正交法优化污水混凝实验的研究

张潇予

摘 要：本文以可溶性淀粉悬浊液模拟原水，以聚合氯化铝（PAC）作为絮凝剂，聚丙烯酰胺（PAM）为助凝剂，利用正交实验法对污水混凝的最佳实验条件进行了优化研究。结果表明，污水的pH值是影响混凝效果的最重要因素，当pH为7，PAC的投加量为0.25g/L，PAM的投加量为0.01g/L，快速搅拌转速为300r/min（1min）时，对污水的处理效果最好，此时浊度的平均去除率为99.61%。

关键词：正交实验最佳混凝条件浊度去除率

混凝实验是第45届世界技能大赛水处理技术项目的主要竞赛模块之一，通过烧杯搅拌实验对污水絮凝条件进行优化，最终确定最佳实验方案。混凝技术是污水处理中最为常用的方法。它是通过向污水中投加混凝剂，使细小的悬浮颗粒和胶体微粒聚集成较粗大的颗粒而沉淀，得以与水分离，从而污水得到净化[1]。混凝反应是一个很复杂的过程，常常受到混凝剂种类、混凝剂投加量、水力条件（搅拌强度和时间）、pH值和水温等因素的影响[2]。正交实验则是解决多因素对比问题的一种常用的数学方法，常用来对混凝实验进行优化研究[3-4]。本文在前期单因素实验的基础上，利用正交实验法对影响混凝效果的混凝剂投加量、pH值、助凝剂投加量和水力条件等四个因素进行优化研究，以此得到最佳混凝条件。

一、实验部分

1.试剂：聚合氯化铝（PAC），分析纯，天津市大茂化学试剂厂;聚丙烯酰胺（PAM），分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司;可溶性淀粉，分析纯，天津市大茂化学试剂厂;丙三醇，分析纯，天津市大茂化学试剂厂;1mol/L盐酸溶液;1mol/L NaOH溶液。

2.仪器：ZR4-6智能型六联搅拌机，深圳市中润水工业技术发展有限公司;雷磁WZB-170便携式浊度仪，上海仪电科学仪器股份有限公司。

3.实验方法及步骤

实验用水以可溶性淀粉溶于自来水并加入适量甘油稳定24h，水质外观为白色浑浊液，浊度为385.2NTU，水温28℃，pH值为6。污水混凝处理采用烧杯搅拌法，在前期的单因素实验的基础上，确定了最佳混凝剂为PAC，PAC最佳投加量为14mL，最佳pH值为7，助凝剂PAM最佳投加量为6mL，水利条件为快速400r/min（1min）、中速200r/min（2min）、慢速80r/min（11min）。現采用四因素三水平的L9（34）正交实验确定最佳混凝条件，因素水平表见表2。用污水的浊度去除率作为评价指标，对正交实验结果进行极差分析。

二、实验结果与分析

每组实验烧杯均取600mL原水，使用的混凝剂和助凝剂浓度分别为10g/L PAC、0.1% PAM。正交实验结果见表2。

根据极差分析法，极差越大，说明该因素对实验效果影响越大，由表4可以看出，影响混凝效果的因素主次顺序为：B>A>D>C，及pH值>PAC投加量>PAM投加量>快搅转速。其中，水力条件只改变了快搅转速。水样的pH值对混凝效果影响最大，混凝剂和助凝剂投加量的影响相差不大。根据混凝机理[1]，pH对胶体颗粒表面电荷的Zeta电位、絮凝剂的性质和作用等均产生影响，选择适宜的pH值，可以显著降低混凝剂的用量，节约成本，且处理效果好。由实验结果可知，pH值升高，浊度去除率降低，这是因为聚合氯化铝水解后生成的氢氧化铝胶体在碱性条件下易溶解，从而影响混凝效果[5]。

结语

1.各因素对混凝效果影响的强弱顺序为：pH值>PAC投加量>PAM投加量>快搅转速。

2.以聚合氯化铝为混凝剂的烧杯搅拌实验的最佳混凝条件为：PAC的投加量为0.25g/L，pH值为7，PAM的投加量为0.01g/L，快速搅拌转速为300r/min，1min。此时浊度平均去除率为99.61%。

参考文献

[1]成官文.水污染控制工程[M].北京：化学工业出版社，2016.

[2]王东升，刘海龙，晏明全等.强化混凝与优化混凝：必要性、研究进展和发展方向[J].环境科学学报，2006，26（4）.

[3]刘亮.正交实验法确定印染废水最佳混凝条件的研究[J].甘肃科技，2007，23（6）.

[4]张延风.烧杯搅拌试验条件的最优化[J].企业开发技术，2014，33（10）.

[5]樊开清，王勇，杨丽平.混凝控制条件的正交优化研究[J].环境科学与管理，2011，36（7）.