基于光敏电阻自制简易浊度计及絮凝剂净水效果研究

徐州市第一中学 高一7班 王巍然（组长），杨瑞霖（组员），张致轩（组员），岳梓煊（组员），范纹硕（组员）

指导教师：张皓然

摘要

本研究以生活污水、浑浊河水为研究对象，通过自制基于光敏电阻的简易浊度计，实现对水体浊度的简易定量检测；并探究明矾、聚合氯化铝两种常见絮凝剂在不同投加量下的净水效果，明确絮凝剂的最佳投加范围，为简易净水方法的实际应用提供实验依据。实验结果表明，自制光敏电阻浊度计可有效区分不同浊度水体，聚合氯化铝的净水效果优于明矾，且二者均存在最佳投加量，过量投加会降低净水效果。

关键词：光敏电阻；简易浊度计；絮凝剂；净水效果；水体浊度

一、研究背景

水是生命之源，水体浑浊不仅影响水的感官性状，还可能携带悬浮物、微生物等有害物质，威胁用水安全。在日常生活和小型污水处理场景中，专业浊度计因价格较高难以普及，而传统絮凝净水的投加量多依靠经验，易造成药剂浪费或净水不达标。

絮凝法是通过投加絮凝剂使水体中悬浮颗粒凝聚沉降，实现净水的常用方法，明矾、聚合氯化铝是生活和小型水处理中最常用的絮凝剂。光敏电阻具有光照强度越大、电阻值越小的特性，可通过将光信号转化为电信号，实现对水体浊度的简易检测。

本研究通过自制简易浊度计，探究其对水体浊度的检测效果，并对比不同投加量下明矾、聚合氯化铝的净水效果，旨在制作一款低成本、易操作的简易浊度计，同时明确常见絮凝剂的最佳净水投加量，为简易净水实践提供参考。

二、实验材料

（一）实验试剂

生活污水（取自小区下水道）、浑浊河水（取自附近河道）、明矾（分析纯）、聚合氯化铝（分析纯）、蒸馏水。

（二）实验仪器与配件

光敏电阻（5516型）、9V直流电源、滑动变阻器（100Ω）、数字万用表、透明比色管（50mL，10支）、烧杯（100mL，10个）、玻璃棒、电子秤（精度0.01g）、量筒（50mL）、秒表、黑色遮光罩（自制）、导线若干、开关、试管架。

（三）实验耗材

滤纸、标签纸、一次性手套。

三、研究过程

本研究分为两个核心部分：基于光敏电阻的简易浊度计制作与校准、不同絮凝剂对浑浊水体的净水效果研究，整体采用实验法、数据分析法完成研究。

课题一、基于光敏电阻的简易浊度计制作与校准

1. 简易浊度计的制作

1.1 电路搭建：将9V直流电源、开关、滑动变阻器、光敏电阻、数字万用表（调至电阻档）依次用导线串联，形成闭合电路；

1.2 遮光装置制作：将光敏电阻固定在黑色遮光罩底部，遮光罩顶部预留光源入口，侧面开设比色管放置口，保证比色管放入后，光敏电阻正对管底，且装置内部无杂光干扰；

1.3 装置调试：将蒸馏水倒入比色管并放入遮光装置，闭合开关，调节滑动变阻器，使电路处于稳定工作状态，记录此时万用表初始示数。

2. 简易浊度计的校准

2.1 配制系列浊度标准液：以蒸馏水为空白对照，向50mL蒸馏水中分别加入0.05g、0.10g、0.15g、0.20g、0.25g悬浮泥沙，充分搅拌配制成不同浊度的标准液，标记为1-5号；

2.2 电阻值测定：将空白对照液和系列标准液依次放入自制浊度计的比色管卡槽，闭合开关，待万用表示数稳定后，记录各溶液对应的光敏电阻阻值，每组实验重复3次，取平均值；

2.3 校准曲线绘制：以水体浊度（泥沙投加量）为横坐标，光敏电阻阻值为纵坐标，绘制浊度-电阻值校准曲线，明确二者的相关性。

课题二、不同絮凝剂的净水效果研究

1. 实验分组与试剂配制

1.1 实验分组：设置空白对照组（未投加絮凝剂的浑浊水样）、明矾实验组（投加量0.02g、0.04g、0.06g、0.08g、0.10g/50mL水样）、聚合氯化铝实验组（投加量0.01g、0.02g、0.03g、0.04g、0.05g/50mL水样），每组设置3个重复；

