混凝沉淀实验2015

I化学混凝法简介污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物降解的)微小悬浮物质和胶体物质。电位离子反离子扩散层胶团边界滑动面胶粒吸附层胶核ξ电位Ψ电位1.胶体的稳定性一、混凝原理胶体所受影响由于上述的胶体带电现象，带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且ξ电位越高，胶粒间的静电斥力越大受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即“布朗运动”胶粒之间还存在着相互引力——范徳华引力胶体间的相互斥力不仅与ξ电位有关，还与胶粒的间距有关，距离越近，斥力越大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推进到使范徳华引力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。2.混凝原理(1)压缩双电层作用混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层,使ξ电位降低。当ξ电位为零时,称为等电状态。此时胶体间斥力消失,胶粒最易发生聚结。实际上，ξ电位电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结，这时的ξ电位称为临界电位。胶粒因ξ电位电位降低或消除以至失去稳定性的过程，称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。(2)吸附架桥作用由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程。(3)网捕作用沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。以硫酸铝为例讨论混凝过程硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O溶于水后，离解出Al3+，并结合有6个配位水分子，成为水合铝离子[Al(H2O)6]3+。水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合物：OH]O)[Al(OH)(HOH]O)[Al(H32522362单羟基单核络合物又进一步水解：OH]O)(H[Al(OH)OH]O)[Al(OH)(H34222252OH]O)(H[Al(OH)OH]O)(H[Al(OH)33232422上述反应中，降低水中H+(或H3O+)浓度或提高pH，使反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐降低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。当pH4时，水解受到抑制，水中存在的主要是[Al(H2O)3]3+。当pH＝4~5时，水中有[Al(OH)(H2O)5]2+、[Al(OH)2(H2O)4]+及少量[Al(OH)3(H2O)3]。当pH＝7~8时，水中主要是[Al(OH)3(H2O)3]沉淀物。但在某一特定pH时，水解产物还有许多复杂的高聚物和络合物同时共存。因为初步水解产物中的羟基OH-具有桥键性质。在由[Al(H2O)6]3+转向[Al(OH)3(H2O)3]的中间过程中，羟基可将单核络合物通过桥键缩聚成多核络合物：OH]O)Al(HOHO)[Al(H]O)[Al(OH)(H]O)[Al(H255252252362或OH]O)[Al(OH)(H]O)[Al(OH)(H]O)[Al(H25102252362两个单羟基络合物通过羟基桥联可缩合成双羟基双核络合物：O2H]O)(H(OH)[Al]O)2[Al(OH)(H248222232从上述反应可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的是各种形态的水解聚合物。带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层的脱稳和吸附架桥的作用。为使硫酸铝达到优异的混凝效果，应尽量使胶体脱稳和吸附架桥作用都得到充分发挥。当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌，使带电聚合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使胶体脱稳，随后，脱稳胶体在相互凝聚的同时，靠聚合度不断增大的高聚物的吸附架桥作用，形成大的絮凝体，使混凝过程很好完成。二、混凝剂和助凝剂1.混凝剂要求混凝剂效果良好对人体健康无害价廉易得使用方便2.助凝剂三、影响混凝效果的主要因素1.水温2.pH3.水中杂质的成分、性质和浓度4.水力条件(1)无机盐类混凝剂铁盐和铝盐(2)高分子混凝剂有机和无机四、化学混凝的设备1.混凝剂的配制和投加设备(1)混凝剂的溶液和配制混凝剂在溶解池中进行溶解:搅拌加速药剂溶解机械搅拌压缩空气搅拌水泵搅拌(2)混凝剂溶液的投加计量设备转子流量计电磁流量计投加方式泵前重力投加水射器投加2.混合设备(1)水泵混合(2)隔板混合(3)机械混合3.反应设备(1)隔板反应池利用水流断面上流速分布不均所造成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞进行絮凝。为避免结成的絮凝体被打碎，隔板中的流速应逐渐减小。(2)机械反应池II.混凝沉淀实验一．实验目的１．观察混凝现象，从而加深对混凝理论的理解。２．了解混凝剂的筛选方法。３．选择和确定最佳的混凝工艺条件。二．实验原理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沉淀对胶粒进行网捕整个过程经历三个阶段：混合，絮凝和沉淀１．混合胶体脱稳混合时间Ｔ：10~30s，最多不超过２min２．絮凝生成矾花保证足够的絮凝时间３．沉淀矾花与水分离停止搅拌，静置三、实验仪器及试剂•1、仪器•（1）1000ml量筒2个•（2）1000ml烧杯6个•（3）10ml移液管5个•（4）光电式浊度仪•（5）六联电动搅拌器•（6）pH计•2、试剂•（1）硫酸铝Al2（SO4）3·18H2O：10g/L•（2）三氯化铁FeCl3·6H2O：10g/L•（3）盐酸HCl：10%•（4）氢氧化钠NaOH：10%掌握六联电动搅拌器的使用方法掌握浊度仪的使用方法四．实验步骤1．确定最佳投药量（１）用量筒量取6个水样于6个1000mL混凝杯中，并测定原水的浊度、pH值及水温；（２）依次向六个加药杯中加入Al2(SO4)3溶液1、2、4、8、10、20mL；（３）按表１设置程序(见实验指导书）；（４）搅拌过程中，观察并记录“矾花”形成的过程，“矾花”外观、大小、密实程度等；（５）搅拌过程完成后，停机，静沉10min，观察并记录“矾花沉淀的过程；（６）静沉结束后，分别取出100mL上清液，并用浊度仪测出剩余浊度；（７）绘制剩余浊度---投药量曲线；（８）根据同样的方法确定FeCl3的最佳投药量。表1最佳投加量实验记录表原水浊度原水温度原水pH混凝剂Al2(SO4)3水样编号１２３４５６７混凝剂投加量１２４８１０20矾化形成时间水样剩余浊度最佳混凝剂投加量浊度混凝剂投加量2．确定最佳pH值范围（１）另取5个1000mL水样，向水样中加酸或碱调节pH值，依次为4mL、2mL(10%HCl)、0mL、2mL、4mL(10%NaOH)快速搅30s(500转/分)，用pH计测pH值。（２）按前面确定的最佳投药量加Al2(SO4)3分别于５个加药杯重复2(3)～(6),绘制剩余浊度---pH值曲线，确定最佳pH范围。表2最佳pH值实验记录表原水浊度原水温度混凝剂混凝剂投加量水样编号１２３４５６７HCl投加量４２NaOH投加量２４水样pH值矾花形成时间剩余浊度最佳pH范围浊度pH五.注意事项1.整个实验采用同一水样，取水样时搅拌均匀，一次量取;2.要充分冲洗加药杯，以免药剂沾在加药杯上太多，影响投药量的精确度;3.取上清液时，要在相同的条件下取。六．思考题１．简述影响混凝效果的几个主要因素。２．为什么投药量大时，混凝效果不一定好?3.希望今后通过课外阅读和参观了解工业实际混凝沉淀装置的运行情况。