物化实验一：混凝第十三组：李楠丁涵金炯震娃木洒2018年5月6日【实验题目】为混凝剂的自配水（硅藻土悬浊液），使混凝效果最好时的混凝剂最佳探究利用FeCl3投放量及最佳助凝剂PAM投放量【实验目的】1. 了解混凝的现象及过程，观察矾花的形成；2. 了解混凝的净水作用是主要的影响因素；3. 了解助凝剂对混凝效果的影响；4. 探求水样最佳混凝条件。

【实验原理】天然水体中存在大量胶体颗粒是水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能去除的。

胶体的布朗运动、胶体表面的水化作用以及胶体间的静电斥力，使得胶体颗粒具有分散稳定性。

其中因胶体颗粒带有一定电荷，它们之间的电斥力是胶体稳定性的主要因素。

胶体表面的电荷值常用电动位ζ表示，又称Zeta电位。

Zeta电位的高低决定了胶体颗粒之间斥力的大小和影响范围。

一般天然水中的胶体颗粒的Zeta电位约在-30mV以上。

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；压缩胶团的扩散层，使电位降到-15mV左右而变成不稳定因素，也有利于胶粒的吸附凝聚，即可得到较好的混凝效果。

然而当Zeta电位降到零，往往不是最佳混凝状态。

同时，投加混凝剂后ζ电位降低，有可能使水化作用减弱，混凝剂水解后形成的高分子物质（一般具有链状结构）在胶粒与胶粒之间起着吸附架桥作用，也有利于提高混凝效果；即使ζ电位没有降低或降低不多，胶粒不能相互接触，但通过高分子链状物吸附作用，胶粒之间也能形成絮凝体。

消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫做脱稳。

脱稳后的胶粒，在一定的水利条件下，才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。

直径较大密度也较大的矾花容易下沉。

投加了混凝剂的水中，胶体颗粒脱稳后相互凝结，逐渐变成大的絮凝体，整个过程均需消耗能量，这时水流速度梯度G值的大小起着主要的作用，G值能反映单位时间内单位体积水耗能的多少。

在混凝搅拌实验中，水流速度梯度G值可按下式计算：G=本实验G值可直接由搅拌器显示板读出。

由于粒径大的矾花抗剪强度低，易破碎，而G值与水流剪力成正比，故反应开始至反应结束，随着矾花逐渐增大，G值宜逐渐减小。

混凝剂的种类以及投加混凝剂的多少，直接影响混凝效果。

水质是千变万化的，最佳的投药量各不相同，必须通过实验方可确定。

当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加助凝剂以提高混凝效果。

助凝剂通常是高分子物质，作用机理是高分子物质的吸附架桥，它能改善絮凝体结构，促使细小而松散的絮粒变得粗大而结实。

【实验材料及设备】MY3000-6M 智能型混凝试验搅拌仪两台（附6个1000ml烧杯）；ORION828型pH计；温度计；HSNNSLP2000浊度仪；5mL移液枪1个；1000μL移液枪1个；1000mL量筒2个；100mL烧杯6个；实验水样：硅藻土悬浊液，利用硅藻土配置；混凝剂：FeCl3，10g/L；助凝剂：聚丙烯酰胺PAM溶液，10g/L。

【实验内容及步骤】1. 实验内容1) 查阅相关文献，确定实验其他条件参数并尽量保持在最佳条件范围；2) 根据文献查得助凝剂用量范围，确定6个混凝剂凝剂用量实验值，以及6种助凝剂投加量实验值（与其它组合作，完成实验）；3) 分别绘制各组的“剩余浊度-混凝剂用量、助凝剂用量”曲线，得出混凝剂和助凝剂最佳用量区间。

4）经过文献调研，实验其他条件参数设定如下：原水浊度： 100NTU左右；混凝剂用量范围： 5~20mg/L；助凝剂用量范围： 0~1.25mg/L；快搅时间： 30s；快搅转速： 300r/min；中搅时间： 180s；中搅转速： 100r/min；慢搅时间： 180s；慢搅转速： 50 r/min；助凝剂加入时间： 3.5min。

