实验名称：混凝沉淀实验

一、实验目的

1、通过实验观察混凝现象、加深对混凝沉淀理论的理解；

2、掌握确定最佳投药量的方法，选择和确定最佳混凝工艺条件；

3、了解影响混凝条件的相关因数。

二、实验原理

1.混凝作用原理 包括三部分：1）压缩双电层作用；2）吸附架桥作用；3）网捕作用。这三种混凝机理在水处理过程中不是各自孤立的现象，而往往是同时存在的，只不过随不同的药剂种类、投加量和水质条件而发挥作用程度不同，以某一种作用机理为主。对高分子混凝剂来说，主要以吸附架桥机理为主。而无机的金属盐混凝剂则三种作用同时存在。

胶体表面的电荷值常用电动电位ξ表示，又称为Zeta电位。 一般天然水中的胶体颗粒的Zeta电位约在-30mV以上，投加混凝剂之后，只要该电位降到-15mV左右即可得到较好的混凝效果。相反，当电位降到零，往往不是最佳混凝状态。因为水中的胶体颗粒主要是带负电的粘土颗粒。胶体间存在着静电斥力，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能提供大量的正离子，能加速胶体的凝结和沉降。

2.混凝剂 向水中投加的能使水中胶体颗粒脱稳的高价电解质，称之为“混凝剂”。混凝剂可分为无机盐混凝剂和高分子混凝剂。水处理中常用的混凝剂有：三氯化铁、硫酸铝、聚合氯化铝（简称PAC）、聚丙烯酰胺等。本实验使用PAC，它是介于AlCl3 和Al(OH)3 之间的一种水溶性无机高分子聚合物，化学通式为[Al2(OH)nCl(6-n)]m其中m代表聚合程度，n表示PAC产品的中性程度。

3.投药量 单位体积水中投加的混凝剂量称为“投药量”，单位为mg/L。混凝剂的投加量除与混凝剂品种有关外，还与原水的水质有关。当投加的混凝剂量过小时，高价电解质对胶体颗粒的电荷斥力改变不大，胶体难以脱稳，混凝效果不明显；当投加的混凝剂量过大时，则高价反离子过多，胶体颗粒会吸附过多的反离子而使胶体改变电性，从而使胶体粒子重新稳定。因此混凝剂的投加量有一个最佳值，其大小需要通过试验确定。

4.影响混凝作用的因素 投药量、水中胶体颗粒的浓度、水温、水的pH值等。

5.浊度仪 浊度是表现水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中含有泥土、粉尘、微细有机物、浮游动物和其他微生物等悬浮物和胶体物都可使水中呈现浊度。浊度仪采用90°散射光原理。由光源发出的平行光束通过溶液时，一部分被吸收和散射，另一部分透过溶液。与入射光成90°方向的散射光强度符合雷莱公式，在入射光恒定条件下，在一定浊度范围内，散射光强度与溶液的混浊度成正比。因此，我们可以通过测量水样中微粒的散射光强度来测量水样的浊度。

三、实验仪器和试剂

1.仪器

（1）浊度仪一台（SGZ-2数显浊度仪，上海悦丰仪器仪表有限公司）

（2）混凝试验搅拌仪（MY3000-6普通型混凝试验搅拌仪，潜江梅宁仪器有限公司）

（3）电子天平（赛多利斯科学仪器，北京有限公司）

（4） 沉淀桶（600mL烧杯）6个；（5） 100mL取样瓶6个；（6）乳胶管或塑料软管（直径5~8mm）15~20cm；（7） 100mL烧杯1个；（8） 100mL量筒1个；

（9） 500mL量 筒1个；（10） 10mL 量筒 1个；

2.实验试剂

混凝剂：聚合氯化铝PAC； 原水（制备工作已由实验员完成）；自来水

四、 实验步骤

1） 制备原水：事先用高岭土配制浊度为50 NTU左右的浑水，静沉1天以上，取上清液备用。（已由实验员完成）

2） 用电子天平称取混凝剂（PAC）3g溶于1L自来水中，浓度为3g/L。

3） 取600mL原水倒入与搅拌仪配套的沉淀桶中。共六个沉淀桶。

4） 根据原水体积，按照投加量80、120、160、200、300、400mg/L计算加药量，并换算成混凝剂溶液的体积量。换算后，混凝剂溶液的体积分别为：16、24、32、40、60、80mL。

