水污染控制工程实验教材

实验一混凝实验一、实验目的1、学会求得最佳混凝条件(包括投药量、pH 值，水流速度梯度)的基本方法；2、加深对混凝机理的理解。

二、实验原理混凝处理的对象主要是水中悬浮物和胶体杂质。

混凝效果对后续处理，如沉淀、过滤影响很大。

天然水中存在着大量悬浮物，而且形态各不相同，大颗粒悬浮物可在自身重力作用下沉降；而较小悬浮物和胶体颗粒，依靠自然沉降是不能除去的，这是水产生混浊的重要原因。

分散在水中的胶体颗粒带有电荷，同时在布朗运动及其表面水化膜作用下，长期处于稳定分散状态，不能用自然沉淀法去除，致使水中这种含浊状态稳定。

向水中投加混凝剂后，由于（1）能降低颗粒间的排斥能峰，降低胶粒的ζ电位，实现胶粒“脱稳”，（2）同时也能发生高聚物式高分子混凝剂的吸附架桥作用，（3）网捕作用，从而达到颗粒的凝聚，最终沉淀从水中分离出来。

消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫脱稳。

脱稳后的胶粒，在一定的水利条件下，才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。

直径较大且较密的矾花容易下沉，自投加混凝剂直至形成矾花的过程叫混凝。

由于各种原水有很大差别，混凝效果不尽相同，混凝剂的混凝效果不仅取决于混凝剂投加量，同时还取决于水的pH 值、水流速度梯度等因素。

三、实验装置与设备1、混凝试验搅拌机 1 台2、光电式浊度仪1 台3、酸度计pH－3 型1 台4、磁力搅拌器1 台5、烧杯200mL 1 个6、量筒1000mL 6 个7、移液管1、2、5、10mL 各2 支8、注射针筒、温度计、秒表、卷尺等。

9、硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O (10g/L)10、三氯化铁FeCl3·6H2O (10g/L)11、聚合氯化铝[A12(OH)mC16-m] 浓度10g/L12、氢氧化钠NaOH (10%)13、盐酸HCl (10%)四、实验步骤(一)最佳投药量实验步骤1、确定原水特征，即测定原水水样混浊度、pH 值、温度。

2、确定形成矾花所用的最小混凝剂量，即通过慢速搅拌(或50r/min)烧杯中200mL原水，并每次增加0.5mL 混凝剂投加量，直至出现矾花为止。

这时的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量。

3、用6 个1000mL 的烧杯，分别放入1000mL 原水，置实验搅拌机平台上。

4、确定实验时的混凝剂投加量。

根据步骤2 得出的形成矾花最小混凝剂投加量，取其1／4 作为1 号烧杯的混凝剂投加量，取其2 倍作为6 号烧杯的混凝剂投加量，用依次增加混凝剂投加量相等的方法求出2-5 号烧杯混凝剂投加量、把混凝剂分别加入1—6 号烧杯中。

5、启动搅拌机，快速搅拌半分钟、转速约200r/min；慢速搅拌10 分钟、转速约80r/min。

如果用污水进行混凝实验，污水胶体颗粒比较脆弱，搅拌速度可适当放慢。

6、关闭搅拌机、抬起搅拌桨、静止沉淀10分钟，用50mL 注射针筒抽出烧杯中的上清液(共抽三次约100mL)放入200mL 烧杯内，立即用浊度仪测定浊度，(每杯水样测定三次)，记入表6-1 中。

(二)最佳pH 值实验步骤1、取6 个1000mL 烧杯分别放入1000mL 原水，置于实验搅拌机平台上。

2、确定原水特征，测定原水浑浊度、pH 值，温度．本实验所用原水和最佳投药量实验时相同。

3、调整原水pH 值，用移液管依次向1 号、2 号、3 号装有水样的烧杯中分别加入1.5、1.0、0.5mL 10％浓度的盐酸。

依次向5 号、6 号装有水样的烧杯中分别加入0.5、1.0mL10％浓度的氢氧化钠（即调整1 号烧杯水样使其pH 值等于3，其它水样的pH 值依次增加一个pH 值单位）。

