胡 皓，傅婉芝，徐夢甜

（杭州建德自來水有限公司，浙江 杭州 311600）

新安江水庫即“千島湖”，是建德市主城區(qū)唯一供水來源，其位于錢塘江上游新安江主流上，是為建設(shè)新安江發(fā)電站而形成的大型水庫，也是杭州市面積最大的水體，為國家Ⅰ類水體。新安江第二水廠源水濁度常年保持在0.2～0.5 NTU，其水質(zhì)清澈、透明，在水廠制水過程中無需投加任何混凝劑、助凝劑即可達(dá)到國家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，水廠在日常運行期間，不需要投加混凝藥劑進(jìn)行混凝沉淀。但在每年5～7月梅雨季節(jié)來臨時降雨量增大，導(dǎo)致新安江支流壽昌江江水暴漲，上游洪水夾雜著泥土、垃圾等雜質(zhì)順流而下，在新安江城區(qū)匯入新安江主流。如遇新安江水電站因防汛原因降低下泄流量，易導(dǎo)致渾濁的壽昌江水返流入水廠取水口，導(dǎo)致源水濃度在一定時間內(nèi)升高至1～20 NTU[1]。針對這一問題，在水廠制水過程中通過實驗?zāi)M汛期新安江惡劣水質(zhì)對混凝劑的投加量進(jìn)行探索就顯得非常重要，為應(yīng)急水處理工作提供相關(guān)依據(jù)。

1 混凝實驗

1.1 混凝劑

采用杭州地區(qū)相關(guān)制水廠普遍使用的，杭州天健流體控制設(shè)備有限公司生產(chǎn)的濃度為10%的液體聚合氯化鋁（PAC）溶液：氯化鋁（以Al2O3計）質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥10%，鹽基度為40.0%～85.0%，不溶物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.2%，pH值為3.5～5.0；氫氧化鈉溶液為50 g/L。其他試劑均為常用的分析純。

1.2 實驗儀器

六聯(lián)混凝實驗攪拌器MY3000-6B（武漢市梅宇儀器有限公司）；濁度儀，2100N哈希濁度儀；pH計，雷磁PHS-3C（上海精科儀器有限公司）。

1.3 源水水質(zhì)

實驗取用為受汛期壽昌江洪水倒流至新安江水電站下游約100處，新安江第二自來水廠取水泵站集水井內(nèi)源水。其夏季水溫普遍在25.0 ℃左右，pH值為7.15～7.40，濁度為1.32～7.60 NTU。因非汛期水質(zhì)較好，濁度為0.2～0.5 NTU，故水廠在汛期水質(zhì)變化時需應(yīng)急加藥，進(jìn)行混凝實驗，確保出廠水水質(zhì)達(dá)到國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）的要求。本次實驗取用當(dāng)日水廠取水泵站進(jìn)水并按要求配置高、中、低三個不同濁度水樣，其主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示[2]。

表1 水樣原始數(shù)據(jù)

2 實驗過程與步驟

①取實驗當(dāng)日取水泵站一定量的源水，加入少量高嶺土，攪拌均勻待測；

②測定水樣的理化指標(biāo)包括濁度、pH值、溫度；

③分別取1 L配置好的水樣，裝入已編號的攪拌混凝實驗杯中；

④低濁度實驗組分別加入0.05 mL、0.10 mL、0.15 mL、0.20 mL、0.25 mL、0.30 mL10%的聚合氯化鋁溶液；中等濁度組依次加入0.01 mL、0.02 mL、0.03 mL、0.05 mL、0.07 mL、0.09 mL的聚合氯化鋁溶液；高濁度組分別加入0.01 mL、0.03 mL、0.05 mL、0.07 mL、0.09 mL、0.11 mL聚合氯化鋁溶液，不同濃度各6個實驗單元；

⑤設(shè)定攪拌強(qiáng)度為75 r/pm，攪拌10 min，觀察礬花的產(chǎn)生情況并記錄；

⑥靜置1 h后，從混凝實驗杯龍頭處放出適量水樣，測定其濁度、pH值；

⑦對檢測結(jié)果進(jìn)行記錄、分析。

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 低濁度實驗組

通過對低濁度實驗組混凝后的上清液測定，其實驗結(jié)果如表2所示：

表2 水樣混凝實驗測定數(shù)據(jù)

