混凝脫色實驗

1、環(huán)工綜合實驗混凝脫色實驗實驗報告環(huán)境科學與工程學院實驗中心實驗題目混凝脫色實驗實驗類別綜合實 驗 室實 驗 時 間實驗環(huán)境溫度:濕度:同組人數(shù)一、 實驗目的1.通過實驗摸索出對某種廢水用混凝沉淀處理的各種條件（包括混凝劑的選擇，投藥量，pH值，溫度、水力條件等條件）。2.加深對混凝機理的理解。二、 實驗儀器及設備1.實驗裝置：混凝實驗裝置主要是實驗攪拌機。攪拌機上裝有電機的調(diào)速設備，電源采用穩(wěn)壓電源。2.實驗設備及儀器儀表：分光光度計，pH試紙，磁力攪拌器（1臺），燒杯（1000mL，6只），量筒（1000mL），移液管（5mL）。3.實驗藥品：10%HCl溶液，10%NaOH溶液，10%Al

2、2SO4溶液三、實驗原理水中粒徑小的懸浮物以及膠體物質(zhì)，由于微粒的布朗運動，膠體顆粒間的靜電斥力和膠體的表面作用，致使水中呈現(xiàn)濁狀態(tài)穩(wěn)定。向水中投加混凝劑后，由于（1）能降低顆粒間的排斥能峰，降低膠粒的電位，實現(xiàn)膠粒"脫穩(wěn)"。（2）同時也能發(fā)生高聚物式高分子混凝劑的吸附架橋作用，（3）網(wǎng)捕作用。而達到顆粒的凝聚。整個過程經(jīng)歷三個階段：混合，混凝和沉淀1.混合、凝聚膠體脫穩(wěn) 混合時間：1030s，最多不超過min 速度梯度：5001000s-12.絮凝生成礬花 保證足夠的絮凝時間 ：1075s-13.沉淀礬花與水分離 停止攪拌，靜置混凝試驗攪拌機實驗原理問答題：1.影響混凝效

3、果的因素有哪些？答：影響混凝效果的因素比較復雜，其中主要由水質(zhì)本身的復雜變化引起，其次還要受到混凝過程中水力條件等因素的影響。（1）水中懸浮物濃度：濃度低，顆粒碰撞幾率減小，混凝效果差；濃度高使鋁鹽鐵鹽投加量增大；顆粒粒徑大小不一有利于混凝；有機物濃度高保護膠體不利于混凝，濃度低有助凝作用。 （2）pH值和堿度：水的pH影響無機鹽類混凝劑水解產(chǎn)物的形態(tài)，混凝機理不同，對混凝影響較大；每一種混凝劑都有各自的pH最優(yōu)范圍，堿度能保持水解反應順利進行，對pH起緩沖作用。 （3）水溫：水溫低時混凝效果差，絮凝體形成慢、細小松散，不易沉降。原因：無機鹽混凝劑的水解反應是吸熱反應，低溫水解困難；水溫低時水

4、的粘度大，水分子的布朗運動弱，不利于膠粒的脫穩(wěn)和聚集，因而絮凝體形成不易，同時水流剪力增大，影響絮凝體成長；低溫下膠體水化作用增強，妨礙膠體凝聚。 （4）水力條件：混合階段為是藥劑快速均勻分散以水解、聚合及顆粒脫穩(wěn)，應劇烈攪拌，攪拌強度的G值一般在7001000s-1之內(nèi)；絮凝階段主要靠機械或水力攪拌促使顆粒碰撞凝聚，以同向聚凝為主，G值應漸次減小，攪拌強度或水流速度應逐漸減小，平均G=2070s-1，平均Gt=104105。2.無機混凝劑和有機混凝劑的混凝機理和應用條件有何異同？答：無機混凝劑的混凝機理：對于傳統(tǒng)鋁、鐵鹽的混凝作用機理一般認為以其水解形態(tài)與水體顆粒物進行電中和脫穩(wěn)、吸附架橋或

