一般天然水中胶体颗粒Zeta电位约在-30mV以上，投加混凝剂后，只要该电位降到-15mV左右即可得到较好的混凝效果。相反，当Zeta电位降到零，往往不是最佳混凝状态。 要使胶体脱稳与凝聚，必须降低ζ电位和破坏水化膜，并提供胶粒碰撞的动能。造成 胶粒碰撞的主要原因是布朗运动、流速梯度和涡流紊动。对于粒径在1μm左右的颗粒，布朗运动已基本不起作用。为此,工程上采用投药后快速搅拌，以保持较高的碰撞次数。搅拌产生的速度梯度G与搅拌时间T的乘积可间接表征整个反应时间内颗粒碰撞的总次数，可用
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来控制反应效果。一般控制GT (无量纲)值在10-10之间。考虑到颗粒数目对碰撞的影响，有人提出应以GTC (C为胶体浓度，质量比)值作为控制参数，并建议GTC值控制在100左右。
消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫做脱稳。脱稳后的胶粒，在一定的水力条件下， 才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。直径较大且较密实的矾花容易下沉。
自投加混凝剂直至形成较大矾花的过程叫混凝。由于布朗运动造成的颗粒碰撞絮凝叫 “异向絮凝”；由机械运动或液体流动造成的颗粒碰撞絮凝叫“同向絮凝”。异向絮凝只对微小颗粒起作用，当粒径大于1～5μｍ时，布朗运动基本消失。
2、影响混凝效果的因素
（1）、水的pH值对混凝效果影响很大。pH值的大小直接关系到选用药剂的种类、加药量
+-和混凝沉淀效果。水中H和OH参与混凝剂的水解反应，因此，pH值强烈影响混凝剂的水解
速度、产物的存在形态与性能。以铝盐为例，铝盐的混凝作用是通过生成Al(OH)3胶体实现
3+3+
的，在不同pH值下，Al的存在形态不同。当pH<4时，Al(OH)3溶解，以Al存在，混凝除浊效果极差。一般来说，在低pH值时，高电荷低聚合度的多核配合离子占主要地位，起不了粘附、架桥、吸附等作用。在pH=6.5-7.5时，聚合度很大的中性Al(OH)3胶体占绝对多数，
-故混凝效果好。当pH>8时，Al(OH)3胶体又重新溶解为负离子，生成AlO2，混凝效果又很差了。高分子絮凝剂受pH值影响较小。水的碱度对pH值有缓冲作用。当碱度不够时，应添加石灰等药剂。
(2)、水温对混凝效果有明显的影响。混凝剂水解多是吸热反应。水温低时，水解速度慢，不完全。温度也影响矾花形成速度和结构。低温时，尽管增加投药量，絮体的形成还是很缓慢，而且结构松散，颗粒细小，较难去除;此外，水温低时水的粘度大，布朗运动减弱，碰撞次数减少，同时剪切力增大，难以形成较大的絮体。但温度太高，易使高分子絮凝剂老化或分解生成不溶性物质，反而降低混凝效果。
（3）、水中杂质成分、性质和浓度对混凝效果的影响。水中粘土杂质，粒径细小而均匀者，混凝效果较差，粒径参差者对混凝有利。颗粒浓度过低往往对混凝不利，回流沉淀物或投加助凝剂可提高混凝效果。水中存在大量有机物时，能被粘土微粒吸附，使微粒具备了有机物的高度稳定性，此时，向水中投氯以氧化有机物，破坏其保护作用，常能提高混
2+2+
凝效果。水中的盐类也能影响混凝效果，如水中Ca、Mg，硫、磷化合物一般对混凝有利，而某些阴离子、表面活性物质却有不利影响。
(4)、混凝剂种类影响。混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。如水中污染物主要呈胶体状态，且ζ电位较高，则应先选无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活化硅胶等助凝剂。很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。对于高分子而言，链状分子上所带电荷量越大，电荷密度越高，链越能充分延伸，吸附架桥的空间范围也就越大，絮凝作用就越好。
（5）、混凝剂投加量的影响。对任何混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量，应通过试验确定。一般的投量范围是:普通铁盐、铝盐为10-l00mg/L;聚合盐为普通盐的
15
1/2--1/3;有机高分子混凝剂1-5mg/L。投量过多可能造成胶体再稳。
