水處理實驗-混凝(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上水處理實驗設(shè)計污水的混凝處理實驗一、實驗?zāi)康臑榱松钊肓私庑跄碚撛谒幚眍I(lǐng)域的應(yīng)用和進一步掌握絮凝劑的特性，針對污染水體進行絮凝沉淀處理實驗，觀察絮凝沉淀過程并探討絮凝劑在水處理過程中的最佳添加量。二、實驗要求1、要求認識幾種絮凝劑，掌握其配制方法。2、觀察水處理過程中的絮凝現(xiàn)象，從而加深對絮凝理論的理解。3、認識絮凝理論對污染水處理的重要意義。三、實驗原理所謂絮凝劑或者混凝劑是指：凡是能使水溶液中的溶質(zhì)、膠體或者懸浮物顆粒產(chǎn)生絮狀沉淀的水處理劑。天然水或工業(yè)污水水中除了含有泥砂、顆粒很細的塵土、腐殖質(zhì)、淀粉、纖維素、細菌、藻類等微生物。這些雜質(zhì)與水形成溶膠狀態(tài)的膠體

2、微粒，由于布朗運動和靜電排斥力而呈現(xiàn)沉降穩(wěn)定性和聚合穩(wěn)定性，通常不能利用重力自然沉降的方法除去，必須加入絮凝劑以破壞溶膠的穩(wěn)定性，使細小的膠體微粒凝聚再絮凝成較大的顆粒而沉淀。絮凝機理一般有三種：（1）電解質(zhì)對雙電層的作用（圖1）水中的懸浮物或固體微粒通常呈膠體狀態(tài)分布，它們具有巨大的比表面，可吸附液體中的正離子或負離子或極性分子，使固液兩相界面上的電荷分布不均勻而產(chǎn)生電位差。加入電解質(zhì)，使固體顆粒的表面形成的雙電層有效厚度減少，使范德華引力占優(yōu)勢而達到彼此吸引，最后達到凝聚。（2）吸附架橋作用機理(圖2)當(dāng)加入少量高分子電解質(zhì)時，由于膠粒對高分子物質(zhì)有強烈的吸附作用，高分子長鏈一端吸附在一個

3、膠粒表面上，另一端又被其他膠粒吸附，形成一個高分子鏈狀物。高分子長鏈像各膠粒間的橋梁，將膠粒聯(lián)結(jié)在一起形成絮凝體，最終沉降。（3）沉淀物卷掃作用機理（圖3）當(dāng)水中加入較多的鋁鹽或鐵鹽等藥劑后，在水中形成高聚合度的氫氧化物，可以吸附卷帶水中膠粒而沉淀。圖1 固體微粒的雙電層結(jié)構(gòu)圖2 高分子聚合物的吸附架橋作用圖3沉淀物卷掃作用機理 本次實驗選擇鋁系絮凝劑（硫酸鋁Al2(SO4)3）。鋁離子在水溶液中首先形成水合離子，也可以視為水分子作配位體的絡(luò)合離子，通過水合離子的酸性離解即水解作用生成氫氧化物或羥基絡(luò)離子。然后通過羥基橋聯(lián)作用，把單核絡(luò)合物轉(zhuǎn)化為多核羥基絡(luò)合物，多核絡(luò)離子可通過水解使生成物的電

4、荷降低，羥基數(shù)增加，生成更高級的多核絡(luò)合物。水解和羥基橋聯(lián)作用的交替進行，最終生成聚合度無限大的難溶氫氧化鋁沉淀從而達到絮凝作用。Al2(SO4)3絮凝作用化學(xué)反應(yīng)方程入下：Al2(SO4)3通過水解作用，配位體H2O逐步為OH-置換，生成氫氧化物或羥基絡(luò)離子。羥基絡(luò)離子通過羥基橋聯(lián)作用，把單核絡(luò)合物轉(zhuǎn)化為多核羥基絡(luò)合物。多核絡(luò)離子可通過水解使生成物的電荷降低，羥基數(shù)增加，生成更高級的多核絡(luò)合物水解和羥基橋聯(lián)作用的交替進行，最終生成聚合度無限大的難溶氫氧化鋁沉淀：四、實驗場地、水樣水質(zhì)、儀器設(shè)備及藥品實驗場地：重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院704實驗室水樣水質(zhì)：污水取至嘉陵江污水排放口，水溫屬于常溫水，

