混凝脫色實(shí)驗(yàn)

1、環(huán)工綜合實(shí)驗(yàn)混凝脫色實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)題目混凝脫色實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類別綜合實(shí) 驗(yàn) 室實(shí) 驗(yàn) 時(shí) 間實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度:濕度:同組人數(shù)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.通過實(shí)驗(yàn)摸索出對(duì)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(duì)混凝機(jī)理的理解。二、 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備1.實(shí)驗(yàn)裝置：混凝實(shí)驗(yàn)裝置主要是實(shí)驗(yàn)攪拌機(jī)。攪拌機(jī)上裝有電機(jī)的調(diào)速設(shè)備，電源采用穩(wěn)壓電源。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器儀表：分光光度計(jì)，pH試紙，磁力攪拌器（1臺(tái)），燒杯（1000mL，6只），量筒（1000mL），移液管（5mL）。3.實(shí)驗(yàn)藥品：10%HCl溶液，10%NaOH溶液，10%Al

2、2SO4溶液三、實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)膠粒"脫穩(wěn)"。（2）同時(shí)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(dá)到顆粒的凝聚。整個(gè)過程經(jīng)歷三個(gè)階段：混合，混凝和沉淀1.混合、凝聚膠體脫穩(wěn) 混合時(shí)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(shí)間 ：1075s-13.沉淀礬花與水分離 停止攪拌，靜置混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)實(shí)驗(yàn)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(fù)雜，其中主要由水質(zhì)本身的復(fù)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(jī)物濃度高保護(hù)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(jī)鹽類混凝劑水解產(chǎn)物的形態(tài)，混凝機(jī)理不同，對(duì)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(yīng)順利進(jìn)行，對(duì)pH起緩沖作用。 （3）水溫：水溫低時(shí)混凝效果差，絮凝體形成慢、細(xì)小松散，不易沉降。原因：無機(jī)鹽混凝劑的水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，低溫水解困難；水溫低時(shí)水

4、的粘度大，水分子的布朗運(yùn)動(dòng)弱，不利于膠粒的脫穩(wěn)和聚集，因而絮凝體形成不易，同時(shí)水流剪力增大，影響絮凝體成長(zhǎng)；低溫下膠體水化作用增強(qiáng)，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(yīng)劇烈攪拌，攪拌強(qiáng)度的G值一般在7001000s-1之內(nèi)；絮凝階段主要靠機(jī)械或水力攪拌促使顆粒碰撞凝聚，以同向聚凝為主，G值應(yīng)漸次減小，攪拌強(qiáng)度或水流速度應(yīng)逐漸減小，平均G=2070s-1，平均Gt=104105。2.無機(jī)混凝劑和有機(jī)混凝劑的混凝機(jī)理和應(yīng)用條件有何異同？答：無機(jī)混凝劑的混凝機(jī)理：對(duì)于傳統(tǒng)鋁、鐵鹽的混凝作用機(jī)理一般認(rèn)為以其水解形態(tài)與水體顆粒物進(jìn)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(yīng)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(shì)混凝效果的形態(tài)。無機(jī)高分子絮凝劑之所以高效的原因,在于其預(yù)制過程中形成具有一定水解穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)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(duì)其作用機(jī)理的研究在很大程度尚停留在經(jīng)驗(yàn)推測(cè)之中,缺乏實(shí)證性的研究,目前正在得到進(jìn)一步的闡明,并且在應(yīng)用界面絡(luò)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(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上,發(fā)展并建立其定量計(jì)算模式。深化無機(jī)混凝劑化學(xué)、混凝過程化學(xué)的基礎(chǔ)研究,結(jié)合其生產(chǎn)工藝、工程應(yīng)用中的實(shí)際問題,為無機(jī)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(duì)其作用機(jī)理從分子反應(yīng)動(dòng)態(tài)學(xué)的水平予以揭示,有發(fā)展成為高度綜合性、交叉性分支學(xué)科的趨勢(shì),也將是當(dāng)前化學(xué)科學(xué)、化學(xué)工程科學(xué)發(fā)展的前沿領(lǐng)域之一。 無機(jī)鹽類應(yīng)用條件：常見的無機(jī)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(jī)低分子鐵鹽處理水時(shí)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(diǎn)；但也存在著腐蝕性強(qiáng)，穩(wěn)定性差，必須和堿性物質(zhì)同時(shí)使用，殘留于水中的鐵會(huì)使處理后的水著色等缺點(diǎn)，因而在水處理中的應(yīng)用受到了一定限制。鋁鹽混凝劑使用方便，但水溫低時(shí)，水解困難，形成絮凝體比較松散，效果不如鐵

7、鹽。另外，對(duì)水的pH值適應(yīng)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(huì)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(jī)混凝劑機(jī)理：   （1）壓縮雙電層。水中膠粒穩(wěn)定是因?yàn)榫哂?#160;電位，如能消除或降低該電位就有可能使微粒碰撞聚結(jié)失去穩(wěn)定性。當(dāng)兩個(gè)膠?；ハ嘟咏鼤r(shí)，由于擴(kuò)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(kuò)散層減薄，它