實驗數(shù)據(jù)分析結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1

圖2

從低濁度實驗組結(jié)果圖1、圖2可以看出，處理后清液的濁度在①處達(dá)到最低值，該投藥量混凝效果最好，隨著PAC投加量的增加，渾濁度緩慢上升，在④處達(dá)到最高值并繼續(xù)緩慢下降。同時，通過對各水樣混凝結(jié)束后pH值的檢測發(fā)現(xiàn)，由于實驗中使用的聚合氯化鋁呈酸性，加入混凝實驗杯中導(dǎo)致杯內(nèi)水樣pH呈下降趨勢，在④處pH值為6.40，已超出生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求。在正常生產(chǎn)中需要加入NaOH溶液調(diào)節(jié)酸堿度，這不僅增加了制水的工藝難度，也增加了生產(chǎn)成本，不具備經(jīng)濟(jì)性。綜上所述，在不加NaOH溶液的情況下，加0.05 mL10%PAC溶液，效果最為理想[3]。

3.2 中等濁水實驗組

通過對中等濁度實驗組混凝后的上清液測定，其實驗結(jié)果如表3所示：

表3 水樣混凝實驗測定數(shù)據(jù)

實驗數(shù)據(jù)分析結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3

圖4

從中等濁度水樣混凝實驗結(jié)果圖3可以看出，在實驗中往水樣中投加了聚合氯化鋁溶液，隨著投加量的增加水體中渾濁度有了明顯的降低，在投加0.07 mL時，在圖3中的⑤處達(dá)到了最低值0.147 NTU，此時的去除率為97.1%，這時的投加量混凝效果最好，隨后又有部分上升，說明投加已過量。在觀察混凝的同時測定其水樣的pH值，可見6個實驗組pH值都在7.01～7.44之間，未受到酸性的聚合氯化鋁投加的影響，符合國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 高濁度實驗組

通過對高濁度實驗組混凝后的上清液測定，其實驗結(jié)果見表4。

表4 水樣混凝實驗測定數(shù)據(jù)

實驗數(shù)據(jù)分析結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5

圖6

從高等濁度水樣混凝實驗結(jié)果圖5可以看出，實驗中往水中投加0.01～0.03 mL聚合氯化鋁時顯著降低，去除率達(dá)到峰值。隨后渾濁度穩(wěn)定在0.1～0.4 NTU左右，隨著混凝劑PAC的增加在④0.07 mL處時為最高值，水體內(nèi)的礬花也較其他組份明顯。同時，各混凝實驗杯中pH值呈正比例下降，在④實驗杯中pH值為7.17。所以當(dāng)渾濁度為15.00 NTU左右時，加入0.03 mL液體PAC絮凝效果明顯，加入0.07 mL液體PAC效果最好。

4 混凝攪拌試驗在水廠中的應(yīng)用

實驗室內(nèi)混凝實驗是在人為控制變量的情況下相對靜態(tài)的實驗，相對而言結(jié)論也是靜態(tài)的，而聚合氯化鋁在水中絮凝水體中的膠質(zhì)在此實驗中也是處于相對均一恒定狀態(tài)的。而在一般水廠制水工藝中，聚合氯化鋁對水體膠質(zhì)的絮凝是個動態(tài)的過程，該過程與水體的流動速率、水體中膠質(zhì)的種類（水體中雜質(zhì)的種類）、水力停留時間、水體在流動中損失的能量、水體的pH值等都有著重要關(guān)系，且其與后端沉淀池、濾池的配合作用影響也很大，其中任何一項的變化都能影響聚合氯化鋁的絮凝效果，對實際的消耗量也有很大的影響。如礬花生成較少則達(dá)不到除濁的效果，若產(chǎn)生較多導(dǎo)致出水帶泥，可能導(dǎo)致出廠水出現(xiàn)雜質(zhì)，同時也可能造成出水鋁超標(biāo)。在絮凝未能用精確數(shù)學(xué)模式表達(dá)前，各制水廠對聚合氯化鋁的投加量都是根據(jù)實際情況按照經(jīng)驗值來計算的。所以，混凝實驗的實驗結(jié)果只能是按照理想狀態(tài)下的理論值來參考，指導(dǎo)實際生產(chǎn)中加藥[4]。

