混凝法去除废水中COD的探究.docx
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混凝法去除废水中COD的探究
环境科学与工程学院
综合实验论文
题目：
混凝法去除废水中COD的探究
小组成员：
黄柳英刘忠正廖品茗张存款
杨振东欧奕霏宁诗婷车冰氚
吕良好邓美丽林舒康覃丽燕
陈炜潘霏易洋平
作者姓名：
廖品茗
学号：
3110207216
学院：
环境科学与工程学院
指导老师：
宋颖
完成时间：
2014年7月5日
目录
摘要3
关键词：
混凝法混凝剂自配废水COD3
前言3
1、混凝沉淀法4
1.1常用混凝剂4
1.1.1无机混凝剂4
1.1.2有机混凝剂5
2、实验材料及方法6
2.1实验材料及水样6
2.2分析方法6
3、实验结果与分析6
3.1最佳COD浓度水样的确定6
3.2最佳混凝剂的确定7
3.3混凝剂最佳PH的确定8
3.4混凝剂最佳投药量的确定9
3.5实验所得主要结论10
4、结论与建议10
5、实验心得体会11
参考文献13
摘要：
环境监控力度的加大导致废水的排放指标越来越严格，尤其是2009年5月1日以后，实施的新标准（GB3544-2008）中增加了氮、磷、色度等指标，变化最大的是CODcr，由原来旧标准的250ml/L降到120mg/L，因此，因此寻找一种可行、经济的深度处理工艺已经迫在眉睫。
本实验在经过查阅了影响污水COD去除效果的各个因素，着重于混凝剂选择、投加量的确定以及水力条件等方面进行了实验验证，提出有效提高污水中COD去除率的可能措施。
实验探讨了：
（1）无机絮凝剂聚合氯化铝、氯化铝、硫酸铝在处理废水中对COD去除率的影响；
（2）无机絮凝剂聚合氯化铝、氯化铝、硫酸铝的投加量对废水COD去除率的影响；（3）废水PH值对无机絮凝剂聚合氯化铝、氯化铝、硫酸铝在处理废水时对COD去除率的影响；（4）废水COD浓度在无机絮凝剂聚合氯化铝、氯化铝、硫酸铝处理废水时对其去除率的影响。
关键词：
混凝法混凝剂自配废水COD
前言
水是宝贵的自然资源，是人类赖以生存的必要条件。
人类在活和进行生产活动的过程中，从自然界取用水资源，经过一系列的生产活动后，又把受污染的水排向自然界。
这些由于生产活动而改变了原来组成，甚至丧失了使用价值的水称为废水。
由于废水中混进了各种各样的污染物，如果排进自然界水体，日积月累，最终给环境带来巨大的破坏。
而且由于工业的发展及人口的不断增长，排入自然界的废水将越来越多。
COD即化学需氧量，是指水体中易被氧化剂氧化的还原性物质所消耗的氧化剂的量，以mg/L来表示，其反映了水中受还原性物质污染的程度。
我国工业废水COD的排放量一直很大，所以研究废水中COD的有效除去方法尤为关键。
本实验探究中，将单独研究混凝沉淀法对废水中COD的去除效果。
1、混凝沉淀法
混凝就是向废水中投入混凝剂，在混凝剂离解和水解产物的作用下，使水中的胶体污染物和细微悬浮物脱稳并凝聚为絮体的过程，其中包括凝聚和絮凝两个过程，统称为凝聚。
混凝法是一种广泛用于废水处理的方法，它即可以降低原水的浊度、色度等感官指标，又可以去除多种有毒有害物质；既可以作为独立的处理系统，又可以与其他单元过程组合，作为预处理、中间处理和最终处理过程；还经常用于污泥脱水前的浓缩处理。
混凝法与其他的污废水处理方法相比,具有使用设备简单、维护操作易于掌握,处理效果好,间歇或连续运行均可以的优点。
但在用该法处理污水的过程中,水质情况和混凝剂的选用、投加量的大小、投加顺序以及混凝过程中的水力条件等都是影响COD去除效果的主要因素。
1.1常用混凝剂
常用的混凝剂有无机混凝剂、有机混凝剂及微生物混凝剂。
无机混凝剂主要包括铝盐和铁盐。
铝盐主要有明矾。
硫酸铝、三氯化铝、铝酸钠及碱式氯化铝等。
铁盐主要有硫酸亚铁、硫酸铁及三氯化铁等。
有机混凝剂可以分为天然有机高分子混凝剂及合成有机高分子混凝剂，市面上最常用的的合成有机高分子絮凝剂又要有聚丙烯酰胺，按分子量的大小又可以分为低分子量有机混凝剂、阴离子混凝剂及非离子混凝。
