1、水处理工程实验全向春全向春第一部分 必做实验 混凝实验（混凝实验（1.01.0）活性炭吸附实验活性炭吸附实验(1.0)(1.0)实验一实验一 混凝混凝一、实验目的一、实验目的1.了解混凝的现象及过程，净水作用及影响混了解混凝的现象及过程，净水作用及影响混凝的主要因素；凝的主要因素；2.学会求水样最佳混凝条件（包括投药量、学会求水样最佳混凝条件（包括投药量、pH值、水流速度梯度）的基本方法；值、水流速度梯度）的基本方法；3.了解助凝剂对混凝效果的影响。了解助凝剂对混凝效果的影响。4.二、实验原理二、实验原理5.1.混凝原理混凝原理 电位：决定了胶体电位：决定了胶体的聚集稳定性的聚集稳定性 一般粘
2、土一般粘土 电位电位-15-40mV 细菌细菌 电位电位-30-70mV(1)压缩双电层压缩双电层 根据根据DLVO理论，加入电解质对胶体进行脱稳。理论，加入电解质对胶体进行脱稳。电解质加入电解质加入与反离子同电荷离子与反离子同电荷离子 压缩压缩双电层双电层 电位电位 稳定性稳定性 凝聚凝聚(2)吸附吸附-电性中和电性中和 这种现象在水处理中出现的较多。这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低高分子物质、胶粒等，来降低 电位。在铝盐电位。在铝盐混凝剂的过程中，水解的多核羟基络合物主要混凝剂的过程中，
3、水解的多核羟基络合物主要起吸附电性中和作用。在水处理中由水合的起吸附电性中和作用。在水处理中由水合的Al3+产生的单纯的压缩双电层作用甚微。产生的单纯的压缩双电层作用甚微。(3)吸附架桥吸附架桥 指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥间的架桥.(4)网捕或卷扫网捕或卷扫 金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕,小胶粒与大矾花发生接触凝聚小胶粒与大矾花发生接触凝聚.铝系 硫酸铝 明矾 聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（PAS）适宜 pH：5.58 无机 铁系 三氯化铁 硫酸亚铁 硫酸铁（国内生产少）聚合硫酸铁 聚合氯化铁
4、适宜 pH：511，但腐蚀性强 阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物 国外开始增多，国内尚少 阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO）人工 合成 两性型：使用极少 淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 有机 天然 微生物絮凝剂 2.混凝剂的种类混凝剂的种类3.混凝效果主要影响因素混凝效果主要影响因素（1）pH如果如果pH值过低（小于值过低（小于4），则混凝剂水解受到限），则混凝剂水解受到限制，其化合物中很少有高分子物质存在，絮凝作制，其化合物中很少有高分子物质存在，絮凝作用较差。如果用较差。如果pH值过高（大于值过高（大于9-10），它们就），它们就会出现溶
5、解现象，生成带负电荷的络合离子，也会出现溶解现象，生成带负电荷的络合离子，也不能很好地发挥絮凝作用。不能很好地发挥絮凝作用。硫酸铝去除水中浊度时，最佳硫酸铝去除水中浊度时，最佳pH范围为范围为6.57.5；三价铁盐，最佳三价铁盐，最佳pH范围在范围在6.08.4。高分子混凝剂受高分子混凝剂受pH值影响较小。值影响较小。（2）水流速度梯度）水流速度梯度G 投加了混凝剂的水中，胶体颗粒脱稳后相互聚结，投加了混凝剂的水中，胶体颗粒脱稳后相互聚结，逐渐变成大的絮凝体，这时，水流速度梯度逐渐变成大的絮凝体，这时，水流速度梯度G值值的大小起着主要的作用。在混凝搅拌实验中，水的大小起着主要的作用。在混凝搅拌
