斜板沉淀池處理高濁度微污染水試驗研究

李欣萍 孫麗云 張燁

摘 要：為解決目前水源水濁度高，受有機物污染嚴重的問題，以硅藻土和葡萄糖配置濁度53NTU，COD30mg/L的高濁度微污染原水，以聚合氯化鋁為絮凝劑，利用斜板沉淀池進行絮凝沉淀的模擬試驗。試驗研究了聚合氯化鋁投加量、原水pH及水力停留時間對水樣濁度及COD去除率的影響。研究發現，斜板沉淀池對高濁度微污染水的處理效果良好，在最佳條件下處理后出水濁度在2NTU以下，處理后COD為18mg/L，滿足自來水廠的進水要求。

關鍵詞：高濁度；微污染；斜板沉淀池；聚合氯化鋁

中圖分類號：TU991.2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）16-0139-03

Experimental Study on Treatment of High Turbidity Micro-polluted

Water with Inclined Sedimentation Tank

LI Xinping SUN Liyun ZHANG Ye

Abstract： In order to solve the problem of raw water with high turbidity and serious organic pollution， We first used celite and glucose to configure highly turbid and slightly contaminated raw water， whose turbidity was 53 NTU and COD was 30mg/L， then we used a slightly modified inclined plate sedimentation tank for the flocculation and sedimentation simulation test by dosing polymeric aluminum chloride. The experiment was conducted to study the effects of the dosage of aluminum chloride， pH of water sample and hydraulic retention time on the turbidity of the water sample and the removal efficiency of COD. The results showed that the inclined plate sedimentation tank had a good effect onthe treatment of the highly turbid and slightly contaminated water. Under the best treatment conditions， the turbidity of water after treatment was below 2NTU， and the remaining COD was 18mg/L， which satisfied the water intake requirements of the waterworks.

Keywords： highly turbid；slightly contaminated；inclined plate；polymeric aluminum chloride

我國中西部地區水系多是高濁度水系（如黃河、渭河）。以此為原水的凈水工藝通常需設置預沉池，但通常這些高濁度原水預沉后的濁度仍高達100NTU[1]。另外，近年來，隨著城市化和工業化程度不斷提高，水資源日益受到污染導致水質惡化[2]。許多水源受到有機物污染，呈現出微污染狀態。微污染水源水是指受到有機物污染，部分指標超過飲用水源衛生標準的地表飲用水水源。因此，處理高濁度微污染水成為一項重要課題。絮凝劑種類是決定絮凝結果好壞的關鍵因素[3]。聚合氯化鋁（PAC）作絮凝劑時，與無機鹽類混凝劑相比，具有較多優點[4]：形成絮凝體速度快，絮凝體大而密實，沉降性能好；對原水水質適應性好；最佳混凝pH值范圍較寬；由于聚合氯化鋁的鹽基度比無機鹽類高，因此，在配制和投加過程中藥液對設備的腐蝕程度小，處理后水的pH值和堿度變化也較小。

本文以聚合氯化鋁為絮凝劑，基于改造后的斜板沉淀池進行高濁度微污染水的處理，使處理后的水質達到水廠進水要求。

1 試驗部分

1.1 試驗用斜板沉淀池模型

試驗用的斜板沉淀池模型見圖1。

1.2 試驗水樣的配制

試驗采用的原水，參照國家地表水IV類標準配制，以研磨后的硅藻土和葡萄糖配置原水模擬高濁度微污染水，其濁度為53NTU，COD為30mg/L。

1.3 試驗儀器及藥劑

斜板沉淀池，GDS-3B光電濁度儀，TJ6-1六聯攪拌機，5B-6C型（V7版）三參數水質分析儀，PHS-3E型酸度計，聚合氯化鋁溶液，氫氧化鈉溶液和鹽酸。

1.4 分析項目

濁度（NTU），COD（mg/L）和pH。

2 試驗結果分析

2.1 聚合氯化鋁投加量對出水濁度及COD的影響

絮凝劑的投加量對原水效果影響比較復雜，在使用絮凝劑時，必須確定其最佳用量，這樣在實際工程應用過程中就可以以最低的成本取得最佳的處理效果[5]。因此，在用斜板沉淀池處理原水之前，首先通過燒杯試驗投加不同量絮凝劑PAC確定最佳投加量。不調節水樣的pH值，用6個1 000mL燒杯分別放入濁度為53NTU的800mL原水，1—6燒杯絮凝劑投加量分別為2.5、5、10、15、20mg和25mg。PAC投加量對出水濁度及COD的影響結果見圖2。

從圖2可知，PAC的最佳投加量為20mg左右。隨著投加量的增加，濁度呈現出先明顯下降后略微上升的趨勢。可見，投藥量的增加對濁度有很好的去除效果。當PAC投加量達到20mg時，濁度和COD含量總體趨于穩定。綜合考慮經濟與效率因素，在本試驗條件下的最佳投加量為20mg。