1.2 絮凝剂溶液配制：分别称取一定量的明矾、聚合氯化铝，用蒸馏水配制成1g/100mL的絮凝剂母液，备用。

2. 絮凝净水实验

2.1 取水样：向每个50mL比色管中加入40mL等量的浑浊水样（生活污水/浑浊河水）；

2.2 投加絮凝剂：根据实验分组，向各实验组比色管中滴加对应量的絮凝剂母液，空白对照组滴加等量蒸馏水，用玻璃棒沿同一方向匀速搅拌1分钟，静置；

2.3 浊度检测：分别在静置5min、10min、20min、30min时，用自制简易浊度计测定各管水样的光敏电阻阻值，通过校准曲线换算为对应浊度；

2.4 记录数据：记录不同时间、不同投加量下水样的浊度值，同时观察并记录颗粒沉降速度、上清液透明度等表观现象。

3. 净水效果评价指标

以浊度去除率作为核心评价指标，计算公式为：

浊度去除率（%）=（空白对照组浊度 - 实验组浊度）/空白对照组浊度 × 100%

同时结合颗粒沉降速度、上清液澄清度进行综合评价。

四、结果与分析

课题一结果：简易浊度计的校准与检测效果

1. 浊度与光敏电阻阻值呈明显正相关：蒸馏水（空白组）的光敏电阻阻值最小，随着水体中泥沙投加量增加，水体浊度升高，透过水体的光照强度降低，光敏电阻阻值显著增大，二者的校准曲线呈良好的线性关系，相关系数R²＞0.95；

2. 自制浊度计检测效果稳定：同一浊度标准液的3次重复测定结果偏差＜5%，说明该简易浊度计具有较好的稳定性和重复性，可满足简易浊度检测的需求。

课题二结果：不同絮凝剂的净水效果分析

1. 静置时间对净水效果的影响

空白对照组水样的浊度在静置30min后无明显变化，悬浮颗粒未发生明显沉降；而各絮凝剂实验组的浊度随静置时间延长逐渐降低，静置20min后浊度趋于稳定，说明20min为该实验条件下的最佳沉降时间。

2. 絮凝剂投加量对净水效果的影响

• 明矾实验组：在投加量0.02g-0.06g/50mL范围内，浊度去除率随投加量增加而升高，投加量为0.06g时，浊度去除率达到最大值（约78%）；当投加量超过0.06g后，浊度去除率逐渐降低，水体出现轻微浑浊反弹，原因是过量明矾使水体中离子浓度过高，颗粒重新分散。

• 聚合氯化铝实验组：在投加量0.01g-0.03g/50mL范围内，浊度去除率随投加量增加显著升高，投加量为0.03g时，浊度去除率达到最大值（约92%）；投加量超过0.03g后，浊度去除率略有下降，但仍保持在85%以上，净水效果优于明矾。

3. 两种絮凝剂的净水效果对比

在最佳投加量下，聚合氯化铝的浊度去除率比明矾高14%，且聚合氯化铝的颗粒沉降速度更快，上清液更澄清；同时聚合氯化铝的最佳投加量仅为明矾的1/2，说明聚合氯化铝的净水效率更高、用药量更省。

五、结论

3. 基于光敏电阻制作的简易浊度计，利用“浊度越高、光敏电阻阻值越大”的特性，可实现对水体浊度的简易定量检测，该装置制作成本低、操作简便、检测结果稳定，适合日常生活和小型场景的水体浊度快速检测；

4. 明矾和聚合氯化铝均能有效降低浑浊水体的浊度，二者的净水效果均与投加量呈“先升后降”的关系，存在最佳投加量：本实验条件下，明矾的最佳投加量为0.06g/50mL水样，聚合氯化铝的最佳投加量为0.03g/50mL水样；

5. 聚合氯化铝的净水效果显著优于明矾，其浊度去除率更高、沉降速度更快、最佳投加量更少，更适合作为小型场景和日常生活中的优选絮凝剂；

6. 絮凝净水过程中，投加量并非越多越好，过量投加会导致水体离子浓度过高，使凝聚的颗粒重新分散，降低净水效果，实际应用中需严格控制投加量。

六、参考文献

[1] 刘艳. 水处理絮凝剂的应用现状与发展趋势[J]. 环境工程, 2020, 38(S1): 45-48.

[2] 张平, 李丽. 基于光敏电阻的简易浊度计设计与实现[J]. 中学物理教学参考, 2021, 50(12): 67-69.

[3] 王红宇. 常见絮凝剂对生活污水的处理效果对比[J]. 环境卫生工程, 2019, 27(03): 78-81.

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