混凝沉淀實(shí)驗(yàn)2015

I化學(xué)混凝法簡(jiǎn)介污水的化學(xué)處理是利用化學(xué)反應(yīng)的作用以去除水中的雜質(zhì)。處理對(duì)象主要是污水中無(wú)機(jī)的或有機(jī)的(難于生物降解的)微小懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)。電位離子反離子擴(kuò)散層膠團(tuán)邊界滑動(dòng)面膠粒吸附層膠核ξ電位Ψ電位1.膠體的穩(wěn)定性一、混凝原理膠體所受影響由于上述的膠體帶電現(xiàn)象，帶相同電荷的膠粒產(chǎn)生靜電斥力，而且ξ電位越高，膠粒間的靜電斥力越大受水分子熱運(yùn)動(dòng)的撞擊，使微粒在水中作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，即“布朗運(yùn)動(dòng)”膠粒之間還存在著相互引力——范徳華引力膠體間的相互斥力不僅與ξ電位有關(guān)，還與膠粒的間距有關(guān)，距離越近，斥力越大。而布朗運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能不足以將兩顆膠粒推進(jìn)到使范徳華引力發(fā)揮作用的距離。因此，膠體微粒不能相互聚結(jié)而長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。2.混凝原理(1)壓縮雙電層作用混凝劑提供大量正離子會(huì)涌入膠體擴(kuò)散層甚至吸附層,使ξ電位降低。當(dāng)ξ電位為零時(shí),稱為等電狀態(tài)。此時(shí)膠體間斥力消失,膠粒最易發(fā)生聚結(jié)。實(shí)際上，ξ電位電位只要降至某一程度而使膠粒間排斥的能量小于膠粒布朗運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能時(shí)，膠粒就開始產(chǎn)生明顯的聚結(jié)，這時(shí)的ξ電位稱為臨界電位。膠粒因ξ電位電位降低或消除以至失去穩(wěn)定性的過程，稱為膠體脫穩(wěn)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚結(jié)，稱為凝聚。(2)吸附架橋作用由高分子物質(zhì)吸附架橋作用而使微粒相互粘結(jié)的過程。(3)網(wǎng)捕作用沉淀物在自身沉降過程中，能集卷、網(wǎng)捕水中的膠體等微粒，使膠體粘結(jié)。以硫酸鋁為例討論混凝過程硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O溶于水后，離解出Al3+，并結(jié)合有6個(gè)配位水分子，成為水合鋁離子[Al(H2O)6]3+。水合鋁離子進(jìn)一步水解，形成單羥基單核絡(luò)合物：?jiǎn)瘟u基單核絡(luò)合物又進(jìn)一步水解：上述反應(yīng)中，降低水中H+(或H3O+)濃度或提高pH，使反應(yīng)趨向右方，水合羥基絡(luò)合物的電荷逐漸降低，最終生成中性氫氧化鋁難溶沉淀物。當(dāng)pH<4時(shí)，水解受到抑制，水中存在的主要是[Al(H2O)3]3+

。當(dāng)pH＝4~5時(shí)，水中有[Al(OH)(H2O)5]2+、[Al(OH)2(H2O)4]+及少量[Al(OH)3(H2O)3]。當(dāng)pH＝7~8時(shí)，水中主要是[Al(OH)3(H2O)3]沉淀物。但在某一特定pH時(shí)，水解產(chǎn)物還有許多復(fù)雜的高聚物和絡(luò)合物同時(shí)共存。因?yàn)槌醪剿猱a(chǎn)物中的羥基OH-具有橋鍵性質(zhì)。在由[Al(H2O)6]3+轉(zhuǎn)向[Al(OH)3(H2O)3]的中間過程中，羥基可將單核絡(luò)合物通過橋鍵縮聚成多核絡(luò)合物：或兩個(gè)單羥基絡(luò)合物通過羥基橋聯(lián)可縮合成雙羥基雙核絡(luò)合物：從上述反應(yīng)可以看出，三價(jià)鋁鹽發(fā)揮混凝作用的是各種形態(tài)的水解聚合物。帶有正電的水解聚合物，同時(shí)起到壓縮雙電層的脫穩(wěn)和吸附架橋的作用。為使硫酸鋁達(dá)到優(yōu)異的混凝效果，應(yīng)盡量使膠體脫穩(wěn)和吸附架橋作用都得到充分發(fā)揮。當(dāng)混凝劑投放水中后，應(yīng)立即進(jìn)行劇烈攪拌，使帶電聚合物迅速均勻地與全部膠體雜質(zhì)接觸，使膠體脫穩(wěn)，隨后，脫穩(wěn)膠體在相互凝聚的同時(shí)，靠聚合度不斷增大的高聚物的吸附架橋作用，形成大的絮凝體，使混凝過程很好完成。二、混凝劑和助凝劑1.混凝劑要求混凝劑效果良好對(duì)人體健康無(wú)害價(jià)廉易得使用方便2.助凝劑三、影響混凝效果的主要因素1.水溫2.pH3.水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度4.水力條件(1)無(wú)機(jī)鹽類混凝劑鐵鹽和鋁鹽(2)高分子混凝劑有機(jī)和無(wú)機(jī)四、化學(xué)混凝的設(shè)備1.混凝劑的配制和投加設(shè)備(1)混凝劑的溶液和配制混凝劑在溶解池中進(jìn)行溶解:攪拌加速藥劑溶解機(jī)械攪拌壓縮空氣攪拌水泵攪拌(2)混凝劑溶液的投加計(jì)量設(shè)備轉(zhuǎn)子流量計(jì)電磁流量計(jì)投加方式泵前重力投加水射器投加2.混合設(shè)備(1)水泵混合(2)隔板混合(3)機(jī)械混合3.反應(yīng)設(shè)備(1)隔板反應(yīng)池利用水流斷面上流速分布不均所造成的速度梯度，促進(jìn)顆粒相互碰撞進(jìn)行絮凝。為避免結(jié)成的絮凝體被打碎，隔板中的流速應(yīng)逐漸減小。(2)機(jī)械反應(yīng)池II.混凝沉淀實(shí)驗(yàn)一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模保^察混凝現(xiàn)象，從而加深對(duì)混凝理論的理解。２．了解混凝劑的篩選方法。３．選擇和確定最佳的混凝工藝條件。二．實(shí)驗(yàn)原理Al3++6H2O

