黃河源水投加聚合氯化鋁鐵生產(chǎn)試驗(yàn)

王立哲

[摘 要]本文針對(duì)我司多年來在黃河原水 3000H TU 以下投加二甲基二烯丙基氯化餃高分子陽離子混凝劑，造成投加藥劑費(fèi)用高、生產(chǎn)成本大的現(xiàn)狀。從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，根據(jù)我司水質(zhì)中心實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)換算為具體的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)，分析比較聚合氯化鋁鐵與二甲基二烯丙基氯化按兩種藥劑投加后的水質(zhì)效果和經(jīng)濟(jì)比較，確定科學(xué)合理的藥劑投加對(duì)照表，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

中圖分類號(hào)： V263.3? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

l 概述

黃河發(fā)源于青海省巴顏喀拉山，在山東省墾利縣流入渤海，全長5464公里。黃河流域?qū)俅箨懶詺夂颉Ａ饔騼?nèi)石山區(qū)占29%，黃土和丘陵占46%，風(fēng)沙區(qū)占11%，平原區(qū)占14%。多年平均氣溫最高地區(qū)大于14℃，最低地區(qū)小于-4℃。氣溫的地區(qū)分布特點(diǎn)是由南向北、由東向西逐漸降低。黃河的流域面積、長度居全國第二，水量在全國八大江河中居第五位[1]。黃河泥沙主要來自中上游黃土高原地區(qū)，而徑流則主要來自上游。黃河上游貴德以上，地處青藏高原，植被較好，暴雨少，河流含沙量小，青海省唐乃亥站平均含沙量?jī)H有0.55kg/m3，平均年輸沙量為1.1×107t。貴德站年平均含沙量增至1.11 kg/m3，平均輸沙量?jī)H有 1.1×107t。貴德以下進(jìn)入黃土高原地區(qū)，泥沙逐漸逐漸增多，循化站年平均輸沙量為4.1×107t。蘭州站年平均輸沙量達(dá)1.13×108t，蘭州至安寧渡區(qū)間有著名的多沙河流祖歷河等匯入，該河靖遠(yuǎn)站年平均含沙量為457 kg/m3，平均年輸沙量6.4×107t，是黃河安寧渡站年平均輸沙量達(dá)到2.23×108t。黃河泥沙的年季變化幅度達(dá)，干流占最大、最小輸沙比值在4—10倍之間，年輸沙量變差系數(shù)CV值在0.4—0.55之間。支流年季變化更懸殊，多數(shù)站年輸沙量是最小的十幾倍至幾十倍，變差系數(shù)CV值一般在0.8左右，個(gè)別站達(dá)到了1.0以上。所以，黃河水濁度變化大，高含沙量主要發(fā)生在汛期。

黃河形成大量泥沙的原因主要有二：人為原因和自然原因。人為原因是：破壞大量的森林植被，造成水土流失嚴(yán)重。自然原因是：黃河中游地區(qū)主要流經(jīng)黃土高原為主的粉沙質(zhì)土壤，土質(zhì)疏松。夏季多暴雨，將大量泥沙帶入黃河。

混凝沉淀是以含沙量大的地表水為水源的水處理工藝中不可或缺的水處理工藝，能夠有效降解原水中的膠體粒子和微小懸浮物，其中對(duì)混凝劑的選擇 和投藥量的確定是影響其處理效果的關(guān)鍵因素。蘭州西固取水廠以黃河為水源，多年來一直采用投加聚丙烯酰胺和二甲基 二烯丙基氯化鐵兩種混凝劑，投加效果良好，但費(fèi)用較為昂貴。因此，需要研 究和嘗試能否采用一種費(fèi)用較低且處理效果相同或相近的新藥劑進(jìn)行投加處理，以求適應(yīng)企業(yè)節(jié)能降耗，節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。首先，我司水質(zhì)中心在實(shí)驗(yàn)室通過混凝試驗(yàn)對(duì)聚合氯化鋁鐵藥劑進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合加藥間現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備換算出進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)所需投加藥量對(duì)照表，然后利用水質(zhì)條件符合該藥劑投加的工藝時(shí)期進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，分析研究藥劑投加效果，確定合理投加藥量，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。