8、們相撞時(shí)的距離就減小了，這樣相互間的吸力就大了?？梢娖渑懦馀c吸引的合力由斥力為主變成以吸力為主(排斥勢(shì)能消失了)，膠粒得以迅速凝聚。實(shí)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(gè)方面的相互作用，是一個(gè)綜合的現(xiàn)象。（2）吸附電中和。吸附電中和作用指粒表面對(duì)異號(hào)離子，異號(hào)膠?；蜴湢铍x分子帶異號(hào)電荷的部位有強(qiáng)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(shí)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(jié)構(gòu)，可被膠體微粒所強(qiáng)烈吸附。

9、因其線性長(zhǎng)度較大，當(dāng)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(yuǎn)的兩膠粒間進(jìn)行吸附架橋，使顆粒逐漸結(jié)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(xué)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(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。 這個(gè)機(jī)理可解釋非離子型或帶同電號(hào)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(shí)驗(yàn)步驟1確定最佳投藥量：取原水600ml，使用六聯(lián)攪拌機(jī)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(gè)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(biāo)號(hào)為1、2、3、4、5、6號(hào)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(cè)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(shí)程度等。2確定最佳pH值范圍： 分別取5個(gè)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(biāo)號(hào)為1、2、3、4、5號(hào)溶液?？焖贁?0s

11、 ，用pH試紙測(cè)pH值。按前面確定的最佳投藥量加10%Al2(SO4)3溶液分別于個(gè)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(cè)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(shí)程度等。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)過程觀察仔細(xì)，避免因?yàn)榧?xì)小礬花生成未觀察到而混凝劑添加過量。2.本實(shí)驗(yàn)為教學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)際科研和工作中要采用正交實(shí)驗(yàn)確定混凝最佳條件。六、實(shí)驗(yàn)記錄及結(jié)果分析1.藍(lán)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(hào)123456混凝劑1.5m

12、L2.25mL3mL3.75mL4.5mL6mL波長(zhǎng)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(lán)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(shí)間的增長(zhǎng)，礬花形態(tài)由小而細(xì)密逐步長(zhǎng)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(hào)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(zhǎng)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(xì)密成長(zhǎng)緩慢；中性條件下溶液基本不起泡，礬花由小而細(xì)密逐步長(zhǎng)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(xì)密成長(zhǎng)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(hào)123456混凝劑1mL2mL2.5mL3mL3.5mL4mL波長(zhǎng)670（操作有誤，實(shí)際數(shù)值應(yīng)為465）吸光度0.0090.0200.0030.0030.0030.003由于對(duì)紅色廢水處理后的水樣進(jìn)行光譜掃描時(shí)波長(zhǎng)

14、輸入過大，且發(fā)現(xiàn)較遲，原溶液已被清洗，無法再次對(duì)處理后水樣進(jìn)行波長(zhǎng)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(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。確定最佳pH組序號(hào)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(zhǎng)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(duì)紅色廢水水樣處理分析時(shí)使用了錯(cuò)誤的波長(zhǎng)，故在此不總結(jié)紅色廢水水樣最佳投加量情況。雖然波長(zhǎng)有誤，

15、但是不改變吸光度變化的趨勢(shì)情況，可以認(rèn)為對(duì)紅色廢水水樣關(guān)于測(cè)定最佳pH值范圍的相關(guān)處理有效。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果已知，在吸光度最小時(shí)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(shí)驗(yàn)中有很多的因素變化制約著實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為弄清楚各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要性，必須通過做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)量會(huì)非常的大。正交試驗(yàn)法就是一種能夠大幅度減少試驗(yàn)次數(shù)而且并不會(huì)降低試驗(yàn)可行度的方法。正交表數(shù)學(xué)家制好，你只需找到對(duì)應(yīng)你需要的就可以了。某混凝實(shí)驗(yàn)需要考察水溫、PH值、混凝劑濃度三個(gè)因素對(duì)混凝結(jié)果的影響，其中，水溫考察10、20、30

16、三個(gè)水平，PH值考察6、7、8三個(gè)水平、混凝劑濃度考察50ppm、100ppm、150ppm三個(gè)水平，請(qǐng)根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)表確定實(shí)驗(yàn)方案（寫出實(shí)驗(yàn)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(gè)水平，pH值考察6、7、8三個(gè)水平、混凝劑濃度考察50ppm、100ppm、150ppm三個(gè)水平。）建立好實(shí)驗(yàn)表后，根據(jù)表格做實(shí)驗(yàn)，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。首先從所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中找到最優(yōu)的一個(gè)數(shù)據(jù)，將各個(gè)因素當(dāng)中同水平的實(shí)驗(yàn)值加和

17、，就得到了各個(gè)水平的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表，從這個(gè)表當(dāng)中又可以得到一組最優(yōu)的因素，通過比較前一個(gè)因素，可以獲得因素變化的趨勢(shì)，指導(dǎo)更進(jìn)一步的試驗(yàn)。各個(gè)因素中不同水平試驗(yàn)值之間也可以進(jìn)行如極差、方差等計(jì)算，可以獲知這個(gè)因素的敏感度。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，確定下一步的試驗(yàn)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(duì)于一般的實(shí)驗(yàn)，可用極差分析，該分析方法簡(jiǎn)單、直觀。對(duì)要求精細(xì)的實(shí)驗(yàn)，則要用方差分析，該方法可給出誤差的大小估計(jì)，但有一定的計(jì)算量。2.某自來水廠需要采用混凝沉淀法進(jìn)行水質(zhì)處理，請(qǐng)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(jī)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(guó)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