摘要介绍针对磐石某冶金企业冬季所用的低温低浊高有机物挥发河水做为原水进行的膨润土、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的混凝试验。比较加入膨润土与不加膨润土对浊度和COD的去除效果；分析了它们的最佳投加量。结果表明加入膨润土的混凝试验有明显的去除效果，降低了浊度和COD。在综合考虑了处理效果与混凝剂、助凝剂使用成本的基础上得出：试验期间的磐石冶金企业所用的原水适合采用膨润土与聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺的混凝技术。

　　论文关键词：膨润土，低温低浊，高有机物，原水，混凝

　　
　　1 概述：

　　
　　吉林磐石某水厂一直以镍矿旁的挥发河河水为供水水源，每年12月至第二年3月初为该河水低温低浊期，浊度变化大、色度高、碱度低、黏度大。其处理难点主要体现为原水浊度低时脱色不理想[1,2]。水厂采用的处理工艺中使用的普通混凝剂投加量较大，生成的絮凝体轻而细小、沉淀慢、絮体破碎现象严重，当原水浊度为9.0~20 NTU，温度低于4℃时，浊度和COD去除效果均很差。增加投药量后除色效果仍较差，且处理费用过高，给水厂造成了很大经济负担。选取膨润土更加经济实用、配合使用适合低温低浊水原水的混凝剂达到处理效果。

　　
　　表1 河水一月份常规数据指标

　　

　　项目

　　温度/℃

　　浊度/NTU

　　CODCr/mg/L

　　pH

　　嗅和味

　　颜色

　　数值

　　0~4

　　13.8~19.4

　　46.2~56.6

　　7.7~8.2

　　无

　　微黄色

　　
　　膨润土是以蒙脱石为主要成分的粘土矿物，蒙脱石属于2∶1 型的三层结构的硅酸盐矿物，即由两个硅氧四面体层和一个铝（镁）氧（氢氧）八面体层组成，八面体中有部分铝离子被二价Mg2 +等置换，四面体中有部分Si4 +被Al3 +置换，从而使蒙脱石晶胞产生了永久性负电荷。因此膨润土具有膨胀性、悬浮性、分散性、吸附性、粘结性和阳离子交换性等许多独特性能[3,4]。根据其层间可交换阳离子的不同，分为Na 基、Ca 基、Mg 基和Al 基膨润土等，尽管它们性能有差异，但经过净化处理和阳离子交换，便可提高不同膨润土的综合性能[5]。膨本实验采用的是钠基膨润土原土[6]，使用简单降低处理费用。

　　
　　2、试验部分

　　
　　2.1 试验材料与方法

　　
　　2.1.1 试验药剂与设备

　　
　　试验所使用的膨润土，是由吉林九台生产的钠基膨润土原土。

　　
　　试验所用的混凝剂为聚合硫酸铁（PFS），为东北电力大学所生产，浓度为80g/L，配制成浓度为1 g/L。

　　
　　助凝剂为聚丙烯酰胺（PAM），配制成浓度为1 g/L。

　　
　　主要设备有COD-572型化学需氧量测定仪、WZS-180型低浊度仪、六联搅拌机等。

　　
　　COD-572型化学需氧量测定仪所用药剂重铬酸钾试剂（0.05mol/L）、硫酸铁（1mol/L）、硫酸银（10g/L）。

　　
　　2.2 试验方法

　　
　　在1L水中加入一定量的膨润土，经过测量COD值和浊度选取最佳用量；确定膨润土用量和搅拌方式后，再加入混凝剂和助凝剂，同时确定混凝剂和助凝剂的投加方式（1）先加混凝剂搅拌2min，再加助凝剂搅拌3min；（2）同时加入混凝剂和助凝剂。在最佳混凝剂投加量的情况下再确定助凝剂的用量。混凝沉淀试验参数设置为：①中速150r/min，3min②300r/min，2min③50r/min，3min[7]。

　　
　　2.3 试验结果与讨论：

　　
　　2.3.1 膨润土搅拌速度和时间的确定：

　　
　　取2份1L的原水，分别在两个烧杯中加入膨润土50mg，一份采用先快速搅拌2min再转慢速搅拌3min，另一份先中速搅拌3min再转慢速搅拌2min。

　　
　　表2 膨润土搅拌速度和搅拌时间的确定原水浊度13.3NTU ，COD=56.4 mg/L

　　

