混凝沉淀實驗2015

I化學混凝法簡介污水的化學處理是利用化學反應的作用以去除水中的雜質(zhì)。處理對象主要是污水中無機的或有機的(難于生物降解的)微小懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)。電位離子反離子擴散層膠團邊界滑動面膠粒吸附層膠核ξ電位Ψ電位1.膠體的穩(wěn)定性一、混凝原理膠體所受影響由于上述的膠體帶電現(xiàn)象，帶相同電荷的膠粒產(chǎn)生靜電斥力，而且ξ電位越高，膠粒間的靜電斥力越大受水分子熱運動的撞擊，使微粒在水中作不規(guī)則的運動，即“布朗運動”膠粒之間還存在著相互引力——范徳華引力膠體間的相互斥力不僅與ξ電位有關，還與膠粒的間距有關，距離越近，斥力越大。而布朗運動的動能不足以將兩顆膠粒推進到使范徳華引力發(fā)揮作用的距離。因此，膠體微粒不能相互聚結而長期保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。2.混凝原理(1)壓縮雙電層作用混凝劑提供大量正離子會涌入膠體擴散層甚至吸附層,使ξ電位降低。當ξ電位為零時,稱為等電狀態(tài)。此時膠體間斥力消失,膠粒最易發(fā)生聚結。實際上，ξ電位電位只要降至某一程度而使膠粒間排斥的能量小于膠粒布朗運動的動能時，膠粒就開始產(chǎn)生明顯的聚結，這時的ξ電位稱為臨界電位。膠粒因ξ電位電位降低或消除以至失去穩(wěn)定性的過程，稱為膠體脫穩(wěn)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚結，稱為凝聚。(2)吸附架橋作用由高分子物質(zhì)吸附架橋作用而使微粒相互粘結的過程。(3)網(wǎng)捕作用沉淀物在自身沉降過程中，能集卷、網(wǎng)捕水中的膠體等微粒，使膠體粘結。以硫酸鋁為例討論混凝過程硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O溶于水后，離解出Al3+，并結合有6個配位水分子，成為水合鋁離子[Al(H2O)6]3+。水合鋁離子進一步水解，形成單羥基單核絡合物：單羥基單核絡合物又進一步水解：上述反應中，降低水中H+(或H3O+)濃度或提高pH，使反應趨向右方，水合羥基絡合物的電荷逐漸降低，最終生成中性氫氧化鋁難溶沉淀物。當pH<4時，水解受到抑制，水中存在的主要是[Al(H2O)3]3+

。當pH＝4~5時，水中有[Al(OH)(H2O)5]2+、[Al(OH)2(H2O)4]+及少量[Al(OH)3(H2O)3]。當pH＝7~8時，水中主要是[Al(OH)3(H2O)3]沉淀物。但在某一特定pH時，水解產(chǎn)物還有許多復雜的高聚物和絡合物同時共存。因為初步水解產(chǎn)物中的羥基OH-具有橋鍵性質(zhì)。在由[Al(H2O)6]3+轉向[Al(OH)3(H2O)3]的中間過程中，羥基可將單核絡合物通過橋鍵縮聚成多核絡合物：或兩個單羥基絡合物通過羥基橋聯(lián)可縮合成雙羥基雙核絡合物：從上述反應可以看出，三價鋁鹽發(fā)揮混凝作用的是各種形態(tài)的水解聚合物。帶有正電的水解聚合物，同時起到壓縮雙電層的脫穩(wěn)和吸附架橋的作用。為使硫酸鋁達到優(yōu)異的混凝效果，應盡量使膠體脫穩(wěn)和吸附架橋作用都得到充分發(fā)揮。當混凝劑投放水中后，應立即進行劇烈攪拌，使帶電聚合物迅速均勻地與全部膠體雜質(zhì)接觸，使膠體脫穩(wěn)，隨后，脫穩(wěn)膠體在相互凝聚的同時，靠聚合度不斷增大的高聚物的吸附架橋作用，形成大的絮凝體，使混凝過程很好完成。二、混凝劑和助凝劑1.混凝劑要求混凝劑效果良好對人體健康無害價廉易得使用方便2.助凝劑三、影響混凝效果的主要因素1.水溫2.pH3.水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度4.水力條件(1)無機鹽類混凝劑鐵鹽和鋁鹽(2)高分子混凝劑有機和無機四、化學混凝的設備1.混凝劑的配制和投加設備(1)混凝劑的溶液和配制混凝劑在溶解池中進行溶解:攪拌加速藥劑溶解機械攪拌壓縮空氣攪拌水泵攪拌(2)混凝劑溶液的投加計量設備轉子流量計電磁流量計投加方式泵前重力投加水射器投加2.混合設備(1)水泵混合(2)隔板混合(3)機械混合3.反應設備(1)隔板反應池利用水流斷面上流速分布不均所造成的速度梯度，促進顆粒相互碰撞進行絮凝。為避免結成的絮凝體被打碎，隔板中的流速應逐漸減小。(2)機械反應池II.混凝沉淀實驗一．實驗目的１．觀察混凝現(xiàn)象，從而加深對混凝理論的理解。２．了解混凝劑的篩選方法。３．選擇和確定最佳的混凝工藝條件。二．實驗原理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