（6）、混凝剂投加顺序的影响。当使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序通过试验确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂并用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在50μm以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩双电层而使胶体脱稳。
（7）、水力条件对混凝有重要影响。在混合阶段，要求混凝剂与水迅速均匀地混合，而到了反应阶段，既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐步减小，反应时间要长。
四、实验装置、设备
1、 设备及仪器仪表（每组所需）
混凝试验搅拌器、浊度计、酸度计、磁力搅拌器各1台 2、 器皿
烧杯 1000ml 8个 300 ml 4个 锥形瓶 150 ml 8个 量筒 1000ml 1个 移液管 1、2、5、10 ml 各1支 注射针筒 50 ml 1支
o
温度计 100C 1支 3、 试剂
盐酸 10% NaOH溶液 10%
FeCl3溶液 10g/L 硫酸铝溶液 10g/L
聚合氯化铝溶液 10g/L
五、实验内容及步骤 （一） 实验内容：
分为最佳投药量、最佳pH值两部分。在进行最佳投药量实验时，先选定一种搅拌速度变化方式和pH值，求出最佳投药量，然后按照投药量求出混凝最佳pH值。
（二）实验步骤：
准备工作：熟悉搅拌机、酸度计、浊度计的使用方法。 1、 最佳投药量实验步骤：
（1） 测定原水特征：测原水浊度、pH值、温度。
（2） 确定形成矾花所用的最小混凝剂量。方法：通过慢速搅拌烧杯中200mL原水，并每次增加0.1 ml混凝剂投药量，直至出现矾花为止。这时的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量M0。
（3） 用6个1000ml的烧杯编号后分别加入800ml原水，放在搅拌机平台上。
（4） 确定混凝剂投加量：把1/3M0作为1号烧杯的混凝剂投加量，2M0作为6号烧杯的混凝剂投加量，用依次增加混凝剂投加量相等的方法求出2-5号烧杯混凝剂投加量，把混凝剂分别加入烧杯中。
（5）启动搅拌机，快速搅拌半分钟，转速约300r/min；中速搅拌5分钟，转速约100
r/min；慢速搅拌10分钟转速约50r/min。(注：如果用污水进行混凝实验，污水胶体颗粒比较脆弱，搅拌速度要适当放慢。)
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（6）搅拌过程中，注意观察并记录矾花形成的过程、矾花外观、大小、密实程度等。 （7）关闭搅拌机，静止沉淀10分钟，用50ml注射器抽出烧杯中的上清夜（共抽三次约100ml）放入锥形瓶，测定浊度，记录结果，整理得出最佳投药量M。
注意：用注射针筒抽吸上清液时，不要搅动底部沉淀物，抽吸要迅速。
2、 最佳pH值实验步骤：
（1） 测定原水特征：测原水浊度、pH值、温度。
（2） 取6个1000ml的烧杯编号后分别加入800ml原水，根据原水的pH值用10%盐酸调节1号烧杯水样使其pH值等于3，从2-7号烧杯的水样的pH值依次增加一个pH值单位。 注意：调节pH值时，滴加酸碱液时要慢，pH计的反应要一段时间。
（3） 将水样置于搅拌机平台上，用移液管加入混凝剂M，启动搅拌机，快速（30S）-中速(5min)-慢速(10min)混凝搅拌。
（4） 关闭搅拌机，静止沉淀10分钟，用50ml注射器抽出烧杯中的上清夜（共抽三次约100ml）放入锥形瓶，测定浊度，记录结果，整理得到最佳pH值。
六、实验结果整理
（一）最佳投药量实验结果整理：
1． 把原水特征、混凝剂投加情况、沉淀后的剩余浊度记入表3-1-1 2． 以沉淀水浊度为纵坐标，混凝剂加药量为横坐标，绘出浊度与药剂投加量关系曲线，求出最佳混凝剂投加量。
表3-1-1最佳投药量实验记录 第 小组 姓名 实验日期 原水水温 ℃ 浊度 mg/L pH 原水胶体颗粒Zeta电位 mV 使用混凝剂种类 浓度 水样编号 1 2 3 4 5 6 7 8 混凝剂加注量（ml/L） 矾花形成时间（min） 沉淀水浊度FTU（NTU） FTU:1.25mg/L硫酸肼和12.5mg/L六次甲基四胺在水中形成的甲臢聚合物所产生的浊度为1度。
（二）最佳pH值实验结果整理：
1． 把原水特征、混凝剂加注量、酸碱加注情况、沉淀水浊度记入表3-1-2
表3-1-2 最佳pH值实验记录 第 小组 姓名 实验日期 原水水温 ℃ 浊度 mg/L pH 原水胶体颗粒Zeta电位 mV 使用混凝剂种类 浓度 水样编号 1 2 3 4 5 6 7 8 Hcl投加量（ml/L） NaOH投加量（ml/L） pH值
