混凝剂――聚合硫酸铁对污水的处理

-1-华南师范大学实验报告学生姓名学号专业化学(师范)班级12化教五班课程名称化学综合实验实验项目无机混凝剂的制备实验类型□验证□设计□综合实验时间2016年3月25日实验指导老师晏晓敏老师实验评分混凝剂——聚合硫酸铁对污水的处理一、前言1.实验目的①了解混凝法处理水的原理。②掌握实验室模拟废水处理的操作技术与仪器设备的使用。③学会通过色度、浊度、COD的测定，评价水质。2.文献综述随着人们生活水平的不断提高，各种污水也相应增加，不论生活污水还是工业废水都必须经过处理才能使用或者排放。水处理的方法很多，按处理的原理不同，将处理方法分为物理法、化学法、物理化学法和生物化学法四类。但是应用最广泛，既经济又方便的处理方法还是混凝沉淀法。混凝法就是往水中投入一些药剂（常称混凝剂），使水中难以沉淀的胶体颗粒能相互聚合，长大至能自然沉淀的程度。混凝剂净化废水的原理是其在水中形成网状高分子絮状物，通过吸附、架桥、中和及包埋等作用与水中的污染物物质形成固体物质，从而通过沉淀、过滤去除。絮凝法在工业废水处理中是一个重要的处理方法，它可以降低废水的浊度、色度，去除多种高分子物质、有机物、某些重金属毒物（汞、镉、铅）和放射性物质等，还可以去除磷、硫等，此外它能够改善污泥的脱水性能。混凝法在废水处理中使用得非常广泛，既可以作为独立的处理方法，也可以和其他处理方法配合，作为预处理、中间处理或最终处理的处理方法，也可以和其他处理方法配合，作为预处理、中间处理或最终处理。目前常用的混凝剂按化学组成分为无机盐类和有机高分子类。无机盐类应用最广的是铁系和铝系金属盐，可分为普通铁、铝盐和碱化聚合盐。普通铁盐有三氯化铁、硫酸亚铁等，普通铝盐有硫酸铝、氯化铝。碱化聚合盐包括聚合氯化铝和聚合硫酸铁。聚合硫酸铁（PFS）是一种无机高分子混凝剂，其分子式可表示为[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m，适宜水温10—50℃，pH=5.0—8.5，但在pH=4.0—11范围内仍能使用。与普通铁铝盐相比，它具有投入量-2-少，絮体生成快，对水质的适应范围广，以及水解时消耗水中的碱度少等一系列优点，因而在废水处理中应用越来越广。3．总结本实验依次向6份相同的高岭土废水依次投入0.25，0.5，1.0，2.0，3.0，4.0mL聚合硫酸铁混凝剂，测处理后废水的浊度，确定混凝剂最佳用量。二、实验部分1.实验原理本实验采用混凝法，向废水中投入混凝剂聚合硫酸铁，使水中难以沉淀的胶体颗粒能相互聚合，长大至能自然沉淀的程度。聚合硫酸铁的絮凝机理主要是利用它在水解过程中产生的多核配合物对污水中的溶胶的强烈吸附，通过黏结、架桥、交联等促进微粒聚集而产生絮凝，降低废水的浊度、色度，去除多种高分子物质、有机物、某些重金属毒物（汞、镉、铅）和放射性物质等，还可以去除磷、硫等。浊度指标的计算方法如下。浊度去除率=(A-B)/A×100%式中，A表示原水的浊度；B表示处理后废水的浊度。2.仪器与药品(1)主要仪器：浊度计、1000mL烧杯（6个）、台秤、100mL烧杯（6个）、玻璃棒(2)主要试剂：自制混凝剂聚合硫酸铁、高岭土。3.实验步骤实验室模拟自制混凝剂聚合硫酸铁处理高岭土废水（高浊度废水）的处理条件和效果，采用浊度计测定废水的浊度。①样品溶液的配制：分别称取6份1.5g高岭土于6只1000mL烧杯，分别加入1000mL自来水，搅拌均匀后，依次编号1-6。测定原水的浊度。浊度测试以放进浊度计的最初浊度读数为准。②确定混凝剂最佳用量。把自制的混凝剂稀释10倍后，向1-6号1000mL高岭土浑浊液中加混凝剂体积依次为0.25，0.5，1.0，2.0，3.0，4.0mL。按步骤搅拌后静置，测定并记录上清液的浊度。搅拌速度：先快速搅拌1分钟，然后调成中速搅拌2分钟，慢速搅拌5分钟，最后静置10分钟，测定上清液的浊度。4．实验现象与结果（1）实验现象-3-①样品溶液的配制：向1-6号烧杯分别投入1.5g高岭土后，加入1000ml自来水溶解，搅拌得到6杯几乎相等的白色悬浊液。