不同絮凝反应级数下的浊度去除效果比较

武道吉，崔岩菲，翁立瑞，铁中用

(山东建筑大学市政与环境工程学院，山东 济南 250101)

0 引言

絮凝反应过程在水处理工艺中至关重要，它所形成的絮体的质量直接影响甚至决定了水处理的效果[1]，适宜的搅拌速度才利于絮凝体的形成[2]。高效、经济的絮凝剂对絮凝作用非常重要，但同时必须在设备上提供良好的水力条件，从而形成密实度好的絮凝颗粒，以利于后续沉淀、过滤工艺的高效运行[3]。

多年来国内外不少学者对絮凝综合控制指标问题进行了探讨，通常以G与GT值作为絮凝效果的控制指标，认为平均速度梯度G值综合地表征了水流紊动程度，亦即反映了颗粒的碰撞频率，GT值则相当于单位体积的水体中颗粒碰撞的总次数。近年国内有人曾建议以GTRe－1/2作为衡量絮凝效果的一个综合指标[4]。另外，现在的混凝技术基本上是简单的一级絮凝，对污染杂质的去处具有一定的限制，进行多级絮凝的研究也势在必行。本文通过多级絮凝试验结果来对比分析各级反应去除效果以及各动力学控制指标的优劣。

本文一级絮凝试验是在浊度100NTU的水样中，加入2mL 12g/L的聚合氯化铝铁作为絮凝剂，在一定的混凝搅拌条件下取样测浊度。二级絮凝在一级絮凝试验的基础上，根据一级絮凝的最佳絮凝时间，降低搅拌速度，取样测量剩余浊度。一级、二级絮凝试验的出水浊度逐渐减小，但是，是否絮凝级数越大，出水效果越好，是试验中需要解决的问题。三级絮凝试验是在一级、二级絮凝试验的基础上进行的进一步的絮凝试验，主要研究三级絮凝试验处理水效果是否比一二级试验的效果更好，以及优选三级控制指标的最佳范围。

1 试验材料与方法

1.1 实验药品与仪器

药剂:聚合氯化铝铁(PAFC)，高岭土。

仪器:DC-506六桨搅拌机，SZD-2型智能化散射光浊度仪。

1.2 控制指标计算公式

式中:CD为阻力系数，一般为 0.2～0.5，本文取0.35;ρ为 1000kg/m3;b为桨叶高度，0.03m;ω 为桨叶旋转角速度;N为转速，r/s;d为桨叶直径，0.07 m;υ为水的运动粘度，1.01 ×10－6m2/s;μ 为水的动力粘度，1.01 ×10－3Pa·s;V 为水样体积，0.001m3;

从公式(1)～(4)[5]可以看出，各个控制指标均是nT的倍数关系。测定试验结果可以通过已知的n，T值计算出(1)～(4)等控制指标的数值。比较各个控制参数，得出每个控制参数在试验条件下的最佳控制范围。

1.3 试验方法

絮凝水样1000mL，六份，分别放入DC-506六桨搅拌机中在不同的转速下进行搅拌，搅拌完成后静沉2min，取样，用SZD-2型智能化散射光浊度仪测试浊度。

2 试验结果与分析

根据浊度不同，选取各级各转速下的最低浊度，取定转速n和时间T，得出一级和二级絮凝试验中的各控制指标值，通过比较得出如下结果:

(1)在 GT、GT/Re1/2、Eu、E1/3T 四个控制指标中，GT值相对偏差最大，数值为 0.4;GT/Re1/2、Eu、E1/3T的相对偏差较小且接近，数值为0.05左右。因此GT/Re1/2、Eu、E1/3T在此试验条件下更适合作为絮凝的控制参数。

(2)二级絮凝试验的出水明显优于一级絮凝试验的出水，并且二级絮凝的絮凝时间也较单纯的一级絮凝试验短。

2.1 三级絮凝反应

进行完二级絮凝试验，得出二级絮凝的最佳絮凝时间，控制最佳絮凝时间，继续降低搅拌速度，进行三级絮凝试验，取样测量剩余浊度。下面为几个典型的在不同的一级二级反应转速下三级絮凝试验nT与NTU的关系图:

图1 一级转速120r/min时不同二级转速的三级反应的剩余浊度

图2 一级转速为160r/min时不同二级转速下三级反应的剩余浊度

图3 一级转速250 r/min时不同二级转速下三级反应的剩余浊度

图4 一级转速300 r/min时不同二级转速下三级反应的剩余浊度

通过图1～4可以看出，不同转速的絮凝反应其规律是相同的，即在某一个时间点出现浊度最小值，是由于絮凝作用前期形成絮体较快[6]。当絮体达到最大时去除浊度对应最好。随着搅拌的继续进行，絮体逐渐被破坏，图中表现为:当达到浊度最优值之后，浊度相应增加。则通过不同转速下浊度的最小值点，选取nT，来确定转速的最优控制指标。并且，三级反应下的浊度要明显的优于一级、二级絮凝反应浊度。

由三级絮凝最优nT算出的各个控制指标的最优值，并将部分数值整理于表1中。

由表1可以看出，转速不同，各个水力条件随之改变，絮体的形成过程受到影响，G值改变，相应的GT 值发生改变，GT、GT/Re1/2、Eu、E1/3T 四个指标都是nT的函数，四个指标都会相应发生变化。GT值的变化范围比较大，相对来说，其它三个指标的波动范围较小。由于转速的减小，三级反应的各指标数值明显的小于二级絮凝各指标值。

表1 三级絮凝中各控制指标最优值

2.2 效果比较

三级絮凝中的各参数的相对标准偏差与二级絮凝试验中各参数相对标准偏差进行比较，得出表2。

表2 中，GT 相对偏差值最大，GT/Re1/2、Eu、E1/3T的相对偏差值较小且接近。三级絮凝与二级絮凝比较得出:GT值的相对偏差变小，而GT/Re1/2、Eu、E1/3T三个指标的相对偏差值变大，GT值与其它三个指标之间的差距逐渐在缩小。

表2 二级、三级絮凝控制指标的偏差值

2.3 最优控制指标确定

由表2，虽然各指标的相对标准偏差值之间的差值在逐渐缩小，但是GT的相对偏差值要比GT/Re1/2、Eu、E1/3T的大。因此，最优的控制指标为GT/Re1/2、Eu、E1/3T。

3 结论

(1)三级絮凝试验中，GT、GT/Re1/2、Eu、E1/3T 四个控制指标，GT值相对偏差最大，GT/Re1/2、Eu、E1/3T的相对偏差较小且接近。三级絮凝与二级絮凝比较得出:GT值相对偏差变小的同时，GT/Re1/2、Eu、E1/3T三个指标的相对偏差值变大，GT值与其它三个指标之间的差值逐渐缩小。因此，随着梯级絮凝反应的继续进行，四个控制指标的相对偏差值也逐渐缩小。

(2)三级絮凝试验的出水明显优于一级、二级絮凝试验的出水，并且三级絮凝的絮凝时间也较一级、二级絮凝试验短。

[1]刘玉哲，胡锋平，杨竞，等.强化混凝技术处理生活污水的试验研究[J].环境科学与技术，2011，34(6):132－136.

[2]武道吉，王新文，谭凤训.再论紊流絮凝动力学致因[J].水处理技术，2001(1):19－21.

[3]董芳.絮凝机理及絮凝剂发展概况[J].科技信息，2008(28):43，61.

[4]武道吉，吴濂河，修春海，等.水处理絮凝工艺的优化设计和运行[J].中国给水排水，2002，18(1):61 －64.

[5]王乃忠.絮凝效果控制指标的选择[J].中国给水排水，1989，5(6):38－40.

[6]滕建标，丁爱中，BIGGS C.水处理絮凝动力学模型研究进展[J].净水技术，2007，26(3):4－7.