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实验九 絮凝剂在污水处理中的应用

一．实验目的
1. 观察絮凝剂(即混凝剂与助凝剂)净化水的现象，了解絮凝剂在污水处理中的作用机理和使用性质。
2. 掌握一种寻找絮凝剂最适宜质量浓度的方法。
二. 实验原理
水的净化可使用各种絮凝剂。在絮凝剂中，能使水中泥沙聚沉的物质叫混凝剂。常用的混凝剂主要有无机阳离子型聚合物，如羟基铝、羟基锆等，这些无机阳离子型聚合物可在水中解离，给出多核羟桥络离子，中和固体悬浮物表面的负电性。此外，也可用三氯化铁、三氯化铝和氧氯化锆等化学剂通过水解、络合、羟桥作用，形成多核羟桥络离子，起到羟基铝、羟基锆同样的作用。
混凝剂并非用得越多越好。因混凝剂使用浓度过高将使泥沙表面吸附过量的铁离子而带正电，致使铁的多核羟桥络离子对它失去聚沉作用。因此，混凝剂的使用应有一个最适宜的质量浓度。
配合混凝剂使用，从而使它的净化效果提高、用量减少的物质叫助凝剂。助凝剂多是水溶性高分子。高分子的分子(或其缔合分子)可将被混凝剂聚结起来的泥沙颗粒进一步聚结，从而加快它的聚沉速度。常用的助凝剂有部分水解聚丙烯酰胺、钠羧甲基纤维素和褐藻酸钠等。
同样，助凝剂也并非用得越多越好。因助凝剂超过一定质量浓度，就可在水中形成网状结构，反而妨碍了泥沙颗粒的聚沉。因此，助凝剂的使用也有一个最适宜的浓度。
三．实验仪器、药品与材料
1. 实验仪器
电子天平(感量0.001g)、具塞比色管、小滴瓶、小烧杯、温度计。
2. 药品与材料
三氯化铁(化学纯)、部分水解聚丙烯酰胺(工业品)。
污水(在1L水中加入60g高岭土，高速搅拌20min后，在室温下密闭养护24h)。
四、设计实验内容
实验过程中用目视比色法观察絮凝剂的净水现象和作用效果，以表格形式记录实验现象和实验数据。
1. 单独使用混凝剂：取六只具塞试管并编号，分别倒入10ml污水。然后在6只试管中分别加入质量分数为0.04的三氯化铁1d.2d.4d.8d.16d.32d，并摇匀。静置10min后，观察污水的透明度并记录聚沉的泥沙颗粒的毫升数。
2. 单独使用助凝剂：取六只具塞试管并编号，分别倒入10ml污水。然后在6只试管中分别加入质量分数为0.00005的HPAM1d.2d，质量分数为0.0005的HPAM4d.8d，质量分数为0.01的HPAM16d.32d，并摇匀。静置10min后，观察污水的透明度并记录聚沉的泥沙颗粒的毫升数。
3. 助凝剂配合混凝剂使用：取六只具塞试管并编号，分别倒入10ml污水。然后在6只试管中分别加入质量分数为0.04的三氯化铁1d.2d.4d.8d.16d.32d，并摇匀，之后再分别加入1d质量分数为0.0005的HPAM。静置10min后，观察污水的透明度并记录聚沉的泥沙颗粒的毫升数。

五．数据处理
计算净化污水所用混凝剂和助凝剂的最适宜质量浓度（用mg/L表示）。
表一 实验原始记录表
试管编号
1
2
3
4
5
6

混凝剂的净水作用
4%FeCl3

1d

2d

4d

8d

16d

32d

观察并记录实验现象
混浊
约0.3ml
较清晰
0.4ml
最清晰
1.6ml
较混浊
0.5ml
混浊
0.4ml
混浊
0.4 ml

助凝剂的净水作用

HPAM

0.00005
1d

0.00005
2d

0.0005
4d

0.0005
8d

0.01
16d

0.01
32d

观察并记录实验现象
混浊
混浊
清晰
0.5ml
较清晰
0.4 ml
混浊
混浊

助凝剂配合混凝剂使用
0.04FeCl3
+
0.0005HPAM
1d

1d
2d

1d
4d

1d
8d

1d
16d

1d
32d

1d
观察并记录实验现象
较清晰
0.2 ml
清晰
0.5ml
清晰
1.0 ml
混浊
0.6 ml
混浊
0.4 ml
混浊
0.6 ml

备注

4%FeCl3
0.06g

0.00005 HPAM 0.06g

0.0005HPAM 0.07g

0.01HPAM
0.08g

单独使用时，混凝剂最适浓度：c=0.06*4/0.01=24g/L=24000mg/L
单独使用时，助凝剂最适浓度：c=0.07*4/0.01=28g/L=28000mg/L
在助凝剂存在下混凝剂的最适浓度：c=0.06*4/0.01=24g/L=24000mg/L
六．实验结果与讨论
1. 分别说明混凝剂和助凝剂的作用机理。
答:混凝剂：混凝剂是指能中和固体悬浮物表面负电性的化学剂，在水中解离，给出多核羟桥络离子，中和固体悬浮物表面的负电性，使悬浮物聚沉。
助凝剂：助凝剂多是水溶性聚合物，能桥接在固体悬浮物表面上，从而加快它的聚沉速度。
2. 为何混凝剂和助凝剂都有最适宜的使用浓度？
答：混凝剂浓度过高将使悬浮物表面吸附过量的阳离子而带正电，同样会因静电排斥而不聚沉。助凝剂主要是些聚合物，浓度过高，就可在水中形成结构，反而阻碍了悬浮物的聚沉。
3. 若水中的悬浮物不是固体颗粒，而是小油珠，请问本实验用的絮凝剂是否有净化水的作用?
答：不能。因为絮凝剂中的助凝剂对油滴起乳化作用，使之溶解在水中不能沉降。
七．实验总结
总体来说，这次实验还是很顺利的，但是，我从实验中还是学习了很多知识。比如说，学习了絮凝剂的使用，知道了混凝剂和助凝剂的区别，通过实验知道了最佳浓度，并了解到对于不同的悬浮物使用不同的絮凝物。