處理低溫低濁水的混凝劑及助凝劑的對(duì)比應(yīng)用研究

張立東，李彥文

(1.吉林化工學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，吉林吉林132022;2.吉林化工學(xué)院資產(chǎn)管理處，吉林吉林132022)

由于水資源的緊缺和流經(jīng)城市河段的水質(zhì)污染，使得采用水庫(kù)作給水水源的情況日漸增多，但水庫(kù)水具有濁度低、藻類多的特點(diǎn).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(jié)，也存在著濁度較低、有機(jī)污染加劇、水溫低的類似問(wèn)題.在我國(guó)北方廣大地區(qū)有長(zhǎng)達(dá)5～6個(gè)月的冰封期，水質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間處于低溫低濁狀態(tài)，江河水溫0～1℃，濁度為5 ～30 mg/L，水庫(kù)水下層水溫2～4℃，濁度為5～10 mg/L.在冬季，水質(zhì)的物理化學(xué)特性與其它季節(jié)相比具有溫度低、濁度低、耗氧量低、堿度低、水的粘度大等特點(diǎn)，這給不少自來(lái)水廠的冬季處理帶來(lái)了很大困難.因此，解決低溫低濁水質(zhì)凈化技術(shù)的問(wèn)題，是一項(xiàng)很有價(jià)值并十分重要的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題.

飲用水處理的難點(diǎn)之一就是低溫低濁水的處理.在低溫低濁時(shí)，濁質(zhì)的混凝沉淀性能大幅度降低，此時(shí)，大部分水廠為了能夠形成易于沉淀分離的比較粗大的絮凝體，通常采用的方法就是增加混凝劑的投加量.但是，混凝劑投加量的增大，不僅浪費(fèi)，同時(shí)還將導(dǎo)致污泥量增加、濾池過(guò)濾周期縮短、混凝劑殘余量升高等問(wèn)題，給凈水設(shè)施的維護(hù)和管理帶來(lái)很大的弊端.因此，根據(jù)低溫低濁水的混凝特點(diǎn)，研究適合于低溫低濁水處理的混凝條件是非常重要的［1-2］.

1 低溫低濁水處理難點(diǎn)的分析

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

(a)水溫低，水分子熱運(yùn)動(dòng)緩慢，從而減緩了水中膠體雜質(zhì)顆粒的運(yùn)動(dòng).同時(shí)膠體顆粒間的排斥勢(shì)能增大，不利于顆粒碰撞，使膠體顆粒脫穩(wěn)困難.

(b)低溫時(shí)，水的粘滯性高，流動(dòng)性差，不利于混凝劑在水中的擴(kuò)散和水解.

(c)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.

(d)水溫低，對(duì)藥劑水解的吸熱過(guò)程有不利影響，使水解不完善，影響藥劑效能的發(fā)揮.

(e)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.

(f)濁度低，單位水體中顆粒數(shù)量少，密度低，顆粒有效碰撞幾率減少.

(g)濁度低，顆粒細(xì)小均勻，形成的絮凝體細(xì)、少、輕，難于沉淀，易于穿透濾層［3］.

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)方法

選取吉林市某段松花江水進(jìn)行研究分析，取河段不同深度的水混合后作為代表水樣.對(duì)進(jìn)水和出水的相關(guān)參數(shù)(如濁度、溫度、pH值、電導(dǎo)率、CODMn、硬度、氨氮)進(jìn)行測(cè)定，并選取水處理廣泛使用的混凝劑PAC、PAFC和助凝劑PAM、改良活化硅酸對(duì)松花江水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，以確定混凝劑及助凝劑的最佳投藥量.

2.2 取水方法

考慮到取水的可操作性和安全因素，對(duì)取水的方法進(jìn)行了一些改進(jìn).在大橋上用繩索提取指定深度的水，然后進(jìn)行混合.具體方法:選取三個(gè)等分?jǐn)嗝?，每個(gè)等分?jǐn)嗝姘慈齻€(gè)等分點(diǎn)進(jìn)行劃分.依次提取每個(gè)斷面 0.5、1.0、1.5 m 水深處的水進(jìn)行混合.并現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水樣的水溫、pH值、電導(dǎo)率.

表1 原水水質(zhì)情況

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)比較PAC與PAFC的除濁效果

松花江下游水濁度都在7NTU左右，COD、氨氮、硬度等相差不大，由上圖濁度去除率可知，PAFC對(duì)濁度的去除效果優(yōu)于 PAC，與理論相符［4-5］.

圖1 PAFC/PAC對(duì)濁度去除率的影響

3.2 結(jié)合助凝劑后的效果比較

結(jié)果比較見圖2～圖4.

