混凝实验

1混凝沉淀实验混凝沉淀工艺在给水和废水处理中被广泛的应用，是重要的水处理技术之一。通过混凝沉淀实验，可以了解混凝工艺中主要参数的确定：如混凝剂种类的选择，混凝剂投加量的确定，以及其它影响混凝条件的相关因素。一、实验目的（1）观察矾花的形成过程及混凝沉淀效果，加深对混凝理论的理解。（2）选择和确定最佳混凝工艺条件二、实验原理混凝阶段所处理的对象，主要是水中悬浮物和胶体杂质。天然水中存在着大量悬浮物，悬浮物的形态是不同的，有些大颗粒悬浮物可以在自身重力作用下沉降；而另一种是胶体颗粒，是使水产生混浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉降是不能除去的，因为，水中的胶体颗粒主要是带负电的粘土颗粒，胶粒间存在着静电斥力、胶粒的布朗运动、胶粒表面的水化作用，使胶粒具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大。若向水中投加混凝剂提供大量的正离子，压缩胶体的双电层，使ξ电位降低，静电斥力减小，此时布朗运动由稳定因素转为不稳定因素，有利于胶粒的凝聚。水化膜中的水分子与胶粒有固定联系，具有弹性较高的粘度，把这些水分子排挤出去需要克服特殊的阻力，这种阻力阻碍胶粒直接接触。有些水化膜的存在决定于双电层状态，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，此时即使ξ电位没有降低或降低不多，胶粒之间不能相互接触，但通过高分子链状物吸附胶粒，也能形成絮凝体。消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫脱稳。脱稳后的胶粒，在一定的水力条件下，才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。直径较大而密实的矾花容易下沉。自投加混凝剂直至形成较大矾花的过程叫混凝。混凝过程见表1表1－混凝过程过程混合脱稳异向絮凝为主同向絮凝为主作用药剂扩散混凝剂水解胶体颗粒脱稳脱稳胶体聚集微絮凝体的进一步碰撞凝聚动力质量迁移溶解平衡各种脱稳机理分子热运动（布朗运动）流体流动的能量消耗处理构筑物混合设备反应设备胶体状态原始胶体脱稳胶体微絮凝体矾花胶体粒径0.1～0.001µm约5～10µm0.5～2mm由于布朗运动造成的颗粒碰撞絮凝，叫“异向絮凝”；由机械运动或液体流动造成的颗粒碰撞絮凝，叫“同向絮凝”。异向絮凝只对微小颗粒起作用，当粒径大于1～5µm时，布朗运动基本消失。从胶体颗粒变成较大矾花是一个连续过程，为了研究方便可划分为混合和反应两个阶段。混合阶段要进行剧烈搅拌，目的使使混凝药剂快递均匀的分散与水中以利于混凝剂的快速水解、聚合和颗粒脱稳。一般来说，该阶段只能产生眼睛难以看见的微絮凝体；反应阶段则要求将微絮凝体形成较密实的大粒径矾花。混合和反应过程均需要消耗能量，而速度梯度G值能反映单位时间单位体积水耗值的大小，混合的G值一般在700～1000s－1；时间一般在10～30s，至多不超过2min。G值大2时混合时间宜短。机械搅拌混合和水泵混合都是常用的混合方式。本实验采用机械搅拌混合方式。在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚，故以同向絮凝为主。同向絮凝效果不仅与G值有关，还与絮凝时间T有关，故通常以G值或GT值作为絮凝阶段的控制指标。在絮凝过程中，絮凝体的尺寸逐渐增大，粒径变化可以从微米级增到毫米级，变化幅度达到几个数量级。由于大的絮凝体容易破碎，故自絮凝开始至絮凝结束，G值应渐次减小。絮凝阶段的平均G值一般在20～70S-1，絮凝时间在15～30min。混凝过程的关键是确定最佳混凝工艺条件。