微生物混凝剂是指某些菌类如酵母、霉菌等在特定培养条件下生产到一定阶段产生具有絮凝作用的产物，主要活性成分为多糖、蛋白质、核酸等。
1.1.1无机混凝剂
无机絮凝剂有时也称为无机混凝剂。
它是由无机组分组成的絮凝剂，絮凝剂作用主要是增加混凝固体的碰撞几率，在其水解产物的作用下，附聚、架桥胶体颗粒并形成可沉降的或可过滤的絮凝物。
在给水废水处理中常用的有铝盐、铁盐和氯化钙等。
本实验中将采用该类混凝剂中的硫酸铝、氯化铝及聚合氯化铝。
硫酸铝（硫酸铝矾）
硫酸铝是一种白色粉末状或块状的混凝剂，有涩味，投入水中后发生水解反应，水解反应速度缓慢。
化学纯的硫酸铝含Al2（SO4）3为50%-60%；工业纯的硫酸铝含Al2（SO4）3大约为20%-25%。
一般情况下，适合的pH值范围在6.0-7.8之间。
当pH在4-7时，以去除水溶液的有机物为主；当在5.7-7.8之间时，以去除水中的悬浮物为主；当在6.4-78之间时，可以处理高浊度和低色度废水，适合水温为20-40℃。
无水氯化铝
无水氯化铝是一种无色透明片状结晶，六方晶系的混凝剂。
有时无水氯化铝也呈淡黄绿色或红棕色，主要是因为其工业品因含有铁、游离氯等杂质。
无水氯化铝易溶于水，能生成六水氯化铝。
并伴有大量的热放出；能够溶于乙醇和乙醚等有机溶剂，但不用于苯。
当无水氯化铝暴露在空气中时，容易吸收水分并释放氯化氢气体。
如果人的皮肤接触无水氯化铝，同时又接触水时，能剧烈灼烧皮肤，所以当其落在皮肤上时，应先干拭，然后再用大量的清水冲洗。
聚合氯化铝
聚合氯化铝又叫碱式氯化铝，羟基氯化铝，化学通式为[Aln（OH）mCl3n-m]n，是介于AlCl3与Al（OH）3之间的产物，通过羟基而交联聚合，分子中带有数量不等的羟基。
聚合氯化铝为无色或黄色树枝状固体，其溶液为无色或黄褐色透明液体，有时因含有杂质而成灰黑色黏液。
聚合氯化铝能水解生产[Al（OH）3（H2O）3]而沉淀，有较强的交联吸附性能。
水解过程中，伴随有电化学、絮凝、沉淀等物理化学反应。
适合的pH值范围是5-9。
水温对其水解的影响不大。
在进行废水处理时，聚合氯化铝比硫酸铝的用量少，絮凝效果好，而且易于过滤，生产设备简单，操作方便，腐蚀性小，成本低。
但缺点是化学性质不够稳定。
1.1.2有机混凝剂
有机高分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂相比，具有用量少，pH值使用范围广，受盐类及环境影响因素小、污泥量少，处理效果好优良性能，应用范围广泛。
有机高分子絮凝剂主要分为两大类，即合成有机高分子絮凝剂和天然有机高分子絮凝剂。
另外可按官能团的性质、原料种类、聚合度、产品形态等分类。
一般按官能团离子类型分类，可分为阴离子、阳离子、非离子型三种，现在也有两性型高分子絮凝剂的研究和应用的报道。
因本实验中未采用该类絮凝剂，故不作详细介绍。
2、实验材料及方法
2.1实验材料及水样
为了方便实验的实施以及避免其他因素对于混凝效果的影响，同时使实验较具针对性，增大实验可行性，实验水样采用添加葡萄糖以及淀粉的自配废水。
实验所用混凝剂：
聚合氯化铝、氯化铝、硫酸铝。
助凝剂为
聚丙烯酰胺。
2.2分析方法
本实验选择重铬酸钾加热回流法，才用微波密封消解快速法测定
.其原理是在高频微波能作用下，反应液体分子产生高速摩擦运动，迅速升温，密封消解使罐内压力迅速提高，从而缩短消解时间。
在强酸性溶液中，准确加入过量的重铬酸钾标准溶液，微波密封消解，将水样中还原性物质（主要是有机物）氧化，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，根据所消耗的重铬酸钾标准溶液计算水样的化学需氧量。
3、实验结果与分析
3.1最佳COD浓度水样的确定
将配好的废水进行稀释，稀释倍数分别为0.4、0.7、1、3、5。
