1、1实验四 化学混凝实验一、实验目的分散在水中的胶体颗粒带有电荷，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去除。向这种水中投加混凝剂后，可以使分散颗粒相互结合聚集增大，从水中分离出来。由于各种废水差别很大，混凝效果不尽相同。混凝剂的混凝效果不仅取决于混凝剂投加量，同时还取决于水的 pH、水流速度梯度等影响。通过本次实验，希望达到以下目的：1、加深对混凝沉淀原理的理解；2、掌握化学混凝工艺最佳混凝剂的筛选方法；3、掌握化学混凝工艺最佳工艺条件的确定方法。二、实验原理化学混凝的处理对象主要是废水中的微小悬浮物和胶体物质。根据胶体的特性，在废水处理过程中通常采用投加电
2、解质、不同电荷的胶体或高分子等方法破坏胶体的稳定性，然后通过沉淀分离，达到废水净化效果的目的。关于化学混凝的机理主要有以下四种解释。1、压缩双电层机理当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚。2、吸附电中和机理异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚；大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。 3、吸附架桥机理吸附架桥作用是指链状高分
3、子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的现象。24、沉淀物网捕机理当采用铝盐或铁盐等高价金属盐类作凝聚剂时，当投加量很大形成大量的金属氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中的胶粒，水中的胶粒以这些沉淀为核心产生沉淀。这基本上是一种机械作用。在混凝过程中，上述现象常不是单独存在的，往往同时存在，只是在一定情况下以某种现象为主。三、实验材料及装置1、主要实验装置及设备（1）化学混凝实验装置采用是六联搅拌器，如图 4-1 所示。 调 零 上 升下 降定 时 1搅 拌转 速 表搅 拌 2定 时沉 淀双 速电 源自 动手 动图 4-1 化学混凝实验装置（S
4、C956 实验搅拌机）（2）pHS-2 型精密酸度计；（3）COD 测定装置；（4）干燥箱；（5）分析天平。2、实验用水生活污水、造纸废水、印染废水等。3、实验药品（1）混凝剂：聚合硫酸铁（PFS） 、聚合氯化铝（PAC） 、聚合硫酸铁铝（PAFS） 、聚丙烯酰胺（PAM）等；3（2）助凝剂：石灰、消石灰、氢氧化钠、聚丙烯酰胺等；（3）COD 测试相关药品。四、实验内容实验分：混凝剂最佳投药量确定、混凝最佳 pH 值确定、混凝剂筛选三部分。（一）混凝剂最佳投药量的确定1、测定原水水质（COD、pH、色度、温度等） ，记入表 4-2。2、设定搅拌时间和搅拌速度插上电源线，按动“ 定时器 1”和“
5、定时器 2”上的“+”、 “-”键，调至所需搅拌时间。将“自动- 手动”键扳至 “自动”、 “双速- 沉淀”键扳至“双速 ”。合上电源开关，搅拌轴开始旋转，速度表显示“ 定时 1”转速，同时 “定时 1”开始记时。调节 “调速 1”旋钮，直至所需转速。当搅拌至“定时 1”预置时间后，自动转入 “定时 2”，调节 “调速 2”旋钮至所需转速。至“定时 2”预置时间后，停止搅拌，搅拌轴自动提起、停机。3、依次用量筒取 400mL 水样，倒入烧杯中，将烧杯置搅拌机平台上，进行预搅拌 0.5min。4、用移液管分别称取混凝剂 0.5、1、1.5、2、2.5、3mL，依次加入水样烧杯中。5、搅拌：快速