5、粘附卷掃,生成粗大絮體再加以分離去除。由于水解反應極為迅速,傳統(tǒng)鋁、鐵鹽混凝劑在水解混凝過程中并未能完全形成具有優(yōu)勢混凝效果的形態(tài)。無機高分子絮凝劑之所以高效的原因,在于其預制過程中形成具有一定水解穩(wěn)定性的優(yōu)勢混凝形態(tài)為主的產(chǎn)物,因此區(qū)別于傳統(tǒng)低分子鹽類在投加后即可發(fā)揮其優(yōu)越性能。雖然對其作用機理的研究在很大程度尚停留在經(jīng)驗推測之中,缺乏實證性的研究,目前正在得到進一步的闡明,并且在應用界面絡合、沉淀模式乃至界面多核沉淀模式以及水體懸浮顆粒物、沉積物的結構模型的基礎上,發(fā)展并建立其定量計算模式。深化無機混凝劑化學、混凝過程化學的基礎研究,結合其生產(chǎn)工藝、工程應用中的實際問題,為無機混凝劑發(fā)展到

6、更高階段的必然途徑。深入的研究混凝的,對其作用機理從分子反應動態(tài)學的水平予以揭示,有發(fā)展成為高度綜合性、交叉性分支學科的趨勢,也將是當前化學科學、化學工程科學發(fā)展的前沿領域之一。 無機鹽類應用條件：常見的無機鹽類混凝劑有鋁鹽、鐵鹽等。鐵系混凝劑主要包括三氯化鐵、硫酸亞鐵等品種。三氯化鐵和硫酸鐵等無機低分子鐵鹽處理水時具有生成的絮體大，混凝性能受溫度影響小，處理低溫水或低濁水的效果比鋁鹽好等優(yōu)點；但也存在著腐蝕性強，穩(wěn)定性差，必須和堿性物質(zhì)同時使用，殘留于水中的鐵會使處理后的水著色等缺點，因而在水處理中的應用受到了一定限制。鋁鹽混凝劑使用方便，但水溫低時，水解困難，形成絮凝體比較松散，效果不如鐵

7、鹽。另外，對水的pH值適應范圍較窄，一般在5.5一8.0，加入量一般約為幾十到一百m留L。如果投加量過多，使水的pH值下降，反而會影響混凝效果，使水體變得渾濁。常用的鐵鹽有三氯化鐵水合物FeC13·6H2O和硫酸亞鐵水合物FeSO4·7H2O。有機混凝劑機理：   （1）壓縮雙電層。水中膠粒穩(wěn)定是因為具有 電位，如能消除或降低該電位就有可能使微粒碰撞聚結失去穩(wěn)定性。當兩個膠?；ハ嘟咏鼤r，由于擴散層厚度減小，降低，因此它們互相排斥的力就減小了，也就是溶液中離子濃度高的膠間斥力比離子濃度低的要小。膠粒間的吸力不受水相組成的影響，但由于擴散層減薄，它

8、們相撞時的距離就減小了，這樣相互間的吸力就大了。可見其排斥與吸引的合力由斥力為主變成以吸力為主(排斥勢能消失了)，膠粒得以迅速凝聚。實際上在水溶液中投加混凝劑使膠粒脫穩(wěn)現(xiàn)象涉及到膠粒與混凝劑，膠粒與水溶液，混凝劑與水溶液三個方面的相互作用，是一個綜合的現(xiàn)象。（2）吸附電中和。吸附電中和作用指粒表面對異號離子，異號膠?；蜴湢铍x分子帶異號電荷的部位有強烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了它的部分電荷，減少了靜電斥力，因而容易與其它顆粒接近而互相吸附。此時靜電引力常是這些作用的主要方面，但在不少的情況下，其它的作用了超過靜電引力。（3）吸附架橋作用。高分子聚合物具有線性結構，可被膠體微粒所強烈吸附。

