斜板沉淀池處理高濁度微污染水試驗(yàn)研究

李欣萍 孫麗云 張燁

摘 要：為解決目前水源水濁度高，受有機(jī)物污染嚴(yán)重的問題，以硅藻土和葡萄糖配置濁度53NTU，COD30mg/L的高濁度微污染原水，以聚合氯化鋁為絮凝劑，利用斜板沉淀池進(jìn)行絮凝沉淀的模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)研究了聚合氯化鋁投加量、原水pH及水力停留時(shí)間對(duì)水樣濁度及COD去除率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，斜板沉淀池對(duì)高濁度微污染水的處理效果良好，在最佳條件下處理后出水濁度在2NTU以下，處理后COD為18mg/L，滿足自來水廠的進(jìn)水要求。

關(guān)鍵詞：高濁度；微污染；斜板沉淀池；聚合氯化鋁

中圖分類號(hào)：TU991.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）16-0139-03

Experimental Study on Treatment of High Turbidity Micro-polluted

Water with Inclined Sedimentation Tank

LI Xinping SUN Liyun ZHANG Ye

Abstract： In order to solve the problem of raw water with high turbidity and serious organic pollution， We first used celite and glucose to configure highly turbid and slightly contaminated raw water， whose turbidity was 53 NTU and COD was 30mg/L， then we used a slightly modified inclined plate sedimentation tank for the flocculation and sedimentation simulation test by dosing polymeric aluminum chloride. The experiment was conducted to study the effects of the dosage of aluminum chloride， pH of water sample and hydraulic retention time on the turbidity of the water sample and the removal efficiency of COD. The results showed that the inclined plate sedimentation tank had a good effect onthe treatment of the highly turbid and slightly contaminated water. Under the best treatment conditions， the turbidity of water after treatment was below 2NTU， and the remaining COD was 18mg/L， which satisfied the water intake requirements of the waterworks.

Keywords： highly turbid；slightly contaminated；inclined plate；polymeric aluminum chloride

我國(guó)中西部地區(qū)水系多是高濁度水系（如黃河、渭河）。以此為原水的凈水工藝通常需設(shè)置預(yù)沉池，但通常這些高濁度原水預(yù)沉后的濁度仍高達(dá)100NTU[1]。另外，近年來，隨著城市化和工業(yè)化程度不斷提高，水資源日益受到污染導(dǎo)致水質(zhì)惡化[2]。許多水源受到有機(jī)物污染，呈現(xiàn)出微污染狀態(tài)。微污染水源水是指受到有機(jī)物污染，部分指標(biāo)超過飲用水源衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的地表飲用水水源。因此，處理高濁度微污染水成為一項(xiàng)重要課題。絮凝劑種類是決定絮凝結(jié)果好壞的關(guān)鍵因素[3]。聚合氯化鋁（PAC）作絮凝劑時(shí)，與無機(jī)鹽類混凝劑相比，具有較多優(yōu)點(diǎn)[4]：形成絮凝體速度快，絮凝體大而密實(shí)，沉降性能好；對(duì)原水水質(zhì)適應(yīng)性好；最佳混凝pH值范圍較寬；由于聚合氯化鋁的鹽基度比無機(jī)鹽類高，因此，在配制和投加過程中藥液對(duì)設(shè)備的腐蝕程度小，處理后水的pH值和堿度變化也較小。

本文以聚合氯化鋁為絮凝劑，基于改造后的斜板沉淀池進(jìn)行高濁度微污染水的處理，使處理后的水質(zhì)達(dá)到水廠進(jìn)水要求。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)用斜板沉淀池模型

試驗(yàn)用的斜板沉淀池模型見圖1。

1.2 試驗(yàn)水樣的配制

試驗(yàn)采用的原水，參照國(guó)家地表水IV類標(biāo)準(zhǔn)配制，以研磨后的硅藻土和葡萄糖配置原水模擬高濁度微污染水，其濁度為53NTU，COD為30mg/L。

1.3 試驗(yàn)儀器及藥劑

斜板沉淀池，GDS-3B光電濁度儀，TJ6-1六聯(lián)攪拌機(jī)，5B-6C型（V7版）三參數(shù)水質(zhì)分析儀，PHS-3E型酸度計(jì)，聚合氯化鋁溶液，氫氧化鈉溶液和鹽酸。

1.4 分析項(xiàng)目

濁度（NTU），COD（mg/L）和pH。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 聚合氯化鋁投加量對(duì)出水濁度及COD的影響

絮凝劑的投加量對(duì)原水效果影響比較復(fù)雜，在使用絮凝劑時(shí)，必須確定其最佳用量，這樣在實(shí)際工程應(yīng)用過程中就可以以最低的成本取得最佳的處理效果[5]。因此，在用斜板沉淀池處理原水之前，首先通過燒杯試驗(yàn)投加不同量絮凝劑PAC確定最佳投加量。不調(diào)節(jié)水樣的pH值，用6個(gè)1 000mL燒杯分別放入濁度為53NTU的800mL原水，1—6燒杯絮凝劑投加量分別為2.5、5、10、15、20mg和25mg。PAC投加量對(duì)出水濁度及COD的影響結(jié)果見圖2。

從圖2可知，PAC的最佳投加量為20mg左右。隨著投加量的增加，濁度呈現(xiàn)出先明顯下降后略微上升的趨勢(shì)?？梢?，投藥量的增加對(duì)濁度有很好的去除效果。當(dāng)PAC投加量達(dá)到20mg時(shí)，濁度和COD含量總體趨于穩(wěn)定。綜合考慮經(jīng)濟(jì)與效率因素，在本試驗(yàn)條件下的最佳投加量為20mg。

