OHIOH
H2Og舛(。
聊(志。
梃:
5++2H2O
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
[AI2(OH)4(H2O)J5+[A13(OH)6(H2O)J4++h+
[AI4(OH)6(H2O)1£]6+[AI4(OH)e(H£O)10]4+2H+
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:
[A'(OH)盘[AI(OH"
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)3o
五、实验步骤
(1)准备6个已经清洗和用蒸馆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1000mL量筒分别取6个水样至6个1000mL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20g/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10min。
(7)搅拌过程中,观察并记录矶花”形成的过程以及航花”的外观、大小、密实程度等。
(8)搅拌过程完成后,停机,静沉15min,观察并记录矶花”沉淀的过程。
(9)静止15min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、3.5mL的浓度C为20g/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
矶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
编亏
絮凝剂名称
AL2(SO4)3
原水浊度
10.1(第一次)
10.1(第二次)
原水温度
19
原水PH值
6.4(第一次)
6.4(第二次)
水样
编勺
代号
1#a
2#
Xi
3#
X2
4#
X3
5#
X4
6#b
第一次
投药量
mL
mg/L
0.5
10
1.5
30
2.5
50
3.0
60
3.5
70
4.0
80
剩余浊度
沉淀后PH值
7.54
6.4
3.52
6.4
0.73
6.4
0.61
6.4
0.49
6.4
0.8
6.4
水样
编勺
代号
1#a
2#
Xi
3#
X2
4#
X3
5#
X4
63
b
第二次
投药量
mLmg/L
2.3
46
2.4
48
2.5
50
2.6
52
2.7
54
2.8
56
剩余浊度
沉淀后PH值
0.59
6.4
0.55
6.4
0.63
6.4
0.64
6.4
0.71
6.4
0.82
6.4
表2实验过程的观察记录表
实验
编亏
观察记录
小结
水样
编亏
矶花形成及沉淀过程描述
第
一
次
1
矶花几乎没有形成
投药量在
3.0mL杠量
值的絮凝效果
较好
2
局5、6水样后出现混浊,矶花小而不密实,数量比3水
样少些,悬浮在水中,沉降慢。
3
很快出现混浊,矶花大,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,矶花小,密实度最好,且数量最多,沉速最快。
5
局3、4水样后出现混浊,矶花小,密实度较4水样差,
数量较2水样少,沉速仅快于1水样
6
如T3、4水样后出现混浊,矶花小而密实,数量较小,沉速较4低,堆积分散。
第
一
次
1
矶花出现较慢,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,矶花大而密实,数量较多,沉速快,在底层堆积较集中。
3
絮凝明显,矶花大,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,矶花较小,数量多,分布分散,沉速较慢,堆积分散。
5
絮凝明显,矶花小而密实,堆积分散,沉速较慢。
6
帆花出现相对较慢.堆积分散.沉谏最慢。
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
8厂
第一次混凝曲线图
图4第一次混凝曲线图
第二次混凝曲线图
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AL2(SO4)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50mg/L,最佳适用范围为40mg/L~60mg/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。
3、水中悬浮物浓度的影响
原因:
(1)水中悬浮物的浓度很低时,颗粒碰撞速率大大减小,絮凝效果差。
(2)水中悬浮物的浓度很高时,为使悬浮物达到吸附电中和脱稳作用,所需铝盐或铁盐絮凝剂量将相应大大增加
改善措施:
在投加絮凝剂的同时投加高分子助凝剂;投加矿物颗粒(如粘土等)以增加絮凝剂水解产物的凝结中心,提高颗粒碰撞速率并增加絮凝体密度;采用直接过滤法。
4、共存杂质的种类和浓度
共存杂质包括有利于絮凝的物质和不利于絮凝的物质。
5、絮凝剂的影响
即絮凝剂种类的选择和投药量值的确定。
九、思考题和实验注意事项
1、如何根据絮凝曲线图确定药剂的最佳投药量和最佳适用范围?
答:
根据絮凝曲线图,剩余浊度越小,污水处理的效果越好。
由
图4科确定药剂的最佳投药量为50mg/L,最佳适用范围为40mg/L-60mg/L。
2、说说絮凝剂AL2(SO4)3的特点、主要优缺点。
答:
絮凝剂AL2(SO4)3的特点:
当PH<3时,简单水合铝离子[Al(H2。
6)]3+可起压缩胶体双电层作用,在PH=4.5〜6.0范围内(视絮凝剂投量不同而异),主要是多核羟基配合物对负电荷胶体起电性中和作用,凝聚体比较密实;在PH=7〜7.5范围内,电中性氢氧化铝核物
[Al(OH)3]n可起吸附架桥作用,同时也存在某些羟基配合物的电性中和作用。
天然水的PH值一般在6.5~7.8之间,铝盐的絮凝作用主要是吸附架桥和电性中和,两者以何为主,决定于铝盐投加量,当铝盐投加量超过一定限度时,会产生胶体保护”作用。
絮凝剂AL2(SO4)3的优缺点:
精制硫酸铝杂质含量小,价格较贵;粗制硫酸铝杂质含量多,价格较低,但质量不稳定,增加了药液配制和废渣排除方面的操作麻烦。
采用固态硫酸铝的优点是运输方便,但制造过程多了浓缩和结晶工序。
如果水厂附近就有硫酸铝制造厂,最好采用液态,这样可节省浓缩、结晶的生产费用。
硫酸铝使用方便,但水温低时,硫酸铝水解较困难,形成的絮凝体比较松散,效果不及铁盐絮凝剂。
3、在絮凝实验中应注意哪些操作方法,对絮凝效果有什么影响?
答:
在絮凝实验中应注意的操作方法及其对絮凝效果的影响如下:
1)在絮凝实验中量取水样时应先搅拌均匀,并且一次量取,以此来减少取样浓度上的误差;
2)移取药液时应尽量做到精确。
加药量在药液少时,要掺点蒸馆水摇匀,以免沾在试管上的药液过多,影响投药量的精确度;
3)在白动加药后,要有蒸馆水冲洗加药的试管两次,以确保投药量的精确,而且冲洗的速度要快,因为搅拌时间是有限定的,这一系列的程序也是有一定要求并事先已设定好的,速度快才不会影响实验的顺利进行;
4)移取烧杯中的沉淀水上清液时,要用相同的条件取上清液,不要沉下去的矶花搅拌起来,以确保所测浊度的精确性。
4.为什么投药量最大时,絮凝效果不一定好?
答:
投入的药量应根据胶体浓度及无机金属盐水解产物的分子形态、荷电性质和荷电量等而确定。
当高分子絮凝剂投药量最大时,会产生胶体保护”作用。
胶体保护可理解为:
当全部胶粒的吸附面均被高分子覆盖以后,两胶粒接近时,就受到高分子的阻碍而不能聚集,这种阻碍来源于高分子之间的相互排斥。
排斥力可能来源于胶粒-胶
粒”之间高分子受到压缩变形而具有排斥势能,也可能由于高分子之间的电斥力(对带电高分子而言)或水化膜。
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。
这种污泥难于脱水,会给污泥处置带来很大困难。
所以投药量最大时,絮凝效果不一定是好的,应该根据具体废水的性质以及共存杂质的种类和浓度,通过实验,选定出适当的絮凝剂种类与投加的剂量。