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论文导读：：低温低浊水的处理问题一直是给水行业中备受关注的难题之一。混凝实验。混凝剂采用河南巩义某净水材料有限公司的聚合氯化铝（PAC）。
论文关键词：低温低浊水，混凝，聚合氯化铝
前言
我国新疆地区全年有4、5个月的时间处于寒冷季节，水体被冰层覆盖，水库水下层水温1~4℃。这个时期原水浊度也很低，水库水也只有5~10NTU。低温低浊水的处理问题一直是给水行业中备受关注的难题之一，而且至今也没有一个完善的理论能对其进
行透彻分析和系统研究，没能找到其特定的规律和成熟的处理方法。低温低浊水难处理的原因是杂质颗粒主要以微小的胶体分散体系存在于水中，而且胶体颗粒比较均匀，具有很强的动力和凝聚稳定性，并且带负电的交替微粒数量很小。另外，絮凝剂在低温下水解产物的形态不佳，聚合反应速度降低，水解产物的主要形态偏重于高电荷低聚合度，因此不利于在胶体颗粒间进行吸附架桥作用，这是低温低浊水难以处理的重要原因[1]。
1.水厂概况
乌鲁木齐市石墩子山水厂（东区）设计规模为20万m3/d，其处理工艺流程如图1所示。水厂水源为乌拉泊水库，其水源主要是来源于冰雪融化水聚合氯化铝，其典型的特点是低温低浊，尤其是每年的11月份至第二年的4月份之间，低温（1~4℃）低浊（5~10NTU）的特点更加明显。
低温低浊水
图1 石墩子山水厂工艺流程
Fig.1 Flow chart of water treatment process
2.混凝实验
2.1 水源与水质
实验用水分为两部分：一部分为乌拉泊水库原水（简称原水）；另一部分为乌拉泊水库原水与滤池反冲洗排水在预沉池内的混合水（简称混合水）。其主要水质指标（2009年平均值）如表1所示。
表1 原水及混合水水质
Tab.1 Quality ofraw water and mixed water
指标
NH3-N（mg/L）
PH
硬度（mg/L）
浊度（NTU）
COD（mg/L）
温度℃
原水
0.30
8.35
187.8
3.9~5.1
3.6
4~14
混合水
0.29
8.26
188.9
6.2~13
8.2
4~14
注： 硬度以CaCO3 计。
2.2 仪器与试剂
2.2.1仪器
ZR4-6型定时变速六联搅拌器、4001浊度仪、CHN82801 酸度计、温度计等
2.2.2 试剂
混凝剂采用河南巩义某净水材料有限公司的聚合氯化铝（PAC），固态A12 O 3的含量为30％ ，碱基度为90％。
助凝剂选用两种：一种是聚丙烯酰胺（PAM），PAM为阳离子型，配制缓冲溶液的质量分数为0.01％；一种是活化硅酸，活化硅酸由分析纯的水玻璃（Na2SiO3）加活化剂H2SO4 （98％）配制而成，酸化度为85％，活化时间为50 min，活化硅酸缓冲溶液的质量分数为0.5％（以SiO2计，下同）中国论文网。
2.3 实验方法
采用六联搅拌器进行烧杯实验， 模拟生产上的混凝沉淀过程。在一组烧杯中加入1000mL 原水，于快速搅拌下（200r/min）加入一定量的混凝剂，先以200r/min快速搅拌1min，后以80r/min中速搅拌5min，再以30r/min 慢速搅拌10min， 关闭六联搅拌器，静沉 10min，取上清液测定有关水质指标。
3.结果与讨论
3.1 混凝剂投量对出水水质的影响
在不投加助凝剂的条件下，以PAC为混凝剂进行实验，研究不同PAC投量对浊度去除效果的影响。
以混合水为实验对象，混合水的初始浊度为6.2NTU，温度为4℃，在不投加助凝剂的情况下以PAC为混凝剂，按实验方法所要求的工况进行实验按，实验完成后沉淀20min，测其上清液的浊度，实验结果见图2。
低温低浊水图2 PAC投加量对出水浊度的影响
Fig.2 Effect ofPAC dosage on turbidity removal
从图2可以看出，随着PAC投量的增大，剩余浊度明显降低，当PAC投量为11～12 mg/L时聚合氯化铝，剩余浊度≤0.5 NTU（三组平行实验结果一致）。由于水厂目前PAC的投量平均为30mg/L，当水库水处于低温低浊状态（每年的11月份至第二年的4月份之间）投量明显偏高，致使出水浊度偏高，浪费药耗。因此，当原水低温低浊特征比较明显的季节，为达到良好的除浊效果，其投量应为12mg/L。
3.2 助凝剂的筛选
以混合水为研究对象，其中混合水的初始浊度为6.2 NTU，温度为4℃，分别以聚丙烯酰胺（PAM）和活化硅酸为助凝剂，参考乌鲁木齐其它地表水厂的生产实践，选择PAM的投量为0～0.015 mg/L，絮凝剂PAC的投量为12mg/L，按设定工况运行，沉淀10 min后测其上清液的剩余浊度。实验结果如图3所示。
低温低浊水
a PAM为助凝剂
b 活化硅酸为助凝剂
图3 助凝剂对除浊效果的影响
