混凝沉淀实验2015

1、 污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。水中的杂质。 处理对象主要是污水中无机的或有机的处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生难于生物降解的物降解的)微小悬浮物质和胶体物质。微小悬浮物质和胶体物质。电位离子反离子扩散层扩散层胶团边界胶团边界滑动面滑动面胶粒胶粒吸附层吸附层胶核胶核电位电位电位电位1. 胶体的稳定性胶体的稳定性一一、混凝原理混凝原理胶体所胶体所受影响受影响 由于上述的胶体带电现象，带相同电由于上述的胶体带电现象，带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且荷的胶粒产生静电斥力，而且电位越高，电位越高，胶粒间的静电斥力越大胶粒间的静电

2、斥力越大 受水分子热运动的撞击，使微粒在水受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即中作不规则的运动，即“布朗运动布朗运动” 胶粒之间还存在着相互引力胶粒之间还存在着相互引力范徳范徳华引力华引力 胶体间的相互斥力不仅与胶体间的相互斥力不仅与电位有关，还与胶粒的电位有关，还与胶粒的间距有关，距离越近，斥力越大。而布朗运动的动能间距有关，距离越近，斥力越大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推进到使范徳华引力发挥作用的距不足以将两颗胶粒推进到使范徳华引力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的离。因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。分散状态。2. 混凝原理

3、混凝原理(1) 压缩双电层作用压缩双电层作用 混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层吸附层, 使使电位降低。当电位降低。当电位为零时电位为零时, 称为等电状称为等电状态。此时胶体间斥力消失态。此时胶体间斥力消失, 胶粒最易发生聚结。胶粒最易发生聚结。 实际上，实际上，电位电位只要降至某一程度而使胶粒电位电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结，这时的开始产生明显的聚结，这时的电位称为临界电位。电位称为临界电位。 胶粒因胶粒因电位电位降低或消除以至失去稳定

4、性的电位电位降低或消除以至失去稳定性的过程，称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为过程，称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。凝聚。(2) 吸附架桥作用吸附架桥作用 由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程。过程。(3) 网捕作用网捕作用 沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。胶体等微粒，使胶体粘结。以硫酸铝为例讨论混凝过程以硫酸铝为例讨论混凝过程 硫酸铝硫酸铝Al2(SO4)318H2O溶于水后，离解出溶于水后，离解出Al3+，并结合有并结合有6个配位水分子，成为水合铝

5、离子个配位水分子，成为水合铝离子Al(H2O)63+。 水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合物：物：OHO)Al(OH)(HOHO)Al(H32522362 单羟基单核络合物又进一步水解：单羟基单核络合物又进一步水解：OHO)(HAl(OH)OHO)Al(OH)(H34222252OHO)(HAl(OH)OHO)(HAl(OH)33232422 上述反应中，降低水中上述反应中，降低水中H+(或或H3O+)浓度或提高浓度或提高pH，使反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐，使反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐降低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。降

6、低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。 当当pH4时，水解受到抑制，水中存在的主要是时，水解受到抑制，水中存在的主要是Al(H2O)33+ 。 当当pH45时，水中有时，水中有Al(OH)(H2O)52+、Al(OH)2(H2O)4+及少量及少量Al(OH)3(H2O)3。 当当pH78时，水中主要是时，水中主要是Al(OH)3(H2O)3沉淀沉淀物。物。 但在某一特定但在某一特定pH时，水解产物还有许多复杂的时，水解产物还有许多复杂的高聚物和络合物同时共存。高聚物和络合物同时共存。 因为初步水解产物中的羟基因为初步水解产物中的羟基OH-具有桥键性质。具有桥键性质。 在由在由Al(H2O)63+

7、转向转向Al(OH)3(H2O)3的中间过程的中间过程中，羟基可将单核络合物通过桥键缩聚成多核络合物：中，羟基可将单核络合物通过桥键缩聚成多核络合物：OHO)Al(HOHO)Al(HO)Al(OH)(HO)Al(H255252252362或或OHO)Al(OH)(HO)Al(OH)(HO)Al(H25102252362 两个单羟基络合物通过羟基桥联可缩合成双羟基两个单羟基络合物通过羟基桥联可缩合成双羟基双核络合物：双核络合物：O2HO)(H(OH)AlO)2Al(OH)(H248222232 从上述反应可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的从上述反应可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的是各种形态的水解聚

8、合物。是各种形态的水解聚合物。 带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层的带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层的脱稳和吸附架桥的作用。脱稳和吸附架桥的作用。 为使硫酸铝达到优异的混凝效果，应尽量使胶体为使硫酸铝达到优异的混凝效果，应尽量使胶体脱稳和吸附架桥作用都得到充分发挥。脱稳和吸附架桥作用都得到充分发挥。 当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌，使当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌，使带电聚合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使胶体带电聚合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使胶体脱稳，随后，脱稳胶体在相互凝聚的同时，靠聚合度脱稳，随后，脱稳胶体在相互凝聚的同时，靠聚合度不断增大的高聚物

9、的吸附架桥作用，形成大的絮凝体，不断增大的高聚物的吸附架桥作用，形成大的絮凝体，使混凝过程很好完成。使混凝过程很好完成。二、混凝剂和助凝剂二、混凝剂和助凝剂1. 混凝剂混凝剂要求要求混凝剂效果良好混凝剂效果良好对人体健康无害对人体健康无害价廉易得价廉易得使用方便使用方便2. 助凝剂助凝剂三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素1. 水温水温2. pH3. 水中杂质的成分、性质和浓度水中杂质的成分、性质和浓度4. 水力条件水力条件(1) 无机盐类混凝剂无机盐类混凝剂铁盐和铝盐铁盐和铝盐(2) 高分子混凝剂高分子混凝剂有机和无机有机和无机四、四、 化学混凝的设备化学混凝的设备1. 混

