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1、混凝沉淀实验Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water TreatmentCentre for Water Treatment第1页，本讲稿共27页一、实验目的一、实验目的(1)学会求得最佳混凝条件学会求得最佳混凝条件(包括投药量、包括投药量、pH 值值)的基本方法；的基本方法；(2)加深对混凝机理的理解；加深对混凝机理的理解；(3)观察混凝实验现象。观察混凝实验现象。第2页，本讲稿共27页Sino-Dutch
2、 Demonstration Researcher and Training Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water TreatmentCentre for Water Treatment 分散在水中的胶体颗粒带有电荷，同时在布朗运动分散在水中的胶体颗粒带有电荷，同时在布朗运动分散在水中的胶体颗粒带有电荷，同时在布朗运动分散在水中的胶体颗粒带有电荷，同时在布朗运动及其表面水化膜作用下，长期处于稳定分散状态，不及其表面水化膜作用下，长期处于稳定分散状态，不及其表面水化膜作用下，长期处于稳定分散状态，不及其
3、表面水化膜作用下，长期处于稳定分散状态，不能用自然沉淀法去除，致使水中这种含浊状态稳定。能用自然沉淀法去除，致使水中这种含浊状态稳定。能用自然沉淀法去除，致使水中这种含浊状态稳定。能用自然沉淀法去除，致使水中这种含浊状态稳定。向水中投加混凝剂后，向水中投加混凝剂后，向水中投加混凝剂后，向水中投加混凝剂后，由于（由于（由于（由于（1 1）能降低颗粒间的排）能降低颗粒间的排）能降低颗粒间的排）能降低颗粒间的排斥能峰，降低胶粒的斥能峰，降低胶粒的斥能峰，降低胶粒的斥能峰，降低胶粒的 电位，实现胶粒电位，实现胶粒电位，实现胶粒电位，实现胶粒“脱稳脱稳脱稳脱稳”，（2 2）同时也能）同时也能）同时也能）
4、同时也能 发生高聚物式高分子混凝剂的吸附架发生高聚物式高分子混凝剂的吸附架发生高聚物式高分子混凝剂的吸附架发生高聚物式高分子混凝剂的吸附架桥作用，（桥作用，（桥作用，（桥作用，（3 3）网捕作用，从而达到颗粒的凝聚，最）网捕作用，从而达到颗粒的凝聚，最）网捕作用，从而达到颗粒的凝聚，最）网捕作用，从而达到颗粒的凝聚，最终沉终沉终沉终沉 淀从水中分离出来。淀从水中分离出来。淀从水中分离出来。淀从水中分离出来。由于各种原水有很大差别，混凝效果不尽相同，混由于各种原水有很大差别，混凝效果不尽相同，混由于各种原水有很大差别，混凝效果不尽相同，混由于各种原水有很大差别，混凝效果不尽相同，混凝剂的混凝效果
5、不仅取决于混凝剂投凝剂的混凝效果不仅取决于混凝剂投凝剂的混凝效果不仅取决于混凝剂投凝剂的混凝效果不仅取决于混凝剂投 加量，同时还加量，同时还加量，同时还加量，同时还取决于水的取决于水的取决于水的取决于水的 pH pH 值、水流速度梯度等因素。值、水流速度梯度等因素。值、水流速度梯度等因素。值、水流速度梯度等因素。二实验原理二实验原理第3页，本讲稿共27页AlAl3+3+6H6H2 2OO Al(HAl(H2 2O)O)6 6 3+3+Al(HAl(H2 2O)O)6 6 3+3+Al(OH)(HAl(OH)(H2 2O)O)5 5 2+2+H+H+Al(OH)(HAl(OH)(H2 2O)O)
6、5 5 2+2+Al(OH)Al(OH)2 2(H(H2 2O)O)4 4+H+H+Al(OH)Al(OH)2 2(H(H2 2O)O)4 4+Al(OH)Al(OH)3 3 +3H +3H2 2O+HO+H+Al(OH)Al(OH)3 3 沉淀对沉淀对沉淀对沉淀对胶粒进行网捕胶粒进行网捕胶粒进行网捕胶粒进行网捕第4页，本讲稿共27页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混合混合 胶体脱稳胶体脱稳胶体脱稳胶体脱稳 混合时间：混合时间：混合时间：混合时间：1030s1030s
7、，最多不超过，最多不超过，最多不超过，最多不超过minmin速度梯度：速度梯度：速度梯度：速度梯度：5001000s5001000s-1-1絮凝絮凝絮凝絮凝 生成矾花生成矾花生成矾花生成矾花保证足够的絮凝时间保证足够的絮凝时间保证足够的絮凝时间保证足够的絮凝时间：1075s1075s-1-1沉淀沉淀沉淀沉淀 矾花与水分离矾花与水分离矾花与水分离矾花与水分离停止搅拌，静置停止搅拌，静置停止搅拌，静置停止搅拌，静置第5页，本讲稿共27页三、实验仪器及试剂1 1、仪器、仪器、仪器、仪器（1 1）1000ml1000ml量筒量筒量筒量筒2 2个个个个（2 2）1000ml1000ml烧杯烧杯烧杯烧杯6
