攪拌試驗誤差分析與對策

楊妍龔， 喬龍君， 胡增寶

(合肥供水集團有限公司，安徽合肥230011)

攪拌試驗是模擬混合、絮凝和沉淀等工藝過程的經(jīng)典方法，被廣泛應(yīng)用于水廠設(shè)計、生產(chǎn)控制和科學研究等方面[1]。在生產(chǎn)控制方面，目前國內(nèi)大多數(shù)水廠都通過開展攪拌試驗以指導日常生產(chǎn)中的混凝劑投加和工藝工況判斷，因此其準確性尤為重要。

國內(nèi)關(guān)于攪拌試驗的研究比較少，早期主要集中在攪拌器的選擇、G值的計算等方面，攪拌機商品化后主要是模擬生產(chǎn)實際的實驗參數(shù)的選擇和優(yōu)化[1-6]。攪拌試驗誤差的相關(guān)研究不多，一般地，誤差來源于參數(shù)設(shè)置與生產(chǎn)實際的一致性、儀器的誤差和人員操作的誤差。筆者討論了相同工藝參數(shù)條件下的隨機誤差，以確定合理的投加梯度和最佳投量，從而科學合理地指導實際生產(chǎn)，為相似水廠攪拌試驗提供參考。

1 實驗方案

1.1 實驗儀器與試劑

ZR4-6六聯(lián)攪拌機，TSZ濁度儀，MS104S電子分析天平，聚合氯化鋁鐵(液體，氧化鋁含量9.8%，氧化鐵含量0.7%)。

1.2 實驗水樣

實驗采用合肥某水庫原水，水質(zhì)如表1所示。

表1 原水水質(zhì)Tab.1 Quality of source water

1.3 實驗方法

1.3.1攪拌機程序設(shè)置

混合：以250 r/min轉(zhuǎn)速攪拌2.5 min；絮凝： 以75 r/min轉(zhuǎn)速攪拌9 min；沉淀時間：20 min。

1.3.2實驗步驟

用量筒量取1 L實驗水樣分別加入攪拌機的6個燒杯中，再用刻度管吸取等量聚合氯化鋁鐵加入攪拌機的6個加藥管中，再用純水將其稀釋至5 mL處。攪拌開始時立即手動加藥，加藥完成后，迅速向6個加藥管中加入純水至3 mL處潤洗，并將潤洗液加入攪拌燒杯中，潤洗2次。沉淀結(jié)束后，取液面下5 cm處水樣50 mL檢測濁度。以上試驗重復3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 相同投加量下的沉淀出水濁度誤差分析

進行聚合氯化鋁鐵投加量分別為15，25和35 mg/L的3組攪拌試驗，每組試驗進行3次重復試驗，結(jié)果如表2至表4所示。

表2 投加15 mg/L聚合氯化鋁鐵的沉淀出水濁度Tab.2 Turbidity of the sedimentation effluent with PAFC dosage of 15 mg/L

表3 投加25 mg/L聚合氯化鋁鐵的沉淀出水濁度Tab.3 Turbidity of the sedimentation effluent with PAFC dosage of 25 mg/L

表4 投加35 mg/L聚合氯化鋁鐵的沉淀出水濁度Tab.4 Turbidity of the sedimentation effluent with PAFC dosage of 35 mg/L

根據(jù)《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理和解釋 正態(tài)樣本離群的判斷和處理》(GB/T 4883—2008)，采用Grubbs法進行可疑值判斷，所有檢測結(jié)果均未出現(xiàn)可疑值，表明儀器各攪拌槳的攪拌效果不存在明顯差異，試驗結(jié)果可信。攪拌試驗沉淀出水濁度在3 NTU以下時，相同試驗條件下的濁度的相對平均偏差在7.8%以內(nèi)。因此，由濁度最低或最佳值判斷的凈水劑最佳投加量也會受濁度誤差影響。

2.2 凈水劑投加量梯度的確定

在相同條件下，對同一原水進行不同投加量梯度的攪拌試驗，沉淀出水濁度與凈水劑投加量之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 不同投加梯度下的沉淀出水濁度 Fig.1 Turbidity of precipitated effluent under different dosage gradients

由圖1可知，攪拌試驗沉淀出水濁度在3 NTU以下時，相同試驗條件下濁度的相對平均偏差在7.8%以內(nèi)，凈水劑投加量梯度為2和10 mg/L時，部分相鄰投加量的沉淀出水濁度的誤差范圍存在重合現(xiàn)象，例如投加量為24 mg/L的沉淀出水濁度0.83±0.06 NTU與投加量26 mg/L的0.74±0.06 NTU，投加量為35 mg/L的沉淀出水濁度0.42±0.03 NTU與投加量45 mg/L的0.43±0.03 NTU；而投加量梯度為5 mg/L的曲線中未出現(xiàn)濁度在誤差范圍內(nèi)重合的現(xiàn)象。因此，建議攪拌試驗中凈水劑投加量梯度應(yīng)考慮出水濁度的誤差，本次攪拌試驗中凈水劑投加量梯度宜為5 mg/L左右。

2.3 最佳投加量的確定

在最佳投加量選擇試驗中，一般以濁度-加藥量曲線上濁度最低點對應(yīng)的凈水劑投加量為最佳投加量。原水攪拌試驗的濁度-加藥量曲線如圖2所示。

圖2 濁度-投加量曲線Fig.2 Turbidity-dosage curve

從圖2可知，出水濁度最低為0.37 NTU，對應(yīng)的投加量為40 mg/L，而沉淀出水濁度誤差為±7.8 %，對應(yīng)濁度-加藥量曲線上的投加量為5 mg/L，因此可以認為此次攪拌試驗的凈水劑最佳投加量為40±5 mg/L。

2.4 生產(chǎn)應(yīng)用

2022年4月，在合肥某水廠每天進行2次最佳投加量試驗，按最佳效果點選擇法評判，結(jié)果以兩次平均值計，然后與生產(chǎn)實際單耗比較，結(jié)果如圖3所示。

圖3 最佳投加量攪拌試驗結(jié)果與實際單耗對比Fig.3 Comparison between the experimental results of optimal mixing and the actual unit consumption

1個月的對比表明，83.3%的攪拌試驗結(jié)果與實際單耗的差值在±5 mg/L以內(nèi)，攪拌試驗能較好地指導生產(chǎn)。

3 結(jié)論

① 由于試驗誤差的存在，相同工藝參數(shù)條件下的攪拌試驗沉淀出水濁度也會有明顯差異，試驗表明攪拌試驗沉淀出水濁度在3 NTU以下的誤差范圍在7.8%以內(nèi)。

② 攪拌試驗時，凈水劑投加量梯度應(yīng)根據(jù)試驗誤差選擇適宜范圍，本試驗投加梯度宜在5 mg/L左右。

③ 考慮到試驗誤差，攪拌試驗最佳投加量應(yīng)與濁度-投加量曲線上最佳濁度誤差范圍相對應(yīng)。以此方法與生產(chǎn)實際藥耗比較，攪拌試驗結(jié)果與實際單耗相差在±5 mg/L以內(nèi)占83.3%，能較好地指導生產(chǎn)。