混凝技術處理蘭州段黃河水最佳工藝條件的優(yōu)化

謝偉雪李小東劉孝敏

(1蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術學院 蘭州 730021 2甘肅省科學院自然能源研究所 蘭州 730046)

混凝技術處理蘭州段黃河水最佳工藝條件的優(yōu)化

謝偉雪1*李小東1劉孝敏2

(1蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術學院 蘭州 730021 2甘肅省科學院自然能源研究所 蘭州 730046)

水凈化處理是我國城市污水的治理問題，蘭州段黃河水污染問題一直受到普遍關注。采用混凝技術，確定出處理水中懸浮物及膠體等污染物的最佳條件。方法先采用單因素考察，然后采用正交試驗法考察混凝劑的投加量、混凝劑的pH、攪拌時間、攪拌強度4個因素對降低濁度的影響，優(yōu)選混凝技術處理蘭州段黃河水的最佳工藝條件。結果 混凝劑的種類選擇FeCl3，混凝劑的投加量為4.0m l，混凝劑的pH為6.03，快速攪拌強度為120r/ m in，快速攪拌時間為9m in，中速攪拌強度100r/m in，攪拌時間為 20min，慢速攪拌強度 50 r/min，攪拌時間為24m in。結論 在此條件下黃河水中的懸浮物及膠體等污染物的去除率可達到90%以上，結果符合國家水質標準。

混凝技術；懸浮物及膠體；正交試驗；工藝條件

近20多年來，受工業(yè)發(fā)展及城市化進程的影響，黃河水污染問題日益加劇。黃河蘭州段位于黃河上游，其水質污染對中下游的水體環(huán)境與流域內的生態(tài)環(huán)境有著非常重要的影響。蘭州段黃河水兩岸不僅有石油化工廠、火電廠等大型企業(yè)的排放源，而且還有生活污水的大量排放源，因此，該段水體中存在大量懸浮物、膠體等水體污染物質。

混凝技術是一項簡單而有效的水處理技術，能有效去除水中溶解性有機物、懸浮物和膠體等污染物[1-2]，參考混凝方法相關研究資料對蘭州段黃河水中懸浮物、膠體等污染物質進行處理，通過多次平行試驗，對該方法的各項條件進行初步篩選，進一步確定出該方法中篩選參數的最佳條件，對后續(xù)研究具有一定的指導意義。

1 水樣的采集

結合采樣的要求、取水實際情況及蘭州市黃河水源水質的特點，選取采樣地點為中山橋上游100m處，全年按豐、枯、平三期各采樣2次，全年共采樣6次。將不同時間所采集的瞬時水樣的混合水樣作為本實驗研究的水樣，該水樣中存在大量的懸浮物與膠體等污染物，水質狀況較差，具有代表性和研究性。

2 藥品與設備

蘭州市黃河水（原水濁度72.4、溫度18℃、pH值7.17），Al2（SO4）3，F(xiàn)eCl3，HCl，NaOH，聚丙烯酰胺均為分析純。

無極調速六聯(lián)攪拌機，PHS－2型酸度計，GDS－3型光電式渾濁度儀，烘箱，分析天平，SHB-III型循環(huán)水真空泵，1000mL燒杯，200mL燒杯，100mL注射器，洗耳球，1mL移液管，5mL移液管，10mL移液管，溫度計，秒表，1000mL量筒。

3 方法與結果

3.1 混凝沉淀技術對蘭州黃河水的處理

取100m l水樣，測定原水pH、渾濁度和水溫。分別取1000m l水樣6份于6個燒杯中，置于混凝攪拌機上進行攪拌，待攪勻后，按照試驗要求的參數條件進行實驗，然后靜置沉淀30min，用注射器抽取燒杯內的上清液（抽3次約100ml）放入200ml燒杯中，最后用濁度儀測定出濁度（每個水樣平行測3次）[3-7]。

3.2 實驗藥品的配制

取一定量的硫酸鋁，三氯化鐵，鹽酸，氫氧化鈉，聚丙烯酰胺分別配制成10g/l硫酸鋁溶液、10g/l三氯化鐵溶液、10%鹽酸、10%氫氧化鈉、1mg/l聚丙烯酰胺。

3.3 單因素法

3.3.1 最佳混凝劑的選擇

混凝劑的投加量5.2m l，pH為7.17，中速攪拌3min，轉速60r/min，混凝劑為硫酸鋁、三氯化鐵和聚丙烯酰胺三種混凝劑中，確定一種最佳混凝效果的混凝劑，如圖1。

圖1 最佳混凝劑的確定

由混凝技術的處理原理可知，加入不同的混凝劑時，原水對應的剩余濁度都在降低，但是對于不同的混凝劑處理的效果是不一樣的，由圖1看出，分別加入三種不同混凝劑后，原水對應的剩余濁度都在下降，但其中三氯化鐵降得最低，因此，本實驗對于混凝劑的種類，選擇三氯化鐵。