Fig.3 Effect of coagulant aidon turbidity removal
由图3可以看出，当PAM投量为0.005～0.006mg/L时，剩余浊度都很低（0.1 NTU）。当继续增大PAM投量时，剩余浊度反而有所升高。从形成的矾花看，投加助凝剂与不投加助凝剂没有明显的差别。在PAM为助凝剂的试验中，通过矾花大小可以发现聚丙烯酰胺对实验水样有良好的助凝效果，形成的矾花明显比无助凝剂时大，并且在助凝剂投量为0.005 mg/L时形成的矾花最大。从剩余浊度来看，在少量活化硅酸存在的情况下，除浊效果较好，但随其投量的增大，剩余浊度又开始升高。单从剩余浊度角度考虑，上述两种助凝剂差别不明显。
活化硅酸作为处理低温低浊水的助凝剂效果较显著，但使用较麻烦，需现场调制，即日使用，否则会形成冻胶而是助凝作用。PAM作为助凝剂在乌鲁木齐的其他水厂也有多年经验，效果良好聚合氯化铝，并且投加PAM可以减少吕盐混凝剂用量。因此确定选用PAM作为助凝剂[2]。
3.3 助凝剂投加时间的确定
将5个1 L的烧杯（分别记为1~5 ）置于六联搅拌器上，以混合水为研究对象，实验条件：水样的初始浊度为6.2NTU，PAC投量为12 mg/L，PAM投量为0.005 mg/L。试验方法：1烧杯中助凝剂比絮凝剂早投加30s，其快速混合时间为1.5 min，转速为300 r/min，中速搅拌与慢速搅拌的实验条件与混凝实验设计工况相同；2 ~5 按照混凝实验设计工况运行，其中2烧杯中絮凝剂和PAM同时投加，3~5烧杯则在投加混凝剂约0.5、1、1.5min后分别投加助凝剂。因此，以1 烧杯中助凝剂投加时间为零点（与混凝剂投加时间相比而言），则1 ~5 的助凝剂投加时间分别为0、0.5、1.0、1.5、2.0min。絮凝反应结束沉淀10 min后测上清液的剩余浊度，试验结果如图4所示。
图4 助凝剂投加时间对出水浊度的影响
Fig.4 Effect of adding timeof coagulant aid on turbidity removal
由图4可知，在慢速搅拌（絮凝反应阶段）开启之前投加助凝剂，除浊效果较好。这是因为在絮凝反应阶段加入助凝剂，药剂未经快速剧烈的搅拌会导致混合不均，使其不能完全发挥作用。在快速搅拌阶段投加助凝剂，以助凝剂投加时间比絮凝剂晚30s最佳，沉淀出水的浊度最低（0.32NTU）；从形成的矾花来看，不同时间投加助凝剂，所形成的矾花大小差异非常明显，助凝剂先于絮凝剂投加，形成的矾花细小；之后形成的矾花较大中国论文网。在此实验基础上，加大了絮凝剂与助凝剂的投量。得到的结果与上述结果相同[3]。
3.4 原水与混合水的对比实验
以原水为试验对象时，PAC投量为12mg/L，助凝剂最佳投量为0.005 mg/L，实验结果如图5所示。
以原水为实验对象，原始的初始浊度为3.9NTU，温度为4℃，在不投加助凝剂的情况下以PAC为混凝剂，按实验方法所要求的工况进行实验按，实验完成后沉淀10min聚合氯化铝，测其上清液的浊度，实验结果见图5。
图5 PAM的投加量对除浊效果的影响
Fig.5 Effect of dosage aid on turbidity removal
从图5还可以看出，当絮凝剂与助凝剂处于最佳组合的情况下，以混合水为试验对象的剩余浊度始终小于原水的，这说明混合水中含有的反冲洗排水具有一定的助凝、絮凝能力，这与相关文献的报道一致。事实上，反冲洗排水回流至配水井后，相当于增加了原水的浊度，使低温低浊水易于处理。因此，将反冲洗排水回流至配水井有利于提高对低温低浊水的处理效果。
4 结论与建议
（1） 活化硅酸作为处理低温低浊水的助凝剂效果较显著，但使用较麻烦，需现场调制，即日使用，否则会形成冻胶而是助凝作用。
（2）PAM的投加方式对处理效果有显著影响，在快速搅拌时间为1 min的条件下，建议活PAM比絮凝剂晚30s投加。
（3） 石墩子山水厂投药量根据季节调整，可以降低出水浊度并且降低药耗。每年的4月~11月PAC的投加量为30 mg/L，11月~第二年4月份PAC的投加量为12 mg/L最佳。
（4） 将滤池的反冲洗排水回流至配水井有利于低温低浊水的处理，并可节省絮凝剂或助凝剂的投量。
（5） 在本实验条件下，上述烧杯实验的混凝、沉淀效果极佳。
参考文献
[1]石明岩，崔福义等。低温低浊受污染水处理中混凝剂的优化选择[J].工业水处理，2002,22（10）：29~31
[2]李为兵，金雪中等。处理低温低浊水的混凝剂优选[J].中国给水排水，2006,22（13）：49~52
[3]徐锰，李风亭等。处理水库低温低浊水混凝剂的优选[J]. 净水技术， 2009,28（3）：69~72 |
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