濁度和有機物的去除率都是隨著混凝劑投加量的增加先逐漸增大，后趨于穩定。這是因為當混凝劑投加量較少時，形成的絮體小而少，不密實，沉降性能不好，濁度和有機物的去除率都比較低；在一定范圍內，當絮凝劑用量增大時，其電中和能力和吸附作用增強，絮體大量形成，水中溶解的有機物也會通過網捕吸附作用被部分去除，所以濁度及COD含量降低；當絮凝劑投加量過多時，膠體所帶電荷發生逆轉，膠體之間產生排斥力，水中的膠粒又會重新獲得穩定，出現反脫穩現象，因此絮凝效果變差，濁度和有機物去除達到飽和。

2.2 pH值對濁度及COD去除率的影響

通過燒杯試驗確定最佳pH值，取6個1 000mL燒杯分別放入濁度為53NTU的800mL原水，每個燒杯聚合氯化鋁的投加量為20mg，調節水樣pH值為5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0，試驗結果見圖3。

由圖3可知，當pH值為7.0～9.0時，剩余濁度均小于2NTU，可見pH對濁度的去除率影響不大；但水樣的pH值對COD的去除率影響較大。當pH值為7.0～9.0時，COD含量較低，都在20mg/L以下。當pH值為8.0時，濁度及COD含量都達到最低。這可能是因為：當pH值過低時，水中陽離子較多，混凝劑的電中和能力較弱，導致混凝效果較差；隨著pH值的增大，投加的絮凝劑水解生成的低電荷的正電多核絡離子或金屬化合物凝聚物對脫穩的微粒產生粘結架橋作用，使膠粒聚集沉淀，從而使剩余濁度降低，COD去除率增大；當pH過高時，絮凝劑容易水解，混凝效果較差。因此，控制其余試驗所用水樣的pH值為8.0，不需要調節水樣的pH值，就可以達到很好的去除濁度和COD的效果。

2.3 水力停留時間對濁度及COD去除率的影響

通過燒杯試驗確定最佳水力停留時間，聚合氯化鋁投加量為20mg，調節水樣pH值為8.0，控制水力停留時間分別為20、30、40、50、60min和70min，試驗結果見圖4。

由圖4可知，當水力停留時間為20min時，此時出水濁度已經降低到10NTU以下；當沉降時間超過30min時，隨水力停留時間的增加，出水濁度及COD已基本趨于定值，處理效果良好；當沉降時間為40min時，出水濁度及COD都已達到要求。這主要是因為水力停留時間的增加有助于分散的膠體顆粒與溶解態的混凝劑之間產生固相與液相間的化學吸附、電中和脫穩及粘結架橋等作用，經過脫穩顆粒間的碰撞結合，更有利于形成較大的絮凝體顆粒而迅速沉降。因此，在進行水處理試驗時，應結合實際條件，控制水力停留時間為30～60min。這樣，在保證處理效果的同時，也縮短了不必要的絮凝時間。因此，結合出水水質要求，選擇40min作為最佳水力停留時間進行試驗。

3 斜板沉淀池試驗

綜合上述三組試驗的最佳條件：燒杯試驗800mL原水，混凝劑最佳投加量為20mg，最佳pH值為8，最佳水力停留時間為40min，采用圖1中斜板沉淀池裝置在上述最佳試驗條件下處理大量原水，進水流量控制為5L/h，處理后出水濁度為1.73NTU，COD含量為18mg/L，符合自來水廠的進水要求。

4 結論

①PAC投加量對處理效果的影響。隨PAC投加量的增大，處理效果明顯改善。當聚合氯化鋁最佳投加量為20mg時，對原水濁度及COD的去除率都較高，絮凝效果最好且最經濟，出水濁度及COD都能達到水廠進水水質要求。

②原水pH對處理效果的影響。當pH值為8.0時，斜板沉淀池對濁度及COD的去除效果均處于良好水平；當原水pH值為7.0～9.0時，不同的pH值對濁度及COD的去除效果影響都較小。

③水力停留時間對處理效果的影響。水力停留時間越長，濁度及COD去除率越高，即處理效果越好。考慮到實際情況，當水力停留時間在40min左右時，斜板沉淀池對原水濁度及COD的處理效果均呈現處良好的狀態。

參考文獻：

[1]符敬東.白銀市鄉鎮供水工程高濁度黃河水處理經驗[J].中國農村水利水電，2006（10）：56-58.

[2]高廷耀，陳洪斌，夏四清，等.我國水污染控制的思考[J].給水排水，2006（5）：9-13.

[3]鄭懷禮，陸蘭英，范偉，等.聚合氯化鋁的制備及在微污染水處理中的應用[J].化學研究與應用，2012（4）：626-629.

[4]李圭白，張杰.水質工程學[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.

[5]李杰，常海平，張鵬.殼聚糖絮凝劑在處理高濁度微污染水中的應用[J].甘肅科技，2005（9）：29-30.