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混凝剂加注量（ml/L） 沉淀水浊度FTU（NTU） 2． 以沉淀水浊度为纵坐标，水样pH值为横坐标，绘出浊度与pH值关系曲线，求出所投加混凝剂的混凝最佳pH值及其适用范围。
注：实验结果处理可以用电子表格来进行
七、结果讨论
1、 根据最佳投药量实验曲线，分析沉淀水浊度与混凝剂投加量的关系。 2、 本实验与水处理实际情况有哪些差别？有什么改进措施？
实验四 曝气充氧实验
一、
概述
活性污泥法处理废水过程中曝气设备的作用是使空气、活性污泥和污染物三者充分混合，使活性污泥处于悬浮状态，促使氧气从气相转移到液相，从液相转移到活性污泥上，保证微生物有足够的氧进行物质代谢。由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素之一，因此工程设计人员和操作人员常需通过实验测定氧的总传递系数KLa,评价曝气设备的供氧能力和动力效率。
二、 实验目的
1． 加深理解曝气充氧的机理及影响因素； 2． 掌握曝气设备清水充氧性能的测定方法； 3． 测定几种曝气设备的氧总转移系数KLa（20）、氧利用率EA、动力效率EP等并进行
比较。
三、
实验原理
曝气是人为地通过一些设备向水中加速传递氧的过程。常用的曝气设备分为机械曝气与鼓风曝气两大类，无论哪种曝气设备，其充氧过程均属传质过程，氧传递机理为双膜理论。空气中的氧向水中转移的时候，在气水接触面的两侧分别存在着气体边界层（气膜）和液体边界层（液膜）。氧的转移就是在气液双膜内进行分子扩散，在膜外进行对流扩散的过程。由于对流扩散的阻力比分子扩散的阻力小得多，所以氧的转移阻力基本在双膜上，这就是常用的双膜理论。在如图7-1的氧传递过程中，阻力主要来自液膜，氧传递基本方程式为： dC?KLa(CS?Cb)dt （式7-1） 式中 dC——液体中溶解氧浓度变化速率， dtkgO2/(m3.h);
CS——液膜处饱和溶解氧浓度mg/L；
Cb——液相主体中溶解氧浓度mg/L； C-C——氧传质推动力，mg/L； ＫLa——氧总转移系数，K?DL?A ，1/h, La? V L X 18 2DL—液膜中氧分子扩散系数，m/h； XL—液膜厚度，m； A—气、液两相接触面积，m2； S b Pi 液相主体 Ｃi 气相主体 气 膜 氧扩散方向
图7-1双膜理论模式
由于液膜厚度XL和液体流态有关，而且实验中无法测定与计算，同样气液接触面积A的大小也无法测定与计算，因此用氧总转移系数ＫLa代替。
将式7-1积分后整理得曝气设备氧总转移系数ＫLa计算式：
C?C0 （式7-2） 1KLa?lnst?t0Cs?Ct
式中 ＫLa——氧总转移系数，1/min或1/h, t0、t——曝气时间
液 膜 P 界面 Ｃ
影响氧传递速率ＫLa的因素很多，除了曝气设备本身结构尺寸，运行条件外，还与水质、水温等有关。为了进行互相比较，以及向设计使用部门提供产品性能，故产品给出的充氧性能均为清水，标准状态下，即清水（一般多为自来水）一个大气压20℃下的充氧性能。常用指标有氧总转移系数ＫLa(20)、充氧能力EL、动力效率EP和氧转移效率EA。
氧总转移系数ＫLa(20)是指在标准状态下单位传质推动力的作用下，在单位时间、向单位曝气液体中所充入的氧量。它的倒数1/ＫLa(20)单位是时间，表示将满池水从溶解氧为零充到饱和质时所用时间，ＫLa(20)是反映氧传递速率的一个重要指标。
评价曝气设备充氧能力的试验方法有两种：一种是间歇非稳态法：即试验时一池水不进也不出，实验过程中水中溶解氧浓度是随时间变化的，由零增到饱和浓度；另一种是连续稳态测定法：即试验时池内连续进出水，水中溶解氧浓度保持不变。目前国内外多用间歇非稳态测定法，即向池内注满所需水后，将待曝气水以无水亚硫酸钠为脱氧剂，氯化钴为催化剂，脱氧至零后开始曝气，液体中溶解氧浓度逐渐提高。液体中溶解氧的浓度C是时间t的函数，曝气后每隔一定时间t测定水中溶解氧浓度，利用式7-2计算ＫLa，或以亏氧量（CS – C t）为纵坐标，在半对数坐标纸上绘图，直线斜率即为ＫLa值。
CS——曝气池内液体饱和溶解氧浓度mg/L； 图7-1
； C0——曝气开始时池内溶解氧浓度（t0=0时，C0=0mg/L）
Ct——曝气某一时刻t时，池内液体溶解氧浓度，mg/L；
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