4、启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约200r/min。

随后从各烧杯中分别取出50mL 水样放入三角烧杯，用pH 仪测定各水样pH 值记入表6-2 中。

5、用移液管向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂(按最佳投药量而确定)。

6、启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约200r/min：慢速搅拌10 分钟，转速约80r/min。

7、关闭搅拌机，静置10 分钟，用50mL 注射针筒抽出烧杯中的上清液(同上)，记入表1-2 中。

五、实验结果整理(一)最佳投药量实验结果整理1、把原水特征、混凝剂投加情况、沉淀后的剩余浊度记入表1-1。

2、以沉淀水浊度为纵坐标，混凝剂加注量为横坐标，绘出浊度与药剂投加量关系曲线，并从图上求出最佳混凝剂投加量。

实验小组号: 实验日期:姓名:混凝剂: 混凝剂浓度:原水浊度: 原水pH: 原水温度:最小混凝剂量(ml): 相当于(mg/l):表6-1 最佳混凝剂投加量水样编号 1 2 3 4 5 6 投药量mg/l初矾花时间矾花沉淀情况剩余浊度(二)最佳pH 值实验结果整理1．把原水特征、混凝剂加注量，酸碱加注情况，沉淀水浊度记入表6-2。

2．以沉淀水浊度为纵坐标，水样pH 值为横坐标绘出浊度与pH 值关系曲线，从图上求出所投加混凝剂的混凝最佳pH 值及其适用范围。

表6-2 最佳pH水样编号 1 2 3 4 5 6 盐酸ml氢氧化钠ml水样pH剩余浊度六、思考题1、根据实验结果以及实验中所观察的现象，简述影响混凝的几个主要因素。

2、试分析投药量对混凝效果的影响。

在最大投药量时，混凝效果不一定好，为什么？3、pH值对混凝效果有什么影响？七、注意事项1、整个实验采用同一水样，而且取水样时要搅拌均匀，要一次量取，以尽量减少取样浓度上的误差。

2、在最佳投药量、最佳pH 值实验中，向各烧杯投加药剂时希望同时投加，避免因时间间隔较长各水样加药后反应时间长短相差太大，混凝效果悬殊。

3、在最佳pH 实验中，用来测定pH 的水样，仍倒入原烧杯中．4、在测定水的浊度、用注射针筒抽吸上清液时，不要扰动底部沉淀物。

同时，各烧杯抽吸的时间间隔尽量减小。

5、要充分冲洗加药管，以免药剂沾在加药管上太多，影响投药量的精确度。

6、取反应后上清液时，要用相同的条件取，不要把沉下去的矾花搅起来。

-实验二 颗粒自由沉淀实验一、实验目的①研究浓度较稀时的单颗粒的沉淀规律，加深对其沉淀特点、基本概念的理解。

②掌握颗粒自由沉淀实验的方法，并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗自由沉淀曲线。

二，实验原理浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀，其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉速在层流区符合斯托克斯(Stokes)公式。

但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒相对密度很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得，而是通过静沉实验确定。

由于自由沉淀时颗粒是等速下沉，下沉速度与沉淀高度无关，因而自由沉淀可在一般沉 淀柱内进行，但其直径应足够大，一般应使D ≥l00mm ，以免颗粒沉淀受柱壁干扰。

具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率（η）与截留速度（u 0）、颗粒重量百分率的关系如下：dP u u )1(0s0⎰P +P -=η 式中 η——沉淀效率；u 0——理想沉淀池截留沉速；0P ——所有沉速小于u 0的颗粒质量占原水中全部颗粒质量的百分率；u s ——小于截留沉速的颗粒沉速。