沉淀對膠粒進行網(wǎng)捕整個過程經(jīng)歷三個階段：混合，絮凝和沉淀１．混合膠體脫穩(wěn)

混合時間Ｔ：10~30s，最多不超過２min

２．絮凝生成礬花

保證足夠的絮凝時間

３．沉淀礬花與水分離

停止攪拌，靜置三、實驗儀器及試劑1、儀器（1）1000ml量筒2個（2）1000ml燒杯6個（3）10ml移液管5個（4）光電式濁度儀（5）六聯(lián)電動攪拌器（6）pH計2、試劑（1）硫酸鋁Al2（SO4）3·18H2O：10g/L（2）三氯化鐵FeCl3·6H2O：10g/L（3）鹽酸HCl：10%（4）氫氧化鈉NaOH：10%掌握六聯(lián)電動攪拌器的使用方法掌握濁度儀的使用方法四．實驗步驟1．確定最佳投藥量（１）用量筒量取6個水樣于6個1000mL混凝杯中，并測定原水的濁度、pH值及水溫；（２）依次向六個加藥杯中加入Al2(SO4)3

溶液1、2、4、8、10、20mL；（３）按表１設置程序(見實驗指導書）；（４）攪拌過程中，觀察并記錄“礬花”形成的過程，“礬花”外觀、大小、密實程度等；（５）攪拌過程完成后，停機，靜沉10min，觀察并記錄“礬花沉淀的過程；（６）靜沉結束后，分別取出100mL上清液，并用濁度儀測出剩余濁度；（７）繪制剩余濁度---投藥量曲線；（８）根據(jù)同樣的方法確定FeCl3的最佳投藥量。

表1最佳投加量實驗記錄表原水濁度原水溫度原水pH混凝劑Al2(SO4)3水樣編號１２３４５６７混凝劑投加量１２４８１０20

礬化形成時間水樣剩余濁度最佳混凝劑投加量濁度混凝劑投加量2．確定最佳pH值范圍（１）另取5個1000mL水樣，向水樣中加酸或堿調(diào)節(jié)pH值，依次為4mL、2mL(10%HCl)、0mL、2mL、4mL(10%NaOH)快速攪30s(500轉/分)，用pH計測pH值。（２）按前面確定的最佳投藥量加Al2(SO4)3分別于５個加藥杯重復2(3)～(6),繪制剩余濁度---pH值曲線，確定最佳pH范圍。表2最佳pH值實驗記錄表原水濁度原水溫度混凝劑混凝劑投加量水樣編號１２３４５６７HCl投加量４２NaOH投加量２４水樣pH值