不同混凝劑處理低溫低濁水的對(duì)比應(yīng)用研究

張立東，李彥文

(1.吉林化工學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，吉林吉林132022;2.吉林化工學(xué)院資產(chǎn)管理處，吉林吉林132022)

由于水資源的緊缺和流經(jīng)城市河段的水質(zhì)污染，使得采用水庫(kù)作給水水源的情況日漸增多，但水庫(kù)水具有濁度低、藻類多的特點(diǎn).以江河水為水源的水廠，在每年10月至次年3、4月的枯水季節(jié)，也存在著濁度較低、有機(jī)物污染加劇、水溫低的類似問題.在我國(guó)北方廣大地區(qū)有長(zhǎng)達(dá)5～6月的冰封期，水質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間處于低溫低濁狀態(tài)，江河水溫0～1℃，濁度為5 ～30 mg/L，水庫(kù)水下層水溫2～4℃，濁度為5～10NTU，在冬季，水質(zhì)的物理化學(xué)特性與其它季節(jié)相比具有溫度低、濁度低、耗氧量低、堿度低、水的黏度大等特點(diǎn)，這給不少自來水廠的冬季處理帶來了很大困難.因此，解決低溫低濁水質(zhì)凈化技術(shù)的問題，是一項(xiàng)很有價(jià)值并十分重要的現(xiàn)實(shí)問題［1-3］.

1 低溫低濁水處理難點(diǎn)的分析

低溫低濁水是指水溫在0～4℃，濁度在1～30NTU的原水，現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)低溫低濁水難以處理的原因主要有以下幾點(diǎn):

水溫低，水分子熱運(yùn)動(dòng)緩慢，從而減緩了水中膠體雜質(zhì)顆粒的運(yùn)動(dòng).同時(shí)膠體顆粒間的排斥勢(shì)能增大，不利于顆粒碰撞，使膠體顆粒脫穩(wěn)困難.

低溫時(shí)，水的粘滯性高，流動(dòng)性差，不利于混凝劑在水中的擴(kuò)散和水解.

水溫低，膠體的溶劑化作用增加，顆粒周圍水化作用突出，妨礙其凝聚.

水溫低，對(duì)藥劑水解的吸熱過程有不利影響，使水解不完善，影響藥劑效能的發(fā)揮.

水溫低，氣體在水體中的溶解增加，使絮體密度降低，溶解氣體大量吸附于絮凝體周圍，不利于沉淀分離.

濁度低，單位水體中顆粒數(shù)量少，密度低，顆粒有效碰撞幾率減少.

濁度低，顆粒細(xì)小均勻，形成的絮凝體細(xì)、少、輕，難于沉淀，易于穿透濾層.

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

(1)結(jié)合吉林市某段松花江水比較PAC與PAFC的混凝效果;

(2)用正交試驗(yàn)確定最佳攪拌強(qiáng)度

2.2 試驗(yàn)方法

選取吉林市某段松花江水進(jìn)行研究分析，取河段不同深度的水混合后作為代表水樣.對(duì)進(jìn)水和出水的相關(guān)參數(shù)(如濁度、溫度、pH值、電導(dǎo)率、CODMn、硬度、氨氮)進(jìn)行測(cè)定，并選取水處理廣泛使用的混凝劑PAC和PAFC對(duì)松花江水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，以確定混凝劑的最佳投藥量［4-6］.

2.3 取水方法

考慮到取水的可操作性和安全因素，對(duì)取水的方法進(jìn)行了一些改進(jìn).在大橋上用繩索提取指定深度的水，然后進(jìn)行混合.具體方法:選取3個(gè)等分?jǐn)嗝?，每個(gè)等分?jǐn)嗝姘?個(gè)等分點(diǎn)進(jìn)行劃分.依次提取每個(gè)斷面 0.5、1.0、1.5 m 水深處的水進(jìn)行混合.并現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水樣的水溫、pH值、電導(dǎo)率.

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)結(jié)果如表1所示.

表1 松花江某江段水質(zhì)情況

松花江下游水濁度都在8NTU左右，COD、氨氮、硬度等相差不大.COD會(huì)影響混凝劑的混凝效果，當(dāng)COD較低時(shí)，混凝效果較好，當(dāng)COD較高時(shí)，混凝劑的混凝效果會(huì)有所下降.然而，攪拌強(qiáng)度、混凝劑及助凝劑的投加量是影響濁度去除率的主控因素.

