不同混凝剂处理低温低浊水的对比应用研究

张立东，李彦文

(1.吉林化工学院资源与环境工程学院，吉林吉林132022;2.吉林化工学院资产管理处，吉林吉林132022)

由于水资源的紧缺和流经城市河段的水质污染，使得采用水库作给水水源的情况日渐增多，但水库水具有浊度低、藻类多的特点.以江河水为水源的水厂，在每年10月至次年3、4月的枯水季节，也存在着浊度较低、有机物污染加剧、水温低的类似问题.在我国北方广大地区有长达5～6月的冰封期，水质长时间处于低温低浊状态，江河水温0～1℃，浊度为5 ～30 mg/L，水库水下层水温2～4℃，浊度为5～10NTU，在冬季，水质的物理化学特性与其它季节相比具有温度低、浊度低、耗氧量低、碱度低、水的黏度大等特点，这给不少自来水厂的冬季处理带来了很大困难.因此，解决低温低浊水质净化技术的问题，是一项很有价值并十分重要的现实问题［1-3］.

1 低温低浊水处理难点的分析

低温低浊水是指水温在0～4℃，浊度在1～30NTU的原水，现研究发现低温低浊水难以处理的原因主要有以下几点:

水温低，水分子热运动缓慢，从而减缓了水中胶体杂质颗粒的运动.同时胶体颗粒间的排斥势能增大，不利于颗粒碰撞，使胶体颗粒脱稳困难.

低温时，水的粘滞性高，流动性差，不利于混凝剂在水中的扩散和水解.

水温低，胶体的溶剂化作用增加，颗粒周围水化作用突出，妨碍其凝聚.

水温低，对药剂水解的吸热过程有不利影响，使水解不完善，影响药剂效能的发挥.

水温低，气体在水体中的溶解增加，使絮体密度降低，溶解气体大量吸附于絮凝体周围，不利于沉淀分离.

浊度低，单位水体中颗粒数量少，密度低，颗粒有效碰撞几率减少.

浊度低，颗粒细小均匀，形成的絮凝体细、少、轻，难于沉淀，易于穿透滤层.

2 试验材料与方法

2.1 试验内容

(1)结合吉林市某段松花江水比较PAC与PAFC的混凝效果;

(2)用正交试验确定最佳搅拌强度

2.2 试验方法

选取吉林市某段松花江水进行研究分析，取河段不同深度的水混合后作为代表水样.对进水和出水的相关参数(如浊度、温度、pH值、电导率、CODMn、硬度、氨氮)进行测定，并选取水处理广泛使用的混凝剂PAC和PAFC对松花江水进行实验分析，以确定混凝剂的最佳投药量［4-6］.

2.3 取水方法

考虑到取水的可操作性和安全因素，对取水的方法进行了一些改进.在大桥上用绳索提取指定深度的水，然后进行混合.具体方法:选取3个等分断面，每个等分断面按3个等分点进行划分.依次提取每个断面 0.5、1.0、1.5 m 水深处的水进行混合.并现场测定水样的水温、pH值、电导率.

3 试验结果与分析

试验结果如表1所示.

表1 松花江某江段水质情况

松花江下游水浊度都在8NTU左右，COD、氨氮、硬度等相差不大.COD会影响混凝剂的混凝效果，当COD较低时，混凝效果较好，当COD较高时，混凝剂的混凝效果会有所下降.然而，搅拌强度、混凝剂及助凝剂的投加量是影响浊度去除率的主控因素.

3.1 正交试验确定最佳搅拌强度

用PAC作为混凝剂，每个烧杯投入10 mg/L，观察出水结果.静置时间采用20 min.其中快速搅拌采用:400r/min(30 s)、300 r/min(60 s)、300 r/min(30 s)，中速搅拌采用:120 r/min(600 s)、100 r/min(600 s)、60 r/min(600 s)，慢速搅拌采用:35 r/min(600 s)、30 r/min(600 s)、25 r/min(600 s).采用吉林市松花江上游段水样.

通过正交试验确定最佳实验运行工况，试验结果，见表2.

表2 最佳实验运行工况

3.2 正交试验确定PAC和PAFC所需浓度

采用松花江某江段水样.具体参数与实验结果见图1.

由图1可知，当PAC投加量小于10 mg/L时，随着PAC投加量的增加，浊度去除率明显增大;当PAC投加量大于10 mg/L时，随着PAC投加量的增加，浊度去除率反而下降;当PAFC投加量小于10 mg/L时，随着PAFC投加量的增加，浊度去除率明显增大;当PAFC投加量大于10 mg/L时，随着PAFC投加量的增加，浊度去除率反下降.当PAC为10 mg/L时，浊度去除率为72.2%，当PAFC为10 mg/L时，浊度去除率为84.6%.从浊度去除率可以看出，PAFC对低温低浊水的处理效果要优于PAC.这与以往学者研究研究结果一致，PAFC 对浊度的去除效果优于 PAC［7-9］.然而两者单独使用，均未达到理想的效果.因此，可以投加助凝剂来改善低温低浊水浊度的去除效果.

图1 PAC和PAFC投加量对浊度去除率的影响

3.3 活化硅酸为助凝剂对浊度去除率的影响

通过PAC与PAFC最佳投药量的试验分析可知，当PAC和PAFC均在10 mg/L时，处理效果最佳.因此，PAC和PAFC均加入10 mg/L，投加不同剂量的活化硅酸，考察出水效果.

试验结果见图2.

图2 不同活化硅酸投加量对浊度去除率的影响

当PAC和PAFC投加相同浓度时，随着活化硅酸投加量的增大，PAC+活化硅酸和PAFC+活化硅酸对浊度的去除率均逐渐升高，PAC+活化硅酸对浊度的去除率为95.6%，PAFC+活化硅酸对浊度的去除率为93.5%，当活化硅酸投加量超过12 mg/L时，对浊度的去除效果反而下降，可见，当活化硅酸为0.12 mg/L时，为助凝剂的最佳投加量.从图2中还可以看出，投加助凝剂候PAC+活化硅酸对浊度的去除效果比PAFC+活化硅酸对浊度的去除效果要明显.从图1中可知，PAFC单独使用对低温低浊水处理效果较好，当投加助凝剂活化硅酸后，PAC+活化硅酸的处理效果比PAFC+活化硅酸更好，出水浊度为0.4 NTU.从经济角度考虑，PAFC的成本要比PAC成本高很多，因此，选择PAC作混凝剂，PAFC作助凝剂不仅节约成本，而且处理效果有较大的提高.

4 结 论

本文研究了混凝剂及助凝剂的投加量对于低温低浊水处理效果的影响.主要采用水厂处理常用的混凝剂PAC、PAFC以及活化硅酸为研究对象，通过试验分析得出最佳运行工况及最佳投药量.

混凝剂PAFC对于低温低浊水有很好的处理效果，考虑到经济因素，PAFC价格昂贵，尽管处理效果略好于PAC，但综合考虑水厂运行的成本及出水效果，可选用PAC作为混凝剂，活化硅酸作助凝剂.对低温低浊水进行处理，能够达到良好的出水效果，出水为0.4NTU.

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