0.177～1.68mm圆孔筛1套，筛孔尺寸如表2-9所示。

（2）电子天平，称量200g，显示分度值0.01g。

（3）烘箱。控制温度105±5℃。

（4）电动标准振筛机。

（5）托盘和软、硬毛刷。

2.3.4 操作步骤和方法

筛分实验的操作步骤和方法如下。

（1）取样：取天然河砂400g，用清水将砂样洗净后放在托盘中，将托盘放置于105±5℃恒温箱中烘干，时间大约在2～3h，将砂样取出冷却至室温备用。

（2）用天平称取冷却后的砂样100g左右，圆孔筛按筛孔从大到小上下顺序排列，最下部放置无孔底盘，砂样放在最上面的筛中（即1.68mm筛），盖上盖子。

（3）将该组套筛装入电动摇筛机，摇筛约5～8min，然后将套筛组取出，再按筛孔大小顺序在洁净的托盘上逐个进行手筛，直至每分钟的筛出量不超过试样总量的0.1%时为止。通过的该孔径砂颗粒倒入下一筛号的筛子中一起再次过筛，这样依次进行直至各筛子全部筛完。若无摇筛机，可直接用手筛。

（4）将筛孔中的砂粒取出及各个筛上的剩余砂样进行称重（精确至0.01g），所有各筛余重量与底盘中剩余试样重量之和与筛分前的试样总重相比，其差值不应超过0.5%。

上述所测得的各项数值填入表2-9。

注意事项：

（1）筛孔中嵌入的砂粒应尽量取出。

（2）筛分实验应采用平行试样分别进行，其实验结果以平行实验的算术平均值作为测定值。

2.3.5 实验结果整理

筛分实验的实验结果整理步骤如下。

（1）计算各筛上的砂样百分率和筛下砂样的百分率（精确至0.1%），将计算数据填入表2-9中。

（2）根据表2-9数值，以筛下砂量百分率为纵坐标，以筛孔直径（mm）为横坐标，绘制滤料筛分级配曲线。

由所绘筛分曲线上可求得d₁₀、d₈₀、K₈₀。

（3）滤料的再筛选：例如设计要求d₁₀=0.55mm，K₈₀=1.91时，则d₈₀=1.91×0.65=1.05mm，按此要求筛选滤料。

1）通过横坐标0.55mm和1.05mm两点各作一垂线与筛分曲线相交，自两交点作与横坐标相平行的两条线与右边纵坐标轴线相交于上、下两点；

2）以该上、下两点分别作为新的d₈₀和d₁₀，在d₈₀和d₁₀之间分成7等分，每等分为10%的砂量，以此等分上下延伸，确定0和100%的点，重新建立新坐标；

3）由新坐标原点和100%点，作平行于横坐标的直线，并与筛分曲线相交，在此二条平行线内所夹面积即是所选滤料，将其余部分筛除。

2.3.6 思考题

（1）砂样的“有效粒径”通常用什么表示?K₈₀的工程意义是什么?

（2）在工程上常用d_min、d_max衡量滤料级配，分析与用d₁₀、d₈₀相比，有什么优缺点?