2 蘭州黃河取水廠混凝工藝

制水一廠于1957年9月開始投產(chǎn)供水，日供水能力51萬m3，后經(jīng)1974年、1998年兩次工程擴(kuò)建項(xiàng)目，達(dá)到150萬 m3/日的取水能力和138萬 m3/日的供水能力。制水一廠工藝功能是將黃河高濁度水經(jīng)引流預(yù)沉、泵房取水后，投加聚丙烯酰胺? （HPAM）或聚二甲基二烯丙基氯化銨（原水濁度﹤3000HTU投加0.5%聚二甲基二烯丙基氯化銨混凝劑;原水濁度﹥3000HTU投加1%聚丙烯酰胺混凝劑）高分子混凝劑在100米輻流式沉淀池中進(jìn)行一級(jí)混凝沉淀處理，供出一次沉淀水至西固熱電廠和第二水廠兩個(gè)用戶。一水廠主要凈水構(gòu)筑物有上下游斗槽式預(yù)沉池、上下游加藥間、上下游一級(jí)泵站、上下游操縱室、配水室、二級(jí)泵站、18組輻流式沉淀池和自流溝渠等組成。

2.1一級(jí)泵站

一級(jí)泵站設(shè)上游、下游兩個(gè)泵站。上游安裝有流量10800m3/h泵組5臺(tái)，下游安裝有流量10800m3/h泵組5臺(tái)，流量4700m3/h泵組1臺(tái)，流量6500m3/h泵組1臺(tái)。

2.1.1工藝流程

預(yù)沉后水體? ? ?粗格柵? ? ?進(jìn)水室? ? ? 旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)? ? ?吸水井? ? ?藥劑投加? ? ?水泵

2.1.2吸水井主要工藝參數(shù)

最低極限水位：4.00 m? ? ? ? ? ? ? 最高極限水位：12.05 m

最高警戒水位? ?10.00 m? ? ? ? ? ? ?最低警戒水位：4.10 m

正常水位：? ? 4.21 m—9.99 m? ? ? ?理想水位：6.00 m—9.99 m

2.1.3旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)

每臺(tái)泵組進(jìn)水間于吸水井之間設(shè)有旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)，用來攔截粗格柵未能及時(shí)攔截的漂浮物及雜物，旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)攔截后的雜物，可及時(shí)用沖洗水進(jìn)行沖洗。旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)型號(hào)為：

XWZ—2200? 2.2*3.0*3.1，進(jìn)水壓差1.5m，啟動(dòng)水位差：300 mm，運(yùn)行速度3.71 m/min。

2.2加藥間

設(shè)上游、下游加藥間2個(gè)，上下游加藥間獨(dú)立運(yùn)行，即上游加藥間投加上游一級(jí)泵站藥劑，下游加藥間投加下游一級(jí)泵站藥劑。

2.2.1混凝劑

① HCA——? ?聚二甲基二烯丙基氯化銨陽離子高分子混凝劑。

② HPAM—— 聚丙烯酰胺陰離子高分子混凝劑。

2.2.2混凝劑投加工藝流程

攪拌罐? ? 藥劑輸送管網(wǎng)? ? ?儲(chǔ)液池? ? 藥劑輸送管網(wǎng)? ? 加藥泵? ? 水泵進(jìn)水管

HCA混凝劑投加采用計(jì)量泵對(duì)應(yīng)取水泵組進(jìn)行一對(duì)一投加，HPAM混凝劑投加采用隔膜泵對(duì)應(yīng)取水泵組進(jìn)行一對(duì)一投加。兩種混凝劑投加點(diǎn)均設(shè)在取水泵組吸水井進(jìn)水管上，通過水泵混合進(jìn)行泵前投加，經(jīng)壓力水管輸送至18座輻流式沉淀池，經(jīng)混凝沉淀后通過自流溝輸送至二水廠和電廠。

