胡 科

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)環(huán)保部，山西 大同 037003）

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)越來越得到人們的重視，特別是關(guān)系人們安全的水污染問題，在控制污染的同時，提高對水質(zhì)的處理能力也是重要的措施。在我國部分地區(qū)的水源中，由于地質(zhì)干旱受到泥沙作用的影響[1]，使得高濁度水成為重要的水源形式。高濁度水的泥沙含量高，具有較高的濁度，泥沙在沉降過程中難以分離。針對高濁度水的處理，傳統(tǒng)的處理方式采用增加預(yù)處理的方式將泥沙去除[2]，然后進(jìn)行常規(guī)的水處理，但這種處理方式的整體處理效果較差，難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，對人們的生命安全造成影響。采用結(jié)團(tuán)造粒絮凝的方式進(jìn)行高濁度水的處理[3]，通過加入混凝劑將水中的顆粒進(jìn)行脫穩(wěn)形成顆粒結(jié)團(tuán)體，從而進(jìn)行分離降低水的濁度[4]，提高水質(zhì)，適用于對高濁度水進(jìn)行處理。針對結(jié)團(tuán)造粒絮凝處理過程中的參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，從而確定最優(yōu)的水處理參數(shù)，提高對高濁度水的處理效果，提高水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，保證人們的飲用水安全。

1 高濁度水結(jié)團(tuán)造粒絮凝實(shí)驗(yàn)方案

高濁度水中含有的泥沙等懸浮物對光線通過時造成一定的散射及吸收作用，使得光線的通過率降低，且水中的懸浮物附著有大量的細(xì)菌等[5]，對水質(zhì)的飲用安全造成影響。采用結(jié)團(tuán)造粒絮凝的方式對高濁度水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，采用Hach-2100 型濁度儀進(jìn)行出水濁度的測量，作為實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

對高濁度水進(jìn)行結(jié)團(tuán)造粒絮凝實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方案，如圖1 所示。主要包括固液分離區(qū)、結(jié)團(tuán)造粒區(qū)及清水區(qū)[6]。依據(jù)對高濁度水結(jié)團(tuán)造粒絮凝的效果，選用聚合氯化鋁（PAC）作為實(shí)驗(yàn)過程的混凝劑[7]，選用聚丙烯酰胺（APAM）作為助凝劑提高水質(zhì)處理的效果[8]。在實(shí)驗(yàn)過程中，黏土顆粒跟隨水流進(jìn)入絮凝器中，與混凝劑（PAC）進(jìn)行混合后完成微脫穩(wěn)過程，生成大小均勻的初始粒子。初始粒子與助凝劑（APAM）進(jìn)入造粒區(qū)中，在水流的作用下，兩者充分混合，在助凝劑（APAM）的作用下使得初始粒子相互結(jié)合[9]，形成較大粒徑的造粒核心。造粒核心的粒徑較大，對初始粒子不斷產(chǎn)生卷掃作用，使得造粒核心不斷增大，形成結(jié)團(tuán)體[10]。結(jié)團(tuán)體在水流的作用下沿著徑向朝著邊壁方向運(yùn)動，來到固液分離區(qū)后由于面積的增加使得所受浮力作用減小，在重力作用下下沉完成固液分離[11]。在水流的作用下，新的結(jié)團(tuán)體不斷形成并下沉，懸浮層不斷的進(jìn)行固液分離，完成對高濁度水的處理。

圖1 結(jié)團(tuán)造粒絮凝實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

2 高濁度水結(jié)團(tuán)造粒絮凝實(shí)驗(yàn)參數(shù)結(jié)果分析

高濁度水進(jìn)行結(jié)團(tuán)造粒絮凝處理過程主要在流化床中進(jìn)行，處理過程中多種物理化學(xué)參數(shù)及反應(yīng)條件都會對處理結(jié)果產(chǎn)生影響，特別是實(shí)驗(yàn)過程中的混凝劑及助凝劑的用量對處理效果具有重要的影響[12]。針對這兩種主要因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，配置三種不同濁度的水溶液進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)分析，從而對水處理的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。選取三種濁度水樣分別為3 000 NTU、6 000 NTU、9 000 NTU，對兩種影響因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)分析。

2.1 混凝劑（PAC）用量的參數(shù)優(yōu)化

對混凝劑的用量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，啟動結(jié)團(tuán)造粒流化床，在三種不同濁度的水樣中，初始混凝劑（PAC）的添加量為10 mg/L，系統(tǒng)每運(yùn)行2 h 添加10 mg/L 的混凝劑，每隔30 min 后對出水的水樣進(jìn)行濁度檢測并記錄。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析后，得到混凝劑對出水濁度的影響曲線，如圖2 所示。