3.3.2 混凝劑最佳pH的確定

混凝劑為三氯化鐵，加藥量為5.2m l，攪拌強度設置為快速攪30s，轉速300r/min；中速攪10min，轉速100r/min；慢速攪10min，轉速50r/min，確定混凝劑最佳pH，如圖2。

圖2 最佳pH的確定

pH值對混凝技術中處理效果有明顯的影響，通過圖2數據可以看出，混凝劑的pH從小而大的變化過程中，原水對應的剩余濁度也由高而低然后再升高，但是當混凝劑的pH為6.03時，原水對應的剩余濁度為最小。由此，混凝劑的pH確定為6.03左右。

圖3 混凝效果

3.3.3 最佳原水懸浮物濃度（濁度）的確定

混凝劑為三氯化鐵，混凝劑投加量為5.2m l，混凝劑的pH為7.17，攪拌強度分別為快速攪拌5min，轉速120r/min；中速攪拌8

min，轉速80r/min；慢速攪拌10min，轉速40r/min，確定最佳原水懸浮物濃度。

原水濁度對混凝效果有顯著的影響，通過以上圖3可知，原水濁度由小而大變化時，原水剩余濁度由高降低再升高，但當原水濁度為20時，原水剩余濁度達到最小值。由此，確定原水濁度為20左右。

3.4.1 正交試驗

根據本實驗單因素法研究的因素及水平，綜合考慮篩選出具特征性的因素及水平。考察4因素3水平，選擇L9（34）正交表進行實驗分析，見表1～2。

表1 試驗因素水平表

表2 L9(34)正交試驗設計表及其結果

正交試驗結果顯示，4因素對混凝技術處理蘭州段黃河水中懸浮物及膠體等污染物的影響主次順序為A＞C＞B＞D，即混凝劑的投加量＞攪拌時間＞混凝劑的pH＞攪拌強度，混凝劑的投加量是最主要的影響因素，其中A1＞A2＞A3,B2＞B1＞B3,C2＞C1＞C3，D2＞D1＞D3，選出最佳提出方案A1B2C2D2，即混凝劑的加藥量為4.0m l，pH為6.03，快速攪拌時間為9min，快速攪拌強度為120r/min。

3.4.2 處理次數的確定

處理2次后，根據實際的情況，從經濟角度考慮，處理2次即可。

3.4.3 驗證實驗

以正交試驗優(yōu)選出的提取方案為實驗組(即A1B2C2D2)，進行驗證實驗，重復3次。結果見表3。

表3 驗證實驗結果

由平行實驗結果可以看出,正交試驗優(yōu)選出的提取方案為實驗組(即A1B2C2D2)，其剩余濁度都符合國家飲用水標準且去除率均可達90%以上。

4 結語

本實驗采用混凝技術處理蘭州段黃河水最佳工藝條件的優(yōu)化進行了探索，主要考察混凝劑的投加量、混凝劑的pH、攪拌強度、攪拌時間對混凝效果的影響。并通過正交試驗對工藝條件進行優(yōu)化，結果表明，攪拌強度對混凝效果的影響較小。

最佳工藝條件為：混凝劑種類選擇三氯化鐵，投藥量為5.2ml左右，pH為6.03左右，快速攪拌的強度120r/min，攪拌的時間為9min，中速攪拌的強度100r/min，攪拌的時間為20min，慢速攪拌的強度50r/min，攪拌的時間為24min。在此條件下黃河水中的懸浮物及膠體等污染物的去除率可達到90%以上，結果符合國家水質標準。

5 意義

混凝處理技術是現(xiàn)在應用最廣泛，也是最實惠的水處理方法，由于市政給水、城市生活污水及各工礦企業(yè)排放的工業(yè)廢水與廣大居民的健康密切相關，提供有效的參考值至關重要。針對實際存在的水污染問題，本實驗先分析了蘭州段黃河水水質的特征，確定采用混凝技術處理蘭州段黃河水且優(yōu)選出了最佳工藝條件，實驗最佳條件可供污水處理廠、給水處理廠及各工礦企業(yè)各種水質中的懸浮物及膠體等污染物作為參考資料。

[1]趙奎霞主編.水處理技術[M].北京：中國環(huán)境科學出版社,2006：13-29.

[2]張寶軍主編.水污染控制技術[M].北京：中國環(huán)境科學出版社, 2007：48-54.

[3]高玉蘭.滑石粉強化混凝處理造紙廢水的研究[J].皖西學院學報, 2009:32-34.

[4]張曙光.半透膜采樣技術在黃河水污染研究中的應用.人民黃河, 2006:103-105.

[5]謝偉雪,劉孝敏,謝偉賢,等.蘭州段黃河水凈化影響因素的研究[J].安徽農業(yè)科學,2013,(30):12132-12134.

[6]孫揚平,陳立春,李東茹.某污水處理廠方案設計簡介[J].環(huán)境科學與管理,2007:311-312.

[7]秦建峰.磁絮凝強化城市污水處理的試驗研究[D].太原理工大學,2012.

謝偉雪（1982—），女，甘肅天水人，講師，碩士，環(huán)境教研室主任，主要從事水處理分析的研究工作。