6、300 转/分 2min；慢速 60 转/分 10min。搅拌过程中，观察矾花形成的过程，记录矾花形成的时间。搅拌结束后，搅拌轴自动提机、停机。6、静置沉降 30 分钟。观察并记录矾花的大小、密实和沉降过程。7、取各烧杯水样上清液进行测定 pH、色度和 COD 值（标准重铬酸钾法） ，记录数据（表 4-2） 。COD 值、pH、和色度测定的方法分别见附录一、二、五。8、绘制 COD 去除率-投药量的关系曲线，初步确定药量的范围。9、由 8 的结果，进一步设定投药量，重复步骤 3-8，从而确定最佳投药量 mg/L。注：最佳投药量是指使胶体体系脱稳所需的投药量，即设备处理效果（COD、色度等）最好
7、时的投药量。实际上，由于工厂产品品种和生产工艺的不同，且对出水水质要求也不同，所以，最佳投药量一般是指设备出水达到一定的水质要求（国家制定的排放标准或回用标准等）时的最小投药量。4表 4-2 最佳投药量实验记录第 组 姓名 实验日期 原水温度 色度 pH COD mg/L使用混凝剂的种类、浓度 水样编号 1 2 3 4 5 6混凝剂投加量 mg/L矾花形成时间 min絮体沉降快慢絮体密实程度色度pH 值处理后水质COD（mg/L）快速中速搅拌条件慢速搅拌时间（分）转速（r/min）沉降时间（分）（二）最佳 pH 值的确定1、 步骤同试验（一）中 1、2。2、 取实验水样 400ml, 分别加入
8、六只烧杯中，用 6mol/L NaOH 或 1：1 盐酸溶液调节 pH 值分别为 6、7、8、9、10、11，置于搅拌机的平台上，进行预搅拌 0.5min。3、 按试验（一）中所确定的最佳投药量，按最佳投药量取定量的混凝剂加入试验水样中进行试验。4、 按（一）中的 5、6、7 步骤进行实验，实验数据记入表 4-3。5、 绘制 COD 去除率-pH 值的关系曲线，并确定最佳 pH 值。5表 4-3 最佳 pH 值实验记录第 组 姓名 实验日期 原水温度 色度 pH COD mg/L使用混凝剂的种类和浓度 水样编号 1 2 3 4 5 6HCl 投加量 mlNaOH 投加量 ml实验水样的 pH
9、值混凝剂投加量 mg/L絮体沉降快慢色度pH 值处理水水质CODmg/L快速中速搅拌条件慢速搅拌时间（分）转速r/min沉降时间（分）（三）混凝剂的筛选对于混凝剂的选择，首先根据废水的水质，对出水水质的要求及有关的实验资料，初步确定几种混凝剂，按实验步骤（一） 、 （二）进行实验，确定每种混凝剂的最佳投药量和最佳 pH 值，据此进行经济对比，从中选择既经济处理效果又好的混凝剂。五、数据处理及结果讨论1、画出相应曲线（COD 去除率曲线） ，并得出最佳混凝剂投药量、最佳混凝 pH值和最佳混凝剂。2、不同混凝剂对 COD 去除率的影响；63、混凝剂的投加量对 COD 去除率的影响；4、pH 值对
10、COD 去除率的影响；5、搅拌速度和搅拌时间对 COD 去除率的影响；6、混凝最佳工艺条件的确定。7、简述影响混凝效果的几个主要因素。 六、思考题1、当投药量超过最佳投药量后，混凝效果反而降低，分析其原因。2、COD 测定时加入硫酸汞的原因。七、参考文献1 严煦世，范瑾初给水工程（第四版） 北京：中国建筑工业出版社，19992 许保玖，安鼎年给水处理理论与设计北京：中国建筑工业出版社，19923 李圭白，张杰水质工程学北京：中国建筑工业出版社，2005实验五 水静置沉淀实验一、实验目的沉淀是水污染控制用以去除水中杂质的常用方法。沉淀有四种基本类型：即自由沉淀、凝聚沉淀、成层沉淀和压缩沉淀。自由
11、沉淀用以去除低浓度的离散性颗粒，如沙砾、铁屑等。这些杂质颗粒的沉淀性能一般都要通过实验测定。本实验拟采用沉降柱实验，找出颗粒物去除率与沉降速度的关系。通过本实验，希望达到以下目的：1、掌握沉淀特性曲线的测定方法；2、了解固体通量分析过程；3、加深对沉淀的理解，为沉淀池的设计提供必要的设计参数。二、实验原理在含有分散性颗粒的废水静置沉淀过程中，设试验筒内有效水深为 H，通过不同的沉淀时间 t，可求得不同的颗粒沉淀速度 u，u=H/t o 对于指定的沉淀时间 to，可求得颗粒沉淀速度 uo。对于沉淀等于或大于 uo 的颗粒在 to 时可全都去除，而对于沉淀 uuo 的颗粒只有一部分去除，而且按 u