6、实验中，水流速度梯度流速度梯度G值可按下式计算：值可按下式计算：式中式中:P搅拌功率（搅拌功率（J/s）；）；水的粘度（水的粘度（Pas）；）；V被搅动的水流体积（被搅动的水流体积（m3）；）；本实验本实验G值可直接由搅拌器显示板读出。值可直接由搅拌器显示板读出。VpG三、实验设备三、实验设备1.六联搅拌机六联搅拌机2.转速表（用于校正搅拌机的转速）；转速表（用于校正搅拌机的转速）；3.温度计一支温度计一支4.1000mL量筒一个，量筒一个，1mL吸管吸管2只；只；2mL 吸管吸管1 只；只；5mL吸管一只吸管一只5.酸度计；酸度计；6.光电浊度仪。光电浊度仪。四、实验水样四、实验水样各组自定
7、实验水样。各组自定实验水样。水样参考：自配水（高岭土悬浊液）、生活污水、河水等水样参考：自配水（高岭土悬浊液）、生活污水、河水等五、实验药剂五、实验药剂 精制硫酸铝精制硫酸铝Al2(SO4)318H2O溶液（溶液（10g/L）；）；氯化铁氯化铁FeCl36H2O溶液（溶液（10g/L）；）；聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺PAM溶液（助凝剂）；溶液（助凝剂）；浓度为浓度为10%的的HCl溶液（化学纯）；溶液（化学纯）；浓度为浓度为10%的的NaOH溶液（化学纯）。溶液（化学纯）。本实验提供较高浓度的混凝剂和助凝剂，各组可根据自本实验提供较高浓度的混凝剂和助凝剂，各组可根据自己实验要求进行稀释。己实验要求进
8、行稀释。七、实验操作步骤七、实验操作步骤1混凝剂的确定混凝剂的确定 在硫酸铝、三氯化铁、聚丙烯酰胺三种混凝剂中，在硫酸铝、三氯化铁、聚丙烯酰胺三种混凝剂中，确定一种最佳混凝效果的混凝剂。确定一种最佳混凝效果的混凝剂。（1）确定原水特征，即测定原水的浊度、温度、）确定原水特征，即测定原水的浊度、温度、pH值，记录在表值，记录在表1中。中。（2）用三只）用三只1000mL的烧杯，分别取的烧杯，分别取200mL原水，原水，将装有原水的烧杯置于混凝仪上。将装有原水的烧杯置于混凝仪上。（3）分别向）分别向3支烧杯中加入支烧杯中加入FeCl3、Al(SO4)3、聚丙聚丙烯酰胺，并每次加烯酰胺，并每次加1.
9、0mL,同时进行搅拌（中速同时进行搅拌（中速150r/min,5min），），直到其中一个试样出现钒花，直到其中一个试样出现钒花，观察钒花的大小及松散密实程度，将观察到的钒花观察钒花的大小及松散密实程度，将观察到的钒花情况及每个试样中混凝剂的投加量数据记录在表情况及每个试样中混凝剂的投加量数据记录在表1中。中。（4）停止搅拌，静止停止搅拌，静止15min。（5）用用200ml注射器每次汲取水样杯中上清液注射器每次汲取水样杯中上清液 130ml(够测浊度、够测浊度、pH即可即可)，测三个水样的浊，测三个水样的浊 度。并记录在表度。并记录在表1中。中。（6）根据测得的浊度确定最佳混凝剂量。）根据测
10、得的浊度确定最佳混凝剂量。2确定混凝剂的最佳投加量确定混凝剂的最佳投加量（1）用）用6支支1000ml的烧杯，分别取的烧杯，分别取800mL原水，原水，将装有原水样的烧杯置于混凝仪上。将装有原水样的烧杯置于混凝仪上。（2）采用实验）采用实验1中选定的最佳混凝剂，按不同的投中选定的最佳混凝剂，按不同的投量（依次按量（依次按25100的剂量）分别加入到的剂量）分别加入到800ml原水样中，利用均分法确定此组实验的原水样中，利用均分法确定此组实验的6个水样混凝剂的投加量，并记录表个水样混凝剂的投加量，并记录表2中。中。（3）启动搅拌机，快速搅拌约启动搅拌机，快速搅拌约300r/min,0.5min,
11、中速搅拌约中速搅拌约150r/min,5min,慢速搅拌约慢速搅拌约70r/min,10min.（4）搅拌过程中，注意观察搅拌过程中，注意观察“矾花矾花”的形成过程。的形成过程。（5）停止搅拌，静止沉淀停止搅拌，静止沉淀15min,然后用然后用200ml注射针筒分别抽出注射针筒分别抽出6个烧杯中的上清液，同时用个烧杯中的上清液，同时用浊度仪测定水中的剩余浊度，记录在表浊度仪测定水中的剩余浊度，记录在表2中。中。3、最佳、最佳pH的确定的确定（1）用）用6只只1000ml的烧杯，分别取的烧杯，分别取800ml的原水，将装有原水的烧杯置于混凝仪上。的原水，将装有原水的烧杯置于混凝仪上。（2）调整原
