水处理实验设计—污水的混凝处理实验一、实验目的为了深入了解絮凝理论在水处理领域的应用和进一步掌握絮凝剂的特性，针对污染水体进行絮凝沉淀处理实验，观察絮凝沉淀过程并探讨絮凝剂在水处理过程中的最佳添加量。
二、实验要求1、要求认识几种絮凝剂，掌握其配制方法。
2、观察水处理过程中的絮凝现象，从而加深对絮凝理论的理解。
3、认识絮凝理论对污染水处理的重要意义。
三、实验原理所谓絮凝剂或者混凝剂是指：凡是能使水溶液中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状沉淀的水处理剂。
天然水或工业污水水中除了含有泥砂、颗粒很细的尘土、腐殖质、淀粉、纤维素、细菌、藻类等微生物。
这些杂质与水形成溶胶状态的胶体微粒，由于布朗运动和静电排斥力而呈现沉降稳定性和聚合稳定性，通常不能利用重力自然沉降的方法除去，必须加入絮凝剂以破坏溶胶的稳定性，使细小的胶体微粒凝聚再絮凝成较大的颗粒而沉淀。
絮凝机理一般有三种：（1）电解质对双电层的作用（图1）水中的悬浮物或固体微粒通常呈胶体状态分布，它们具有巨大的比表面，可吸附液体中的正离子或负离子或极性分子，使固液两相界面上的电荷分布不均匀而产生电位差。
加入电解质，使固体颗粒的表面形成的双电层有效厚度减少，使范德华引力占优势而达到彼此吸引，最后达到凝聚。
（2）吸附架桥作用机理(图2)当加入少量高分子电解质时，由于胶粒对高分子物质有强烈的吸附作用，高分子长链一端吸附在一个胶粒表面上，另一端又被其他胶粒吸附，形成一个高分子链状物。
高分子长链像各胶粒间的桥梁，将胶粒联结在一起形成絮凝体，最终沉降。
（3）沉淀物卷扫作用机理（图3）当水中加入较多的铝盐或铁盐等药剂后，在水中形成高聚合度的氢氧化物，可以吸附卷带水中胶粒而沉淀。
图1 固体微粒的双电层结构图2 高分子聚合物的吸附架桥作用图3沉淀物卷扫作用机理本次实验选择铝系絮凝剂（硫酸铝Al 2(SO 4)3）。
铝离子在水溶液中首先形成水合离子，也可以视为水分子作配位体的络合离子，通过水合离子的酸性离解即水解作用生成氢氧化物或羟基络离子。
然后通过羟基桥联作用，把单核络合物转化为多核羟基络合物，多核络离子可通过水解使生成物的电荷降低，羟基数增加，生成更高级的多核络合++高分子聚合物 胶体脱稳胶体脱稳胶体絮凝体········································1.原水中悬浮 粒子2. 絮状 沉 淀 物3.残留悬浮 微 粒312·············································物。
水解和羟基桥联作用的交替进行，最终生成聚合度无限大的难溶氢氧化铝沉淀从而达到絮凝作用。
Al 2(SO 4)3絮凝作用化学反应方程入下：Al 2(SO 4)3通过水解作用，配位体H 2O 逐步为OH -置换，生成氢氧化物或羟基络离子。
H 2O K 3Al(H 2O)X -3+(O H)3H 3O+H 2O K 4Al(H 2O)X -4+(O H)4-1H 3O+Al(H 2O )Al(H 2O )X3+H 2O KX -12++H 3O+(O H )Al(H 2O)(O H)H 2O KX-2+2+H 3O+12羟基络离子通过羟基桥联作用，把单核络合物转化为多核羟基络合物。
多核络离子可通过水解使生成物的电荷降低，羟基数增加，生成更高级的多核络合物水解和羟基桥联作用的交替进行，最终生成聚合度无限大的难溶氢氧化铝沉淀：四、实验场地、水样水质、仪器设备及药品实验场地：重庆大学化学化工学院704实验室水样水质：污水取至嘉陵江污水排放口，水温属于常温水，浊度>10。
仪器设备：1000ml量筒2个；1000ml烧杯6个；100ml烧杯2个；10ml移液管2个；2ml移液管1个；医用针筒1根；洗耳球1个；光电浊度仪1台；六联搅拌器1台。
实验药品：AL2(SO4)3。
五、实验步骤（1）准备6个已经清洗和用蒸馏水润洗干净的塑料瓶（1000mL）到嘉陵江大石桥水段的污水排放口取样。
（2）采样后，装瓶，迅速运送回实验室进行实验分析。
（3）将采样回的污水均匀混合，用1000 mL量筒分别取6个水样至6个1000 mL烧杯中，总共六组水样，依次贴好标签并在标签上一次记录1#，2#，3#，4#，5#，6#，7#。
（4）将配比浓度(C)为20 g/L的AL2(SO4)3分别取出0.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0mL并分别投入1#，2#，3#，4#，5#，6#，7#水样中。
（5）将配置好的水样置于六联搅拌器下（搅拌时间和程序已按说明书预先设定好）进行搅拌。
（6）絮凝实验搅拌器以500r/min的速度搅拌30s，然后用150r/min 速度搅拌5min，最后以80r/min的速度搅拌10 min。
（7）搅拌过程中，观察并记录“矾花”形成的过程以及“矾花”的外观、大小、密实程度等。
（8）搅拌过程完成后，停机，静沉15 min，观察并记录“矾花”沉淀的过程。