濁度和有機(jī)物的去除率都是隨著混凝劑投加量的增加先逐漸增大，后趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)楫?dāng)混凝劑投加量較少時(shí)，形成的絮體小而少，不密實(shí)，沉降性能不好，濁度和有機(jī)物的去除率都比較低；在一定范圍內(nèi)，當(dāng)絮凝劑用量增大時(shí)，其電中和能力和吸附作用增強(qiáng)，絮體大量形成，水中溶解的有機(jī)物也會(huì)通過網(wǎng)捕吸附作用被部分去除，所以濁度及COD含量降低；當(dāng)絮凝劑投加量過多時(shí)，膠體所帶電荷發(fā)生逆轉(zhuǎn)，膠體之間產(chǎn)生排斥力，水中的膠粒又會(huì)重新獲得穩(wěn)定，出現(xiàn)反脫穩(wěn)現(xiàn)象，因此絮凝效果變差，濁度和有機(jī)物去除達(dá)到飽和。

2.2 pH值對(duì)濁度及COD去除率的影響

通過燒杯試驗(yàn)確定最佳pH值，取6個(gè)1 000mL燒杯分別放入濁度為53NTU的800mL原水，每個(gè)燒杯聚合氯化鋁的投加量為20mg，調(diào)節(jié)水樣pH值為5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，當(dāng)pH值為7.0～9.0時(shí)，剩余濁度均小于2NTU，可見pH對(duì)濁度的去除率影響不大；但水樣的pH值對(duì)COD的去除率影響較大。當(dāng)pH值為7.0～9.0時(shí)，COD含量較低，都在20mg/L以下。當(dāng)pH值為8.0時(shí)，濁度及COD含量都達(dá)到最低。這可能是因?yàn)椋寒?dāng)pH值過低時(shí)，水中陽離子較多，混凝劑的電中和能力較弱，導(dǎo)致混凝效果較差；隨著pH值的增大，投加的絮凝劑水解生成的低電荷的正電多核絡(luò)離子或金屬化合物凝聚物對(duì)脫穩(wěn)的微粒產(chǎn)生粘結(jié)架橋作用，使膠粒聚集沉淀，從而使剩余濁度降低，COD去除率增大；當(dāng)pH過高時(shí)，絮凝劑容易水解，混凝效果較差。因此，控制其余試驗(yàn)所用水樣的pH值為8.0，不需要調(diào)節(jié)水樣的pH值，就可以達(dá)到很好的去除濁度和COD的效果。

2.3 水力停留時(shí)間對(duì)濁度及COD去除率的影響

通過燒杯試驗(yàn)確定最佳水力停留時(shí)間，聚合氯化鋁投加量為20mg，調(diào)節(jié)水樣pH值為8.0，控制水力停留時(shí)間分別為20、30、40、50、60min和70min，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可知，當(dāng)水力停留時(shí)間為20min時(shí)，此時(shí)出水濁度已經(jīng)降低到10NTU以下；當(dāng)沉降時(shí)間超過30min時(shí)，隨水力停留時(shí)間的增加，出水濁度及COD已基本趨于定值，處理效果良好；當(dāng)沉降時(shí)間為40min時(shí)，出水濁度及COD都已達(dá)到要求。這主要是因?yàn)樗νＡ魰r(shí)間的增加有助于分散的膠體顆粒與溶解態(tài)的混凝劑之間產(chǎn)生固相與液相間的化學(xué)吸附、電中和脫穩(wěn)及粘結(jié)架橋等作用，經(jīng)過脫穩(wěn)顆粒間的碰撞結(jié)合，更有利于形成較大的絮凝體顆粒而迅速沉降。因此，在進(jìn)行水處理試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際條件，控制水力停留時(shí)間為30～60min。這樣，在保證處理效果的同時(shí)，也縮短了不必要的絮凝時(shí)間。因此，結(jié)合出水水質(zhì)要求，選擇40min作為最佳水力停留時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)。

3 斜板沉淀池試驗(yàn)

綜合上述三組試驗(yàn)的最佳條件：燒杯試驗(yàn)800mL原水，混凝劑最佳投加量為20mg，最佳pH值為8，最佳水力停留時(shí)間為40min，采用圖1中斜板沉淀池裝置在上述最佳試驗(yàn)條件下處理大量原水，進(jìn)水流量控制為5L/h，處理后出水濁度為1.73NTU，COD含量為18mg/L，符合自來水廠的進(jìn)水要求。

4 結(jié)論

①PAC投加量對(duì)處理效果的影響。隨PAC投加量的增大，處理效果明顯改善。當(dāng)聚合氯化鋁最佳投加量為20mg時(shí)，對(duì)原水濁度及COD的去除率都較高，絮凝效果最好且最經(jīng)濟(jì)，出水濁度及COD都能達(dá)到水廠進(jìn)水水質(zhì)要求。

②原水pH對(duì)處理效果的影響。當(dāng)pH值為8.0時(shí)，斜板沉淀池對(duì)濁度及COD的去除效果均處于良好水平；當(dāng)原水pH值為7.0～9.0時(shí)，不同的pH值對(duì)濁度及COD的去除效果影響都較小。

③水力停留時(shí)間對(duì)處理效果的影響。水力停留時(shí)間越長(zhǎng)，濁度及COD去除率越高，即處理效果越好。考慮到實(shí)際情況，當(dāng)水力停留時(shí)間在40min左右時(shí)，斜板沉淀池對(duì)原水濁度及COD的處理效果均呈現(xiàn)處良好的狀態(tài)。

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