9、因其線性長度較大，當它的一端吸附某一膠粒后另一端有吸附另一膠粒，在相距較遠的兩膠粒間進行吸附架橋，使顆粒逐漸結大，形成肉眼可見的粗大絮凝體。 聚合物在膠粒表面的吸附來源于各種物理化學作用，如范德華引力、靜電引力、氫鍵、配位鍵等，取決于聚合物同膠粒表面二者化學結構的特點。 這個機理可解釋非離子型或帶同電號的離子型高分子絮凝劑能得到好的絮凝效果的現(xiàn)象。四、實驗步驟1確定最佳投藥量：取原水600ml，使用六聯(lián)攪拌機慢速攪拌原水溶液，每隔1分鐘加入1ml混凝劑（10%硫酸鋁溶液），直到原水出現(xiàn)礬花。記下混凝劑的總投加體積V，分別取6個1000ml燒杯，各加入600ml原水，分別加入0.5V、

10、0.75V、1V、1.25V、1.5V、2V的混凝劑溶液，并分別標號為1、2、3、4、5、6號溶液。先以高速攪拌1分鐘原水，然后以中速攪拌10分鐘，最后以慢速攪拌10分鐘，離心原水溶液后，測上清液的吸光度，燒杯溶液吸光度最小的混凝劑投加量為最佳投加量。 攪拌過程中，觀察并記錄礬花形成的過程，礬花外觀、大小、密實程度等。2確定最佳pH值范圍： 分別取5個1000ml燒杯，各加入600ml原水，向水樣中加酸或堿調(diào)節(jié)pH值，依次為3mL(10%HCl)、1.5mL(10%HCl)、0mL、1.5mL (10%NaOH) 、3mL (10%NaOH)，并依次標號為1、2、3、4、5號溶液。快速攪30s

11、 ，用pH試紙測pH值。按前面確定的最佳投藥量加10%Al2(SO4)3溶液分別于個加藥杯，先以高速攪拌1分鐘原水，然后以中速攪拌10分鐘，最后以慢速攪拌10分鐘，離心原水溶液后，測上清液的吸光度，燒杯溶液吸光度最小的為最佳PH值。 攪拌過程中，觀察并記錄礬花形成的過程，礬花外觀、大小、密實程度等。五、實驗注意事項1.實驗過程觀察仔細，避免因為細小礬花生成未觀察到而混凝劑添加過量。2.本實驗為教學實驗，實際科研和工作中要采用正交實驗確定混凝最佳條件。六、實驗記錄及結果分析1.藍色廢水水樣數(shù)據(jù)：原水出現(xiàn)礬花所需10%Al2(SO4)3溶液V=3mL確定最佳投藥量組：序號123456混凝劑1.5m

12、L2.25mL3mL3.75mL4.5mL6mL波長670nm吸光度Abs0.0440.0070.0030.0040.0020.003第五組吸光度最小，因此最佳投加量為4.5ml（10%硫酸鋁溶液）/600mL(藍色廢水)。確定最佳投藥量的過程中，隨著硫酸鋁投加量的增大、攪拌時間的增長，礬花形態(tài)由小而細密逐步長大，變成較大顆粒絮狀物，溶液透光度變好。確定最佳pH組：序號12345酸/堿3mL（10%HCl）1.5mL（10%HCl）01.5mL（10%NaOH）3mL（10%NaOH）pH236911混凝劑4.5mL波長670nm吸光度Abs0.0340.0260.0160.0160.042第

13、三、四組吸光度相同且最小，因此廢水處理的最佳pH范圍為69，若取中值為7.5，弱堿性。確定最佳pH范圍的過程中，酸性條件下的溶液攪拌后起泡明顯，礬花細密成長緩慢；中性條件下溶液基本不起泡，礬花由小而細密逐步長大，變成較大顆粒絮狀物，溶液透光度變好；堿性條件下溶液不起泡，礬花細密成長緩慢。2. 紅色廢水水樣數(shù)據(jù)：原水出現(xiàn)礬花所需10%Al2(SO4)3溶液V=2mL確定最佳投藥量組序號123456混凝劑1mL2mL2.5mL3mL3.5mL4mL波長670（操作有誤，實際數(shù)值應為465）吸光度0.0090.0200.0030.0030.0030.003由于對紅色廢水處理后的水樣進行光譜掃描時波長