2.2.3混凝劑投加

原水濁度大于100HTU小于3000HTU投加HCA混凝劑，配置濃度0.5%，投加濃度0.5%。

原水濁度大于3000HTU投加HPAM混凝劑，投加濃度0.1%—0.2%。

2.3沉淀池共有18座，直徑100m，最深處高7.01 m，進(jìn)水設(shè)計(jì)含沙量：100kg/m3，進(jìn)水流量：1.35 m3/s，最大排泥量：0.35 m3/s，渾液面沉速：0.22 mm/s，出水濁度≤100NTU。沉淀池有效容積均為27600 m3，總?cè)莘e29015 m3，沉淀池環(huán)形槽高150 mm。沉淀池環(huán)形槽水位控制范圍：80—130 m3[29]。

實(shí)驗(yàn)

3.1實(shí)驗(yàn)時(shí)間的確定

為保證實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行，避免試驗(yàn)期間因新藥劑投加影響全廠出水水質(zhì)， 試驗(yàn)時(shí)間的選擇采取以下兒種措施：①避開夏季供水高峰，以免影響城市居民用水。②增加沉淀池投產(chǎn)數(shù)量，確保實(shí)驗(yàn)造成的濁度較高出水與其他沉淀池出水在自流溝均勻混合，保證水質(zhì)。③制定《黃河源水投加聚合氯化鋁鐵試驗(yàn)實(shí)施方案》，加強(qiáng)工藝紀(jì)律，達(dá)到了試驗(yàn)的預(yù)期目標(biāo)，確保試驗(yàn)期間的安全供水。試驗(yàn)時(shí)間為期 24 天，累計(jì) 426 小時(shí)，投加藥劑1 9637. 26kg。

3.2投加藥劑量的確定

本次試驗(yàn)主要是根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定的投藥量表標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行換算，前期我們?cè)? ? 做過多種倍數(shù)關(guān)系試驗(yàn) ，在超出 1. 5—2. 0 倍數(shù)關(guān)系范圍以外 ，處理余濁>100

NTU。故剔除 1. 5 -? ?2. 0 倍數(shù)關(guān)系以外因素 ，綜合考慮，選擇1. 8 倍的倍數(shù)關(guān)系，制定出藥量投加關(guān)系表確定源水濁度l OOOHTU 以內(nèi)投機(jī)加聚合氯化鋁鐵藥劑，分析對(duì)比該藥劑的使用效果。

投加藥劑：澤瑞凈水劑公司 商品含輩 50% 的聚合 氯化鋁鐵藥劑。

藥量控制 ：按照實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的 1. 8 倍藥量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行投加。

處理范圍 ：源水濁度l OOO HTU 以內(nèi)。

3.3試驗(yàn)期間觀測(cè)點(diǎn)的選擇

根據(jù)本廠工藝運(yùn)行特點(diǎn)，下游沉淀池供電廠做冷卻水用，出水濁度要求不高<2 000 NTU， 選擇在下游沉淀池投加聚合氯化鋁鐵混凝劑，即選用9#、11#、15# 沉淀池 為主要觀測(cè)池 ，投加 藥劑后觀 測(cè)出水 余濁并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

3.3.1實(shí)驗(yàn)要求

①沉淀池出水余濁< l OONTU。

②試驗(yàn)期回原水 濁度 <1000 HTU。

③試 驗(yàn)期間原水濁度>1000 HTU， 立即倒換加藥工藝，改投二甲基二烯丙基氯化銨。

3.3.2實(shí)驗(yàn)控制

①每小時(shí)從黃河進(jìn)水口提取原水水樣，采用濁度儀準(zhǔn)確測(cè)量原水濁度

（HTU）， 根據(jù)不同的原水濁度，對(duì)照投加表確定的藥劑投加量進(jìn)行投加聚合氯化鋁鐵藥劑。

②記錄每小時(shí)供水水量、藥劑投加量、沉淀池出水余濁，做好記錄。

聚合鋁鐵加藥呈泵 <2 號(hào)泵>投加衾 為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的 1 8 倍

處理余濁為 30NTU（加藥間儲(chǔ)藥池藥劑下降數(shù)據(jù)? ?單位：cm）

③對(duì)所記錄報(bào)表進(jìn)行分析，檢測(cè)出水余濁是否滿足 <1OONTU的規(guī)定. 投加量關(guān)系見上表

1：上 表所示 1S為小泵 ; B 為開啟1臺(tái)大泵。如 1S 則為開啟一小泵。大泵出水量 10800M3/ h 。小泵出水量 7000 M3/ h.