[Al(H2O)6]3+[Al(H2O)6]3+[Al(OH)(H2O)5]2++H+

[Al(OH)(H2O)5]2+

[Al(OH)2(H2O)4]++H+[Al(OH)2(H2O)4]+Al(OH)3+3H2O+

H+Al(OH)3

沉淀對(duì)膠粒進(jìn)行網(wǎng)捕整個(gè)過程經(jīng)歷三個(gè)階段：混合，絮凝和沉淀１．混合膠體脫穩(wěn)

混合時(shí)間Ｔ：10~30s，最多不超過２min

２．絮凝生成礬花

保證足夠的絮凝時(shí)間

３．沉淀礬花與水分離

停止攪拌，靜置三、實(shí)驗(yàn)儀器及試劑1、儀器（1）1000ml量筒2個(gè)（2）1000ml燒杯6個(gè)（3）10ml移液管5個(gè)（4）光電式濁度儀（5）六聯(lián)電動(dòng)攪拌器（6）pH計(jì)2、試劑（1）硫酸鋁Al2（SO4）3·18H2O：10g/L（2）三氯化鐵FeCl3·6H2O：10g/L（3）鹽酸HCl：10%（4）氫氧化鈉NaOH：10%掌握六聯(lián)電動(dòng)攪拌器的使用方法掌握濁度儀的使用方法四．實(shí)驗(yàn)步驟1．確定最佳投藥量（１）用量筒量取6個(gè)水樣于6個(gè)1000mL混凝杯中，并測(cè)定原水的濁度、pH值及水溫；（２）依次向六個(gè)加藥杯中加入Al2(SO4)3

溶液1、2、4、8、10、20mL；（３）按表１設(shè)置程序(見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書）；（４）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；（５）攪拌過程完成后，停機(jī)，靜沉10min，觀察并記錄“礬花沉淀的過程；（６）靜沉結(jié)束后，分別取出100mL上清液，并用濁度儀測(cè)出剩余濁度；（７）繪制剩余濁度---投藥量曲線；（８）根據(jù)同樣的方法確定FeCl3的最佳投藥量。

表1最佳投加量實(shí)驗(yàn)記錄表原水濁度原水溫度原水pH混凝劑Al2(SO4)3水樣編號(hào)１２３４５６７混凝劑投加量１２４８１０20

礬化形成時(shí)間水樣剩余濁度最佳混凝劑投加量濁度混凝劑投加量2．確定最佳pH值范圍（１）另取5個(gè)1000mL水樣，向水樣中加酸或堿調(diào)節(jié)pH值，依次為4mL、2mL(10%HCl)、0mL、2mL、4mL(10%NaOH)快速攪30s(500轉(zhuǎn)/分)，用pH計(jì)測(cè)pH值。（２）按前面確定的最佳投藥量加Al2(SO4)3分別于５個(gè)加藥杯重復(fù)2(3)～(6),繪制剩余濁度---pH值曲線，確定最佳pH范圍。表2最佳pH值實(shí)驗(yàn)記錄表原水濁度原水溫度混凝劑混凝劑投加量水樣編號(hào)１２３４５６７HCl投加量４２NaOH投加量２４水樣pH值