斜板沉淀池处理高浊度微污染水试验研究

李欣萍 孙丽云 张烨

摘 要：为解决目前水源水浊度高，受有机物污染严重的问题，以硅藻土和葡萄糖配置浊度53NTU，COD30mg/L的高浊度微污染原水，以聚合氯化铝为絮凝剂，利用斜板沉淀池进行絮凝沉淀的模拟试验。试验研究了聚合氯化铝投加量、原水pH及水力停留时间对水样浊度及COD去除率的影响。研究发现，斜板沉淀池对高浊度微污染水的处理效果良好，在最佳条件下处理后出水浊度在2NTU以下，处理后COD为18mg/L，满足自来水厂的进水要求。

关键词：高浊度；微污染；斜板沉淀池；聚合氯化铝

中图分类号：TU991.2 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）16-0139-03

Experimental Study on Treatment of High Turbidity Micro-polluted

Water with Inclined Sedimentation Tank

LI Xinping SUN Liyun ZHANG Ye

Abstract： In order to solve the problem of raw water with high turbidity and serious organic pollution， We first used celite and glucose to configure highly turbid and slightly contaminated raw water， whose turbidity was 53 NTU and COD was 30mg/L， then we used a slightly modified inclined plate sedimentation tank for the flocculation and sedimentation simulation test by dosing polymeric aluminum chloride. The experiment was conducted to study the effects of the dosage of aluminum chloride， pH of water sample and hydraulic retention time on the turbidity of the water sample and the removal efficiency of COD. The results showed that the inclined plate sedimentation tank had a good effect onthe treatment of the highly turbid and slightly contaminated water. Under the best treatment conditions， the turbidity of water after treatment was below 2NTU， and the remaining COD was 18mg/L， which satisfied the water intake requirements of the waterworks.

Keywords： highly turbid；slightly contaminated；inclined plate；polymeric aluminum chloride

我国中西部地区水系多是高浊度水系（如黄河、渭河）。以此为原水的净水工艺通常需设置预沉池，但通常这些高浊度原水预沉后的浊度仍高达100NTU[1]。另外，近年来，随着城市化和工业化程度不断提高，水资源日益受到污染导致水质恶化[2]。许多水源受到有机物污染，呈现出微污染状态。微污染水源水是指受到有機物污染，部分指标超过饮用水源卫生标准的地表饮用水水源。因此，处理高浊度微污染水成为一项重要课题。絮凝剂种类是决定絮凝结果好坏的关键因素[3]。聚合氯化铝（PAC）作絮凝剂时，与无机盐类混凝剂相比，具有较多优点[4]：形成絮凝体速度快，絮凝体大而密实，沉降性能好；对原水水质适应性好；最佳混凝pH值范围较宽；由于聚合氯化铝的盐基度比无机盐类高，因此，在配制和投加过程中药液对设备的腐蚀程度小，处理后水的pH值和碱度变化也较小。

本文以聚合氯化铝为絮凝剂，基于改造后的斜板沉淀池进行高浊度微污染水的处理，使处理后的水质达到水厂进水要求。

1 试验部分

1.1 试验用斜板沉淀池模型

试验用的斜板沉淀池模型见图1。

1.2 试验水样的配制

试验采用的原水，参照国家地表水IV类标准配制，以研磨后的硅藻土和葡萄糖配置原水模拟高浊度微污染水，其浊度为53NTU，COD为30mg/L。

1.3 试验仪器及药剂

斜板沉淀池，GDS-3B光电浊度仪，TJ6-1六联搅拌机，5B-6C型（V7版）三参数水质分析仪，PHS-3E型酸度计，聚合氯化铝溶液，氢氧化钠溶液和盐酸。

1.4 分析项目

浊度（NTU），COD（mg/L）和pH。

2 试验结果分析

2.1 聚合氯化铝投加量对出水浊度及COD的影响

絮凝剂的投加量对原水效果影响比较复杂，在使用絮凝剂时，必须确定其最佳用量，这样在实际工程应用过程中就可以以最低的成本取得最佳的处理效果[5]。因此，在用斜板沉淀池处理原水之前，首先通过烧杯试验投加不同量絮凝剂PAC确定最佳投加量。不调节水样的pH值，用6个1 000mL烧杯分别放入浊度为53NTU的800mL原水，1—6烧杯絮凝剂投加量分别为2.5、5、10、15、20mg和25mg。PAC投加量对出水浊度及COD的影响结果见图2。

从图2可知，PAC的最佳投加量为20mg左右。随着投加量的增加，浊度呈现出先明显下降后略微上升的趋势。可见，投药量的增加对浊度有很好的去除效果。当PAC投加量达到20mg时，浊度和COD含量总体趋于稳定。综合考虑经济与效率因素，在本试验条件下的最佳投加量为20mg。