此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算法。

设在一水深为H 的沉淀柱内进行自由沉淀实验。

实验开始，沉淀时间为0，此时沉淀 柱内悬浮物分布是均匀的，即每个断面上颗粒的数量与粒径的组成相同，悬浮物浓度为C 0(mg ／L)，此时去除率η＝0。

实验开始后，不同沉淀时间t i ，颗粒沉淀速度u i 相应为：u i =it H式中 i u ——颗粒沉淀速度，mm ／s ；H —取样口至水面高度，mm ； i t ——沉淀时间，min 。

此即为i t 时间内从水面下沉到池底(此处为取样点)的颗粒所具有的沉速。

此时取样点处水样悬浮物浓度为C i ，未被去除的颗粒所占的百分比为：ii C C =P 式中 i P ——悬浮颗粒剩余率；C 0——原水(0时刻)悬浮颗粒浓度，mg ／L ；C i ——t i 时刻悬浮颗粒浓度，mg ／L 。

此时被去除的颗粒所占的百分比为： 011C C ii i -=P -=η 式中 i η——悬浮颗粒去除率； i P 、C 0、C i 同上。

需要说明的是：实际沉淀时间t i 内，由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成，即沉速u ≥u i 的那一部分颗粒能全部沉至池底。

除此之外，颗粒沉速u<u i 的那一部分颗粒也有一部分能沉至池底，这是因为，这部分颗粒虽然粒径很小，沉速u<u i ，但是这部分颗粒并不都在水面，而是均匀地分布在整个沉淀柱的高度内，因此，只有在水面下它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速i u 的颗粒由水面降至池底所用的时间i t ，那么这部分颗粒也能从水中被除去；沉速u<i u 的那部分颗粒虽然有一部分能从水中去除，但其中也是粒径大的沉到池底的多，粒径小的沉到池底的少，各种粒径颗粒去除率并不相同。

因此公式中未包含u<i u 的那部分颗粒被去除。

三、实验仪器及用具 (1)仪器①自由沉淀实验装置如图4—1所示。

②分析天平(1／10000 1台)图4 -1 自由沉淀实验装置1—配水箱；2—水泵；3—搅拌装置；4—有效水位沉淀柱；5—0.9m取水样阀；6—水循环用阀门；7—配水阀门；8—沉淀柱上水阀门；9—1.2m取水样阀；10—溢流管③恒温烘箱(1台)(2)器具①量筒(100mL 2个)②三角瓶(200mL 10个)③漏斗(10个)④玻璃棒(2根)⑤称量瓶(40mm⨯70mm，12个)⑥秒表(2块)⑦干燥皿(1个)(3)其他定量滤纸四、实验步骤①定量滤纸编号后放人称量瓶中，编号、烘干(烘箱调节温度至100—105℃，烘干2—3h)、称重，置于干燥皿中待用。

②准备实验用原水。

取河水或用细土和自来水配制水样，置于水箱中。

③开启循环管路阀门，启动水泵和搅拌装置。

④水箱内水质均匀后，开启放空阀，以便冲洗管路中的沉淀物。

稍后开启沉淀柱进水阀，并同时关闭放空阀。

水位升至取样口与溢流口中间时，从取样口取水样100mL。

当沉淀柱溢流口出水时，关闭沉淀柱进水阀，停泵；同时开动秒表记录时间，沉淀实验开始。

⑤当时间5min、l0min、20min、40min、60min时，用量筒在取样口取水样100mL。

(注意：取水样时，需先放掉一些水，以便冲洗取样口处的沉淀物)，在每次取样前后读出水面高度H。

⑥用定量滤纸分别过滤12个水样。

待定量滤纸内无明显水滴后将定量滤纸折叠并放人称量瓶。

⑦将称量瓶放在恒温烘箱中，调节温度至100~105︒C，烘干2～3h。

⑧取出定量滤纸，放在干燥皿中冷却至室温称重。

相关数据记录如表4 -1所列。

表4 -1 颗粒自由沉淀记录五、成果整理①计算悬浮物去除率η、悬浮物剩余率p、沉淀速度u，将结果填入表4-2。