强化混凝处理低温低浊北渡水研究

强化混凝处理低温低浊北渡水研究李潇潇，张跃军，赵晓蕾，孙彬，苏功建，陈雨(1．南京理工大学化工学院，江苏南京210094；2．波市自来水总公司，浙江宁波315041；3．南京市自来水总公司城南水厂，江苏南京210036)[摘要]报道了对低温低浊的宁波北渡水进行强化混凝处理时，混凝剂及混凝搅拌条件的优化选择过程及结果。通过混凝烧杯实验．比较了聚合氯化铝、硫酸铝、聚合硫酸铁、两种市售药剂对该水的混凝脱浊效果，同时考察了强弱两种混凝搅拌条件对混凝效果的影响。【关键词]低温低浊水；混凝剂；强化混凝；脱浊[中图分类号】x703[文献标识码】B[文章编号】1005—829X(2007)07—0042—03低温低浊水是给水处理工程中难处理的水质之一，采用常规混凝工艺处理，经常达不到后续水处理设备的进水水质要求。国内外常用的低温低浊水处理技术有气浮技术、泥渣回流技术、微絮凝技术、磁力分离技术等⋯。但由于这些方法工艺操作复杂、成本高而不能推广使用。强化混凝法特点是处理成本低、效果好、操作和维修方便、选用了最适用于原水水质的混凝剂及混凝搅拌条件。宁波某水厂制水能力35万t／d，其水源取自北渡河的上游。北渡河引水为宁波近郊水库的原水，水源经河段流入水厂，该水源在冬春季受污染较小，浊度3NTU，温度10℃。此类水源很难处理，即使增大一般铝盐混凝剂的投加量。净化后的水质仍很难达到国家饮用水的标准，给宁波某水厂自来水生产带来了较大困难。笔者通过混凝烧杯实验。比较了在强弱两种混凝搅拌条件下聚合氯化铝(PAC)、硫酸铝(AS)、聚合硫酸铁(PFS)、市售药剂1、2对低温低浊北渡水的混凝脱浊效果。为宁波某水厂的实际生产提供了参考。1试验部分1．1仪器与试剂仪器：散射式浊度仪，Qz201型，苏州青安仪器有限公司生产；六联程控搅拌仪，TA6一Ⅱ型，武汉恒岭有限公司生产。药剂：PAC，液体，AI203质量分数10％；PFS，液体，Fe质量分数12％；AS，固体，Al2O3质量分数15．8％；市售药剂1，Al2O3质量分数5％；市售药剂2，Al2O3，质量分数10％。以上药剂均为工业品。药剂的配制：以Al2O3，或Fe3计，把各无机药剂稀释为1％的溶液投加。北渡水水样取自宁波某水厂水样取水点，一次取足量水样。在10～20min内取完。以尽量保证水质的一致性。原水温度6～8℃，浊度为2．0～2．8NTU。1．2混凝除浊性能评价1．2．1基本操作方法在一组烧杯中加入1000mL水样后置于六联搅拌仪中。按一定程序搅拌后静置沉淀10min和30min．于液面下约2cm处取上清液测定其浊度。1．2．2混凝搅拌强度的选择选择与宁波某水厂实际生产混凝强度较为接近的搅拌条件：以200r／min搅拌15s时。投加混凝剂。先以200r／min搅拌1min．再以60r／min搅拌9min，最后沉淀。此条件定为搅拌条件1。即弱混凝搅拌条件。另外。选择一个相对较强的混凝搅拌强度与前面的搅拌强度进行对比。以考察两个混凝条件对混凝脱浊效果的影响。该搅拌条件为：以300r／min搅拌158时，投加混凝剂。先以300r／min搅拌3min，再以100r／min搅拌3min。再以30r／min搅拌3min，最后沉淀。此条件定为搅拌条件2。即强混凝搅拌条件。2结果与讨论2．1弱搅拌条件下各混凝剂的脱浊效果选取目前国内给水处理最为常用的几种无机混凝剂(PAC、PFS、AS以及宁波市水厂所用的两种市售药剂(1、2)对低温低浊北渡水进行脱浊处理，按搅拌条件1进行混凝烧杯实验，分别于沉淀10min与30min时取上清液测浊度，结果见图1、图2。从图1和图2可以看出。在弱搅拌条件下。沉淀10min。各混凝剂对北渡水基本没有脱浊效果，剩余浊度甚至还高于原水浊度。沉淀30min．除PFS在投加质量浓度为3mg／L时达到1．5NTU的最低剩余浊度外，其余混凝剂脱浊效果均不明显。冬季北渡水呈典型的低温低浊水特征。其难以混凝处理的原因有两个方面：一方面。较高的絮凝速度是迅速生成较大絮凝体的必要条件，凝聚速度取决于单位时间内的颗粒碰撞次数与有效碰撞率，而颗粒碰撞次数又与其运动速率有关。