5、濁度>10。儀器設(shè)備：1000ml量筒2個；1000ml燒杯6個；100ml燒杯2個；10ml移液管2個；2ml移液管1個；醫(yī)用針筒1根；洗耳球1個；光電濁度儀1臺；六聯(lián)攪拌器1臺。實驗藥品：AL2(SO4)3。五、實驗步驟（1）準(zhǔn)備6個已經(jīng)清洗和用蒸餾水潤洗干凈的塑料瓶（1000mL）到嘉陵江大石橋水段的污水排放口取樣。（2）采樣后，裝瓶，迅速運送回實驗室進行實驗分析。（3）將采樣回的污水均勻混合，用1000 mL量筒分別取6個水樣至6個1000 mL燒杯中，總共六組水樣，依次貼好標(biāo)簽并在標(biāo)簽上一次記錄1#，2#，3#，4#，5#，6#，7#。（4）將配比濃度(C)為20 g/L的 A

6、L2(SO4)3分別取出 0.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0mL并分別投入1#，2#，3#，4#，5#，6#，7#水樣中。（5）將配置好的水樣置于六聯(lián)攪拌器下（攪拌時間和程序已按說明書預(yù)先設(shè)定好）進行攪拌。（6）絮凝實驗攪拌器以500r/min的速度攪拌30s，然后用150r/min速度攪拌5min，最后以80r/min的速度攪拌10 min。（7）攪拌過程中，觀察并記錄“礬花”形成的過程以及“礬花”的外觀、大小、密實程度等。（8）攪拌過程完成后，停機，靜沉15 min，觀察并記錄“礬花”沉淀的過程。（9）靜止15 min后，用醫(yī)用針筒取出上清液，并用濁度儀測出剩余濁度，記入表1中

7、。（10）比較第一組6個水樣的實驗結(jié)果，根據(jù)6個水樣所測得的剩余濁度值，以及水樣絮凝沉淀時現(xiàn)象觀察記錄的分析，對最佳投藥量所在區(qū)間做出判斷，縮小實驗范圍為3.0左右，然后，加藥量取2.5、2.7、2.9、3.1、3.3、3.5 mL的濃度C為20 g/L的AL2(SO4)3。重復(fù)以上實驗步驟。六、原始數(shù)據(jù)記錄絮凝劑的投放量與水樣的剩余濁度的原始記錄見表1，絮凝過程中礬花形成及沉淀過程描述見表2。表1 實驗中各個指標(biāo)的測定數(shù)據(jù)記錄表實驗 編號絮凝劑名稱原水濁度原水溫度原水PH值A(chǔ)L2(SO4)310.1(第一次) 10.1(第二次)196.4(第一次) 6.4(第二次)第一次水樣編號1#2#3#

8、4#5#6#代號aX1X2X3X4b投藥量mL0.5 1.5 2.5 3.0 3.5 4.0 mg/L103050607080剩余濁度7.54 3.52 0.73 0.61 0.49 0.8沉淀后PH值6.46.4 6.4 6.4 6.4 6.4 第二次水樣編號1#2#3#4#5#63代號aX1X2X3X4b投藥量mL2.32.42.52.62.72.8mg/L464850525456剩余濁度0.590.550.630.640.710.82沉淀后PH值6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 表2 實驗過程的觀察記錄表實驗編號觀察記錄小結(jié)水樣編號礬花形成及沉淀過程描述第一次1礬花幾乎沒有