　　搅拌方式

　　先快速搅拌2min再慢速搅拌3min

　　先中速搅拌3min再慢速搅拌2min

　　浊度（NTU）

　　21.3

　　39.3

　　COD（mg/L）

　　22.9

　　37.4

　　
　　由此表可知，加入膨润土的搅拌速度和时间应为先中速搅拌3min再转慢速搅拌2min，可使反应更充分。

　　
　　2.3.2 PFS和PAM投加方式和搅拌速度的确定：

　　
　　 PFS和PAM采用两种投加方式，进行投加试验[8,9]。方法1：先加入PFS搅拌2min后，再加入PAM慢速搅拌3min；方法2：同时加入PFS和PAM，先快速搅拌2min，再慢速搅拌3min。原水浊度12.4NTU ，COD=50.7mg/L。

　　
　　表3 方法1

　　

　　PFS加入量（ml）

　　PAM加入量（ml）

　　浊度（NTU）

　　COD（mg/L）

　　0.5

　　0.1

　　8.0

　　32.0

　　1.0

　　0.1

　　5.5

　　28.0

　　
　　表4 方法2

　　

　　PFS加入量（ml）

　　PAM加入量（ml）

　　浊度（NTU）

　　COD （mg/L）

　　0.5

　　0.1

　　8.4

　　33.4

　　1.0

　　0.1

　　6.0

　　29.8

　　
　　由以上两表可知，先加入PFS搅拌2min后，再加入PAM慢速搅拌3min，使混凝剂与助凝剂反应更充分。

　　
　　2.3.3 膨润土加入量的确定：

　　
　　取10份1L原水水样，分别加入10mg，20mg，30mg，40mg，50mg，60mg，70mg，80mg，90mg和100mg。膨润土加入量少对混凝过程的辅助作用将会减少，加入量过多会增加液面浊度，不具实际意义[10]。

　　
　　表5 膨润土用量确定原水浊度12.7NTU ，COD=57.4mg/L

　　

　　膨润土用量（mg）

　　10

　　20

　　30

　　40

　　50

　　60

　　70

　　80

　　90

　　100

　　浊度（NTU）

　　14.7

　　16.8

　　19.4

　　22.0

　　26.4

　　29.8

　　30.2

　　32.3

　　37.6

　　39.4

　　COD（mg/L）

　　45.8

　　40.8

　　37.9

　　35.6

　　34.4

　　38.7

　　34.4

　　36.2

　　35.8

　　34.5

　　
　　由此表可以确定，在原水中投加40mg~50mg的膨润土，对原水的浊度提高和COD的去除有一定帮助。

　　
　　2.3.4 膨润土加入量为40mg时的PFS和PAM混凝实验：

　　
　　2.3.4.1 确定PFS的加入量

　　
　　分别取多份1L原水水样，在加入40mg膨润土的情况下加入PFS用量0.1ml开始，逐渐增加PFS用量，由于是低温状态，混凝效果不明显，再平行进行加PFS同时再加入0.1ml的PAM，观察各自的混凝除浊和除COD的效果。原水浊度15.2NTU ，COD=56.6mg/L

　　
　　图1 加入40mg膨润土后，PFS用量的确定

　　
　　低温低浊

　　
　　由上图可以确定当PFS加入量为1.0ml时，效果最好，浊度为6.6NTU，COD为23.4mg/L。过量会使浊度上升，对COD的去除也没有更好的效果。在不加入PAM时，所形成的矾花细碎，随着PFS量的增加，形成的矾花也有所增加，但是大多悬浮不易沉降，沉淀量少[10]。在同样PFS剂量中加入0.1mlPAM，浊度和COD都有明显降低，矾花的沉降性能增加，沉淀量增加，沉淀物为褐色。

　　
　　2.3.4.2 确定PAM的加入量

　　
　　当PFS的加入量为1.0ml时，加入不同剂量的PAM，观察各自的混凝除浊和除COD的效果。原水浊度14.8NTU ，COD=55.5mg/L

　　
　　图2 加入40mg膨润土后，PFS用量为1.0ml时，PAM用量确定

　　
　　膨润土处理低温低浊高有机物含量挥发河水

　　
　　由图2可以看出，对于低温低浊水。加入40mg膨润土、1.0ml的PFS和0.2mlPAM有很好的去浊效果，浊度为3.3NTU，COD为21.2mg/L。形成的矾花体积大，沉降速度快，上层清液水质清晰[11]。随着投药量的增加，浊度会逐渐增加，沉降性差，PAM过量后使COD值有增加，影响后续处理。说明再增加药剂量已没有意义。

　　
　　2.3.5 膨润土加入量为50mg时的PFS和PAM混凝实验：

　　
　　2.3.5.1 确定PFS的加入量

　　
　　分别取多份1L原水水样，在加入50mg膨润土的情况下加入PFS用量0.1ml开始，逐渐增加PFS用量，由于是低温状态，混凝效果不明显，再平行进行加PFS同时再加入0.1ml的PAM，观察各自的混凝除浊和除COD的效果。原水浊度浊度13.7NTU ，COD=49.0mg/L。图3 加入50mg膨润土后，PFS用量的确定

