混凝沉降实验

实验项目：混凝沉降

实验类型：综合性实验

实验开设属性：必开实验

学时数：4学时

一、实验目的

通过在某些水样中投入化学混凝剂，进行混凝搅拌实验，由于水样的水质不同，混凝效果也有所不同，本实验要求达到以下目的：

1）学会求得混凝过程最佳工艺条件，即最佳混凝剂、最佳投加药量及最佳pH值的基本方法。

2）加深对混凝机理的理解。

二、实验原理

分散在水中的胶体颗粒通常带有电荷，同时在布朗运动及其表面水化作用下，长期处于稳定分散状态，不能用自然沉淀方法加以去除（一般胶体颗粒定义为1～1000nm；>1μm称为悬浮液，＜1nm的称为真溶液）。一般废水中，胶体颗粒表面电荷之间的电斥力Zeta电位往往在10～200 mV之间。胶体溶液的稳定性主要是由于高Zeta电位引起的斥力，或者由于憎水的胶体悬浮物上吸附了一层较小亲液的保护胶体，亦或是由于胶体悬浮物上吸附了一层非离子的聚合物所造成的。混凝过程包括胶体悬浮物的脱稳和接着发色还那个颗粒增大的凝聚和絮凝作用，随后这些颗粒可用沉淀、气浮、过滤的方法加以去除。

破坏胶体稳定体系的过程称为脱稳。脱稳是通过投加阳离子电解质如Al3+，Fe3+或阳离子高分子电解质来降低Zeta电位，或者是由于形成了带正电荷的含水氧化物如Alx(OH)y+而吸附于胶体上，亦或是通过阴离子和阳离子高分子电解质的自然凝聚，亦或是由于胶体悬浮物被围于含水氧化物的矾花内及双电层压缩、电中和、吸附、架桥、网捕等方式来完成的。形成矾花最佳条件是要求pH值在等电离点或接近等电离点（对于铝来说，要求的pH值范围为5.0～7.0）。同时混凝剂的反应必须有足够的碱度，对于碱度不足的废水应投加Na2CO3，NaOH或石灰。

最有效的脱稳是使胶体颗粒同小的带正电荷含水氧化物的微型矾花接触。这种含水氧化物的微型矾花是在小于0.1 s时间内产生的，因此要在短时期内进行剧烈搅拌。在脱稳之后，凝聚促使矾花增大，以便使矾花随后能从废水中去除。铝和铁的矾花在搅拌时较易破碎和离散。投入2～5 mg/L的活性硅有可能提高矾花的强度。混凝阶段结束时，投加0.2～1.0 mg/L的阴、阳离子或非离子聚合物。有助于矾花的聚集长大。所需混凝剂的投入量随盐类（NaCl）和阴离子表面活性剂的存在而增加。脱稳也能通过阳离子聚合物来完成。

投加混凝剂的多少，直接影响混凝效果，投入量不足不可能有很好的混凝效果。同样，如果投入的混凝剂过多，也不一定能得到好的混凝效果。对于不同的水样，最佳投入量各不相同。必须通过实验方可确定。

混凝效果不仅受投加药剂量和水中胶体浓度的影响，还受水中的pH值的影响。如对Al2(SO4)3,FeCl3来说，pH值过低（小于4）则混凝剂水解受到限制，其化合物很少有高分子存在，絮凝作用较差，如果pH值过高（pH大于9～10），水解产物又会出现溶解现象，生成带负电荷的络合离子，也不能很好的发挥絮凝作用，降低混凝效果。

三、实验装置、仪器设备与试剂

（1）实验仪器设备（注：每3小组共用，每小组3～4人，由老师事先分好）

① 六联搅拌仪1台（附照片版说明书，实验前需要预习）

② 磁力搅拌机2台

② 酸度计1台或者pH试纸

③ 烧杯500 mL6只

④ 量筒200 mL1只

⑤ 移液管1，2，5，10 mL各2支

⑥ 秒表1只

⑦ 温度计（100℃）1支

（2）实验药品与试剂

① 1%Al2(SO4)3：1g Al2(SO4)3溶于100 mL水中；

② 1%FeCl3：1g FeCl3溶于100 mL水中；

③ 1%硫酸铝铵：1g硫酸铝铵溶于100 mL水中；

④ 0.1%硫酸铝铵：0.1g硫酸铝铵溶于100 mL水中；

⑤ 10% HCl：23.7 mL浓HCl加水稀释至100 mL；

⑥ 10%NaOH：10g NaOH溶于100g水中。

⑦ 皂土（配原水中）：10L+10g皂土（1‰）【皂土也称膨润土，是一种含天然水硅酸铝的矿物石】

注：原水需要各小组自己动手配置。

四、实验步骤

（1）最小投加量的确定及最佳混凝剂的选择

①确定原水的特征，即测定水样的浊度、pH值和温度。

②确定能形成矾花最小混凝剂量。其方法是，在4个500mL烧杯中加入分别400mL原水，在快速搅拌（300r/min）下分别加入1%Al2(SO4)3、1%FeCl3 、1%硫酸铝铵、0.1%硫酸铝铵，使用移液管逐滴加入，直至出现矾花，这时混凝剂的投加量即为最小混凝剂的投加量。

③确定最佳混凝剂：根据投加量确定出最佳混凝剂。

将实验步骤①～③的实验结果填入表1中。

（2）最佳投药量的确定

根据上个实验确定的最佳混凝剂的最小投加量，

①用6个500mL烧杯，分别放入400mL原水，一次按最小投加量的50%、100%、125%、150%、200%、300%的剂量，把混凝剂加入烧杯中。

②启动搅拌机，快速搅拌（300r/min）半分钟，中速搅拌（150r/min）

6min，慢速搅拌（70r/min）10min。

③关闭搅拌机，静置沉淀10min，测定6个水样的浊度。

将实验步骤①～③的实验记录填入表2中，由此可得出浊度最小的混凝剂剂量，即为投加量的最佳选择。

（3）最佳pH的确定方法

①用6只500mL的烧杯放入400mL原水，置于搅拌机上。

②调整原水的pH。用移液管一次在1#～3#烧杯中加入1.5mL、1mL和0.5mL 10%的盐酸；在4#～6#烧杯中加入0.1mL、0.4mL、0.7mL 10%的NaOH溶液。

③启动搅拌机，快速搅拌半分钟，停机测试水样的pH值。

④用移液管依次向烧杯中加入最佳投加量（第（2）步实验确定）。

⑤启动搅拌机，快速搅拌（300r/min）半分钟，中速搅拌（150r/min）

6min，慢速搅拌（70r/min）10min。

⑥关闭搅拌机，静置沉淀10min，测定6个水样的浊度。

将实验步骤①～⑥的实验记录填入表3中，由此可确定最佳pH值。

注意事项：

在最佳投药量、最佳pH实验中，向各烧杯加药剂时尽量同时投加，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而导致混凝效果悬殊。

五、实验记录及数据整理

（1）最小投加量实验结果整理

实验日期：

表1 最小投加量实验记录

（2）最佳投药量实验结果整理

表2 最佳投药量实验记录