混凝剂的种类较多，例如，无机混凝剂（以铁系和铝系混凝剂为主），有机混凝剂（包括人工合成和天然高分子混凝剂），不同水体适合的混凝剂有所不同，而且还要确定混凝剂的合理投加量，此外还要注意水体pH值、温度、浊度、水流速度以及混凝沉淀时间等都会影响混凝沉淀效果。由于本实验条件有限，实验过程中仅探讨混凝剂种类和投加量对混凝沉淀效果的影响。三、实验仪器及药品六联搅拌器（1台）浊度仪（1台）酸度计（1台）：测混凝前后水体pH值变化温度计（1支）：测水温用移液管（0.5ml、1ml、2ml、5m、10ml各3支）洗耳球（1个）洗瓶（1个）1000ml量筒（1个）50ml注射针筒（2支）烧杯（50ml，250ml各3个）10g/L聚合氯化铝（PAC）10g/L聚合硫酸铁（PFS）1g/L聚丙烯酰胺（PAM）四、实验操作步骤：1、确定原水特征：即测定原水四浊度、温度、pH值，并记录在表2中。2、用1L量筒量取6个水样，倒入六联搅拌器上的高筒烧杯中。3、设最小投药量和最大投药量，利用均分法确定第一组实验中其它四个水样的混凝剂投加量。4、将第一组水样置于六联搅拌器上，将混凝剂按确定的投加量依次加入六个高筒烧杯中。马上启动六联搅拌器，快速搅拌30秒，转速200r/min；中速搅拌5min，转速100r/min；慢速搅拌10min，转速30r/min。5、搅拌过程中，注意观察矾花的形成过程。5、停止搅拌，静止沉淀15min，观察比较不同混凝剂下矾花的外观、尺寸、密实程度以及矾花整体沉降速度。6、沉淀阶段结束后，用针筒取上清液测定原水经混凝沉淀处理后出水的浊度、pH，将结果记录在表3中。7、分别取聚合氯化铝和聚合硫酸铁两种混凝剂重复实验步骤2－6。8、根据2－7的实验结果及实验现象，比较分析针对本实验原水，投加聚合氯化铝和聚合硫酸铁在混凝沉淀过程中有何明显不同，确定最佳混凝剂及其投加量。9、用1L量筒量取3个水样，倒入六联搅拌器上的高筒烧杯中。根据步骤8确定的最佳混3凝剂及最佳投加量，向三个水样中投加混凝剂。然后依次向三个水样中添加助凝剂聚丙烯酰胺，添加量依次为0mg/L，1mg/L，3mg/L。10、立即启动六联搅拌器，快速搅拌30秒，转速200r/min；中速搅拌5min，转速100r/min；慢速搅拌10min，转速30r/min。11、搅拌过程中，注意观察矾花的形成过程。12、停止搅拌，静止沉淀15min，比较三个水样中矾花的整体沉降速度。13、沉淀阶段结束后，用针筒取上清液测定沉淀处理后三个水样的浊度、pH，将测定结果记录在表4中。14、通过步骤9－13的实验结果，比较分析添加助凝剂对混凝沉淀效果的影响。五、注意事项：1、取水样时，所有水样要搅拌均匀，要一次量取以尽量减少所取水样浓度上的差别。2、移取烧杯中沉淀水上清液时，要在相同条件下取上清液，不要把沉下去的矾花搅起来。六、实验数据整理：1、以聚合氯化铝投加量为横坐标，沉淀上清液浊度为纵坐标，绘制投药量－出水浊度曲线。2、以聚合硫酸铁投加量为横坐标，沉淀上清液浊度为纵坐标，绘制投药量－出水浊度曲线。3、实验数据记录：表2－原水水质表原水浊度（NTU）原水温度（℃）原水pH值表3－最佳混凝剂及投加量筛选实验数据表混凝剂名称水样编号1＃2＃3＃4＃5＃6＃投药量mlmg/L出水浊度（NTU）沉淀后pH值投药量mlmg/L出水浊度（NTU）沉淀后pH值表4－助凝剂投加实验数据表最佳混凝剂名称最佳投加量（mg/L）水样编号1＃2＃3＃PAM投加量mlmg/L出水浊度（NTU）沉淀后pH值七、分析讨论1、根据结果以及实验中观察到的现象，从沉淀后出水浊度、矾花大小、密实程度以及整体矾花沉降速度几个方面分析两种混凝剂处理相同水样的差异？42、讨论在本试验中添加助凝剂聚丙烯酰胺对混凝沉淀过程有何影响？