9、形成投藥量在3.0mL左右量值的絮凝效果較好2接著5、6水樣后出現(xiàn)混濁，礬花小而不密實，數(shù)量比3水樣少些，懸浮在水中，沉降慢。3很快出現(xiàn)混濁，礬花大，密實度良好，數(shù)量僅次于4水樣，沉降速度快，沉到底并堆積在一起。4很快出現(xiàn)混濁，礬花小，密實度最好，且數(shù)量最多，沉速最快。5接著3、4水樣后出現(xiàn)混濁，礬花小，密實度較4水樣差，數(shù)量較2水樣少，沉速僅快于1水樣6接著3、4水樣后出現(xiàn)混濁，礬花小而密實，數(shù)量較小，沉速較4低，堆積分散。第二次1礬花出現(xiàn)較慢，比較細小，形成比較快，沉淀速度較快。各水樣的絮凝效果大致相同，從表面現(xiàn)象比較難明確做出判斷2絮凝明顯，礬花大而密實，數(shù)量較多，沉速快，在底層堆積較集

10、中。3絮凝明顯，礬花大，在水面集聚較多，沉速不快，在底層堆積沒2水樣集中。4絮凝明顯，礬花較小，數(shù)量多，分布分散，沉速較慢，堆積分散。5絮凝明顯，礬花小而密實，堆積分散，沉速較慢。6礬花出現(xiàn)相對較慢，堆積分散，沉速最慢。七、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果圖4和圖5分別是第一次和第二次混凝曲線。圖4 第一次混凝曲線圖圖5 第二次混凝曲線圖八、結(jié)果分析和討論在此次水處理試驗中，我們采用了AL2(SO4)3絮凝劑對污水進行了處理，對于我們所取的嘉陵江大師橋段污水排放口的水樣來說，其最佳投藥量為50 mg/L，最佳適用范圍為40 mg/L 60 mg/L。而絮凝效果受以下因素影響：（1）廢水性質(zhì)的影響（2）共存雜質(zhì)的

11、種類和濃度（3）絮凝劑的影響。水的膠體雜質(zhì)濃度、PH值、水溫及共存雜質(zhì)等都會不同程度地影響絮凝效果。投藥量最大時，絮凝效果并不一定是好的。因為當(dāng)鋁鹽投藥量超過一定限度時，會產(chǎn)生“膠體保護”作用，使脫穩(wěn)膠粒電荷變號或使膠粒被包卷而重新穩(wěn)定。而且投藥量大也容易出現(xiàn)產(chǎn)生大量含水率很高的污泥的問題。根據(jù)此次實驗結(jié)果以及實驗中所觀察到的現(xiàn)象，影響絮凝效果的主要因素有：1、水溫影響原因：（1）絮凝劑的水解速度慢，生成的絮凝體細而松，強度小，不易沉。 （2）低溫水的粘度大，顆粒沉降速度降低，而且顆粒之間碰撞機會減少，影響了絮凝效果。改善措施：增加絮凝劑的投量，以改善顆粒之間碰撞條件；投加助凝劑（如活化硅酸）

12、或粘土以增加絨體重量和強度，提高沉速。2、水的PH值和堿度影響（1）鋁鹽的水解過程中不斷產(chǎn)生H+，從而導(dǎo)致水的PH值。要使PH值保持在最佳范圍以內(nèi)，水中應(yīng)有足夠的堿性物質(zhì)。天然水中均有一定的堿度（通常是HCO3-），它對PH值有緩沖作用。當(dāng)原水堿度不足或絮凝劑投量甚高時，水的PH值將大幅度下降以至影響絮凝劑繼續(xù)水解。（2）采用三價鐵鹽絮凝劑時，由于Fe3+水解產(chǎn)物溶解度比Al3+水解產(chǎn)物溶解度小，且氫氧化鐵并非典型的兩性化合物，故鋁系混凝劑適用的PH值范圍較寬。用硫酸亞鐵作絮凝劑時，應(yīng)首先將二價鐵氧化成三價鐵方可。（3）高分子絮凝劑的絮凝效果受水的PH值影響較小因此，要投加堿劑（如石灰）以中和