5） 设置搅拌仪程序：

（1）转速400转/分，搅拌1.5 min ；（2）转速150转/分，继续搅拌5 min；

（3）转速60 转/分，继续搅拌5 min；（4）转速0转/分钟，沉淀15min

6） 用量筒量取步骤（3）计算的混凝剂量，快速加入沉淀桶中。贴好标签，将六个沉淀桶放置在搅拌仪上。

7） 开启搅拌仪，按照设定程序运行。（注意观察各个沉淀桶的絮凝沉淀情况）

8） 程序结束后，打开沉淀桶的小阀门，取每个沉淀桶中上清液50~100mL于清洗好的试管中。

9） 用浊度仪测定上清液浊度并进行记录（速度要快；使用前要调零；待浊度仪示数较稳定时读数）

五、 实验结果记录及处理

表.不同加药量溶液的浊度

以投药量为横坐标，上清液浊度为纵坐标绘制不同混凝剂混凝沉淀图，从图中求出最低浊度时混凝的投加量。

图.不同混凝剂混凝沉淀图

从以上作图结果可以看出，以四次方的多项式拟合效果较好（R2=1），当溶液的浊度达到最低点时对应的投药量约为255mg/L，即该原水的最佳投药量为255mg/L。

六、结果与讨论

1.实验时，在搅拌过程中发现不同沉淀桶中呈现的颜色深浅不一，形成的絮状颗粒大小也不同。这说明，不同加药量会对混凝效果产生不同影响。

2.实验中，600mL原水未用量筒进行量取，而是直接根据沉淀桶上的刻度进行添加。沉淀桶上的刻度相对不精确，对实验结果会产生一定的影响。

3.测定上清液的浊度时，发现若是测定速度较慢，不同溶液的沉淀时间就不平行。较晚测定的溶液沉淀时间较长，这对实验结果的准确度也会造成影响。

4.测定浊度时发现浊度仪的示数不稳定，波动较大。造成该结果的原因可能是由于静置沉淀的时间不够长，溶液中的颗粒还处于较为剧烈的运动状态，这样测得光源被散射的散射光强度就会有较大变化，导致浊度仪示数不稳定。

5.对实验数据进行处理时，发现可以使用不同次幂的多项式对实验结果进行拟合。本实验用四次幂或五次幂的多项式进行拟合时，R2都等于1。而用三次幂的多项式进行拟合的R2则等于0.9999。根据观察拟合曲线的情况，选择以四次幂多项式拟合。最佳投药量是根据曲线进行估计的，并未进行精确地计算。这样得出的结果可能会存在一定的偏差。

六、思考题

1.选择混凝剂种类及确定其投加量时应考虑哪些因素？

混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质和浓度。如水中污染物主要呈胶体状态且电位较高则营先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚；如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。同时，用于水处理的混凝剂要求混凝效果好，对人类健康无害，价廉易得，使用方便。对于混凝剂投加量的确定，主要考虑水中微粒种类、性质和浓度以及混凝剂品种、投加方式、介质条件等。对任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量的问题，应通过试验确定。

2.混凝操作过程中应注意哪些问题？

1）取原水时要搅拌均匀，要一次量取以尽量减少所取原水浓度上的差别。

2）混凝包括混合与凝聚，混合过程（即混凝剂刚加入水中的混合过程）要求快速避免因时间间隔较长各水样加药后反应时间长短相差太大而导致混凝效果悬殊。之后则要不断减慢速度，使脱稳胶体粒子相互凝聚。混合过程大约要在1~2分钟内完成，而凝聚过程则大约需要20~30分钟，沉淀过程则大约需要1个小时。试验室烧杯试验可适当缩短试验时间。

3）混凝过程要保持搅拌仪不被人为扰动，防止对混凝结果产生影响。