3.1 正交試驗(yàn)確定最佳攪拌強(qiáng)度

用PAC作為混凝劑，每個(gè)燒杯投入10 mg/L，觀察出水結(jié)果.靜置時(shí)間采用20 min.其中快速攪拌采用:400r/min(30 s)、300 r/min(60 s)、300 r/min(30 s)，中速攪拌采用:120 r/min(600 s)、100 r/min(600 s)、60 r/min(600 s)，慢速攪拌采用:35 r/min(600 s)、30 r/min(600 s)、25 r/min(600 s).采用吉林市松花江上游段水樣.

通過正交試驗(yàn)確定最佳實(shí)驗(yàn)運(yùn)行工況，試驗(yàn)結(jié)果，見表2.

表2 最佳實(shí)驗(yàn)運(yùn)行工況

3.2 正交試驗(yàn)確定PAC和PAFC所需濃度

采用松花江某江段水樣.具體參數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1.

由圖1可知，當(dāng)PAC投加量小于10 mg/L時(shí)，隨著PAC投加量的增加，濁度去除率明顯增大;當(dāng)PAC投加量大于10 mg/L時(shí)，隨著PAC投加量的增加，濁度去除率反而下降;當(dāng)PAFC投加量小于10 mg/L時(shí)，隨著PAFC投加量的增加，濁度去除率明顯增大;當(dāng)PAFC投加量大于10 mg/L時(shí)，隨著PAFC投加量的增加，濁度去除率反下降.當(dāng)PAC為10 mg/L時(shí)，濁度去除率為72.2%，當(dāng)PAFC為10 mg/L時(shí)，濁度去除率為84.6%.從濁度去除率可以看出，PAFC對(duì)低溫低濁水的處理效果要優(yōu)于PAC.這與以往學(xué)者研究研究結(jié)果一致，PAFC 對(duì)濁度的去除效果優(yōu)于 PAC［7-9］.然而兩者單獨(dú)使用，均未達(dá)到理想的效果.因此，可以投加助凝劑來改善低溫低濁水濁度的去除效果.

圖1 PAC和PAFC投加量對(duì)濁度去除率的影響

3.3 活化硅酸為助凝劑對(duì)濁度去除率的影響

通過PAC與PAFC最佳投藥量的試驗(yàn)分析可知，當(dāng)PAC和PAFC均在10 mg/L時(shí)，處理效果最佳.因此，PAC和PAFC均加入10 mg/L，投加不同劑量的活化硅酸，考察出水效果.

試驗(yàn)結(jié)果見圖2.

圖2 不同活化硅酸投加量對(duì)濁度去除率的影響

當(dāng)PAC和PAFC投加相同濃度時(shí)，隨著活化硅酸投加量的增大，PAC+活化硅酸和PAFC+活化硅酸對(duì)濁度的去除率均逐漸升高，PAC+活化硅酸對(duì)濁度的去除率為95.6%，PAFC+活化硅酸對(duì)濁度的去除率為93.5%，當(dāng)活化硅酸投加量超過12 mg/L時(shí)，對(duì)濁度的去除效果反而下降，可見，當(dāng)活化硅酸為0.12 mg/L時(shí)，為助凝劑的最佳投加量.從圖2中還可以看出，投加助凝劑候PAC+活化硅酸對(duì)濁度的去除效果比PAFC+活化硅酸對(duì)濁度的去除效果要明顯.從圖1中可知，PAFC單獨(dú)使用對(duì)低溫低濁水處理效果較好，當(dāng)投加助凝劑活化硅酸后，PAC+活化硅酸的處理效果比PAFC+活化硅酸更好，出水濁度為0.4 NTU.從經(jīng)濟(jì)角度考慮，PAFC的成本要比PAC成本高很多，因此，選擇PAC作混凝劑，PAFC作助凝劑不僅節(jié)約成本，而且處理效果有較大的提高.

4 結(jié) 論

本文研究了混凝劑及助凝劑的投加量對(duì)于低溫低濁水處理效果的影響.主要采用水廠處理常用的混凝劑PAC、PAFC以及活化硅酸為研究對(duì)象，通過試驗(yàn)分析得出最佳運(yùn)行工況及最佳投藥量.

混凝劑PAFC對(duì)于低溫低濁水有很好的處理效果，考慮到經(jīng)濟(jì)因素，PAFC價(jià)格昂貴，盡管處理效果略好于PAC，但綜合考慮水廠運(yùn)行的成本及出水效果，可選用PAC作為混凝劑，活化硅酸作助凝劑.對(duì)低溫低濁水進(jìn)行處理，能夠達(dá)到良好的出水效果，出水為0.4NTU.

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