13、絮凝劑水解過程中產(chǎn)生的氫離子。3、水中懸浮物濃度的影響原因：（1）水中懸浮物的濃度很低時，顆粒碰撞速率大大減小，絮凝效果差。（2）水中懸浮物的濃度很高時，為使懸浮物達到吸附電中和脫穩(wěn)作用，所需鋁鹽或鐵鹽絮凝劑量將相應(yīng)大大增加改善措施：在投加絮凝劑的同時投加高分子助凝劑；投加礦物顆粒（如粘土等）以增加絮凝劑水解產(chǎn)物的凝結(jié)中心，提高顆粒碰撞速率并增加絮凝體密度；采用直接過濾法。4、共存雜質(zhì)的種類和濃度共存雜質(zhì)包括有利于絮凝的物質(zhì)和不利于絮凝的物質(zhì)。5、絮凝劑的影響即絮凝劑種類的選擇和投藥量值的確定。九、思考題和實驗注意事項1、如何根據(jù)絮凝曲線圖確定藥劑的最佳投藥量和最佳適用范圍？答：根據(jù)絮凝曲線圖

14、，剩余濁度越小，污水處理的效果越好。由圖4科確定藥劑的最佳投藥量為50mg/L，最佳適用范圍為40 mg/L -60 mg/L。2、說說絮凝劑AL2(SO4)3的特點、主要優(yōu)缺點。答：絮凝劑AL2(SO4)3的特點：當(dāng)PH<3時，簡單水合鋁離子Al(H2O6)3+可起壓縮膠體雙電層作用，在PH4.56.0范圍內(nèi)（視絮凝劑投量不同而異），主要是多核羥基配合物對負電荷膠體起電性中和作用，凝聚體比較密實；在PH77.5范圍內(nèi)，電中性氫氧化鋁核物Al(OH)3n可起吸附架橋作用，同時也存在某些羥基配合物的電性中和作用。天然水的PH值一般在6.57.8之間，鋁鹽的絮凝作用主要是吸附架橋和電性中和，

15、兩者以何為主，決定于鋁鹽投加量，當(dāng)鋁鹽投加量超過一定限度時，會產(chǎn)生“膠體保護”作用。絮凝劑AL2(SO4)3的優(yōu)缺點：精制硫酸鋁雜質(zhì)含量小，價格較貴；粗制硫酸鋁雜質(zhì)含量多，價格較低，但質(zhì)量不穩(wěn)定，增加了藥液配制和廢渣排除方面的操作麻煩。采用固態(tài)硫酸鋁的優(yōu)點是運輸方便，但制造過程多了濃縮和結(jié)晶工序。如果水廠附近就有硫酸鋁制造廠，最好采用液態(tài)，這樣可節(jié)省濃縮、結(jié)晶的生產(chǎn)費用。硫酸鋁使用方便，但水溫低時，硫酸鋁水解較困難，形成的絮凝體比較松散，效果不及鐵鹽絮凝劑。3、在絮凝實驗中應(yīng)注意哪些操作方法，對絮凝效果有什么影響？答：在絮凝實驗中應(yīng)注意的操作方法及其對絮凝效果的影響如下：1）在絮凝實驗中量取水

16、樣時應(yīng)先攪拌均勻，并且一次量取，以此來減少取樣濃度上的誤差；2）移取藥液時應(yīng)盡量做到精確。加藥量在藥液少時，要摻點蒸餾水搖勻，以免沾在試管上的藥液過多，影響投藥量的精確度；3）在自動加藥后，要有蒸餾水沖洗加藥的試管兩次，以確保投藥量的精確，而且沖洗的速度要快，因為攪拌時間是有限定的，這一系列的程序也是有一定要求并事先已設(shè)定好的，速度快才不會影響實驗的順利進行；4）移取燒杯中的沉淀水上清液時，要用相同的條件取上清液，不要沉下去的礬花攪拌起來，以確保所測濁度的精確性。4. 為什么投藥量最大時，絮凝效果不一定好？答：投入的藥量應(yīng)根據(jù)膠體濃度及無機金屬鹽水解產(chǎn)物的分子形態(tài)、荷電性質(zhì)和荷電量等而確定。當(dāng)高分子絮凝劑投藥量最大時，會產(chǎn)生“膠體保護”作用。膠