二次微絮凝強化過濾效果研究

熊躍國

常規凈水工藝強化的目標就是圍繞水質問題，在不增加新的單元工藝和構筑物的前提下，通過對混合、反應、沉淀、過濾、消毒等常規單元工藝的強化和優化，最大程度的發揮常規工藝的處理效果，或者使其具有某種新的處理功效。

1 試驗方法

1.1 檢測指標與方法

濁度:HACH2100P型濁度儀直接測定;CODMn:酸性高錳酸鉀法;UV254:UV2300型紫外/可見光光度計測定;水頭損失由測壓板直接讀取。

1.2 試驗裝置與流程

試驗工藝流程見圖1。沉淀池出水分兩組分別進入有機玻璃試驗濾柱，試驗濾柱內徑為300 mm，高度為2 000 mm，其中一組通過計量泵投加PAM進行二次微絮凝。濾料采用均質石英砂，平均粒徑為0.8 mm，濾層厚度為700 mm，承托層為100 mm，濾速為7 m/h，過濾處理水量為0.49 m3/h。

2 結果與討論

2.1 微絮凝劑的選擇

二次微絮凝作用機理與直接過濾相同，在沉后濾前投加混凝劑，使水體中的殘留顆粒物脫穩降低其zeta電位，改變其親水性質，使顆粒物吸附截留在濾料上，強化濾池對懸浮顆粒物的去除效果［1］，絮凝劑的選擇對過濾出水影響較大。水廠反應池中投加堿式聚合氯化鋁(PAC)混凝和陽離子型聚丙烯酰胺(PAM)助凝，沉淀池出水平均濁度為4.68 NTU，因此，根據水廠實際情況，試驗采用PAC和PAM進行微絮凝，以過濾出水濁度作為考察指標對其進行優選。試驗結果見圖2。由圖2可知，PAC和PAM微絮凝均有強化過濾除濁效果，PAM二次微絮凝過濾出水濁度為0.1 NTU，PAC二次微絮凝過濾出水濁度為0.21 NTU，相比于常規過濾工藝濁度的去除率均增加了8.4%和5.9%。對比兩種微絮凝藥劑，PAM的投量較低而且出水水質更好。這與兩種微絮凝劑的性質有關，PAC在微絮凝接觸過濾過程中主要是通過電性中和使水中未脫穩的膠體物質脫穩并與濾料表面進行接觸過濾，而陽離子型PAM水解產物則主要通過電性中和與吸附架橋作用使膠體物質脫穩并與濾料進行接觸過濾。因此，根據除濁效果，以陽離子型PAM作為微絮凝藥劑。

2.2 PAM投加量的選擇

確定陽離子型PAM作為微絮凝劑，考察不同的投加量對接觸過濾除濁工藝的影響，投加量太高則會對水中的膠體產生膠體保護作用或者生成的脫穩物質顆粒較大，往往容易聚集于表面濾層，中下層濾料達不到截留雜質的作用，減弱濾層的含污能力。投量過低微絮凝劑與水中的未脫穩膠體物質在短期的接觸時間內達不到良好的接觸效果，從而影響絮凝效果，因此投量過多或過少都達不到微絮凝強化除濁效果。從圖3可知，不同投量陽離子PAM微絮凝劑的二次微絮凝過濾對濁度均有強化去除作用，PAM投量為0.02 mg/L時，接觸過濾除濁效果與投量為0.01 mg/L時等同，均能滿足出水濁度0.1 NTU。而在投量為0.005 mg/L投量下，接觸過濾出水濁度去除率有所降低，試驗期間平均出水濁度為0.38 NTU。因此，采用0.01 mg/L的陽離子型PAM作為微絮凝劑濾池出水效果最佳。

