实验一 混凝实验
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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
3~4
6~8
9~10
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)
pH
3~4 6~8 9~10
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-1 X/4 X/2 2X
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)