（9）静止15 min后，用医用针筒取出上清液，并用浊度仪测出剩余浊度，记入表1中。
（10）比较第一组6个水样的实验结果，根据6个水样所测得的剩余浊度值，以及水样絮凝沉淀时现象观察记录的分析，对最佳投药量所在区间做出判断，缩小实验范围为3.0左右，然后，加药量取2.5、2.7、2.9、3.1、3.3、3.5 mL的浓度C为20 g/L的AL2(SO4)3。
重复以上实验步骤。
六、原始数据记录絮凝剂的投放量与水样的剩余浊度的原始记录见表1，絮凝过程中矾花形成及沉淀过程描述见表2。
表1 实验中各个指标的测定数据记录表实验编号絮凝剂名称原水浊度原水温度原水PH值AL2(SO4)310.1(第一次)10.1(第二次)196.4(第一次)6.4(第二次)第一次水样编号1# 2# 3# 4# 5# 6#代号 a X1X2X3X4 b 投药量mL 0.5 1.5 2.5 3.0 3.5 4.0mg/L 10 30 50 60 70 80 剩余浊度7.54 3.52 0.73 0.61 0.49 0.8 沉淀后PH值 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4第二次水样编号1# 2# 3# 4# 5# 63代号 a X1X2X3X4 b 投药量mL 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8mg/L 46 48 50 52 54 56 剩余浊度0.59 0.55 0.63 0.64 0.71 0.82 沉淀后PH值 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4表2 实验过程的观察记录表实验编号观察记录小结水样编号矾花形成及沉淀过程描述第一次1 矾花几乎没有形成投药量在3.0mL左右量值的絮凝效果较好2接着5、6水样后出现混浊，矾花小而不密实，数量比3水样少些，悬浮在水中，沉降慢。
3很快出现混浊，矾花大，密实度良好，数量仅次于4水样，沉降速度快，沉到底并堆积在一起。
4很快出现混浊，矾花小，密实度最好，且数量最多，沉速最快。
5接着3、4水样后出现混浊，矾花小，密实度较4水样差，数量较2水样少，沉速仅快于1水样6接着3、4水样后出现混浊，矾花小而密实，数量较小，沉速较4低，堆积分散。
第二次1 矾花出现较慢，比较细小，形成比较快，沉淀速度较快。
各水样的絮凝效果大致相同，从表面现象比较难明确做出判断2絮凝明显，矾花大而密实，数量较多，沉速快，在底层堆积较集中。
3絮凝明显，矾花大，在水面集聚较多，沉速不快，在底层堆积没2水样集中。
4絮凝明显，矾花较小，数量多，分布分散，沉速较慢，堆积分散。
5 絮凝明显，矾花小而密实，堆积分散，沉速较慢。
6 矾花出现相对较慢，堆积分散，沉速最慢。
七、数据处理及结果图4和图5分别是第一次和第二次混凝曲线。
0246820406080100第一次混凝曲线图投药量剩余浊度系列1图4 第一次混凝曲线图00.20.40.60.810102030405060第二次混凝曲线图投药量剩余浊度系列1图5 第二次混凝曲线图八、结果分析和讨论在此次水处理试验中，我们采用了AL 2(SO 4)3絮凝剂对污水进行了处理，对于我们所取的嘉陵江大师桥段污水排放口的水样来说，其最佳投药量为50 mg/L ，最佳适用范围为40 mg/L ~60 mg/L 。
而絮凝效果受以下因素影响：（1）废水性质的影响（2）共存杂质的种类和浓度（3）絮凝剂的影响。
水的胶体杂质浓度、PH值、水温及共存杂质等都会不同程度地影响絮凝效果。
投药量最大时，絮凝效果并不一定是好的。
因为当铝盐投药量超过一定限度时，会产生“胶体保护”作用，使脱稳胶粒电荷变号或使胶粒被包卷而重新稳定。
而且投药量大也容易出现产生大量含水率很高的污泥的问题。
根据此次实验结果以及实验中所观察到的现象，影响絮凝效果的主要因素有：1、水温影响原因：（1）絮凝剂的水解速度慢，生成的絮凝体细而松，强度小，不易沉。
（2）低温水的粘度大，颗粒沉降速度降低，而且颗粒之间碰撞机会减少，影响了絮凝效果。
改善措施：增加絮凝剂的投量，以改善颗粒之间碰撞条件；投加助凝剂（如活化硅酸）或粘土以增加绒体重量和强度，提高沉速。
2、水的PH值和碱度影响（1）铝盐的水解过程中不断产生H+，从而导致水的PH值。
要使PH值保持在最佳范围以内，水中应有足够的碱性物质。
天然水中均有一定的碱度（通常是HCO3-），它对PH值有缓冲作用。
当原水碱度不足或絮凝剂投量甚高时，水的PH值将大幅度下降以至影响絮凝剂继续水解。
（2）采用三价铁盐絮凝剂时，由于Fe3+水解产物溶解度比Al3+水解产物溶解度小，且氢氧化铁并非典型的两性化合物，故铝系混凝剂适用的PH值范围较宽。
用硫酸亚铁作絮凝剂时，应首先将二价铁氧化成三价铁方可。
（3）高分子絮凝剂的絮凝效果受水的PH值影响较小因此，要投加碱剂（如石灰）以中和絮凝剂水解过程中产生的氢离子。