摘要：通過實(shí)驗(yàn)表明了液體聚合氯化鋁使用中條件（稀釋、投加量、沉降時間）變化對混凝沉淀效果的影響，初步得出其較佳的使用條件范圍。
混凝沉淀是地面水凈化處理工藝的主要單元，在原水理化指標(biāo)、藥劑品種、凈化構(gòu)筑物性能確定的條件下，混凝劑的正確使用是保證高凈化水質(zhì)、高產(chǎn)水量、低凈化成本的關(guān)鍵因素。這一因素的研究很少見諸文獻(xiàn)。就目前來看，某自來水公司各水廠在使用本公司的液體聚合氯化鋁方法上，有不同的投加量、不同的稀釋倍數(shù)和不同的沉降時間。我們對此進(jìn)行了專門研究，希望這一研究結(jié)果能對使用聚合氯化鋁的水廠運(yùn)行、技改挖潛、新廠設(shè)計(jì)起到一定參考作用。
1、實(shí)驗(yàn)條件
實(shí)驗(yàn)用原水取自筆架山水廠東湖水庫輸水管出口，水溫約20℃，原水濁度約5NTU。
實(shí)驗(yàn)用原液為本廠生產(chǎn)的液體聚合氯化鋁，其Al2O3含量為10.88%，鹽基度78.2。為了與本公司各水廠使用條件相對應(yīng)，將其稀釋至Al2O3含量8.05%、密度1.180。
實(shí)驗(yàn)用10倍稀釋液是取10mL 8.05%的液體聚合氯化鋁，在100mL容量瓶中定容稀釋，即配即用。
實(shí)驗(yàn)用100倍稀釋液是取10mL 8.05%的液體聚合氯化鋁，在1000mL容量瓶中定容稀釋，即配即用。
混凝攪拌實(shí)驗(yàn)方法：在6個大燒杯中各裝入1000mL原水，分別加入一定量的混凝劑，保證同一時刻加入，立即以150rpm的轉(zhuǎn)速攪拌2min，接著以50rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5min，靜置沉降，比較其余濁。
實(shí)驗(yàn)用主要儀器：湖北潛江通用儀器廠SYW-881六聯(lián)攪拌器；美國HACH-2100N型濁度儀。
2、混凝劑投加量對混凝沉淀效果的影響
在相同原水、相同攪拌條件下，加入不同量的混凝劑，比較其相同時刻的余濁，可以看出投加量變化對混凝沉淀效果的影響。
在6個大燒杯的原水中分別加入0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL的100倍稀釋液進(jìn)行混凝攪拌實(shí)驗(yàn)，比較靜置20min、60min時的余濁，結(jié)果見表1。
表1 混凝劑投加量對混凝沉淀效果的影響
| 投加量/mL | CA/mg·L-1 | 靜置20min后余濁/NTU | 去濁率/% | 靜置60min后余濁/NTU | 去濁率/% |
| 0.5 | 0.475 | 4.20 | 0 | 3.70 | 11.9 |
| 1.0 | 0.950 | 3.22 | 23.3 | 1.95 | 53.6 |
| 1.5 | 1.425 | 1.04 | 75.2 | 0.76 | 81.9 |
| 2.0 | 1.900 | 0.71 | 83.1 | 0.35 | 91.7 |
| 2.5 | 2.375 | 0.62 | 85.2 | 0.24 | 94.3 |
| 3.0 | 2.850 | 0.52 | 87.6 | 0.16 | 96.2 |
注：CA為水中加入混凝劑的Al2O3折實(shí)濃度，以下相同；原水濁度4.20NTU。
從表1可看出，投加量增加對混凝沉淀效果的影響有一定規(guī)律，可將其分為三個區(qū)：
1）CA＜1.425mg/L，在這區(qū)間聚合氯化鋁投加量低，余濁較高，增加投加量能有效地提高去濁率。
2）1.425mg/L≤CA＜1.900mg/L，這區(qū)間中，隨投加量增加，去濁率仍然有所提高，但提高幅度變小，說明投加量已經(jīng)足夠。在這區(qū)間，去濁率高，余濁低，聚合氯化鋁耗用量小，是投加的較佳區(qū)域。
3）CA≥1.900mg/L，在這區(qū)間，隨投加量增加，去濁率提高很少，CA從1.900mg/L增加到2.850mg/L，增加了50%，而20min、60min去濁率均僅提高4.5%，說明CA大于1.900mg/L以上所增加的投加量已接近無效投加，造成浪費(fèi)。
取聚合氯化鋁原液或10倍稀釋液重復(fù)本實(shí)驗(yàn)，均得出同樣結(jié)論。
3、沉降時間對混凝沉淀效果的影響
在1000mL原水中加入聚合氯化鋁原液，進(jìn)行混凝攪拌實(shí)驗(yàn)，趁未沉降時迅速取樣于濁度儀的測樣管中，讓水樣在測樣管中沉降，結(jié)果見表2。
表2 沉降時間對混凝沉淀效果的影響
| 靜置時間/min | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
| 余濁/NTU | 2.17 | 1.82 | 1.55 | 1.47 | 0.96 | 0.96 | 0.89 | 1.01 |
| 去濁率/% | 58.0 | 64.8 | 70.0 | 71.6 | 81.4 | 81.4 | 82.8 | 80.5 |
注：CA=1.187mg/L，原水濁度5.17NTU。
以10倍稀釋液和100倍稀釋液在CA=1.187mg/L時重復(fù)以上步驟，得到相同結(jié)果。