8、 6个个个个（3 3）10ml10ml移液管移液管移液管移液管5 5个个个个（4 4）光电式浊度仪）光电式浊度仪）光电式浊度仪）光电式浊度仪（5 5）六联电动搅拌器）六联电动搅拌器）六联电动搅拌器）六联电动搅拌器（6 6）pHpH计计计计2 2、试剂、试剂、试剂、试剂（1 1）硫酸铝）硫酸铝）硫酸铝）硫酸铝AlAl2 2（SOSO4 4）3 3 18H18H2 2OO：10g/L10g/L（2 2）盐酸）盐酸）盐酸）盐酸HClHCl：10%10%（3 3）氢氧化钠）氢氧化钠）氢氧化钠）氢氧化钠NaOHNaOH：10%10%第6页，本讲稿共27页四实验步骤四实验步骤（一）、确定最佳投药量（一）、
9、确定最佳投药量（一）、确定最佳投药量（一）、确定最佳投药量1自配原水（高岭土自配原水（高岭土),浊度为浊度为50-70NTU，确定原水特征，即测定原水水样混浊度、确定原水特征，即测定原水水样混浊度、pH 值、温度。值、温度。2用用 6 个个 1000mL 的烧杯，分别放入的烧杯，分别放入 1000mL 原水，置实验搅拌机平台上。原水，置实验搅拌机平台上。3启动搅拌机，先中速运转数分钟，然后快启动搅拌机，先中速运转数分钟，然后快速运转，稳定后再速运转，稳定后再16 号烧杯中分别加入号烧杯中分别加入3、6、9、12、15、18ml的硫酸铝混凝剂。快速的硫酸铝混凝剂。快速搅拌半分钟、转速约搅拌半分钟
10、、转速约 300r/min。第7页，本讲稿共27页Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water TreatmentWater Treatment4中速搅拌中速搅拌 5分钟，转速约分钟，转速约 120r/min；慢速搅拌慢速搅拌 10 分钟、转速约分钟、转速约 80r/min。5关闭搅拌机、抬起搅拌桨、静止沉淀关闭搅拌机、抬起搅拌桨、静止沉淀 15 分钟，取上清分钟，取上清 液用浊度仪测定浊度
11、，液用浊度仪测定浊度，(每杯每杯水样测定三次水样测定三次)，记入表记入表 1中。中。第8页，本讲稿共27页 表表1 1 最佳投加量实验记录表最佳投加量实验记录表原水浊度原水温度原水原水浊度原水温度原水pHpH混凝剂混凝剂 Al Al2 2(SO(SO4 4)3 3水样编号水样编号混凝剂投混凝剂投加量加量 3 3 6 6 9 9 12 12 15 15 18 18矾化形成矾化形成时间时间水样剩余水样剩余浊度浊度第9页，本讲稿共27页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第10页，本讲稿共27页(二二)最佳最佳 pH 值实验步骤值实验步骤1 1取取取取 6 6 个个个个
12、1000mL 1000mL 烧杯分别放入烧杯分别放入烧杯分别放入烧杯分别放入 1000mL 1000mL 原水，置原水，置原水，置原水，置于实验搅拌机平台上。于实验搅拌机平台上。于实验搅拌机平台上。于实验搅拌机平台上。2 2确定原水特征，测定原水浑浊度、确定原水特征，测定原水浑浊度、确定原水特征，测定原水浑浊度、确定原水特征，测定原水浑浊度、pH pH 值，温度本实验值，温度本实验值，温度本实验值，温度本实验所用原水和最佳投药量实验所用原水和最佳投药量实验所用原水和最佳投药量实验所用原水和最佳投药量实验 时相同。时相同。时相同。时相同。3 3调整原水调整原水调整原水调整原水 pH pH 值，值
13、，值，值，用移液管依次向用移液管依次向用移液管依次向用移液管依次向 1 1 号、号、号、号、2 2 号、号、号、号、3 3 号号号号装有水样的烧杯中分别加入装有水样的烧杯中分别加入装有水样的烧杯中分别加入装有水样的烧杯中分别加入 1.5 1.5、1.01.0、0.5mL 100.5mL 10浓度浓度浓度浓度的盐酸。依次向的盐酸。依次向的盐酸。依次向的盐酸。依次向 5 5 号、号、号、号、6 6 号装有水样的烧杯中分别加入号装有水样的烧杯中分别加入号装有水样的烧杯中分别加入号装有水样的烧杯中分别加入 0.50.5、1.0mL101.0mL10浓度的氢氧化钠。浓度的氢氧化钠。浓度的氢氧化钠。浓度的