圖2 混凝劑對濁度的影響曲線

從圖2 中可以看出，在三種不同濁度的水樣中，隨著混凝劑（PAC）添加量的增加，水樣的濁度整體呈下降的趨勢，三者的變化量差別較大；在3 000 NTU水樣中，10 mg/L 的混凝劑作用后出水濁度為3.8 NTU，滿足10 NTU 的水質(zhì)處理要求，混凝劑的用量繼續(xù)增加時，出水濁度可進(jìn)一步下降，但下降的幅度較低；在6 000 NTU 水樣中，10 mg/L 的混凝劑作用后出水濁度為9.2 NTU，也滿足水質(zhì)處理的要求，繼續(xù)增加混凝劑的用量，則水樣的濁度隨之具有明顯的下降，當(dāng)混凝劑用量達(dá)到50 mg/L 時，出水濁度下降為2.5 NTU；在9 000 NTU 水樣中，10 mg/L 的混凝劑作用后出水濁度為15 NTU，不能滿足水質(zhì)處理的要求，增加混凝劑的用量至40 mg/L 的過程中，水樣的濁度呈下降趨勢，增加至50 mg/L 時，水樣的濁度呈微弱的上升趨勢，這是由于混凝劑較多時，產(chǎn)生的水樣顆粒再穩(wěn)現(xiàn)象，使得濁度有所上升。

2.2 助凝劑（APAM）用量的參數(shù)優(yōu)化

對高濁度水處理的助凝劑用量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，初始助凝劑的用量為0.5 mg/L，采用與混凝劑相同的實(shí)驗(yàn)方式，每次增加的用量為0.5 mg/L，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析后，得到混凝劑對出水濁度的影響曲線，如圖3 所示。

圖3 助凝劑對濁度的影響曲線

從圖3 中可以看出，在三種不同濁度的水樣中，隨著助凝劑（APAM）添加量的增加，水樣的濁度整體呈下降的趨勢，助凝劑處理后水樣的濁度均在10 NTU以下，滿足水質(zhì)的處理要求；在3 000 NTU 水樣中，0.5 mg/L 的助凝劑作用后出水濁度即下降較大，繼續(xù)增加用量后的濁度下降較小；在6 000 NTU 及9 000 NTU水樣中，兩者經(jīng)過助凝劑作用后的濁度值接近，且變化趨勢一致，隨著助凝劑用量的增加，水樣濁度的下降率有所降低。這是由于在助凝劑的作用下，有利于水樣中松散的絮凝體進(jìn)行結(jié)合形成結(jié)團(tuán)，隨著助凝劑用量的增加，使得初始粒子形成的結(jié)團(tuán)過大，造成顆粒間的空隙增加，使得水樣的體積密度降低，對水樣的濁度下降作用降低。

綜上所述，綜合考慮混凝劑及助凝劑對高濁度水的處理效果，在一定的范圍內(nèi)增加混凝劑的用量可以降低水樣的濁度，繼續(xù)增加用量后對水質(zhì)提升的效果不明顯，在實(shí)際進(jìn)行水質(zhì)處理中，選擇30 mg/L 的混凝劑用量，此時能夠較好的降低水質(zhì)的濁度，滿足水質(zhì)處理的要求，并減少所使用的混凝劑成本。助凝劑的用量對水樣的濁度具有下降的作用，但助凝劑的用量過多時，會造成水質(zhì)的體積密度降低，助凝劑的作用減弱，在進(jìn)行水質(zhì)處理中，選擇1 mg/L 的助凝劑用量，滿足水質(zhì)處理的要求，并減少使用的助凝劑的成本。

3 結(jié)語

高濁度水是我國重要的水源形式，結(jié)團(tuán)造粒絮凝是對高濁度水有效的處理方式，可以降低水質(zhì)的濁度，保證水的安全。結(jié)團(tuán)造粒絮凝高濁度水處理過程中，混凝劑及助凝劑的用量對水質(zhì)處理的效果及成本具有重要的影響，采用實(shí)驗(yàn)分析的形式對混凝劑及助凝劑的用量進(jìn)行優(yōu)化分析。結(jié)果表明，在進(jìn)行高濁度水質(zhì)處理中，選擇30 mg/L 的混凝劑用量及1 mg/L 的助凝劑用量，可以有效降低高濁度水的濁度，滿足飲用水的要求，同時可以降低水質(zhì)處理的成本，保證人們的飲用水安全。