投加藥量以加藥間儲(chǔ)液池藥劑下降公分?jǐn)?shù)計(jì)量。投加藥量=儲(chǔ)液池藥劑下降公分?jǐn)?shù)*儲(chǔ)液池面積。

4.試驗(yàn)結(jié)論

據(jù)試驗(yàn)期間凈化車間生產(chǎn)報(bào)表顯示：

①源水濁度變化情況 ：試驗(yàn)期間源水濁度大都在1OOOHTU以內(nèi)，變化范圍為最低 70HTU， 最 高 103? ?3HTU，只 有 7 月 11 日 16 -? ?17 時(shí)為 1033HTU。目前 ，我廠上游河段經(jīng)鹽鍋峽、劉家峽、柴家峽等水庫的有效攔截，原水濁度大有逐年降低的態(tài)勢(shì)。據(jù) 2006、 2007 、 2008 和 2009 近四年的觀測(cè)來看 ，原水濁度最高? ?為1530H? TU原水濁度在? 1000 H TU以下的時(shí)間占夏季工藝運(yùn)行（沉淀池投運(yùn) 投加混凝劑）時(shí)間的75% 左右。因此在我廠實(shí)施聚合氯化鋁鐵藥劑投 加是可行的。

②出水余濁的觀測(cè)：試 驗(yàn)期間觀測(cè)池出水余濁一般在 27～52NTU之間，

但特殊 情況如變換藥量時(shí)觀測(cè)池濁度變化較大，最大為 87NTU，滿足我司規(guī)定的沉淀池出水余濁< 1OO NTU的標(biāo)準(zhǔn) ，不影響下一道工藝銜接。

③三個(gè)觀測(cè)池出水濁度比較： 9#、 11# 、 I 5#三個(gè)觀測(cè)池之間出水濁度

基本保持在相同數(shù)值范圍內(nèi)，變化幅度在5NTU左右 ，變化幅度不大，不會(huì)引起

因出水余濁變化幅度過大而影響水質(zhì)變化的情況，能保證水質(zhì)穩(wěn)定，保證下一? 工藝點(diǎn)的安全運(yùn)行。

從以上 3 點(diǎn)綜合來看，在我廠投加該藥劑的方案可行，能滿足工藝合理運(yùn)行，保證水質(zhì)合格達(dá)標(biāo)。

5.聚合氯化鋁鐵與HCA藥劑的經(jīng)濟(jì)比較

①源水濁度在 100～1000范圍內(nèi)采用 HCA和聚合氯化鋁鐵均可對(duì)黃河源水進(jìn)行有效處理 但 HCA 磯基低于聚合氯化 鋁鐵.

②經(jīng)濟(jì)計(jì)算： PAFC藥劑 50% 商品單價(jià)900 元/噸

HCA 藥劑商品單價(jià) 26000 元/噸

按PAFC ：3kg/ km3? ? ? ? ? ? HCA? 0. 05 kg/km? ? 3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 的? ? 礬? 基? ? ?計(jì)? 算? ?：

則每km3源水藥劑成本為：

PAFC 2. 7 元 /km3 （若按密度 I. 15 計(jì)算則為 ：3. 105 元/k? m? 3 ） HCA 3. 38 元/ km3

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

在低濁度情況下： 源水濁度 <I OOOHTU 應(yīng)用較經(jīng)濟(jì)（一年中1000 HTU 以內(nèi)原水占 80% 左右）

源水濁度 >l OOOHTU 應(yīng) 用 HCA

參考文獻(xiàn)1.《蘭州城市供水集團(tuán)混凝劑投加操作規(guī)程》

2.《蘭州城市供水集團(tuán)水質(zhì)中心聚合氯化鋁鐵實(shí)驗(yàn)報(bào)告》

3.《蘭州城市供水集團(tuán)水質(zhì)澤瑞凈水劑公司聚合氯化鋁鐵產(chǎn)品說明書》