不同混凝劑處理低溫低濁水的對比應用研究

張立東，李彥文

(1.吉林化工學院資源與環境工程學院，吉林吉林132022;2.吉林化工學院資產管理處，吉林吉林132022)

由于水資源的緊缺和流經城市河段的水質污染，使得采用水庫作給水水源的情況日漸增多，但水庫水具有濁度低、藻類多的特點.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，也存在著濁度較低、有機物污染加劇、水溫低的類似問題.在我國北方廣大地區有長達5～6月的冰封期，水質長時間處于低溫低濁狀態，江河水溫0～1℃，濁度為5 ～30 mg/L，水庫水下層水溫2～4℃，濁度為5～10NTU，在冬季，水質的物理化學特性與其它季節相比具有溫度低、濁度低、耗氧量低、堿度低、水的黏度大等特點，這給不少自來水廠的冬季處理帶來了很大困難.因此，解決低溫低濁水質凈化技術的問題，是一項很有價值并十分重要的現實問題［1-3］.

1 低溫低濁水處理難點的分析

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

水溫低，水分子熱運動緩慢，從而減緩了水中膠體雜質顆粒的運動.同時膠體顆粒間的排斥勢能增大，不利于顆粒碰撞，使膠體顆粒脫穩困難.

低溫時，水的粘滯性高，流動性差，不利于混凝劑在水中的擴散和水解.

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，單位水體中顆粒數量少，密度低，顆粒有效碰撞幾率減少.

濁度低，顆粒細小均勻，形成的絮凝體細、少、輕，難于沉淀，易于穿透濾層.

2 試驗材料與方法

2.1 試驗內容

(1)結合吉林市某段松花江水比較PAC與PAFC的混凝效果;

(2)用正交試驗確定最佳攪拌強度

2.2 試驗方法

選取吉林市某段松花江水進行研究分析，取河段不同深度的水混合后作為代表水樣.對進水和出水的相關參數(如濁度、溫度、pH值、電導率、CODMn、硬度、氨氮)進行測定，并選取水處理廣泛使用的混凝劑PAC和PAFC對松花江水進行實驗分析，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，對取水的方法進行了一些改進.在大橋上用繩索提取指定深度的水，然后進行混合.具體方法:選取3個等分斷面，每個等分斷面按3個等分點進行劃分.依次提取每個斷面 0.5、1.0、1.5 m 水深處的水進行混合.并現場測定水樣的水溫、pH值、電導率.

3 試驗結果與分析

試驗結果如表1所示.

表1 松花江某江段水質情況

松花江下游水濁度都在8NTU左右，COD、氨氮、硬度等相差不大.COD會影響混凝劑的混凝效果，當COD較低時，混凝效果較好，當COD較高時，混凝劑的混凝效果會有所下降.然而，攪拌強度、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 正交試驗確定最佳攪拌強度

用PAC作為混凝劑，每個燒杯投入10 mg/L，觀察出水結果.靜置時間采用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.

通過正交試驗確定最佳實驗運行工況，試驗結果，見表2.

表2 最佳實驗運行工況

3.2 正交試驗確定PAC和PAFC所需濃度

采用松花江某江段水樣.具體參數與實驗結果見圖1.

由圖1可知，當PAC投加量小于10 mg/L時，隨著PAC投加量的增加，濁度去除率明顯增大;當PAC投加量大于10 mg/L時，隨著PAC投加量的增加，濁度去除率反而下降;當PAFC投加量小于10 mg/L時，隨著PAFC投加量的增加，濁度去除率明顯增大;當PAFC投加量大于10 mg/L時，隨著PAFC投加量的增加，濁度去除率反下降.當PAC為10 mg/L時，濁度去除率為72.2%，當PAFC為10 mg/L時，濁度去除率為84.6%.從濁度去除率可以看出，PAFC對低溫低濁水的處理效果要優于PAC.這與以往學者研究研究結果一致，PAFC 對濁度的去除效果優于 PAC［7-9］.然而兩者單獨使用，均未達到理想的效果.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投加量對濁度去除率的影響

3.3 活化硅酸為助凝劑對濁度去除率的影響

通過PAC與PAFC最佳投藥量的試驗分析可知，當PAC和PAFC均在10 mg/L時，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.

試驗結果見圖2.

圖2 不同活化硅酸投加量對濁度去除率的影響

當PAC和PAFC投加相同濃度時，隨著活化硅酸投加量的增大，PAC+活化硅酸和PAFC+活化硅酸對濁度的去除率均逐漸升高，PAC+活化硅酸對濁度的去除率為95.6%，PAFC+活化硅酸對濁度的去除率為93.5%，當活化硅酸投加量超過12 mg/L時，對濁度的去除效果反而下降，可見，當活化硅酸為0.12 mg/L時，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+活化硅酸對濁度的去除效果比PAFC+活化硅酸對濁度的去除效果要明顯.從圖1中可知，PAFC單獨使用對低溫低濁水處理效果較好，當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.從經濟角度考慮，PAFC的成本要比PAC成本高很多，因此，選擇PAC作混凝劑，PAFC作助凝劑不僅節約成本，而且處理效果有較大的提高.

4 結 論

本文研究了混凝劑及助凝劑的投加量對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象，通過試驗分析得出最佳運行工況及最佳投藥量.

混凝劑PAFC對于低溫低濁水有很好的處理效果，考慮到經濟因素，PAFC價格昂貴，盡管處理效果略好于PAC，但綜合考慮水廠運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.對低溫低濁水進行處理，能夠達到良好的出水效果，出水為0.4NTU.

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