高浊度水处理参数优化研究分析

胡 科

（晋能控股煤业集团环保部，山西 大同 037003）

引言

随着我国经济社会的发展，环境保护越来越得到人们的重视，特别是关系人们安全的水污染问题，在控制污染的同时，提高对水质的处理能力也是重要的措施。在我国部分地区的水源中，由于地质干旱受到泥沙作用的影响[1]，使得高浊度水成为重要的水源形式。高浊度水的泥沙含量高，具有较高的浊度，泥沙在沉降过程中难以分离。针对高浊度水的处理，传统的处理方式采用增加预处理的方式将泥沙去除[2]，然后进行常规的水处理，但这种处理方式的整体处理效果较差，难以达到标准，对人们的生命安全造成影响。采用结团造粒絮凝的方式进行高浊度水的处理[3]，通过加入混凝剂将水中的颗粒进行脱稳形成颗粒结团体，从而进行分离降低水的浊度[4]，提高水质，适用于对高浊度水进行处理。针对结团造粒絮凝处理过程中的参数进行实验分析，从而确定最优的水处理参数，提高对高浊度水的处理效果，提高水质的标准，保证人们的饮用水安全。

1 高浊度水结团造粒絮凝实验方案

高浊度水中含有的泥沙等悬浮物对光线通过时造成一定的散射及吸收作用，使得光线的通过率降低，且水中的悬浮物附着有大量的细菌等[5]，对水质的饮用安全造成影响。采用结团造粒絮凝的方式对高浊度水进行实验分析，采用Hach-2100 型浊度仪进行出水浊度的测量，作为实验的结果。

对高浊度水进行结团造粒絮凝实验，设计实验系统的方案，如图1 所示。主要包括固液分离区、结团造粒区及清水区[6]。依据对高浊度水结团造粒絮凝的效果，选用聚合氯化铝（PAC）作为实验过程的混凝剂[7]，选用聚丙烯酰胺（APAM）作为助凝剂提高水质处理的效果[8]。在实验过程中，黏土颗粒跟随水流进入絮凝器中，与混凝剂（PAC）进行混合后完成微脱稳过程，生成大小均匀的初始粒子。初始粒子与助凝剂（APAM）进入造粒区中，在水流的作用下，两者充分混合，在助凝剂（APAM）的作用下使得初始粒子相互结合[9]，形成较大粒径的造粒核心。造粒核心的粒径较大，对初始粒子不断产生卷扫作用，使得造粒核心不断增大，形成结团体[10]。结团体在水流的作用下沿着径向朝着边壁方向运动，来到固液分离区后由于面积的增加使得所受浮力作用减小，在重力作用下下沉完成固液分离[11]。在水流的作用下，新的结团体不断形成并下沉，悬浮层不断的进行固液分离，完成对高浊度水的处理。

图1 结团造粒絮凝实验系统示意图

2 高浊度水结团造粒絮凝实验参数结果分析

高浊度水进行结团造粒絮凝处理过程主要在流化床中进行，处理过程中多种物理化学参数及反应条件都会对处理结果产生影响，特别是实验过程中的混凝剂及助凝剂的用量对处理效果具有重要的影响[12]。针对这两种主要因素进行实验分析，配置三种不同浊度的水溶液进行对比实验分析，从而对水处理的参数进行优化。选取三种浊度水样分别为3 000 NTU、6 000 NTU、9 000 NTU，对两种影响因素进行单因素实验分析。

2.1 混凝剂（PAC）用量的参数优化

对混凝剂的用量进行实验分析，启动结团造粒流化床，在三种不同浊度的水样中，初始混凝剂（PAC）的添加量为10 mg/L，系统每运行2 h 添加10 mg/L 的混凝剂，每隔30 min 后对出水的水样进行浊度检测并记录。经过实验分析后，得到混凝剂对出水浊度的影响曲线，如图2 所示。

图2 混凝剂对浊度的影响曲线

从图2 中可以看出，在三种不同浊度的水样中，随着混凝剂（PAC）添加量的增加，水样的浊度整体呈下降的趋势，三者的变化量差别较大；在3 000 NTU水样中，10 mg/L 的混凝剂作用后出水浊度为3.8 NTU，满足10 NTU 的水质处理要求，混凝剂的用量继续增加时，出水浊度可进一步下降，但下降的幅度较低；在6 000 NTU 水样中，10 mg/L 的混凝剂作用后出水浊度为9.2 NTU，也满足水质处理的要求，继续增加混凝剂的用量，则水样的浊度随之具有明显的下降，当混凝剂用量达到50 mg/L 时，出水浊度下降为2.5 NTU；在9 000 NTU 水样中，10 mg/L 的混凝剂作用后出水浊度为15 NTU，不能满足水质处理的要求，增加混凝剂的用量至40 mg/L 的过程中，水样的浊度呈下降趋势，增加至50 mg/L 时，水样的浊度呈微弱的上升趋势，这是由于混凝剂较多时，产生的水样颗粒再稳现象，使得浊度有所上升。

2.2 助凝剂（APAM）用量的参数优化

对高浊度水处理的助凝剂用量进行实验分析，初始助凝剂的用量为0.5 mg/L，采用与混凝剂相同的实验方式，每次增加的用量为0.5 mg/L，经过实验分析后，得到混凝剂对出水浊度的影响曲线，如图3 所示。

图3 助凝剂对浊度的影响曲线

从图3 中可以看出，在三种不同浊度的水样中，随着助凝剂（APAM）添加量的增加，水样的浊度整体呈下降的趋势，助凝剂处理后水样的浊度均在10 NTU以下，满足水质的处理要求；在3 000 NTU 水样中，0.5 mg/L 的助凝剂作用后出水浊度即下降较大，继续增加用量后的浊度下降较小；在6 000 NTU 及9 000 NTU水样中，两者经过助凝剂作用后的浊度值接近，且变化趋势一致，随着助凝剂用量的增加，水样浊度的下降率有所降低。这是由于在助凝剂的作用下，有利于水样中松散的絮凝体进行结合形成结团，随着助凝剂用量的增加，使得初始粒子形成的结团过大，造成颗粒间的空隙增加，使得水样的体积密度降低，对水样的浊度下降作用降低。

综上所述，综合考虑混凝剂及助凝剂对高浊度水的处理效果，在一定的范围内增加混凝剂的用量可以降低水样的浊度，继续增加用量后对水质提升的效果不明显，在实际进行水质处理中，选择30 mg/L 的混凝剂用量，此时能够较好的降低水质的浊度，满足水质处理的要求，并减少所使用的混凝剂成本。助凝剂的用量对水样的浊度具有下降的作用，但助凝剂的用量过多时，会造成水质的体积密度降低，助凝剂的作用减弱，在进行水质处理中，选择1 mg/L 的助凝剂用量，满足水质处理的要求，并减少使用的助凝剂的成本。

3 结语

高浊度水是我国重要的水源形式，结团造粒絮凝是对高浊度水有效的处理方式，可以降低水质的浊度，保证水的安全。结团造粒絮凝高浊度水处理过程中，混凝剂及助凝剂的用量对水质处理的效果及成本具有重要的影响，采用实验分析的形式对混凝剂及助凝剂的用量进行优化分析。结果表明，在进行高浊度水质处理中，选择30 mg/L 的混凝剂用量及1 mg/L 的助凝剂用量，可以有效降低高浊度水的浊度，满足饮用水的要求，同时可以降低水质处理的成本，保证人们的饮用水安全。