浊度和有机物的去除率都是随着混凝剂投加量的增加先逐渐增大，后趋于稳定。这是因为当混凝剂投加量较少时，形成的絮体小而少，不密实，沉降性能不好，浊度和有机物的去除率都比较低；在一定范围内，当絮凝剂用量增大时，其电中和能力和吸附作用增强，絮体大量形成，水中溶解的有机物也会通过网捕吸附作用被部分去除，所以浊度及COD含量降低；当絮凝剂投加量过多时，胶体所带电荷发生逆转，胶体之间产生排斥力，水中的胶粒又会重新获得稳定，出现反脱稳现象，因此絮凝效果变差，浊度和有机物去除达到饱和。

2.2 pH值对浊度及COD去除率的影响

通过烧杯试验确定最佳pH值，取6个1 000mL烧杯分别放入浊度为53NTU的800mL原水，每个烧杯聚合氯化铝的投加量为20mg，调节水样pH值为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0，试验结果见图3。

由图3可知，当pH值为7.0～9.0时，剩余浊度均小于2NTU，可见pH对浊度的去除率影响不大；但水样的pH值对COD的去除率影响较大。当pH值为7.0～9.0时，COD含量较低，都在20mg/L以下。当pH值为8.0时，浊度及COD含量都达到最低。这可能是因为：当pH值过低时，水中阳离子较多，混凝剂的电中和能力较弱，导致混凝效果较差；随着pH值的增大，投加的絮凝剂水解生成的低电荷的正电多核络离子或金属化合物凝聚物对脱稳的微粒产生粘结架桥作用，使胶粒聚集沉淀，从而使剩余浊度降低，COD去除率增大；当pH过高时，絮凝剂容易水解，混凝效果较差。因此，控制其余试验所用水样的pH值为8.0，不需要调节水样的pH值，就可以达到很好的去除浊度和COD的效果。

2.3 水力停留时间对浊度及COD去除率的影响

通过烧杯试验确定最佳水力停留时间，聚合氯化铝投加量为20mg，调节水样pH值为8.0，控制水力停留时间分别为20、30、40、50、60min和70min，试验结果见图4。

由圖4可知，当水力停留时间为20min时，此时出水浊度已经降低到10NTU以下；当沉降时间超过30min时，随水力停留时间的增加，出水浊度及COD已基本趋于定值，处理效果良好；当沉降时间为40min时，出水浊度及COD都已达到要求。这主要是因为水力停留时间的增加有助于分散的胶体颗粒与溶解态的混凝剂之间产生固相与液相间的化学吸附、电中和脱稳及粘结架桥等作用，经过脱稳颗粒间的碰撞结合，更有利于形成较大的絮凝体颗粒而迅速沉降。因此，在进行水处理试验时，应结合实际条件，控制水力停留时间为30～60min。这样，在保证处理效果的同时，也缩短了不必要的絮凝时间。因此，结合出水水质要求，选择40min作为最佳水力停留时间进行试验。

3 斜板沉淀池试验

综合上述三组试验的最佳条件：烧杯试验800mL原水，混凝剂最佳投加量为20mg，最佳pH值为8，最佳水力停留时间为40min，采用图1中斜板沉淀池装置在上述最佳试验条件下处理大量原水，进水流量控制为5L/h，处理后出水浊度为1.73NTU，COD含量为18mg/L，符合自来水厂的进水要求。

4 结论

①PAC投加量对处理效果的影响。随PAC投加量的增大，处理效果明显改善。当聚合氯化铝最佳投加量为20mg时，对原水浊度及COD的去除率都较高，絮凝效果最好且最经济，出水浊度及COD都能达到水厂进水水质要求。

②原水pH对处理效果的影响。当pH值为8.0时，斜板沉淀池对浊度及COD的去除效果均处于良好水平；当原水pH值为7.0～9.0时，不同的pH值对浊度及COD的去除效果影响都较小。

③水力停留时间对处理效果的影响。水力停留时间越长，浊度及COD去除率越高，即处理效果越好。考虑到实际情况，当水力停留时间在40min左右时，斜板沉淀池对原水浊度及COD的处理效果均呈现处良好的状态。

参考文献：

[1]符敬东.白银市乡镇供水工程高浊度黄河水处理经验[J].中国农村水利水电，2006（10）：56-58.

[2]高廷耀，陈洪斌，夏四清，等.我国水污染控制的思考[J].给水排水，2006（5）：9-13.

[3]郑怀礼，陆兰英，范伟，等.聚合氯化铝的制备及在微污染水处理中的应用[J].化学研究与应用，2012（4）：626-629.

[4]李圭白，张杰.水质工程学[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[5]李杰，常海平，张鹏.壳聚糖絮凝剂在处理高浊度微污染水中的应用[J].甘肃科技，2005（9）：29-30.