14、氢氧化钠。该步骤也可采用变化该步骤也可采用变化该步骤也可采用变化该步骤也可采用变化 pH pH 值的方法，即调整值的方法，即调整值的方法，即调整值的方法，即调整 1 1 号烧杯水样号烧杯水样号烧杯水样号烧杯水样使其使其使其使其 pH pH 值等于值等于值等于值等于 3 3，其它水样，其它水样，其它水样，其它水样 的的的的 pH pH 值值值值(从从从从 1 1 号烧杯开始号烧杯开始号烧杯开始号烧杯开始)依次增加一个依次增加一个依次增加一个依次增加一个 pH pH 值单位。值单位。值单位。值单位。第11页，本讲稿共27页Sino-Dutch Demonstration Researcher an
15、d Training Centre for Water Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water TreatmentTreatment4 4启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约 300r/min 300r/min。随后从各烧杯中分别取出随后从各烧杯中分别取出随后从各烧杯中分别取出随后从各烧杯中分别取出 50mL 50mL水样放入三角烧杯，用水样放入三角烧杯，用水样放入三角烧杯，用水样放入三角烧杯，用 pH
16、pH 仪测定各水样仪测定各水样仪测定各水样仪测定各水样 pH pH 值记值记值记值记入表入表入表入表 1-2 1-2 中。中。中。中。5 5用移液管向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂用移液管向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂用移液管向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂用移液管向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂(投投投投加剂量按照最佳投药量实验中得出加剂量按照最佳投药量实验中得出加剂量按照最佳投药量实验中得出加剂量按照最佳投药量实验中得出 的最佳投药量而确的最佳投药量而确的最佳投药量而确的最佳投药量而确定定定定)6 6启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约启动搅拌机，快速搅拌半分钟，
17、转速约启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约 300r/min 300r/min：中速搅拌中速搅拌中速搅拌中速搅拌 5 5分钟，转速约分钟，转速约分钟，转速约分钟，转速约 120r/min 120r/min慢速搅拌慢速搅拌慢速搅拌慢速搅拌 10 10分钟，转速约分钟，转速约分钟，转速约分钟，转速约 80r/min 80r/min。7 7关闭搅拌机，静置关闭搅拌机，静置关闭搅拌机，静置关闭搅拌机，静置1 5 1 5 分钟，取上清液分钟，取上清液分钟，取上清液分钟，取上清液(用浊度仪测用浊度仪测用浊度仪测用浊度仪测定浊度，记入表定浊度，记入表定浊度，记入表定浊度，记入表 2 2 中。中。中。中。第12
18、页，本讲稿共27页表表2 2 最佳最佳pHpH值实验记录表值实验记录表原水浊度原水温度混凝剂混凝剂投加量原水浊度原水温度混凝剂混凝剂投加量水样编号水样编号 HClHCl投加量投加量 NaOHNaOH投投加量加量 水样水样pHpH值值 4 5 6 7 8 9 4 5 6 7 8 9矾花形成矾花形成时间时间剩余浊度剩余浊度第13页，本讲稿共27页最佳最佳pH范围范围浊度浊度 pH第14页，本讲稿共27页五.五.五.五.注意事项注意事项1.1.1.1.整个实验采用同一水样，取水样时搅拌整个实验采用同一水样，取水样时搅拌均匀，一次量取均匀，一次量取2.2.要充分冲洗加药杯，以免药剂沾在加要充分冲洗加药
19、杯，以免药剂沾在加药杯上太多，影响投药量的精确度药杯上太多，影响投药量的精确度3.3.取上清液时，要在相同的条件下取。取上清液时，要在相同的条件下取。第15页，本讲稿共27页六思考题六思考题简述影响混凝效果的几个主要因素。简述影响混凝效果的几个主要因素。为什么投药量大时，混凝效果不一定好为什么投药量大时，混凝效果不一定好?3.3.希望今后通过课外阅读和参观了解工业希望今后通过课外阅读和参观了解工业实际混凝沉淀装置的运行情况。实际混凝沉淀装置的运行情况。第16页，本讲稿共27页Sino-Dutch Demonstration Researcher and Sino-Dutch Demonstra
