混凝脱色实验

1.通过实验摸索出对某种废水用混凝沉淀处理的各种条件（包括混凝剂的选择，投药量，pH值，温度、水力条件等条件）。

2.加深对混凝机理的理解。

二、 实验仪器及设备

1.实验装置：混凝实验装置主要是实验搅拌机。搅拌机上装有电机的调速设备，电源采用稳压电源。

2.实验设备及仪器仪表：分光光度计，pH试纸，磁力搅拌器（1台），烧杯（1000mL，6只），量筒（1000mL），移液管（5mL）。

3.实验药品：10%HCl溶液，10%NaOH溶液，10%Al2SO4溶液

三、实验原理

水中粒径小的悬浮物以及胶体物质，由于微粒的布朗运动，胶体颗粒间的静电斥力和胶体的表面作用，致使水中呈现浊状态稳定。

向水中投加混凝剂后，由于（1）能降低颗粒间的排斥能峰，降低胶粒的ζ电位，实现胶粒"脱稳"。（2）同时也能发生高聚物式高分子混凝剂的吸附架桥作用，（3）网捕作用。而达到颗粒的凝聚。

整个过程经历三个阶段：混合，混凝和沉淀

1.混合、凝聚……………………………………………………胶体脱稳  

　　 混合时间Ｔ：10~30s，最多不超过２min

　　 速度梯度Ｇ：500~1000s-1

2.絮凝……………………………………………………………生成矾花

　　 保证足够的絮凝时间

　　 Ｇ：10~75s-1

3.沉淀……………………………………………………………矾花与水分离

　　 停止搅拌，静置

混凝试验搅拌机

实验原理问答题：

1.影响混凝效果的因素有哪些？

答：影响混凝效果的因素比较复杂，其中主要由水质本身的复杂变化引起，其次还要受到混凝过程中水力条件等因素的影响。

（1）水中悬浮物浓度：浓度低，颗粒碰撞几率减小，混凝效果差；浓度高使铝盐铁盐投加量增大；颗粒粒径大小不一有利于混凝；有机物浓度高保护胶体不利于混凝，浓度低有助凝作用。

　 （2）pH值和碱度：水的pH影响无机盐类混凝剂水解产物的形态，混凝机理不同，对混凝影响较大；每一种混凝剂都有各自的pH最优范围，碱度能保持水解反应顺利进行，对pH起缓冲作用。

　 （3）水温：水温低时混凝效果差，絮凝体形成慢、细小松散，不易沉降。原因：无机盐混凝剂的水解反应是吸热反应，低温水解困难；水温低时水的粘度大，水分子的布朗运动弱，不利于胶粒的脱稳和聚集，因而絮凝体形成不易，同时水流剪力增大，影响絮凝体成长；低温下胶体水化作用增强，妨碍胶体凝聚。

　 （4）水力条件：混合阶段为是药剂快速均匀分散以水解、聚合及颗粒脱稳，应剧烈搅拌，搅拌强度的G值一般在700~1000s-1之内；絮凝阶段主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚，以同向聚凝为主，G值应渐次减小，搅拌强度或水流速度应逐渐减小，平均G=20~70s-1，平均Gt=104~105。

2.无机混凝剂和有机混凝剂的混凝机理和应用条件有何异同？

答：无机混凝剂的混凝机理：

对于传统铝、铁盐的混凝作用机理一般认为以其水解形态与水体颗粒物进行电中和脱稳、吸附架桥或粘附卷扫,生成粗大絮体再加以分离去除。由于水解反应极为迅速,传统铝、铁盐混凝剂在水解混凝过程中并未能完全形成具有优势混凝效果的形态。无机高分子絮凝剂之所以高效的原因,在于其预制过程中形成具有一定水解稳定性的优势混凝形态为主的产物,因此区别于传统低分子盐类在投加后即可发挥其优越性能。虽然对其作用机理的研究在很大程度尚停留在经验推测之中,缺乏实证性的研究,目前正在得到进一步的阐明,并且在应用界面络合、沉淀模式乃至界面多核沉淀模式以及水体悬浮颗粒物、沉积物的结构模型的基础上,发展并建立其定量计算模式。深化无机混凝剂化学、混凝过程化学的基础研究,结合其生产工艺、工程应用中的实际问题,为无机混凝剂发展到更高阶段的必然途径。深入的研究混凝的,对其作用机理从分子反应动态学的水平予以揭示,有发展成为高度综合性、交叉性分支学科的趋势,也将是当前化学科学、化学工程科学发展的前沿领域之一。 

