呼延水廠混凝沉淀強(qiáng)化工藝技術(shù)的中試研究

馬永強(qiáng) 徐明德

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024;2.太原市自來(lái)水公司，山西 太原 030009)

1 概述

呼延水廠原水取自萬(wàn)家寨黃河水，經(jīng)由汾河一庫(kù)，因停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，水中大部分雜質(zhì)下沉到庫(kù)底，濁度也顯著降低，在冬季形成較難處理的低溫低濁水。汾河一庫(kù)水中藻類(lèi)含量低，原水水質(zhì)全年變化不大，溫度、濁度夏季比冬季略有升高。

水廠采用常規(guī)給水處理工藝，通過(guò)對(duì)混合、反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾工藝的參數(shù)進(jìn)行校核，并從理論上分析流速、剪切強(qiáng)度、反應(yīng)時(shí)間、水頭損失的合理性，在前期實(shí)驗(yàn)室小試與藥劑質(zhì)量分析的基礎(chǔ)上確定強(qiáng)化絮凝的中試方案。

2 中試方案概要

2.1 原水水質(zhì)

試驗(yàn)原水為呼延水廠濾池反沖洗水回流與水廠原水的混合水。水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 原水水質(zhì)指標(biāo)

2.2 工藝流程

工藝流程見(jiàn)圖1。

2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

圖1 水處理工藝流程

表2 設(shè)計(jì)參數(shù)

2.4 試驗(yàn)藥劑

混凝劑選用市售PAC、水廠自制PAC原液(以下簡(jiǎn)稱(chēng)水廠原液)及其稀釋液(以下簡(jiǎn)稱(chēng)水廠稀釋液)，助凝劑選用PAM和活化硅酸。

3 結(jié)果與討論

3.1 混凝劑的優(yōu)選

由圖2明顯可以看出，市售PAC效率最高，投加量3 mg/L左右時(shí)便能使沉后水濁度降低到1 NTU以下。但是，由于制造原材料和制造工藝的原因，市售PAC藥劑質(zhì)量不穩(wěn)定，含有雜質(zhì)多，有害物質(zhì)含量相對(duì)高。而水廠稀釋液在最佳投藥量下沉后水濁度為0.94，略高于市售PAC的0.71 NTU 和水廠原液的0.74 NTU，但是從經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行方面考慮，水廠稀釋液效率高，而且配制方便，況且和市售PAC相比，水廠稀釋液能使沉后水余鋁得到有效控制，供水水質(zhì)更為安全。目前投藥量為1.80 mg/L(Al2O3計(jì))，濁度在1.4 NTU上下浮動(dòng)。

圖2 三種混凝劑混凝效果對(duì)比圖

經(jīng)過(guò)比選，水廠稀釋液的單獨(dú)使用效果在三種混凝劑中表現(xiàn)最佳。

3.2 助凝劑的優(yōu)選

如圖3所示，混凝劑投加量在1.59 mg/L(Al2O3計(jì)，相當(dāng)于水廠目前實(shí)際投加量)時(shí)，我們分別投加了4種不同類(lèi)或濃度的助凝劑，在其作用下，出水濁度沒(méi)有明顯變化，而且，以PAM為例，進(jìn)行投加量的試驗(yàn)時(shí)，降低其投加量，反而使出水濁度降低。

圖3 水廠稀釋液為混凝劑時(shí)不同助凝劑不同投加量的助凝效果對(duì)比

由此可見(jiàn)，助凝劑的投加量對(duì)沉后水濁度在一定范圍內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生影響。根據(jù)助凝劑自身的作用機(jī)理，助凝劑投加點(diǎn)的選擇對(duì)出水影響卻有明顯不同。

3.3 混凝劑、助凝劑與出水水質(zhì)關(guān)系的討論

1)混凝劑對(duì)出水水質(zhì)起決定性作用，助凝劑起輔助作用。須強(qiáng)調(diào)的是，助凝劑的作用機(jī)理主要通過(guò)吸附架橋作用使水中已形成的細(xì)小礬花聚集而利于沉降，它并不能取代混凝劑，使水中膠體脫穩(wěn)凝聚。