②确定混凝剂最佳用量：依次加入0.25，0.5，1.0，2.0，3.0，4.0mL混凝剂后，悬浊液变黄，颜色依次加深；搅拌静置后，烧杯底部有一层白色沉淀，液体变澄清，3号烧杯的效果较佳。（2）实验结果①实验数据记录表1不同聚铁加入量对高浊度废水处理效果的影响水样序号混凝剂加入体积/mL废水中混凝剂铁浓度mg/L浊度/NTU10.254.061119.420.508.12222.931.0016.2448.142.0032.48820.053.0048.73222.264.0064.97631.9混凝剂稀释10倍后总铁含量=16.25g/L，废水体积V=1000mL②实验数据处理：根据表1，做出不同聚铁加入量对高浊度废水处理效果的影响图-4-0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5020406080100120浊度浊度(NTU)混凝剂加入体积(mL)图1不同聚铁加入量对高浊度废水处理效果的影响图图1不同聚铁加入量对高浊度废水处理效果的影响三、实验分析与讨论1.实验过程的问题探讨：本实验采用混凝法，向自制高岭土废水中投入混凝剂聚合硫酸铁，使水中难以沉淀的胶体颗粒能相互聚合，长大至能自然沉淀，从而达到净水的效果。在净水过程中有多个因素会对最终的净水效果造成影响，分析如下：（1）聚铁溶液pH值当pH值较低时，铁离子以水合铁络合离子状态存在．加入废水中，若pH值升高，这些水合络合离子就会发生配位水解反应，生成各种羟基铁离子，最终将产生氢氧化铁化学沉淀物析出。由于沉淀网捕机理，因此絮凝效果越来越好．如果pH值过低，配位水解反应困难，絮凝效果较差。本次实验在pH值接近7的条件下进行，净水效果较佳。（2）搅拌的剧烈程度和搅拌方式本次实验的搅拌速度为：先快速搅拌1分钟，然后调成中速搅拌2分钟，慢速搅拌5分钟。速度由快到慢，一开始快事为了增加混凝剂和悬浮物的碰撞几率；后期速度减慢是为了防止大的颗粒物被搅碎。-5-本次实验的搅拌方法是玻璃棒贴壁竖直搅拌，这样大面积的搅动悬浊液有利于增强搅拌效果。但由于本次搅拌是由我们组员共同合作完成的，所以搅拌效果上有到一定的差别，可能对实验结果造成一定的影响。（3）静置时间静置是一个聚沉和陈化的过程，静置时间越长，净化效果越好。所以静置时间也是一个影响因素，所以静置10分钟后要立刻取出上清液与小烧杯中，从而保证各实验组的静置时间相同。2.实验结果与讨论：本次实验先将对原聚铁溶液稀释10倍，再设置不同的梯度，分别取0.25，0.5，1.0，2.0，3.0，4.0mL的聚铁溶液于1000mL高岭土浑浊液中，测定静置后的浊度。由图1可以看到随着药剂投加量的增大,浊度先减小后增加。由实验结果可以看出，当混凝剂的体积为1.0ml，浓度为16.244mg/L时，测得的水样浊度最低。可见混凝剂的最佳用量为16.244mg/L，再往废水中加入混凝剂，净水效果反而降低，证明混凝剂并不是加入越多越好。加入过量的混凝剂不仅起不到净水的作用，造成试剂的浪费，而且使净水效果变差。这是因为PFS在处理体系中形成的Fe2(OH)24+、Fe4(OH)66+、[Fe(OH)2+]等正电荷离子与污水中带负电荷的胶粒发生电中和作用而使之脱稳，同时这些带电离子还具有专属化学吸附、粘结架桥、卷扫絮凝和网捕等作用。当投加量足够大时，几种作用综合影响把污水中的污物沉淀出来，产生较好的去除效果。四、结论本实验利用制备得到的聚合硫酸铁新型无机高分子聚合物，对废水进行处理测试。实验结果显示，当混凝剂量为16.244mg/L时对水体有明显的净化效果，大大降低废水的浊度，同时发现在混凝剂量为8-48mg/L的范围内时有较好的净化效果，充分显示聚合硫酸铁的强大净水能力。五、参考文献[1]国家环保总局编.水和废水检测分析方法.北京：中国环境出版社，1989.[2]龚竹青,刘立华,郑雅杰等.固体聚合硫酸铁的制备及对生活污水的处理［J］.工业水处理.2003,23(9).[3]冯惠台,曾权宁.聚合硫酸铁的制备及作净水剂的应用［J］.中山大学学报论丛，2001，21(3):90-94.