12、/uo 的比例去除。 沉 速 uxd+1-沉 速 的 颗粒 与 全 部 颗 粒的 重 量 比H图 5-1 沉降柱 图 5-2 颗粒物沉降速度累计频率分配曲线设 xo 代表沉速u o 的颗粒所占百分数，于是在悬浮颗粒总数中，去除的百分数可用 1-xo 表示。而具有沉速 uuo 的每种粒径的颗粒去除的部分等于 u/uo。因此考虑到各种颗粒粒径时，这类颗粒的出去百分数为： 0oxud总去除率=（ 1-xo）+ 01xud式中第二项可将沉淀分配曲线用图解积分法确定，如上图中的阴影部分。对于絮凝型悬浮物的静置沉淀的去除率，不仅与沉淀速度有关，而且与深度有关。因此试验筒中的水深应与池深相同。沉降柱的不同深
13、度设有取样口，在不同的选定时段，自不同深度取水样，测定这部分水样中的颗粒浓度，并用以计算沉淀物质的百分数。在横坐标为沉淀时间、纵坐标为深度的图上绘出等浓度曲线，为了确定一特定池中悬浮物的总去除率，可以采用与分散性颗粒相似的近似法求得。上述是一般废水静置沉淀试验方法。这种方法的实验工作量相当大，因此实验过程中对上述方法进行了改进。沉淀开始时，可以认为悬浮物在水中的分布是均匀的。可是随着沉淀历时的增加，悬浮物在沉降柱内的分布变为不均匀的。严格地说经过沉淀时间 t 后，应将沉降柱内有效水深 H 的全部水样取出，测出其悬浮物含量，来计算出 t 时间内的沉淀效率。但是这样工作量太大，而且每个试验筒内只能
14、求一个沉淀时间的沉淀效率。为了克服上述弊端，又考虑到试验筒内悬浮物浓度沿水深的变化，所以我们提出的实验方法是将取样口装在沉降柱 H/2 处。近似地认为该处水的悬浮物浓度代表整个有效水深悬浮物的平均浓度。我们认为这样做在工程上的误差是允许的，而试验及测定工作量可大为简化，在一个沉降柱内就可多次取样，完成沉淀曲线的实验。三、实验用水生活污水、造纸、高炉煤气洗涤等工业废水或粘土配水。四、主要实验设备和仪器1、沉降柱（见图 5-3）：直径 200mm，工作有效水深 1500mm。2、真空抽滤装置或过滤装置。3、悬浮物定量分析所需设备，包括分析天平，带盖称量瓶，干燥器，烘箱等。4、快速测定浊度仪（WGZ
15、-1 型） 。沉 降 柱 泵 废 水 槽进 料 口放 空 口溢 流 口取 样 口图 5-3 水静沉实验装置五、实验步骤1、将水样倒入搅拌桶中，用泵循环搅拌约 5min，使水样中悬浮物分布均匀。2、用泵将水样输入沉淀试验筒，在输入过程中，从筒中取样三次，每次约50ml（取样后要准确记下水样体积） 。此水样的悬浮物浓度即为实验水样的原始浓度 Co。3、当废水升到溢流口，溢流管流出水后，关紧沉淀试验筒底部的阀门，停泵，记下沉淀开始时间。4、观察静置沉淀现象。5、隔 5、10、20、30、45、60、90min，从试验筒中部取样二次，每次约50 毫升左右（准确记下水样体积） 。取水样前要先排出取样管中
16、的积水约 10ml左右，取水样后测量工作水深的变化。6、将每一种沉淀时间的两个水样作平行试验，用滤纸抽滤（滤纸应当是已在烘箱内烘干后称量过的） ，过滤后，再把滤纸放入已准确称量的带盖称量瓶内，在 105-110 烘箱内烘干后称量滤纸的增量即为水样中悬浮物的重量。注：如采用浊度仪测定溶液浊度来代替悬浮物浓度的确定的话，则将每一种沉淀时间的两个水样作平行试验，用浊度仪测定浊度 N，并数据记录（表 5-1） 。7、计算不同沉淀时间 t 的水样中的悬浮物浓度 C，沉淀效率 E，以及相应的颗粒沉速 u，画出 E-t 和 E-u 的关系曲线。注：采用浊度仪时，计算不同沉淀时间 t 的水样中的浊度 N，沉淀效率E，以及相应的颗粒沉速 u，画出 E-t 和 E-u 的关系曲线。数据处理：（1）悬浮物的浓度 C（mg/L）= 100vmi（2）沉降效率 E = 100%oic（3）沉降速度 u = iht六、实验记录及数据处理1实验现象：观察沉降界面的变化。2数据记录与处理表 5-1 试验数据静沉时间(min) 0 5 10 20 30 45 60 90浊度计读数(NTU)水样浊度(NTU)