圖2 PAFC-PAM/PAC-PAM濁度去除率的比較

圖3 活化硅酸為助凝劑對(duì)濁度去除效果的影響

從圖中可以看出，在PAC投加量(平均值)比PAFC減少10%時(shí)，其沉淀池出水濁度與后者接近.當(dāng)沉淀池出水濁度均接近調(diào)控目標(biāo)0.5NTU時(shí)，PAC投加量更少，可有效地降低成本約15%.

圖4 投加量與COD去除率的關(guān)系

由圖4的結(jié)果看到，在投量相同的多數(shù)情況下，PAC+改性活化硅酸的COD去除率高于其他混凝劑約15%，最多可以去除原水中80%以上的有機(jī)污染物，其除污染能力不容忽視.

綜合上面四副圖的試驗(yàn)結(jié)果可知，對(duì)于目前的原水條件，若僅憑除濁效果，可以選擇PAFC、聚合氯化鋁+活化硅酸或者聚合氯化鋁鐵+活化硅酸做混凝劑，但結(jié)合除污染效能，宜選聚合氯化鋁+活化硅酸或聚合氯化鋁鐵+改性活化硅酸做混凝劑.另外，考慮到經(jīng)濟(jì)因素，聚合氯化鋁+改性活化硅酸更加適合水廠使用.多數(shù)情況下，僅以除濁要求得到的最優(yōu)投藥量不能滿足除有機(jī)物的要求，若能結(jié)合考慮，可以提高 COD去除率達(dá)17%以上.因此，選擇混凝劑、確定最優(yōu)投藥量，都要綜合除濁和除有機(jī)物的要求來(lái)考慮，以提高除污染效率［6-7］.

3.3 PAC/PAFC與活化硅酸的正交試驗(yàn)

PAC/PAFC 的用量為:8 mg/L、10 mg/L、12 mg/L.活化硅酸的用量為:3 mL、4 mL、5 mL.投藥時(shí)間采用:0.5 min、5.5 min、10.5 min.

采用正交實(shí)驗(yàn)方法.

表2 PAC-活化硅酸最佳投藥量及最佳投藥時(shí)間

實(shí)驗(yàn)表明最佳去除率能達(dá)到98.3%.

4 結(jié) 論

本文研究了不同混凝劑及助凝劑對(duì)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及助凝劑PAM/活化硅酸為研究對(duì)象，并且改良了活化硅酸的缺點(diǎn)，使其穩(wěn)定時(shí)間從4小時(shí)延長(zhǎng)到一個(gè)月左右.并發(fā)現(xiàn)改良后的活化硅酸對(duì)低溫低濁水的處理效果顯著.另外，考慮到使用PAM可能會(huì)導(dǎo)致飲用水的安全存在一定風(fēng)險(xiǎn)，因此，對(duì)低溫低濁水的處理助凝劑應(yīng)首選改性活化硅酸.

再者，混凝劑PAC和PAFC與活化硅酸聯(lián)用，對(duì)于低溫低濁水均有很好的處理效果，考慮到經(jīng)濟(jì)因素，PAFC價(jià)格昂貴，盡管處理效果略好于PAC，但綜合考慮水廠運(yùn)行的成本及出水效果，可選用PAC作為混凝劑，改性活化硅酸作為助凝劑.對(duì)于18NTU以內(nèi)的水質(zhì)，均能夠達(dá)到良好的處理效果，即0.5NTU左右.

改性活化硅酸在使用時(shí)，投放時(shí)間對(duì)礬花的形成有很大的影響，投放時(shí)間越早，礬花形成的越大，越容易沉降.這與PAM的投入時(shí)間不同，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，PAM一般會(huì)在靜置沉淀的時(shí)候投入，效果依然很顯著.本文經(jīng)驗(yàn)，改性活化硅酸在使用時(shí)，可在快速攪拌后加入，也可在中速攪拌5分鐘后加入.可用正交試驗(yàn)確定最佳投入時(shí)間及最佳投藥量［8-9］.

如果原水濁度在10NTU以內(nèi)，也可考慮用PAM作為助凝劑，根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，PAC作為混凝劑效果與PAFC無(wú)異，因此，仍首選PAC作為混凝劑，出水也可達(dá)到0.5NTU左右.

另外，經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，例如，大壩放水，原水濁度升高，或者在江段下游取水，有排污口排出的污水匯入，造成原水COD或氨氮升高，都會(huì)對(duì)濁度的去除帶來(lái)困難，本實(shí)驗(yàn)中，四座大橋的水處理過(guò)程中，所用藥劑的量均有不同，可依據(jù)實(shí)際情況，可最終確定最適宜的投藥量.

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