　　无机盐类应用条件：

　　常见的无机盐类混凝剂有铝盐、铁盐等。铁系混凝剂主要包括三氯化铁、硫酸亚铁等品种。三氯化铁和硫酸铁等无机低分子铁盐处理水时具有生成的絮体大，混凝性能受温度影响小，处理低温水或低浊水的效果比铝盐好等优点；但也存在着腐蚀性强，稳定性差，必须和碱性物质同时使用，残留于水中的铁会使处理后的水着色等缺点，因而在水处理中的应用受到了一定。铝盐混凝剂使用方便，但水温低时，水解困难，形成絮凝体比较松散，效果不如铁盐。另外，对水的pH值适应范围较窄，一般在5.5一8.0，加入量一般约为几十到一百m留L。如果投加量过多，使水的pH值下降，反而会影响混凝效果，使水体变得浑浊。常用的铁盐有三氯化铁水合物FeC13·6H2O和硫酸亚铁水合物FeSO4·7H2O。

有机混凝剂机理：  

   （1）压缩双电层。水中胶粒稳定是因为具有 ξ电位，如能消除或降低该电位就有可能使微粒碰撞聚结失去稳定性。当两个胶粒互相接近时，由于扩散层厚度减小，降低，因此它们互相排斥的力就减小了，也就是溶液中离子浓度高的胶间斥力比离子浓度低的要小。胶粒间的吸力不受水相组成的影响，但由于扩散层减薄，它们相撞时的距离就减小了，这样相互间的吸力就大了。可见其排斥与吸引的合力由斥力为主变成以吸力为主(排斥势能消失了)，胶粒得以迅速凝聚。

实际上在水溶液中投加混凝剂使胶粒脱稳现象涉及到胶粒与混凝剂，胶粒与水溶液，混凝剂与水溶液三个方面的相互作用，是一个综合的现象。

（2）吸附电中和。吸附电中和作用指粒表面对异号离子，异号胶粒或链状离分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分电荷，减少了静电斥力，因而容易与其它颗粒接近而互相吸附。此时静电引力常是这些作用的主要方面，但在不少的情况下，其它的作用了超过静电引力。

（3）吸附架桥作用。高分子聚合物具有线性结构，可被胶体微粒所强烈吸附。因其线性长度较大，当它的一端吸附某一胶粒后另一端有吸附另一胶粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体。

    聚合物在胶粒表面的吸附来源于各种物理化学作用，如范德华引力、静电引力、氢键、配位键等，取决于聚合物同胶粒表面二者化学结构的特点。 这个机理可解释非离子型或带同电号的离子型高分子絮凝剂能得到好的絮凝效果的现象。

1．确定最佳投药量：

取原水600ml，使用六联搅拌机慢速搅拌原水溶液，每隔1分钟加入1ml混凝剂（10%硫酸铝溶液），直到原水出现矾花。记下混凝剂的总投加体积V，分别取6个1000ml烧杯，各加入600ml原水，分别加入0.5V、0.75V、1V、1.25V、1.5V、2V的混凝剂溶液，并分别标号为1、2、3、4、5、6号溶液。先以高速搅拌1分钟原水，然后以中速搅拌10分钟，最后以慢速搅拌10分钟，离心原水溶液后，测上清液的吸光度，烧杯溶液吸光度最小的混凝剂投加量为最佳投加量。

    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。

2．确定最佳pH值范围：

    分别取5个1000ml烧杯，各加入600ml原水，向水样中加酸或碱调节pH值，依次为3mL(10%HCl)、1.5mL(10%HCl)、0mL、1.5mL (10%NaOH) 、3mL (10%NaOH)，并依次标号为1、2、3、4、5号溶液。快速搅30s ，用pH试纸测pH值。按前面确定的最佳投药量加10%Al2(SO4)3溶液分别于５个加药杯，先以高速搅拌1分钟原水，然后以中速搅拌10分钟，最后以慢速搅拌10分钟，离心原水溶液后，测上清液的吸光度，烧杯溶液吸光度最小的为最佳PH值。

    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。

五、实验注意事项

1.实验过程观察仔细，避免因为细小矾花生成未观察到而混凝剂添加过量。

2.本实验为教学实验，实际科研和工作中要采用正交实验确定混凝最佳条件。

六、实验记录及结果分析

1.蓝色废水水样数据：

原水出现矾花所需10%Al2(SO4)3溶液V=3mL

确定最佳投药量组：

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