4、混凝劑稀釋倍數(shù)對混凝沉淀效果的影響
以相同的原水，相同Al2O3折實(shí)濃度下的混凝攪拌實(shí)驗(yàn)來比較原液、10倍稀釋液、100倍稀釋液的混凝沉淀效果，可以得到混凝劑稀釋倍數(shù)對于混凝沉淀效果的影響。
混凝劑投加量為CA=1.425mg/L，并做一平行實(shí)驗(yàn)，得到去濁率平均值，結(jié)果見表3。
表3 混凝劑投加量CA=1.425mg/L去濁率平均值
| 投加量 | 20min | 40min | 60min | 80min | ||||
| 余濁/NTU | 去濁率/% | 余濁/NTU | 去濁率/% | 余濁/NTU | 去濁率/% | 余濁/NTU | 去濁率/% | |
| 原液15μL | 1.39 | 73.1 | 0.57 | 89.1 | 0.49 | 89.6 | 0.36 | 93.0 |
| 原液15μL | 1.35 | 0.54 | 0.57 | 0.35 | ||||
| 10倍稀釋液0.15mL | 1.59 | 70.7 | 0.56 | 87.0 | 0.43 | 91.1 | 0.36 | 92.8 |
| 10倍稀釋液0.15mL | 1.40 | 0.77 | 0.48 | 0.37 | ||||
| 100倍稀釋液1.5mL | 1.40 | 73.3 | 0.53 | 88.9 | 0.48 | 91.1 | 0.37 | 93.5 |
| 100倍稀釋液1.5mL | 1.32 | 0.60 | 0.43 | 0.29 | ||||
注：原水濁度5.10NTU。
改變混凝劑投加量為CA=1.900mg/L，結(jié)果見表4。
表4 混凝劑投加量CA=1.900mg/L去濁率平均值
| 投加量 | 20min | 40min | 60min | 80min | ||||
| 余濁/NTU | 去濁率/% | 余濁/NTU | 去濁率/% | 余濁/NTU | 去濁率/% | 余濁/NTU | 去濁率/% | |
| 原液20μL | 0.60 | 85.2 | 0.45 | 89.8 | 0.35 | 92.2 | 0.32 | 92.7 |
| 原液20μL | 0.78 | 0.50 | 0.38 | 0.36 | ||||
| 10倍稀釋液0.2mL | 0.96 | 80.6 | 0.56 | 88.9 | 0.41 | 91.7 | 0.39 | 92.3 |
| 10倍稀釋液0.2mL | 0.85 | 0.47 | 0.36 | 0.33 | ||||
| 100倍稀釋液2mL | 0.98 | 82.1 | 0.51 | 91.0 | 0.46 | 91.4 | 0.38 | 92.6 |
| 100倍稀釋液2mL | 0.69 | 0.33 | 0.34 | 0.31 | ||||
注：原水濁度5.10NTU。
從以上兩組數(shù)據(jù)來看，在相同濃度的CA下，原液直接投加，10倍稀釋液投加或100倍稀釋液投加的混凝沉淀效果并沒有明顯區(qū)別。所以，在保證液體聚合氯化鋁投加時能迅速攪拌均勻的前提下，水廠可采用原液直接投加或不同稀釋倍數(shù)投加。如果生產(chǎn)實(shí)際中攪拌混合條件欠佳，建議采用稀釋投加方式。
5、結(jié)論
混凝沉淀過程受到一系列可變因素的影響，這些因素包括：原水中膠體雜質(zhì)的理化性質(zhì)、pH值范圍、水溫、水中共存離子的種類以及混凝劑的品種、性能、濃度、投加方式、攪拌條件等。在原水理化指標(biāo)、藥劑品種、攪拌過程確定的條件下，混凝沉淀過程主要由三個因素所決定：混凝劑稀釋倍數(shù)、投加量及沉降時間。
1）從混凝攪拌實(shí)驗(yàn)來看，由于攪拌混合均勻，所以稀釋對于混凝沉淀效果并無明顯影響。但考慮到生產(chǎn)實(shí)際中攪拌混合不均勻的問題，建議采用稀釋后投加，稀釋倍數(shù)以能盡量達(dá)到攪拌混合均勻的目的來確定。
2）在稀釋倍數(shù)和沉降時間確定時，投加量決定了余濁大小，但余濁并不是隨投加量的不斷增加而不斷降低的，過量的投加將造成浪費(fèi)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，投加濃度CA為1.425-1.900mg/L。
3）在稀釋倍數(shù)和投加量確定時，水廠的沉降時間決定了出廠水的濁度。沉降時間低于50min時，余濁隨沉降時間延長而降低，沉降時間高于50min時，余濁已經(jīng)穩(wěn)定，不再降低。
4）增加投加量和延長沉降時間均可提高混凝沉淀的效果。對水廠來說，在沉淀池要求出水濁度一定的前提下，適當(dāng)增加投加量可以縮短沉降時間，提高產(chǎn)水量；而延長沉降時間可以有效降低投加量，從而降低生產(chǎn)成本。所以，水廠可以根據(jù)自身的條件，選擇合適投加量和沉降時間，達(dá)到較優(yōu)化目的。
5）各水廠的沉降時間不同，各種混凝劑在不同投加量、不同投加方式下的沉淀速度也不同，因此，當(dāng)以混凝攪拌實(shí)驗(yàn)來衡量一種混凝劑的混凝沉淀效果時，應(yīng)根據(jù)自己的工藝特點(diǎn)和混凝劑的沉降曲線來確定混凝攪拌實(shí)驗(yàn)時間，才能評選出較適合水廠生產(chǎn)要求的混凝劑和符合濁度要求的較佳投加量。