2)混凝劑投加量與余鋁。出水殘余鋁來(lái)源:a.天然水體中的溶解鋁;b.給水處理中的鋁鹽混凝劑。投加鋁鹽混凝劑在經(jīng)過(guò)一系列地表水常規(guī)工藝后，一方面藥劑自身所含的鋁元素會(huì)留在水體中;另一方面在絮凝作用下，水體中鋁元素會(huì)隨其他雜質(zhì)一起從水中分離。兩方面作用各自影響出水殘余鋁最終含量，哪個(gè)作用更強(qiáng)，哪個(gè)影響就是主導(dǎo)因素，出水殘余鋁就由它決定。

3)出水濁度與余鋁。天然水中含有一定量的鋁，然而飲用水中的鋁主要來(lái)自混凝劑，投藥量對(duì)沉后水濁度和殘余鋁的影響都很大，而且兩者所對(duì)應(yīng)的最佳投藥量基本上保持一致，所以控制好投藥量顯得尤為重要。

3.4 試驗(yàn)工藝的能耗變化討論

試驗(yàn)中對(duì)各池反應(yīng)段的水頭損失變化情況進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明，在確保出水水質(zhì)情況下，中試設(shè)備與水廠原有混凝工藝能耗相比水頭損失下降了75%左右。也就是說(shuō)，保持水頭損失不變，中試設(shè)備提供了更大的過(guò)水能力。而且，處理效果也優(yōu)于水廠現(xiàn)行工藝，能耗低，效率高，發(fā)展?jié)摿Υ蟆?/p>

3.5 試驗(yàn)工藝與實(shí)際工藝的剪切對(duì)比說(shuō)明

中試設(shè)備采用的絮凝網(wǎng)格技術(shù)，主要是通過(guò)調(diào)整網(wǎng)格孔眼的尺寸大小來(lái)控制絮凝速度和弗勞德數(shù)Fr(Fr=v2/Rg)，來(lái)提供良好的水力條件，使絮體顆粒合理有效碰撞。有利于形成密實(shí)而且粗大的礬花，從而實(shí)現(xiàn)良好的沉降。

通過(guò)對(duì)水廠絮凝工藝進(jìn)行沿程布點(diǎn)，監(jiān)測(cè)其Fr，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水流剪切強(qiáng)度波動(dòng)大且分布不均勻，變化無(wú)規(guī)律，導(dǎo)致已形成的礬花再次破碎(剪切力過(guò)大)，細(xì)小礬花難以聚合(剪切力過(guò)小)，出水效果很不理想。

4 結(jié)論與建議

1)試驗(yàn)設(shè)備完全依照水廠實(shí)際工藝設(shè)計(jì)，可為工程實(shí)施提供模擬條件。

2)最佳工況點(diǎn):水廠稀釋液(0.24 mL/L)+PAM(0.5 mg/L)，其中，0.24 mL/L 水廠稀釋液相當(dāng)于 5.77 mg/L(Al2O3計(jì))，此投加量約為水廠當(dāng)前投加量的3倍，在最佳工況點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，出水濁度不大于1.0 NTU。

3)能耗方面，絮凝池水頭損失僅23 cm，水廠絮凝池水頭損失平均為100 cm左右，可見(jiàn)，中試設(shè)備高效低耗，節(jié)能達(dá)75%以上。

4)中試設(shè)備形成礬花顆粒大而密實(shí)。水廠絮凝池池末端礬花直徑為0.32 mm～0.41 mm，而中試設(shè)備絮凝池池末端礬花直徑達(dá)1.72 mm，是水廠的4倍～5倍。且設(shè)備各豎井內(nèi)礬花分形維數(shù)變化平穩(wěn)，絮凝池末端分形維數(shù)為1.66，礬花密實(shí)。

5)利用動(dòng)力學(xué)條件控制，中試設(shè)備在低溫低濁期正常情況下，可使沉后水濁度小于1.0 NTU。

6)建議從調(diào)整水廠工藝參數(shù)入手，著重改造混合、絮凝、沉淀及其相關(guān)工藝。

7)在工程改造設(shè)計(jì)中，充分利用水廠原有工藝構(gòu)筑物，盡量采用工藝先進(jìn)，建設(shè)投資少，占地面積小，維護(hù)管理簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，處理成本低的處理技術(shù)及適合本工程的先進(jìn)設(shè)備。

中試試驗(yàn)結(jié)果表明，用中試設(shè)備所采用的強(qiáng)化混凝工藝來(lái)處理低溫低濁的黃河水是行之有效的，使用該工藝不僅可以降低藥劑單耗、提高出水水質(zhì)，還可以保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定，保障供水安全，降低運(yùn)行成本，降低運(yùn)行管理難度，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。