2. 实验步骤（1）在充分文献调研的基础上确定自配水（硅藻土悬浊液）的各项实验条件，包括浊度、pH、温度等。

目前初步设定原水浊度为100NTU，pH在7左右，温度为室温。

（2）通过预实验，确定FeCl3的投加范围。

取两杯1L原水放在搅拌仪上，慢速搅拌，向其中一个烧杯逐步加入FeCl3混凝剂，另一个作为对照，直至实验组中出现矾花为止，此时的混凝剂用量作为形成矾花的最小投加量。

利用该最小投加量x梯度设置四个混凝剂投加值，分别为0.5x、1.0x、1,5x、2.0 x。

（3）根据文献中助凝剂的用量范围，对每个混凝剂投加点梯度设置五个助凝剂投加值，其中一个为空白对照。

根据初步调研，确定助凝剂的五个投加点为0、0.25mg/L、0.50mg/L、0.75mg/L、1.00mg/L。

（4）利用MY3000-6M智能型混凝实验搅拌仪进行实验。

搅拌仪设置程序为快速搅拌30s，转速300r/min；中速搅拌180s，转速100r/min；慢速搅拌180s，转速50r/min。

根据实验所确定的混凝剂用量，将混凝剂加入自配水中，搅拌3.5min后加入助凝剂。

搅拌过程中密切注意观察并记录各个烧杯矾花的形成，包括的外观、大小等，搅拌结束后观察并记录矾花沉淀过程。

（5）实验结束后将水样摇匀进行浊度测量（6）将实验所得结果作图，绘制剩余浊度与混凝剂、助凝剂投加量的关系图，利用数据统计工具进行分析，找出各混凝剂投加量下的最佳助凝剂投加值，同时确定整体上最佳的混凝剂、助凝剂投加值【实验记录】1.混凝剂投加量与助凝剂投加量实验记录：原水浊度，水温，pH值各测了三遍取平均值。

原水浊度107NTU；原水温度18.3℃；原水pH值7.82。

表1 实验记录表2、矾花形成及沉淀过程描述：矾花细小，悬浮于水中，水质稍有清澈【数据处理与分析】利用实验数据作在不同混凝剂投加量下，投加不同助凝剂的剩余浊度图。

（实验分析）第一，本实验首先按照实验指导书所述方法，测出了Fecl3混凝剂的最小投加剂量，约为2 g/L，但是由于再投加混凝剂前并未混匀，用的是其的上清液，故实际最小投加量应比2g/L小，预计为1. 5左右。

第二，从实验结果的曲线可以看出，大于2g/L的混凝剂投加量的曲线出水浊度很高，分析原因有二，一是在取混凝后水样进行浊度测定时，未取上清液，而是从容器的下端排水口直接取出的，考虑到排水口中有很多杂质，并且取水时为事先排出一部分前段水，导致出水浊度过高；二可能是因为其相对于最佳投机量过多了，过多的混凝剂对胶体产生了保护作用，反而降低了混凝效果。

第三，由一与二的分析可以知道，后半段数据不可取，但是最佳投机量是位于前半段数据正常的部分当中的，所以影响不大，从前半段可以得到，混凝剂的最佳投加量为1.7g/L左右。

第四，PAM为非离子型高分子絮凝剂，可以改善絮体结构，起到助凝效果，其在PH大于10变为阴离子型，但原水PH在7到8左右，故PAM在实验中的作用机理应为吸附架桥。