12、水）调整原水pH值，用移液管依次向值，用移液管依次向1、2和和3号装有原水的烧杯中加入号装有原水的烧杯中加入2.5、1.5和和1.0ml HCl,再向再向4、5、6号装有原水的烧号装有原水的烧杯中分别加入杯中分别加入0.2、0.7和和1.2ml NaOH.（3）启动搅拌机，快速搅拌启动搅拌机，快速搅拌300r/min,0.5min,随后停机，从每只烧杯中取随后停机，从每只烧杯中取50mL水样，依次用水样，依次用pH仪测定各水样的仪测定各水样的pH值，值，记录在表记录在表3中。中。（4）用移液管依次向装有原水的烧杯中加）用移液管依次向装有原水的烧杯中加入相同剂量的混凝剂，投加剂量照最佳入相同剂量
13、的混凝剂，投加剂量照最佳投药量实验中得出的最佳投加量而确定。投药量实验中得出的最佳投加量而确定。（5）启动搅拌机，快速搅拌）启动搅拌机，快速搅拌300r/min,0.5min,中速搅拌中速搅拌150r/min,慢速搅拌慢速搅拌70r/min,10min,停机。停机。（6）静止）静止15min,用用200mL 注射筒抽出烧注射筒抽出烧杯中的上清液杯中的上清液150mL放入放入200mL 烧杯中，烧杯中，同时用浊度仪测定剩余水的浊度，每只同时用浊度仪测定剩余水的浊度，每只水样测水样测3次，记录在表次，记录在表3中。中。九九 实验数据整理实验数据整理 1.以投药量为横坐标，以剩余浊度为纵坐以投药量为
14、横坐标，以剩余浊度为纵坐标，绘制投药量剩余浊度曲线，从曲线标，绘制投药量剩余浊度曲线，从曲线上求得不大于某一剩余浊度的最佳投药量上求得不大于某一剩余浊度的最佳投药量值。值。2.以以pH值为横坐标，以在最佳投药量下的值为横坐标，以在最佳投药量下的剩余浊度为纵坐标，绘制剩余浊度为纵坐标，绘制pH-剩余浊度曲剩余浊度曲线，求得最佳线，求得最佳pH值。值。十、注意事项十、注意事项1.混凝一般分慢速搅拌和快速搅拌阶段，其搅拌混凝一般分慢速搅拌和快速搅拌阶段，其搅拌速度和搅拌时间可根据实验自行确定；速度和搅拌时间可根据实验自行确定；2.实验过程中需记录水样的名称及浊度、实验过程中需记录水样的名称及浊度、p
15、H值、值、温度等参数，同时记录所使用混凝剂或助凝剂温度等参数，同时记录所使用混凝剂或助凝剂的种类和浓度以及混凝时的水流速度梯度等；的种类和浓度以及混凝时的水流速度梯度等；3.水样的浊度应取多次测量的平均值；水样的浊度应取多次测量的平均值；4.在最佳在最佳pH值实验中，用来测定值实验中，用来测定pH值的水样，仍值的水样，仍倒入原烧杯中；倒入原烧杯中；5.在测定水的浊度用注射管抽吸上清液时，不要在测定水的浊度用注射管抽吸上清液时，不要扰动底部沉淀物。同时，各烧杯抽吸的时间间扰动底部沉淀物。同时，各烧杯抽吸的时间间隔应尽量减小。隔应尽量减小。实验二实验二 活性炭吸附活性炭吸附 一、实验目的一、实验目
16、的 了解活性炭吸附的特点，学会测定吸附等温了解活性炭吸附的特点，学会测定吸附等温线及吸附动力学有关曲线线及吸附动力学有关曲线二、实验原理二、实验原理 由于活性炭对水中大部分污染物都有较好的由于活性炭对水中大部分污染物都有较好的吸附作用，利用活性炭固体表面对水中一种吸附作用，利用活性炭固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用达到净化水质的作用。或多种物质的吸附作用达到净化水质的作用。活性炭吸附是水中溶质在固体表面上聚集或活性炭吸附是水中溶质在固体表面上聚集或累积的过程叫作吸附作用。累积的过程叫作吸附作用。固体物固体物(活性炭活性炭)称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。称为吸
