廢水處理實驗報告 混凝試驗 組員： 曾奕超 10125088 鍾易融 10125010 徐連生 10125036 陳孟霖 10125040 廢水處理實驗報告 混凝試驗 組員： 曾奕超 10125088 鍾易融 10125010 徐連生 10125036 陳孟霖 10125040 呂翰武 10125054 陳羿豪 10125048 韓宗余 10125070 陳世玄 10125110 林智雄 10125114 胡鈞遠 10165612 環境工程與管理系2 B 組別：第4組 指導老師： 莊順興、陳瑞昌 老師 中 華 民 國 一 零 三 年 三 月 七 日

目錄 一、實驗目的 二、實驗原理 三、實驗設備、材料與方法 四、實驗步驟 五、實驗結果 六、結果與討論 七、實際應用 八、參考文獻

實驗目的 本實驗目的在於進行瓶杯試驗（jar test）來了解廢水混凝 及膠凝的特性。另外也加入混凝劑並調整pH值來了解其 對SS的去除效率有何影響。最後再整理數據來觀察、比 較及分析混凝試驗的數據與設計其應用。

實驗原理 1. 混凝與膠凝 (Coagulation and Flocculation) 混凝與膠凝作用是將在原水中加入混凝劑使難沉澱 的膠體和慢沉澱的SS形成較大和快沉澱的膠羽 (floc)。 膠羽可在沉澱池中去除，並且可去除大部分的濁度。 基本上，混凝是在快混的狀態下進行的，可降低分 子間的淨靜電排斥力而破壞SS穩定，促使顆粒凝聚。 而膠凝在慢混時促使顆粒聚集成膠羽，有利於過濾和 沉澱步驟。

實驗原理 機構解釋： 混凝會將粒子表面的電位降低，形成錯和物及架橋作用。 水中粒子表面帶同一電荷的離子，因此粒子間有靜電排斥力。界達電位是粒子表面的外側水層的電位。為了降低界達電位使排斥力消失而粒子互相附著，必須要加入具有反電荷的離子。如帶負電的膠體需要加入陽離子性混凝劑，反之亦然。 混凝發生的界達電位大約為20～50mV，於±5mV時由於電荷中和而達到完全混凝。 另外架橋作用是使用高分子混凝劑中的極性基被帶電的電荷吸附使粒子粗大化。

實驗原理 2. 快混與慢混的目的 快混(rapid mixing)是將混凝劑快速及均勻地分散在 原水中，降低膠體穩定並形成膠羽的核中心。快混通 常在混凝池內或之前的小池中進行。 慢混(slow mixing)則是將快混中被破壞穩定的物質互 相接觸以形成膠羽。有時候可添加助凝劑來增加效果。

實驗原理 3. 影響混凝作用的因素 (1) 水中pH值：不同的混凝劑，適用pH範圍不一樣。 (2) 水中溫度：水中溫度越低，需要攪拌的速度越快。 (3) 水中鹽類濃度：影響混凝效率 (4) 水中鹼度：殘留須小於30pm。 (5) 水中濁度 (6) 混凝劑種類 (7) 混合與攪拌程度

實驗原理 4. 混凝劑種類與使用特性 種類 名稱 化學式 適用pH值 特性 鋁離子 硫酸鋁 Al2(SO4)3 4.5~7.9 適用於生物處理的前處理單元 多元氯化鋁(PAC) AlnCl(3n-m)(OH)m 6.0~9.0 劇有顏機性鹽類，檢度消耗少，且具有高價陽離子架橋能力強膠羽形成快。 三價鐵 氯化鐵 FeCl3 5.0~11.0 所形成的膠羽大而重，成將性脫水性佳，但腐蝕性高 硫酸鐵 Fe2(SO4)3 8.0~8.5 二價鐵 硫酸亞鐵 FeSO4 8.5~11.0 可還原水中的氧化物 鈣離子 石灰 CaO / CaCO3 7.5~11.0 在高pH值操作可是出汙泥中的氨氣，且可去除水中的磷、氨等。

實驗原理 5. 本組使用的混凝劑為硫酸鋁(aluminium sulphate)，需要足 夠鹼度才能形成氫氧化鋁膠羽，因此要在加入硫酸鋁前 測出水的pH。硫酸鋁的利用範圍為pH=4.5～7.9間。 Al2(SO4)3·18H2O + 3Ca(HCO3)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 + 18H2O 硫酸鋁混凝劑之利與弊 利 適合各種原水水質，不增加色度 價格便宜且無毒性 所產生之氫氧化物膠羽較鬆弛，易被破壞 弊 與石灰作用會增加之永久硬度 用於高濁度或低溫時，需加助凝劑增加效果 若加入過多，在輸水管路低溫時會有結晶形成，造成堵塞現象

實驗設備、材料與方法 主要設備： - 瓶杯實驗儀器(Chung Chuan Instruments Co. Ltd. CJ-600, 有6個攪拌裝置) SS 分析設備： - 濾紙 (Whatman glass micro fibre filters Grade GF/A 47 mm) × 6 - 鋁盤 × 6 - 真空瓶與過濾裝置 - Rocker 300真空抽氣馬達 - 電子天平 - 乾燥箱 其他： - 1000mL燒杯 × 6 - 1000mL量筒 - 25mL及5mL移液管與吸球 - 計時器 - pH 計 (Denver Instrument UB-10)

