实验目的
了解聚合氯化铝(PAC)在净水过程中的作用机制,包括混凝、絮凝和沉淀等过程,观察其对不同类型污水(如含有悬浮物、有机物或胶体的污水)的净化效果,同时确定投加量和反应条件。
实验材料和仪器
材料:聚合氯化铝(PAC)固体或液体样品、模拟污水(可以通过在自来水中添加泥土、墨水、淀粉等物质制备不同类型的污水)、pH 试纸或酸度计、蒸馏水。
仪器:六联搅拌器、烧杯(1000ml、2000ml)、量筒(100ml、500ml)、移液管(10ml、20ml)、秒表、浊度仪(或分光光度计用于测量水质的光学性质)、电子天平。
实验步骤
污水样本准备根据实验需求,准备不同类型的污水。例如,要模拟含有悬浮泥沙的污水,可将适量的泥土加入自来水中,搅拌均匀,使污水的浊度达到一定程度(可以用浊度仪测量初始浊度)。若模拟含有机物的污水,可加入适量的淀粉溶液或墨水等。
聚合氯化铝溶液配制如果是固体 PAC,用电子天平准确称取一定量(如 5g、10g 等)的 PAC,放入烧杯中,加入适量的蒸馏水,用玻璃棒搅拌,使其完全溶解,配制成一定浓度(如 1%、2% 等)的 PAC 溶液。如果是液体 PAC,可根据其有效成分含量进行适当稀释。
混凝实验取若干个 1000ml 的烧杯,分别加入 1000ml 的模拟污水。
在六联搅拌器上设置搅拌程序,一般先以快速搅拌(如 150 - 200r/min)使 PAC 与污水充分混合,快速搅拌时间可以设定为 1 - 2 分钟。然后以慢速搅拌(如 40 - 60r/min)促进絮体的形成,慢速搅拌时间可以设定为 10 - 15 分钟。
用移液管分别向各个烧杯中的污水加入不同体积(如 1ml、2ml、3ml 等)的 PAC 溶液,记录每个烧杯中 PAC 的投加量。投加量可以根据污水的性质和预期的净化效果进行调整。
沉淀观察与水质检测搅拌结束后,停止搅拌,让污水在烧杯中静置沉淀。观察絮体的沉淀情况,记录沉淀时间,如从停止搅拌开始,观察絮体沉淀至溶液基本澄清所需的时间。
在沉淀过程中,使用浊度仪或分光光度计在不同时间点(如沉淀 5 分钟、10 分钟、15 分钟等)测量上清液的浊度,以此来评估 PAC 对污水的净化效果。也可以使用 pH 试纸或酸度计测量反应前后污水的 pH 值变化,以了解 PAC 对污水酸碱度的影响。
实验结果与分析
净化效果评估根据测量的上清液浊度数据,绘制浊度随时间变化的曲线,比较不同 PAC 投加量下污水的净化效果。一般随着 PAC 投加量的增加,上清液的浊度会逐渐降低,但当投加量达到一定程度后,浊度降低的趋势会变缓,甚至由于 PAC 过量导致水质再次变差(如出现反溶现象)。
观察絮体的大小、密度和沉淀速度。良好的混凝效果会产生较大、较紧密的絮体,沉淀速度也会更快。可以通过对比不同实验条件下絮体的特征来确定 PAC 投加量和反应条件。
更好投加量确定综合考虑净化效果和经济成本等因素,确定 PAC 投加量。更好投加量是指在保证良好的净水效果的同时,尽减少药剂的使用量。可以通过比较不同投加量下污水的浊度、沉淀时间等指标来确定。例如,如果在 PAC 投加量为 3ml 时,污水的浊度在较短时间内达到更低且稳定,那么这个投加量是比较合适的。
pH 值变化分析分析 PAC 投加前后污水 pH 值的变化。PAC 的水解过程会对污水的 pH 值产生影响,而 pH 值的变化又会反过来影响 PAC 的混凝效果。如果 pH 值变化较大,需要考虑调节污水的 pH 值,以达到更好的净水效果。
注意事项
在实验过程中,要确保各个实验条件(如搅拌速度、时间、污水性质等)的一致性,以便进行准确的对比和分析。
操作六联搅拌器和使用仪器设备(如浊度仪、酸度计等)时,要按照操作说明书进行正确操作,避免仪器损坏和实验误差。
PAC 溶液的配制要准确,且要注意 PAC 的溶解情况,确保溶液浓度的准确性。