17、附质。吸附容量的大小直接与吸附剂的比表面积吸附容量的大小直接与吸附剂的比表面积有关。比表面积越大，吸附容量越大。有关。比表面积越大，吸附容量越大。当固体物表面所吸附的溶质浓度与溶液中当固体物表面所吸附的溶质浓度与溶液中所剩余的溶质浓度处于动态平衡时，即达所剩余的溶质浓度处于动态平衡时，即达到了吸附平衡。到了吸附平衡。在一定温度下，吸附容量在一定温度下，吸附容量q与吸附质平衡浓与吸附质平衡浓度度C之间具有一定的函数关系，即之间具有一定的函数关系，即nKCq1此方程为弗兰德利希等温线方程。此方程为弗兰德利希等温线方程。式中式中K、n与温度、吸附剂的性质和被吸附的物质与温度、吸附剂的性质和被吸附的物
18、质有关的常数；有关的常数；C-吸附溶质的平衡浓度，吸附溶质的平衡浓度，mg/Lq=x/m=被吸附物重量（被吸附物重量（mg/L）/吸附剂重量吸附剂重量（mg/L）将上式两边取对数，可改写成直线形式将上式两边取对数，可改写成直线形式以以lgq为纵坐标，为纵坐标，lgC为横坐标，在双对数坐标为横坐标，在双对数坐标纸上可绘一直线，直线截距为纸上可绘一直线，直线截距为lgK，斜率为斜率为1/n，从而可以求出从而可以求出K、n。CnKqlg)1(lglg三、实验设备与耗材三、实验设备与耗材 分析天平，震荡器，分光光度计，具塞三角分析天平，震荡器，分光光度计，具塞三角瓶，玻璃水槽，秒表，漏斗，粉末活性炭，
19、瓶，玻璃水槽，秒表，漏斗，粉末活性炭，颗粒活性炭，颗粒活性炭，15滤纸，亚甲蓝滤纸，亚甲蓝四、实验步骤四、实验步骤1吸附等温线吸附等温线（1）用天平称取颗粒活性炭）用天平称取颗粒活性炭350、375、400、425、450mg分装于带塞的三角瓶中，每瓶中各注入分装于带塞的三角瓶中，每瓶中各注入50mL水样（水样（0.15亚甲蓝溶液），然后放在震荡亚甲蓝溶液），然后放在震荡器上震荡器上震荡2530min（达到平衡）。达到平衡）。（2）将震荡过的水样用滤纸过滤，弃去初滤液约）将震荡过的水样用滤纸过滤，弃去初滤液约10mL。（3）将滤液置于将滤液置于72型分光光度计上进行比色（波型分光光度计上进行比
20、色（波长长650cm）记下光密度，并用标准曲线变换为浓记下光密度，并用标准曲线变换为浓度单位。度单位。(4)计算每瓶活性炭的吸附容量计算每瓶活性炭的吸附容量式中式中V-水样体积，水样体积，MLW-活性炭重量，活性炭重量，gC0-原水中吸附质浓度，原水中吸附质浓度，mL/mL;C-平衡时水中剩余吸附质浓度，平衡时水中剩余吸附质浓度，mL/mL（5）列表计算列表计算)/(/)(0gmLWCCVq2.吸附动力学吸附动力学（1）配制水样，取）配制水样，取5mL 0.15%亚甲蓝溶液用蒸馏亚甲蓝溶液用蒸馏水稀释至水稀释至500mL，均分装到均分装到500mL 具塞三角瓶具塞三角瓶中（每瓶溶液中（每瓶溶液
21、250mL），），同时测定浓度同时测定浓度C0。（2）在时间为零时加入在时间为零时加入1g准备好的粒状炭，然后准备好的粒状炭，然后放入恒温振荡器中振荡。放入恒温振荡器中振荡。（3）在时间为）在时间为5、10、15、30、45、60、75、90、105、120分时，各取样一次（取分时，各取样一次（取20mL），），在平在平衡之前连续取样至平衡为止。衡之前连续取样至平衡为止。（4）将每一水样用分光光度计比色，并用标准曲）将每一水样用分光光度计比色，并用标准曲线变换为浓度。线变换为浓度。（5）列表计算吸附量及浓度比。列表计算吸附量及浓度比。五、实验数据及整理五、实验数据及整理（1）吸附等温线吸附等温
22、线 作作LgCLgq曲线，并求出曲线，并求出K和和n值。值。用用q=KC1/n绘出吸附等温线。绘出吸附等温线。（2）吸附动力学）吸附动力学 绘出标准化的浓度比（绘出标准化的浓度比（C/C0）与时间的关系曲与时间的关系曲线。线。在同一图上，绘出吸附量与时间的关系曲线。在同一图上，绘出吸附量与时间的关系曲线。实验安排 原来的原来的4组每组再分为组每组再分为A、B小组；提交小组；提交小组名单及各组组长；小组名单及各组组长；实验时间安排：实验时间安排：日期 实验名称 5 月 11 日 5 月 18 日 5 月 25 日 6 月 1 日 混凝 1 组 3 组 2 组 4 组 吸附 2 组 4 组 1 组 3 组