實驗設備、材料與方法 主要材料： - 全興污水處理廠污水 - 10000 mg/L 硫酸鋁混凝劑 Al2(SO4)3 - 去離子蒸餾水 - H2SO4 與 NaOH：用於調整pH 方法： 瓶杯實驗模擬污水處理廠中的混凝與膠凝過程，可以 決定最佳加藥量和操作條件。快混模擬混凝池；慢混模擬 膠凝池；靜置模擬沉澱池。通過添加混凝劑、觀察混凝膠 凝特性與調整pH值，最後進行SS分析以了解pH和混凝劑 對SS去除的影響。

實驗步驟 1. 取六杯1000mL污水水樣於燒杯中， 放進瓶杯實驗儀攪拌器中。同時秤出濾紙初重。 2. 用H2SO4或NaOH分別調整6個燒杯pH值為4、5、6、7、8、9。 3. 每杯樣品中添加30mL Al2(SO4)3混凝劑。

實驗步驟 4. 啟動儀器，以轉速240rpm快混5分鐘後，靜置5分鐘。取20mL上層液進行SS分析。 5.當所有濾紙已有樣品後，與鋁盤放入乾燥箱乾燥3小時。 6.取出濾紙與鋁盤並秤出其末重。

實驗結果：計算公式 懸浮固體濃度： SS (mg/L) =

表1：樣品數據 濾紙 pH 體積(mL) 前重(g) 後重(g) SS(mg/L) 1 4.0 20 1.4925 1.4942 85 2 5.0 1.4432 1.4436 3 6.0 1.4405 1.4407 10 4 7.0 1.4681 5 8.0 1.4401 1.4416 75 6 9.0 1.4444 1.4454 50

圖1：SS含量曲線圖

圖2：與第一組比較SS含量曲線圖

問題與討論 1. pH對 SS去除之影響 這符合硫酸鋁的適用pH範圍。 表示絕大部分的粒子已經沉到杯底了；而在pH=7時SS 在pH=4.5～6.5時樣品的SS濃度也達到50mg/L以下， 表示絕大部分的粒子已經沉到杯底了；而在pH=7時SS 濃度為0，表示上層液體幾乎沒有懸浮顆粒了，所以最 佳加藥範圍在6.5～7間（圖2中數據為負值是因為數據 處理的複雜而導致的）。隨後SS濃度又增加，表示已 經超出適用pH範圍，混凝劑的效率降低了。

問題與討論 2. 混凝劑種類與劑量對 SS去除之影響 從圖2可觀察到兩個混凝劑的適用範圍有明顯差異。理 本組與第一組(使用PAC混凝劑)做數據與結果比較。 從圖2可觀察到兩個混凝劑的適用範圍有明顯差異。理 論上PAC的適用範圍較硫酸鋁來得高，在6.0～9.0間。 但由於第一組的濾紙變輕（可能在乾燥時有物質揮發） 所以在pH=7前的數據為負值。觀察pH=7後的數據， PAC在較鹼性的水中比較能發揮混凝功能，所以第一 組的SS濃度比較低。若比較兩個混凝劑在適用範圍內 的效率時也可見PAC的去除效率比硫酸鋁來得佳。兩 組所加的混凝劑劑量相同，因此沒有劑量差異與SS去 除的關係。

問題與討論 3. 實驗誤差來源及改進之處。 由於本組開始取水樣時忘了使用1000mL量筒而直接使用燒杯，所以6杯燒杯並沒用盛到1000mL。另外燒杯可能還有殘留前組的樣品。 器材箱子中並沒有30mL的滴定管，本組只好使用25mL和5mL的來吸起硫酸鋁，這裡多多少少也造成硫酸鋁量有稍微變化。 坦白說，本組並沒有記下pH計的實際讀取。所以樣品中的pH並不是準數，變動範圍高達0.5，會影響數據整理過程。 最後，由於污水的原始SS濃度沒有提供，所以沒有算出去除率。

實際應用 一般三級處理流程：快混池 膠凝池 沉澱池 一般三級處理流程：快混池 膠凝池 沉澱池 快混池的水力停留時間設計在1～3min；水頭損失為20～60cm；攪拌速度坡降為300～1000s−1 。一般圓型混凝池比長型效率高。 膠凝池的水力停留時間設計在20～30min；攪拌速度坡降為20～80s−1 。

實際應用 快混池一般採用螺旋漿式攪拌機(propeller mixer)。其攪拌速率高，可達400~800rpm，用於較高濃度的液體。以大小也比較小，直徑大約0.46m左右。 膠凝池採用輪葉式攪拌機(turbine mixer)。由於輪葉攪拌機運轉時會形成渦流而影響攪拌效率，因此常設置擋板來防止渦流的產生。設計時也受池的幾何形狀而變，其直徑大約是池的直徑之30～50%。

參考資料 1. Chapter 8: Wastewater Treatment Technologies, Development Document for the CWT Point Source Category, USA EPA. 2. Chapter 12: Chemical Treatment, Wastewater Engineering, Dokuz Eylul University. 3. Coagulation & Flocculation, Centre for Ecological Sciences, Indian Institute of Science. 4. Jar Testing: Considerations and Procedure, New Mexico Raw Water Association. 5. 張錦松、黃政賢，《環境工程概論》 6. 歐陽嶠暉，《下水道工程學》 7. 桃園創新技術學院環境科技與管理系，“第五章：混凝 與膠凝”

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