20、tion Researcher and Training Centre for Water TreatmentTraining Centre for Water Treatment实验三实验三 氯化铁和聚铁混凝效果的对比氯化铁和聚铁混凝效果的对比混凝剂：氯化铁（混凝剂：氯化铁（1%）、聚合硫酸铁（）、聚合硫酸铁（1%）pH:7-8，混凝剂投加量：混凝剂投加量：3、6、9、12、15、18实验过程：同实验二实验过程：同实验二第17页，本讲稿共27页Sino-Dutch Demonstration Researcher and Sino-Dutch Demonstration Researcher
21、 and Training Centre for Water TreatmentTraining Centre for Water Treatment实验四实验四 水中有机物对除浊的影响水中有机物对除浊的影响混凝剂：硫酸铝混凝剂：硫酸铝原水：原水：1.高岭土高岭土 2.高岭土高岭土+腐植酸（要求原水浊度相同腐植酸（要求原水浊度相同)pH:6.5-7.5投药量：投药量：3、6、9、12、15、18实验过程同实验二第18页，本讲稿共27页Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Sino-Dutch Demonstration Researc
22、her and Training Centre for Water TreatmentCentre for Water Treatment实验五实验五 聚合氯化铝絮凝剂的制备聚合氯化铝絮凝剂的制备一、实验目的一、实验目的掌握实验室制备聚合氯化铝的方法掌握实验室制备聚合氯化铝的方法第19页，本讲稿共27页Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water TreatmentTreatme
23、nt二、实验原理二、实验原理 在现代用水和废水处理混凝技术中,铝盐是应用最广泛的无机盐类混凝剂。聚合铝作为一类性能 优于普通铝盐的混凝剂,自 20 世纪 60 年代开始应 用于水处理中,并在 20 世纪 70 年代中后期得到水处理界的普遍肯定,至 20 世纪 80 年代达到研究和 应用的鼎盛时期。第20页，本讲稿共27页Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water Treatme
24、ntTreatment 聚聚 合合 氯氯 化化 铝铝 简简 称称 PAC ,PAC ,其其 化化 学学 通通 式式 为为 Al Al2 2 (O H)(O H)n n ClCl6 6-n n m m (1(1 n n 5,5,m m 10),10),是一种是一种新新 型高效无机高分子絮凝剂型高效无机高分子絮凝剂 。PAC PAC 具有混凝能力具有混凝能力强强,用量少用量少,净化性能高净化性能高,适应力强等特点适应力强等特点,净化效净化效果是果是 传统净水剂硫酸铝的传统净水剂硫酸铝的 3 3 5 5 倍倍 。PAC PAC 是介于是介于 AlClAlCl3 3和和 Al(O H)Al(O H)3
25、 3 之之 间间 的的 中中 间间 水水 解解 产产 物物,常常 温温 下下 有有 固固 体体(白色白色)和液体和液体(无色无色)两种形态两种形态 。固体产品。固体产品具有吸附具有吸附 活性高活性高 、澄清泥少、澄清泥少 、时间短、时间短 、适应、适应 p H p H 值范值范围宽围宽 、不需、不需 助凝剂和不受水温影响等优点助凝剂和不受水温影响等优点 。PAC PAC 现已现已被广泛被广泛 用于净水处理和工业废水的处理用于净水处理和工业废水的处理 。还可用于制。还可用于制革的革的 鞣软剂鞣软剂 、造纸的施胶剂、造纸的施胶剂 、印染的漂染剂、印染的漂染剂 、精密铸、精密铸造的造的 硬化剂硬化剂
26、 、耐火材料的粘结剂等、耐火材料的粘结剂等 第21页，本讲稿共27页Sino-Dutch Demonstration Researcher and Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water TreatmentTraining Centre for Water Treatment 国内外制备国内外制备 PAC PAC 的传统生产工艺中的传统生产工艺中,按所用原按所用原料的不同料的不同,大致可分为金属铝大致可分为金属铝(包括铝灰包括铝灰 、铝渣、铝渣)法法 、活性氢氧化铝法活性氢氧化铝法 、三氧化铝、三氧化铝