然后在在5组稀释废水中加入一定量（取3.7mL、c=1000mg/L）的无机絮凝剂（本处选用氯化铝）并分装于5个烧杯中。
最后将烧杯置于搅拌机中进行搅拌并进行现象的记录。
混凝完成后取上清液进行COD的测定，得出实验数据后进行分析得出曲线图如下：
图1中曲线代表的是COD去除率随废水稀释倍数变化的关系曲线。
当废水的稀释倍数小于1倍的时候，随着稀释倍数的增加，COD的去除率也随之增大，当稀释倍数为1倍时，COD去除率达到最大值，之后随着稀释倍数的增加，COD的去除率也随之减小，从而说明了废水的最佳稀释倍数为1倍，此时混凝剂的效果最为突出，经测定，1倍稀释水样对应的COD浓度为:
510.84mg/l，去除后COD浓度为50.88mg/l，对应的COD去除率为81.83%。
3.2最佳混凝剂的确定
通过定量试验，取6组最佳浓度的相同量的废水分别放入6个烧杯中，按照公式Xi=a+（b-a）/（n+1）i（i=1、2、3…）分别计算出6组不同的投加量，并按照计算的结果分别在6组烧杯中加入氯化铝混凝剂。
按照此配置方法继续配置出聚合氯化铝以及硫酸铝的实验水样，然后进行上一阶段的搅拌混凝操作，混凝结束后取上清液进行COD测定。
经实验数据分析得出曲线图如下:
图2中蓝色曲线为使用氯化铝作为混凝剂时，COD去除率随混凝剂投加量变化的关系曲线；粉色曲线为使用聚合氯化铝作为混凝剂时，COD去除率随混凝剂投加量变化的关系曲线；黄色曲线为使用硫酸铝作为混凝剂时，COD去除率随混凝剂投加量变化的关系曲线。
从图中不难看出，经过不同混凝剂混凝后的，对应废水中的COD均得到去除，而且从图中可以看到氯化铝在不同投加量下对COD去除率的变化比较明显，而聚合氯化铝和硫酸铝在不同投加量下对COD去除率的变化不是很大，曲线相对较平缓。
另外，在相同的投药量下，三种混凝剂的COD去除率中，氯化铝的COD去除率几乎都要高于其他两种混凝剂的去除率。
从而可以得出结论：
氯化铝的COD去除效果最佳。
因此本实验的后续部分将采用氯化铝进行。
3.3混凝剂最佳PH的确定
通过定量试验，取6组最佳
浓度的一定量的废水分别放入6个烧杯中，按梯度调节好废水的PH（梯度分别为：
4.03、5.42、6.70、8.30、9.59、10.04），并加入一定量（取3.7mL、c=1000mg/L）的最佳无机絮凝剂（氯化铝，由上一步实验确定），然后进行上一阶段的搅拌混凝操作，混凝结束后取上清液进行COD测定。
经实验数据分析得出曲线图如下:
图3中曲线表示的是选用指定混凝剂后，COD去除率随废水pH变化的关系曲线。
从图中可知，当废水PH低于为6.7的时候，随着废水PH的增加，COD的去除率也随之增大，当PH到达6.7时，COD去除率达到最大值，之后随着PH的增加，COD的去除率也几乎都是随之减小，在PH为9.59的时候，COD的去除率有些许的增加，但效果不甚明显，所以可以得出结论当废水的PH为8.3的时候，混凝剂的混凝效果最为突出，经测定，PH为6.7时，废水经混凝处理后的COD浓度为mg/l，对应的COD去除率为42.66%。
3.4混凝剂最佳投药量的确定
通过定量试验，取6组最佳
浓度的一定量的废水分别放入六个烧杯中，并调节污水的PH值为最佳值（PH=6.7，由上一步实验定）。
接下来在每组污水加入不同量的最佳无机絮凝剂（氯化铝，浓度统一取1000mg/L），投药量按照公式Xi=a+（b-a）/（n+1）i（i=1、2、3…）来进行计算。
然后进行上一阶段的搅拌混凝操作，混凝结束后取上清液进行COD测定。
经实验数据分析得出曲线图如下:
在图4中曲线所表示的是使用氯化铝处理废水时，COD去除率随废水中无机混凝剂投加量变化的关系曲线。
在最佳废水COD浓度、最佳混凝剂以及废水的最佳PH条件下，随着氯化铝投加量的变化，废水中COD的去除率呈现先上升后下降的趋势，当氯化铝的投药量小于3.7ml的时候，随着氯化铝投药量的增加，COD的去除率也随之增大，当氯化铝的投药量到达3.7ml时，COD去除率达到最大值，之后随着投药量的增加，COD的去除率也随之减小，从而说明在最佳废水COD浓度、最佳混凝剂以及废水的最佳PH条件下，3.7ml混凝剂的投药量混凝效果最为突出，经测定，投药量为3.7ml时，废水经混凝处理后的COD浓度为mg/l，对应的COD去除率为46.76%。