2.3 微絮凝反應時間的確定

微絮凝時間對過濾周期和出水水質的影響較大，時間過短則絮體不密實，細小，時間過長則容易形成篩濾。資料表明，采用傳統的無機絮凝劑，微絮凝反應時間宜控制在3 min～7 min，對于高分子型絮凝劑由于其微絮凝過程主要以電性中和和吸附架橋為主，有必要研究其微絮凝時間。微絮凝對接觸過濾出水濁度的影響見圖4。從圖4可知，微絮凝時間對過濾出水濁度的影響比較大，在絮凝時間為2 min～3 min時，出水濁度為0.1 NTU，絮凝時間過短或過長對接觸過濾除濁均有不利影響，短時絮凝(1 min)出水濁度為0.22 NTU，隨著絮凝時間的延長過濾出水水質有逐漸惡化的趨勢。對于0.01 mg/L投量的陽離子PAM而言，絮凝時間為2 min過濾出水濁度去除效果最好。

2.4 PAM 微絮凝強化過濾除 CODMn，UV254效果

根據濁度的去除效果，采用0.01 mg/L的陽離子PAM作為微絮凝劑以CODMn，UV254去除率進一步考察強化過濾效果，強化過濾效果見圖5。從圖5可知，二次微絮凝可提高對CODMn，UV254的去除率約為5.6%和6.2%。地表水中的未脫穩的膠體物質、有機物等表面電荷主要為負電性，陽離子絮凝劑在微絮凝過程主要是電性中和與吸附架橋作用，電性中和使得水中帶負電性的懸浮顆粒物與濾料顆粒的靜電斥力減小，吸附架橋則增大了濾料與懸浮顆粒物之間的吸附力，通過兩者作用并通過與濾料顆粒的接觸絮凝達到接觸過濾去除效果。而對于常規過濾工藝而言，由于石英砂本身表面為負電性，在以遷移、粘附為主的過濾過程中，有機物質受與濾料表面同性電荷影響的影響較大，在過濾過程中體現為去除率不高。

2.5 微絮凝過程過濾水頭損失變化規律

二次微絮凝對過濾水頭損失影響較明顯［2］，為此研究在PAC和陽離子PAM投量為0.4 mg/L和0.01 mg/L時微絮凝對過濾水頭損失變化規律，試驗結果見圖6。投加PAC和PAM進行二次微絮凝濾池的水頭損失增長較快，在過濾前期水頭損失增長差別不明顯，在過濾20 h后PAC微絮凝接觸過濾水頭損失為100 cm，其后增長速率明顯變快。PAM微絮凝接觸過濾則在20 h接觸過濾后水頭損失為90.8 cm，且增長速率較慢。PAC作為微絮凝劑在接觸過濾中形成較多的水解產物截留在濾料表面，形成上部較為明顯的泥渣層，下層濾層的截污能力受此影響比較明顯，而PAM由于投量較低，而且主要通過電性中和與吸附架橋作用，水解產物對上層濾料的堵塞作用較PAC弱，因此，兩者的水頭損失增長變化規律在接觸過濾后期差別明顯。在試驗過程中也發現，采用PAC二次微絮凝接觸過濾后期，濾料表面容易形成泥餅。

2.6 微絮凝接觸過濾初濾水濁度變化規律

投加PAM后初濾水的濁度相比于常規過濾變化較小，即初濾水的濁度很穩定，基本能夠保證初濾水濁度在0.12 NTU左右，而常規過濾在反沖洗結束之后，則需要較長的時間才能達到過濾出水保持穩定，在試驗中常規過濾大概需要30 min～40 min的時間才能達到出水濁度維持穩定。即二次微絮凝過濾可以縮短濾池的成熟期［3］。

3 結語

1)投加0.01 mg/L陽離子PAM進行微絮凝接觸過濾，在接觸過濾時間為10 min條件下，濾池出水濁度，CODMn，UV254明顯降低。

2)采用陽離子型PAM作為二次微絮凝劑濾池的水頭損失增長規律基本與常規過濾工藝相同，水頭損失較常規過濾增長速率變化幅度不大。

3)初濾水的濁度穩定，能夠明顯縮短濾池的成熟期。

［1］欒兆坤，李桂平，王曙光.微絮凝—深床直接過濾及工藝參數研究［J］.中國給水排水，2002，18(4):14-18.

［2］張建峰，金同軌，金偉如.直接過濾方式的試驗研究［J］.中國給水排水，1999，15(5):55-56.

［3］齊玉玲，黃曉東，張金松，等.二次微絮凝改善過濾效果的試驗研究［J］.中國給水排水，2005，21(2):34-36.