通過實驗我們可以看出，濁度的去除率隨混凝劑投量的增加而提高，但當(dāng)混凝劑的投加量達(dá)到一定值后，混凝效果達(dá)到頂峰，再增加混凝劑用量時混凝效果反而會下降。這一現(xiàn)象可能是由于加入混凝劑使得水體中膠體顆粒物去除率不斷提高，在達(dá)到飽和狀態(tài)后，由于混凝劑本身存在一定量的顆粒，一旦投加過量，反而增加了水體中的濁度，所以在混凝過程中選擇合適的投藥量十分關(guān)鍵。

在實驗中我們也發(fā)現(xiàn)：在投加混凝劑時還要同時對水體中的pH值進(jìn)行監(jiān)測?；炷齽┮话愠仕嵝?，在制水過程中要保證混凝沉淀后的出水保持在中性范圍內(nèi)，如果出現(xiàn)出水偏酸，可以通過投加NaOH溶液來調(diào)節(jié)[5]。另一方面，投加過量的聚合氯化鋁還會提高水體中鋁的含量，造成出廠水超標(biāo)。所以在混凝實驗結(jié)論的基礎(chǔ)上可以確定化驗室混凝實驗的投加量為0.05～0.07 mL聚合氯化鋁溶液，這樣既可以保證凈水運行的要求，又降低了藥劑投加量。經(jīng)過初步理論換算制水工藝中每千噸水的混凝劑投加量為50～70 L。

5 建議和結(jié)論

建德市新安江第二自來水廠因其優(yōu)質(zhì)的源水，在日常生產(chǎn)運行中常會遇到原水水質(zhì)較好、水廠凈水設(shè)備運行負(fù)荷較小，在正常制水工藝過程中無需投加任何混凝劑進(jìn)行混凝沉淀。因此，使用混凝劑混凝沉淀是在源水水質(zhì)異常變化較大時應(yīng)急使用。其優(yōu)點在于有較高的去濁率，較少的藥劑使用量，有效地達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，日常運行經(jīng)濟(jì)、有助于降低制水成本，同時也充分利用了水廠平流式沉淀池的沉淀作用。但其缺點是沉淀階段較低投藥量會加重后續(xù)制水工序的工作負(fù)荷，如濾池濾料表層含泥量高等不利狀況，因此在應(yīng)急加藥的同時需要對后序工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行實時監(jiān)測。

在實際應(yīng)用中，混凝沉淀技術(shù)普遍應(yīng)用于制水工藝和污水處理工程中，其作用也越來越重要。作為混凝沉淀技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何確定藥劑的投加量，精確投加混凝劑、助凝劑和pH調(diào)節(jié)劑，已成為所有水處理行業(yè)工藝人員需要認(rèn)真研究的課題。

在這次實驗中，以建德新安江主城區(qū)水域?qū)嶋H水質(zhì)變化要求及制水標(biāo)準(zhǔn)為參考，設(shè)計了三種不同濃度的原水混凝劑投加量的方法，為水廠能夠根據(jù)實際凈水工藝運行狀況選擇適合的水質(zhì)質(zhì)控點來組織制水生產(chǎn)，提供了一種行之有效的解決方法，對利用混凝實驗指導(dǎo)水廠規(guī)?；a(chǎn)具有現(xiàn)實意義。同時，本次實驗的結(jié)果也表明：（1）混凝攪拌試驗中溫度對混凝效果稍有影響，但影響不大。（2）在混凝攪拌試驗中加入一定量的液體聚合氯化鋁后，會出現(xiàn)明顯的絮凝效果。（3）混凝攪拌試驗中不用調(diào)節(jié)源水的pH值，實驗條件更容易控制。（4）在實驗中發(fā)現(xiàn)，加入單一混凝劑聚合氯化鋁后即出現(xiàn)較大礬花，故實驗中不適用助凝劑，以免產(chǎn)生不必要的浪費。（5）本次混凝攪拌試驗的應(yīng)用證明了混凝試驗在水廠水質(zhì)控制中起著重要的指導(dǎo)性作用，但要將燒杯試驗結(jié)果運用到水廠中必須要結(jié)合水廠生產(chǎn)的實際情況及源水水質(zhì)變化情況酌情調(diào)整[6]。