　　
　　膨润土处理低温低浊高有机物含量挥发河水

　　
　　由图3可以确定当PFS加入量为0.8ml时，效果最好，浊度为6。8NTU，COD为22.3mg/L。过量会使浊度上升，对COD的去除也没有更好的效果。在不加入PAM时，所形成的矾花细碎，随着PFS量的增加，形成的矾花也有所增加，但是大多悬浮不易沉降，沉淀量少。在同样PFS剂量中加入0.1mlPAM，浊度和COD都有明显降低，矾花的沉降性能增加，沉淀量增加，沉淀物为褐色。

　　
　　2.3.5.2 确定PAM的加入量

　　
　　当PFS的加入量为0.8ml时，加入不同剂量的PAM，观察各自的混凝除浊和除COD的效果。原水浊度15.8 NTU，COD=58.3 mg/L。

　　
　　图4 加入50mg膨润土后，PFS用量为0.8ml时，PAM用量的确定

　　
　　原水

　　
　　由图4可以看出，对于低温低浊水。加入50mg膨润土、0.8ml PFS和0.3mlPAM有很好的去浊效果，浊度为3.9NTU，COD为21.8mg/L。形成的矾花体积大，沉降速度快，上层清液水质清晰。随着投药量的增加，浊度会逐渐增加，沉降性差，PAM过量后使COD值有增加，影响后续处理。说明再增加药剂量已没有意义。

　　
　　2.3.6 原水投加PFS和PAM混凝实验：

　　
　　2.3.6.1 确定PFS的加入量

　　
　　原水厂处理水时不加膨润土，模拟水厂处理原水的实验，分别取多份1L原水水样，在不加入膨润土的情况下加入PFS用量0.1ml开始，逐渐增加PFS用量，由于是低温状态，混凝效果不明显，再平行进行加PFS同时再加入0.1ml的PAM，观察各自的混凝除浊和除COD的效果。原水COD=48.5 mg/L，浊度12.0NTU。

　　
　　图5 不加膨润土，PFS用量的确定

　　
　　原水

　　
　　由图5可以确定当PFS加入量为1.8ml时，效果最好，浊度为6NTU，COD为23.8mg/L。过量会使浊度上升，对COD的去除也没有更好的效果。在不加入PAM时，所形成的矾花细碎，随着PFS量的增加，形成的矾花也有所增加，但是大多悬浮不易沉降，沉淀量少。在同样PFS剂量中加入0.1mlPAM，浊度和COD都有明显降低，矾花的沉降性能增加，沉淀量增加，沉淀物为褐色。

　　
　　2.3.6.2 确定PAM的加入量

　　
　　当PFS的加入量为1.8ml时，加入不同剂量的PAM，观察各自的混凝除浊和除COD的效果。原水浊度13.2NTU，COD为51.5 mg/L。

　　
　　图6 不加膨润土，PFS用量为1.8ml，PAM用量确定

　　
　　膨润土处理低温低浊高有机物含量挥发河水

　　
　　由上图可以看出，对于低温低浊水，1.8ml PFS和0.4mlPAM有很好的去浊效果，浊度为4.5NTU，COD为22mg/L。形成的矾花体积大，沉降速度快，上层清液水质清晰。随着投药量的增加，浊度会逐渐增加，沉降性差，PAM过量后使COD值有增加，影响后续处理。说明再增加药剂量已没有意义[12,13]。

　　
　　3、结论

　　
　　（1）对于磐石冶金企业所使用的低温低浊水，不加膨润土、加膨润土40mg和50mg时，都存在最佳投加量。不加膨润土、加1.8ml1g/L的PFS和0.4ml1g/LPAM时，浊度为4.5NTU，COD为22mg/L。加入40mg膨润土、1.0ml1g/L的PFS和0.2ml1g/LPAM时，浊度为3.3NTU，COD为21.2mg/L。加入50mg膨润土、0.8ml1g/L的PFS和0.3ml1g/LPAM时，浊度为3.9NTU，COD为21.8mg/L。

　　
　　（2）加入膨润土后，聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的用量明显减少。形成的矾花的体积最大，沉淀速度最快。不需要另外增加设备，给企业带来了较高的经济效益。

　　
　　（3）在处理低温低浊高有机物原水时，加入膨润土后效果明显优于只加混凝剂和助凝剂。加入膨润土提高混凝效果的方法，对磐石某企业所使用的冬季挥发河水有很好处理效果。

　　
　　（4）试验所取的膨润土用量为一个范围，每年的水质会随气温等条件的变化，会有差别，但是试验方法不变，通过试验调整膨润土、PFS、PAM的用量达到处理的效果。

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