27、(包括铝矾土包括铝矾土 、煤矸、煤矸石等石等)法等法等 。传统传统 PAC PAC 合成工艺及所得聚铝产品分别有合成工艺及所得聚铝产品分别有 其优缺点其优缺点 。如采用铝矾矿和铝灰法虽一步合成如采用铝矾矿和铝灰法虽一步合成 且成本低且成本低,但由于原料但由于原料杂质含量高杂质含量高,导致聚铝产品含导致聚铝产品含 杂质较多杂质较多,降低了产品的品降低了产品的品位位,限制了使用范围限制了使用范围;氢氢 氧化铝酸解法一般采用两种酸氧化铝酸解法一般采用两种酸(硫酸和盐酸硫酸和盐酸),),对设备腐蚀大对设备腐蚀大,产品中产品中 SO4 2-SO4 2-含量高含量高;加加压法和电解法能压法和电解法能 耗大
28、耗大,对设备要求高对设备要求高,操作条件苛刻操作条件苛刻 。第22页，本讲稿共27页Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water TreatmentTreatment 硫酸铝法是目前开发出的一种生产 PAC 的新工艺,所用原料为硫酸铝、氯化钙和氧化钙。生产过程可分三步进行:首 先为硫酸铝与氯化钙的沉淀反应;其次再加入氧化钙来调节溶液的 p H 值,进而起到控制盐基度的目 的;最后
29、将溶液过滤,滤液进行熟化,即可得到液体 PAC.随着社会的发展和人们生活水平的提高,PAC 的用途和用量正日益扩大。因此,对其合成工艺进 行研究是十分必要的。第23页，本讲稿共27页Sino-Dutch Demonstration Researcher and Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water TreatmentTraining Centre for Water TreatmentAl2 2(SO4)3 3+3CaCl2 2=3CaSO4 4+2AlCl3 3熟化反应 Al(O H)2 2 Cl-
30、Al2 2(O H)4 4 Cl2 2-Al2 2(O H)5 5 Cl 2 2-Al2 2(O H)4 4 Cl2 2 3 3-Al2 2(O H)n n Cl6 6-n n m.第24页，本讲稿共27页Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water TreatmentCentre for Water Treatment三、实验原料三、实验原料十八水合硫酸铝十八水合硫酸铝 Al2 2(SO4 4)3 3 18 H
31、2 2 O,分析纯分析纯;无水氯化钙无水氯化钙(分析纯分析纯),氧化钙氧化钙(化学纯化学纯)。第25页，本讲稿共27页Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water TreatmentWater Treatment四、实验步骤（一）原料预处理（1）加热下将 Al2 2(SO4)3 3 18 H2 2 O 溶于水制成 2mol/L 的溶液;（2）室温下将固体 CaCl2 2 溶于水制成 6.8m
32、ol/L 的近饱和溶液;（3）将块状的 CaO 粉碎成粉末状。第26页，本讲稿共27页Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Sino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water TreatmentWater Treatment（二）制备过程（二）制备过程（1 1）将配制好的硫酸铝溶液加入三口烧瓶中）将配制好的硫酸铝溶液加入三口烧瓶中,水浴水浴 加热至近沸加热至近沸,搅拌搅拌,将氯化钙溶液以一定加料速度加将氯化钙溶液以一定加料速度加 入三
33、口烧瓶入三口烧瓶,此时溶液呈黄色悬浊液此时溶液呈黄色悬浊液;（2 2）停止加热）停止加热,搅搅 拌下将溶液冷却至拌下将溶液冷却至 45 4560 60 ,并并维持此温度维持此温度,用角匙将氧化钙粉末以一定加料速度加用角匙将氧化钙粉末以一定加料速度加入三口烧瓶入三口烧瓶,调调 节节 p H p H 值至值至 2.5 2.53.0,3.0,此时溶液呈此时溶液呈白色悬浊液白色悬浊液;（3 3）将上）将上 述悬浊液倒入吸滤瓶漏斗进行吸滤述悬浊液倒入吸滤瓶漏斗进行吸滤,然然后将滤液倒后将滤液倒 回干净的三口烧瓶进行熟化回干净的三口烧瓶进行熟化,便可得到便可得到粘稠的浅黄粘稠的浅黄 色液体色液体,即为液体聚铝即为液体聚铝 。其熟化温度控。其熟化温度控制为制为 45 456060,熟化时间为熟化时间为 3 35 h.5 h.第27页，本讲稿共27页