由于冬季北渡水水温较低。水分子问的热运动能量减少，颗粒间的碰撞机会也就减少，因此凝聚化学反应速度也随之减慢。而此时北渡水水质好，浊度较低。水中颗粒数目少，所以碰撞的次数也少。另一方面。水温对混凝剂的水解反应有明显的影响，低水温使水解反应速度减缓。此时混凝剂的分散性较差．混凝剂与胶体颗粒的接触机会减小。电中和作用降低。不利于絮凝体的形成和长大。由于不能沉淀的微小絮体引起更强的光散射。导致剩余浊度还可能会高于原水浊度。搅拌条件1的特点，在于快搅强度不高。时间短，而慢搅时间较长，着重于慢速搅拌，总体来说搅拌强度较低。一般来说。快速搅拌有助于药剂的迅速分散和反应的发生。慢速搅拌有利于吸附作用的进行。对低温低浊北渡水来说，由于搅拌条件1快搅强度小，时间短。混凝剂的分散反应不充分。由于混凝剂分散不好，水解产物形成不完全。慢速搅拌下的吸附也就难以进行。因此在弱搅拌条件下。各混凝剂处理后絮凝体较疏松．沉降性能差，脱浊效果也就差。除PFS在投加量为3mg／L时达到1．5NTU的最低剩余浊度。其余各混凝剂处理后浊度相对于原水均不同程度地有所上升。2．2强搅拌条件下各混凝剂脱浊效果使用上述5种混凝剂，按搅拌条件2进行混凝烧杯实验，分别沉淀10min和30min，取上清液测得浊度。结果见图3、图4。从图3、图4可以看出，在强搅拌条件下，沉淀10min或30min后各种混凝剂大都存在一段最佳的投药范围。在各自的最佳投药剂量下．可达到各自所能达到的最好脱浊效果。投加PFS质量浓度1．75mg／L处理后沉淀30min所能达到的最低剩余浊度在0．5NTU以下，远低于搅拌条件1下沉淀30min投加量为3mg／L时达到的15NTU的余浊，这充分说明，在搅拌条件2下的混凝脱浊效果要明显优于在搅拌条件1下的混凝脱浊效果。其原因可能是：搅拌条件2相对于搅拌条件1快搅强度大，时间长，同时存在中速搅拌的过渡。K．Ebie等研究发现，较高的快速搅拌对混凝效果的影响较大，在低温下，快搅强度大，可使混凝剂迅速分散于水中，并加快水解反应的进行，促进了小颗粒的脱稳过程。同时也促使水中较大颗粒之间的碰撞和接触。也就有利于絮体的成长。因此，适当强的混凝搅拌强度有利于低温低浊水的混凝，可以在一定程度上改善各混凝药剂对低温低浊北渡水的混凝脱浊效果。2．3各药剂混凝脱浊效果分析5种混凝剂中，除了PFS以外，其他4种均是含有铝盐的混凝剂．其中两种市售药剂为复合聚铝产品。各药剂在不同混凝强度下，在最佳投药量下所能达到的最低剩余浊度见表1。由表1和图1～图4可看出，PFS的最佳投药范围相对于其他无机混凝剂都要宽，在1．75～3mg／L的药剂投加量下，剩余浊度均可达到0．5NTU左右。因此，相比于其他铝盐混凝剂．PFS在处理低温低浊北渡水上有较为明显的优越性。从水溶液化学与絮凝作用上讲，聚合铝盐和聚合铁盐混凝剂具有许多共性。它们都是以其水解产物对水中颗粒或胶体污染物进行电中和脱稳、吸附架桥或黏附卷扫而生成粗粒絮凝体由重力作用沉淀而发挥脱浊作用。铁盐和铝盐均具有强的水解、聚合及沉淀能力，但是，铁盐生成的最终产物氢氧化铁相对密度较大，表面积大，极具吸附力，而且，铁盐的水解较铝盐受温度影响要小。在处理低温低浊北渡水时，PFS水解速度比铝盐快，同时形成的絮体吸附量大、结构紧凑致密、强度大，混凝沉降物沉降速度快，从而大大提高了混凝效果。3结论比较了聚合氯化铝(PAC)、硫酸铝(AS)、聚合硫酸铁(PFS)、两种市售药剂对低温低浊北渡水的混凝效果．同时考察了强弱两种混凝搅拌条件对混凝效果的影响，得到如下结论：(1)对浊度为2．5NTU左右、温度为6℃的低温低浊北渡水，在原有搅拌条件下，除PFS在投加质量浓度为3mg／L时能将浊度降至1．5NTU。其他混凝剂均没有明显的脱浊效果。因此，对低温低浊北渡水，在混凝强度无法改变的情况下，用PFS作混凝药剂能取得一定的混凝脱浊效果。(2)在强搅拌条件下，各混凝剂均有各自的最佳脱浊投药范围。在处理低温低浊北渡水时，适当加强混凝强度。选择适合该水源水质的混凝剂可利于其混凝过程中微细颗粒之间的碰撞、吸附和聚沉，达到较佳的混凝脱浊效果。