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实验1混凝沉淀实验（设计思路及过程）一、实验目的1.观察混凝现象及过程，了解混凝的净水机理和影响混凝的重要因素；2.学习实验方案设计，确定某水样的最佳投药量。二、实验原理水中胶体颗粒，主要是带负电的黏土颗粒。胶体间的静电斥力，胶粒的布朗运动以及胶粒表面的水化作用，使得胶粒具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大。因此，胶体颗粒靠自然沉淀是不能除去的。向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，压缩胶团的扩散层，使ξ电位降低，静电斥力减小。为此，布朗运动有稳定因素转变为不稳定因素，也有利于胶粒的吸附凝聚。水化胶中的水分子与胶粒有固定联系，具有弹性和较高的粘度，把这些分子排挤出去需要克服特殊的阻力，阻碍胶粒直接接触。有些水化膜的存在取决于双电层状态，投加混凝剂降低ξ电位，有可能使水化作用减弱，混凝剂水解后形成的高分子物质或直接加入水中的高分子物质一般具有链状结构，在胶粒与胶粒间起吸附架桥作用。即使ξ电位没有降低或降低不多，胶粒不能相互接触，通过高分子链状物吸附胶粒，也能形成絮凝体。投加混凝剂的水中，胶体颗粒脱稳定后相互聚结，逐渐变成大的絮凝体，沉淀分层。三、方案设计1.首先了解水样最佳投药量的主要影响因素如水样的性质、pH、混凝剂种类等。在水样确定的情况下，主要的影响因素为pH、混凝剂种类。2.确定因素的水平数1）如pH确定三水平，pH3~4、pH6~8、pH9~10。用稀酸、稀碱调pH，用pH计或pH试纸测定。2）如确定用三种混凝剂氯化铁、氯化铝、硫酸亚铁，配制一定浓度的溶液（如1％）。3.确定混凝的操作条件（pH、混凝剂种类）。1）操作条件的优化目标。以刚出现矾花时用的混凝剂用量最少为目标，同时考虑其它因素如混凝剂的价格、混凝剂对水体毒性、水体酸碱性对设备的腐蚀性等。2）试验点确定。以上分析可知，在水样确定的情况下，主要影响因素为pH和混凝剂种类，并确定了因素水平数。有以下A、B2种方案。A）全面实验。如各因素均为三个水平，则有9个试验点如表1所示。实验日期原水浊度、原水pH、原水温度每次试验用水样体积、混凝剂浓度表1刚出现矾花时混凝剂用量（mL）混凝剂种类pH氯化铁氯化铝硫酸亚铁3~46~89~10注：氯化铝，硫酸铝，三氯化铁，硫酸亚铁，PAC（聚氯化铝）等，实验室可提供的任选3种，浓度均为10g／L（为1%）。由表1结果确定用何种混凝剂--------；pH为----------进行确定最佳投药量的混凝实验。B）单因素优化也可用单因素优化法确定试验点，先确定混凝剂种类。表2刚出现矾花时混凝剂用量（mL）混凝剂氯化铁氯化铝硫酸亚铁由表2结果确定使用何种混凝剂为-----------。确定用某混凝剂，如氯化铁，在不同pH下进行实验，如表3。表3刚出现矾花时混凝剂氯化铁的用量（mL）pH3~46~89~10由表3结果确定适宜pH范围为---------。4.设计确定最佳投药量的试验点刚出现矾花时混凝剂用量X为中心，以其1/4～2倍之间确定若干试验点进行混凝沉淀，分析混凝沉淀后上层清液的浊度，如表4所示。表4投药量与上层清液的浊度投药量/mg.L-1X/4X/22X上层清液的浊度/度根据上清液的浊度确定混凝剂的最佳投药量为-----------mg/L。四、分析方法设计或选择分析方法选择与客观条件和实验要求精确度等因素有关。如pH测定，实验室可提供pH试纸和酸度计，若对pH值的精度要求不高，可选用pH试纸。浊度测定可直接用浊度计测定，若没有浊度计或水样量不足，可选用分光光度计。分光光度法测定浊度原理是在一定波长（如680nm）下，透过率越高，其浊度越小。五、实验仪器和试剂根据实验目的、方案确定所需仪器和药品。如主要仪器为：磁力搅拌器、浊度剂或分光光度计、pH计或pH试纸、烧杯若干、各种大小的移液管若干、量筒、比色管、吸耳球等。主要药品为：几种混凝剂（如氯化铝，硫酸铝，三氯化铁，硫酸亚铁，PAC,PAM等等，化学纯）、硫酸、NaOH、蒸馏水等。实验用水样：二教池塘水样。六、实验步骤由实验方案、分析方法确定具体实验步骤。可参考如下：1、熟悉搅拌机、分光光度计的使用；2、用量筒量取200mL水样放在烧杯中，测定原水浊度、pH、水温；3、确定原水中能形成矾花的近似最小混凝剂量。方法是用玻璃棒搅拌200mL原水（也可在搅拌器上，慢速搅拌），用移液管每次增加0.5mL的混凝剂直至出现矾花为止。此时的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量（或刚形成矾花的混凝剂量）；4、分别取最小矾花量的1/4、1/2、1、1.25、1.5、2.0倍用量絮凝剂投加于原水中，开启搅拌机调至快速搅拌30s，慢速搅拌3min（可自己设计搅拌强度与时间）后停止搅拌，静止15min后用移液管取其10mL上清液于比色管中，然后于680nm测定浊度。七、数据处理和结果分析讨论八、思考题a)为什么最大投药量时，混凝效果不一定好？b)本实验与水处理实际情况有哪些差别？九、实验体会（一定要有）