从图上FeCl3投加量为0.5g/L可以看出来PAM为1mg/L和0.75mg/L的出水浊度明显低于0.5，0.25和0mg/L的，分析可能是此时混凝剂少，胶体多，PAM起到了混凝的效果，故其处理效果随PAM投加量提升而变好；而在FeCl3最佳投药量附近的不同PAM投量处理效果为不投和0.75较好，猜测为此时胶体量变少，PAM投加过多会发生保护现象，而产生的絮体较多，在一定的PAM投加范围内，投较多的PAM可以改善絮体结构，使其更加稳定，有助于混凝；当FeCl3投加量进一步提升，出现明显的混凝效果随PAM投加量提升而变好的现象，如在2.1g/L时出水浊度1和0. 75小于0.5小于0和0.25。

【实验结论】本次实验我们对107NTU浊度的溶液，用混凝剂FeCl3进行了六组浓度梯度实验，确定混凝剂的最佳投加点：FeCl3 为1.7g/L 附近，混凝剂的使用存在最佳投加量，在这个值附近的混凝效果是最好的。

过多投加不仅可能使浊度反而上升，还增加了成本；过少投加则会增加混凝时间，或者最终效果不好。

故投加混凝剂时量应适中。

然后我们设计了用五组不同浓度的PAM助凝剂进行的最佳助凝剂投加量实验，显示在最佳混凝剂投加点附近，最佳助凝剂投加量约为0.75mg/L左右，并且在一定的PAM投量范围内随着PAM投量提升，混凝效果也相应变好。

【误差分析】1. 误差来源1) 本次的实验是两组一起合作进行的实验。

我们在不同的仪器和用不同桶取水样。

每桶水样之间浊度存在一定差异。

也可能在取水过程中搅拌可能不够均匀，以上两点均可能产生误差。

2) 混凝剂投加时使用移液枪，有可能发生移液枪中的液体滴出烧杯外或溅在，产生误差。

3) 水样放置时会有部分颗粒沉淀，使得浊度测量不准。

浊度仪自身也存在误差。

4) 浓度梯度过大，确定的最佳投加区间存在误差。

5）混凝剂为摇匀使其浓度分布非均一。

6）从不同取水口带来的误差。

【思考题】1.根据实验结果及实验中所观察到得现象，简述影响混凝的几个主要因素。

1）混凝剂的投加量，混凝剂剩余浊度与混凝剂投加量曲线成U型，过高或过低的投量都不能达到好的混凝效果。

2）水温对混凝效果有明显影响，无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低时，水解困难。

3）水的pH值影响混凝效果4）混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极大。

整个混凝过程可以分为两个阶段：混合和反应。

水力条件的配合对这两个阶段非常重要。

5）助凝剂投加量。

2. 为什么投药量最大时，混凝效果不一定好。

解答：混凝沉淀时,投入过多的药剂时药剂本身也对水体造成污染,而且浪费药剂,增加成本.所以混凝沉淀时一定要先做好实验室小试才能投入运营.3.实际工程应用时，试简述采用混凝沉淀工艺的参数和工艺流程的确定过程。

解答：混凝沉淀工艺参数与流程的确定主要与两方面有关：一是需要被处理的来水的水质情况，二是出水水质要求。

结合这两个水质的具体情况，根据处理量、处理要求以及设备、经济条件等多方面因素，设计混凝时的混凝剂、助凝剂投加量，以及沉淀过程中的表面负荷、沉淀池停留时间以及沉淀池水平流速等参数，并且选用相应的工艺流程。

参数及流程确定后，通过理论计算以及试运行进行工艺参数及流程的校核，并最终确定混凝沉淀工艺的最终参数和流程设计。

【实验感悟】通过本次水处理混凝实验，我们了解混凝的现象及过程，并观察矾花的形成过程；了解了混凝实验的实验装置和操作方法；了解混凝剂投加量对的净水作用的影响因素；了解助凝剂对混凝效果的影响；可以说是从实际出发学习的了混凝的具体操作。

还发现了一些原有的操作问题和不规范点，为以后的学习和工作生活避免这些错误，积累了宝贵的经验。

可以说是收益匪浅。