14、輸入過大，且發(fā)現(xiàn)較遲，原溶液已被清洗，無法再次對處理后水樣進行波長為465m左右的光譜掃描，所得數(shù)據(jù)中第3、4、5、6組數(shù)據(jù)的吸光度同為最小值0.003。根據(jù)成本最低原則，取混凝劑量為2.5mL進行下一步實驗。確定最佳pH組序號12345酸/堿3mL（10%HCl）1.5mL（10%HCl）01.5mL（10%NaOH）3mL（10%NaOH）pH347911混凝劑2.5mL波長465nm吸光度Abs0.2490.2740.0180.0750.023 第三組吸光度最小，因此最佳pH范圍為6左右。由于對紅色廢水水樣處理分析時使用了錯誤的波長，故在此不總結紅色廢水水樣最佳投加量情況。雖然波長有誤，

15、但是不改變吸光度變化的趨勢情況，可以認為對紅色廢水水樣關于測定最佳pH值范圍的相關處理有效。根據(jù)實驗結果已知，在吸光度最小時有最好的處理效果，該條件的pH可視為最佳pH。即最佳pH=7，中性。七、思考題1.實驗中有很多的因素變化制約著實驗結果，為弄清楚各因素對實驗結果的重要性，必須通過做實驗驗證，如果因素很多，而且每種因素又有多種變化(專業(yè)稱法是：水平)，那么實驗量會非常的大。正交試驗法就是一種能夠大幅度減少試驗次數(shù)而且并不會降低試驗可行度的方法。正交表數(shù)學家制好，你只需找到對應你需要的就可以了。某混凝實驗需要考察水溫、PH值、混凝劑濃度三個因素對混凝結果的影響，其中，水溫考察10、20、30

16、三個水平，PH值考察6、7、8三個水平、混凝劑濃度考察50ppm、100ppm、150ppm三個水平，請根據(jù)正交實驗表確定實驗方案（寫出實驗安排表）。答：建立3×3正交表：方案因素水溫（）pH混凝劑濃度（ppm）110650210710031081504206100520715062085073061508307509308100（注：水溫考察10、20、30三個水平，pH值考察6、7、8三個水平、混凝劑濃度考察50ppm、100ppm、150ppm三個水平。）建立好實驗表后，根據(jù)表格做實驗，最后進行數(shù)據(jù)處理。首先從所有的實驗數(shù)據(jù)中找到最優(yōu)的一個數(shù)據(jù)，將各個因素當中同水平的實驗值加和

17、，就得到了各個水平的實驗結果表，從這個表當中又可以得到一組最優(yōu)的因素，通過比較前一個因素，可以獲得因素變化的趨勢，指導更進一步的試驗。各個因素中不同水平試驗值之間也可以進行如極差、方差等計算，可以獲知這個因素的敏感度。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，確定下一步的試驗以確定最終的最優(yōu)值。如果因素水平很多，這種尋優(yōu)過程可能不止一次。數(shù)據(jù)整理及分析：對于一般的實驗，可用極差分析，該分析方法簡單、直觀。對要求精細的實驗，則要用方差分析，該方法可給出誤差的大小估計，但有一定的計算量。2.某自來水廠需要采用混凝沉淀法進行水質(zhì)處理，請幫助確定混凝劑和助劑添加最佳方案。答：城市自來水廠地表水源中的污染物包括：以泥砂為主的憎水性顆粒物，包括膠體和粗分散物質(zhì)；以腐殖質(zhì)為主的水溶性天然高分子有機物，包括病原菌和病毒在內(nèi)的多種微生物?；炷幚淼哪康木褪峭ㄟ^混凝劑的作用，將上述污染物凝聚成高質(zhì)量的礬花；沉淀的目的是使礬花在重力作用下從水中分離出去。自來水廠用混凝劑主要有鋁混凝劑和鐵混凝劑兩種。常用的鋁混凝劑有硫酸鋁和聚合氯化鋁兩種。我國的硫酸鋁是用鋁礬土或高嶺土為原料制成的，生產(chǎn)聚合氯