10、凝剂的配制和投加设备混凝剂的配制和投加设备(1) 混凝剂的溶液和配制混凝剂的溶液和配制混凝剂在溶解池中进行溶解混凝剂在溶解池中进行溶解:搅拌搅拌加速药加速药剂溶解剂溶解机械搅拌机械搅拌压缩空气搅拌压缩空气搅拌水泵搅拌水泵搅拌(2) 混凝剂溶液的投加混凝剂溶液的投加计计量量设设备备转子转子流量流量计计电磁电磁流量流量计计投投加加方方式式泵前重泵前重力投加力投加水射器水射器投加投加2. 混合设备混合设备(1) 水泵混合水泵混合(2) 隔板混合隔板混合(3) 机械混合机械混合3. 反应设备反应设备(1) 隔板反应池隔板反应池 利用水流断面利用水流断面上流速分布不均所上流速分布不均所造成的速度梯度，造

11、成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞促进颗粒相互碰撞进行絮凝。进行絮凝。 为避免结成的为避免结成的絮凝体被打碎，隔絮凝体被打碎，隔板中的流速应逐渐板中的流速应逐渐减小。减小。(2) 机械反应池机械反应池一实验目的一实验目的观察混凝现象，从而加深对混凝理观察混凝现象，从而加深对混凝理论的理解。论的理解。了解混凝剂的筛选方法。了解混凝剂的筛选方法。选择和确定最佳的混凝工艺条件。选择和确定最佳的混凝工艺条件。二实验原理二实验原理 整个过程经历三个阶段：混合，絮凝和沉淀整个过程经历三个阶段：混合，絮凝和沉淀混合混合 胶体脱稳胶体脱稳 混合时间：混合时间：1030s，最多不超过，最多不超过min絮凝絮凝 生成

12、矾花生成矾花保证足够的絮凝时间保证足够的絮凝时间沉淀沉淀 矾花与水分离矾花与水分离停止搅拌，静置停止搅拌，静置 1、仪器、仪器 （1）1000ml量筒量筒2个个 （2）1000ml烧杯烧杯6个个 （3）10ml移液管移液管5个个 （4）光电式浊度仪）光电式浊度仪 （5）六联电动搅拌器）六联电动搅拌器 （6）pH计计 2、试剂、试剂 （1）硫酸铝）硫酸铝Al2（SO4）318H2O：10g/L （2）三氯化铁）三氯化铁FeCl36H2O：10g/L （3）盐酸）盐酸HCl：10% （4）氢氧化钠）氢氧化钠NaOH：10%1 1确定最佳投药量确定最佳投药量（）用量筒量取（）用量筒量取6 6个水样于

13、个水样于6 6个个1000mL1000mL混凝杯中，混凝杯中，并测定原水的浊度、并测定原水的浊度、pHpH值及水温；值及水温； （）依次向六个加药杯中加入（）依次向六个加药杯中加入AlAl2 2(SO(SO4 4) )3 3 溶液溶液1 1、2 2、4 4、8 8、1010、20mL20mL；（）按表设置程序（）按表设置程序( (见实验指导书）；见实验指导书）；（）搅拌过程中，观察并记录（）搅拌过程中，观察并记录“矾花矾花”形成的过形成的过程，程，“矾花矾花”外观、大小、密实程度等；外观、大小、密实程度等；（）搅拌过程完成后，停机，静沉（）搅拌过程完成后，停机，静沉10min10min，观察并

14、记录，观察并记录“矾花沉淀的过程；矾花沉淀的过程；（）静沉结束后，分别取出（）静沉结束后，分别取出100mL100mL上清上清液，并用浊度仪测出剩余浊度；液，并用浊度仪测出剩余浊度；（）绘制剩余浊度（）绘制剩余浊度-投药量曲线；投药量曲线；（）根据同样的方法确定（）根据同样的方法确定FeClFeCl3 3的最佳投的最佳投药量。药量。 表1 最佳投加量实验记录表原水浊度原水温度原水pH混凝剂 Al2(SO4)3水样编号混凝剂投加量 20矾化形成时间水样剩余浊度最佳混凝剂投加量最佳混凝剂投加量浊度浊度混凝剂投加量混凝剂投加量2 2确定最佳确定最佳pHpH值范围值范围（）另取（）另取5 5个个100

15、0 mL1000 mL水样，向水样中加酸或碱调节水样，向水样中加酸或碱调节pHpH值，依值，依次为次为4mL4mL、2mL(10%HCl)2mL(10%HCl)、0mL0mL、2mL2mL、4mL(10%NaOH)4mL(10%NaOH)快速搅快速搅30s (50030s (500转转/ /分分) )，用，用pHpH计测计测pHpH值。值。（）按前面确定的最佳投药量加（）按前面确定的最佳投药量加AlAl2 2(SO(SO4 4) )3 3分别于个加药杯分别于个加药杯重复重复2(3)2(3)(6), (6), 绘制剩余浊度绘制剩余浊度-pH-pH值曲线，确定最佳值曲线，确定最佳pHpH范范围。围。表2 最佳pH值实验记录表原水浊度原水温度混凝剂混凝剂投加量水样编号HCl投加量NaOH投加量水样pH值矾花形成时间剩余浊度最佳最佳pH范围范围浊度浊度 pH5 5注意事项注意事项1.1. 整个实验采用同一水样，取水样时搅整个实验采用同一水样，取水样时搅拌均匀，一次量取拌均匀，一次量取; ;2.2. 要充分冲洗