3.5实验所得主要结论
观察图3及延伸思考可以知道，每一种无机絮凝剂都应该有自己最合适的pH，并且该pH一般处于中性到碱性之间。
在这个最佳pH条件下，无机絮凝剂将发挥最好的处理效果，COD的去除率将达到最大。
pH值不同会对混凝效果产生不同的影响。
在该次实验废水中，氯化铝的最佳pH是6.7，对应去除率为42.66%。
观察图4可得结论，无机絮凝剂的投加量对COD去除影响较大。
在一定范围内，投加量增加会显著提高COD的去除率，但是当投加量超过一定值COD的去除率反而会降低。
在该次实验废水中，氯化铝的最佳投加量为3.7ml，对应去除率为46.76%。
4、结论与建议
本实验由于采用的是自配废水，废水中有机物质含量较少，但也由于其里面物质种类比较单一，所以对于单独去除COD的实验也比较有针对性。
单独对COD去除率的研究，可以避免其他物质对混凝剂混凝效果的干扰，从而得出的数据比较理想化。
当然，在现实的废水处理中，COD的去除效果不会有那么理想，但是COD的去除方法也还有很多，采用多种去除方法混合使用的方法相信去除的效果也会远不止于此。
本次实验中，由于时间和条件的限制，并不能做得很全面，还有不少需要改进的地方。
比如应该完善无机絮凝剂与有机絮凝剂混合使用进行混凝的实验，从而可以更深层次地研究他们对水处理的影响，为以后的水处理提供参考。
此外，应该考虑尽可能多得废水处理影响因素，从而筛选出絮凝剂的最佳工艺条件。
但是，无论是哪一种絮凝剂，或者是哪一种处理方法，只要是有化学药剂的加入，或多或少都会产生二次污染。
如铝系絮凝剂的加入会导致铝离子的残留，过多的铝离子会对人的神经系统产生不良影响，过多的铝离子进入人体会导致帕金森综合症、铝性骨病、铝性贫血、脱发、大脑痴呆的综合症。
又如丙烯酰胺类絮凝剂残留的单体的毒性以及在生产过程中夹带的有毒金属都会对人体产生危害。
这些化学药品不仅对人体造成危害，同时也会影响水体的生态，造成对水体的污染。
与此同时，在生产这些化学药剂的过程中也会造成能源和资源的消耗，在这过程中产生的有毒有害气体也会对大气环境造成污染。
希望随着科技技术与社会的发展，在不久的将来有一种更环保更经济的处理技术出现，这有人类生存的环境就不会承担如此大的污染负荷。
更重要的是，在技术改善的同时，减少污染的排放才是首要任务，做到“预防为主，防治结合”的方针政策。
这样的话，相信我们的环境才会得到最大的改善。
5、实验心得体会
为期一个多星期的综合实验探究到这里就要告一段落了，我们实验小组在宋颖老师的指导，对本实验进行了多次的讨论研究，并对讨论结果进行了探究实验。
总的来说本次综合实验的实验结果相对不错，尽管在本次研究中出现了有些混凝剂处理后出水水质并没有达到原本讨论设定的目标，但是检测结果显示还是达到本次开展的实验研究所得到的意义。
在这一个多星期里，从实验一开始的无所适从，到最后实验的得心应手，我感觉自己学到了很多东西。
当然，这也归功于老师认真的指导以及组员们团队合作。
在实验开始阶段，我们分工收集有关资料和文献，在老师的建议下，我们主动去发现问题，总结方法。
在这一过程中，我们基本掌握了实验的流程和实验方法。
实验过程中我们也遇到不少问题，在实验结果不理想和错误时，有些组员会出现烦躁的情绪，但是在经过细心分析和总结实验操作过程后，接下来的实验都是很顺利的完成了。
经过本次综合实验，我们学会了自己去设计实验方案，选择可行的试验方法与步骤，可以独立完成水处理实验并对实验过程及实验结果进行分析处理，也基本上了解了混凝法去除COD的反应原理，对处理污水的方法的认识也有了进一步的提高。
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