不同絮凝反應(yīng)級(jí)數(shù)下的濁度去除效果比較

武道吉，崔巖菲，翁立瑞，鐵中用

(山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

絮凝反應(yīng)過程在水處理工藝中至關(guān)重要，它所形成的絮體的質(zhì)量直接影響甚至決定了水處理的效果[1]，適宜的攪拌速度才利于絮凝體的形成[2]。高效、經(jīng)濟(jì)的絮凝劑對(duì)絮凝作用非常重要，但同時(shí)必須在設(shè)備上提供良好的水力條件，從而形成密實(shí)度好的絮凝顆粒，以利于后續(xù)沉淀、過濾工藝的高效運(yùn)行[3]。

多年來國內(nèi)外不少學(xué)者對(duì)絮凝綜合控制指標(biāo)問題進(jìn)行了探討，通常以G與GT值作為絮凝效果的控制指標(biāo)，認(rèn)為平均速度梯度G值綜合地表征了水流紊動(dòng)程度，亦即反映了顆粒的碰撞頻率，GT值則相當(dāng)于單位體積的水體中顆粒碰撞的總次數(shù)。近年國內(nèi)有人曾建議以GTRe－1/2作為衡量絮凝效果的一個(gè)綜合指標(biāo)[4]。另外，現(xiàn)在的混凝技術(shù)基本上是簡單的一級(jí)絮凝，對(duì)污染雜質(zhì)的去處具有一定的限制，進(jìn)行多級(jí)絮凝的研究也勢在必行。本文通過多級(jí)絮凝試驗(yàn)結(jié)果來對(duì)比分析各級(jí)反應(yīng)去除效果以及各動(dòng)力學(xué)控制指標(biāo)的優(yōu)劣。

本文一級(jí)絮凝試驗(yàn)是在濁度100NTU的水樣中，加入2mL 12g/L的聚合氯化鋁鐵作為絮凝劑，在一定的混凝攪拌條件下取樣測濁度。二級(jí)絮凝在一級(jí)絮凝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)一級(jí)絮凝的最佳絮凝時(shí)間，降低攪拌速度，取樣測量剩余濁度。一級(jí)、二級(jí)絮凝試驗(yàn)的出水濁度逐漸減小，但是，是否絮凝級(jí)數(shù)越大，出水效果越好，是試驗(yàn)中需要解決的問題。三級(jí)絮凝試驗(yàn)是在一級(jí)、二級(jí)絮凝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的進(jìn)一步的絮凝試驗(yàn)，主要研究三級(jí)絮凝試驗(yàn)處理水效果是否比一二級(jí)試驗(yàn)的效果更好，以及優(yōu)選三級(jí)控制指標(biāo)的最佳范圍。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器

藥劑:聚合氯化鋁鐵(PAFC)，高嶺土。

儀器:DC-506六槳攪拌機(jī)，SZD-2型智能化散射光濁度儀。

1.2 控制指標(biāo)計(jì)算公式

式中:CD為阻力系數(shù)，一般為 0.2～0.5，本文取0.35;ρ為 1000kg/m3;b為槳葉高度，0.03m;ω 為槳葉旋轉(zhuǎn)角速度;N為轉(zhuǎn)速，r/s;d為槳葉直徑，0.07 m;υ為水的運(yùn)動(dòng)粘度，1.01 ×10－6m2/s;μ 為水的動(dòng)力粘度，1.01 ×10－3Pa·s;V 為水樣體積，0.001m3;

從公式(1)～(4)[5]可以看出，各個(gè)控制指標(biāo)均是nT的倍數(shù)關(guān)系。測定試驗(yàn)結(jié)果可以通過已知的n，T值計(jì)算出(1)～(4)等控制指標(biāo)的數(shù)值。比較各個(gè)控制參數(shù)，得出每個(gè)控制參數(shù)在試驗(yàn)條件下的最佳控制范圍。

1.3 試驗(yàn)方法

絮凝水樣1000mL，六份，分別放入DC-506六槳攪拌機(jī)中在不同的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行攪拌，攪拌完成后靜沉2min，取樣，用SZD-2型智能化散射光濁度儀測試濁度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)濁度不同，選取各級(jí)各轉(zhuǎn)速下的最低濁度，取定轉(zhuǎn)速n和時(shí)間T，得出一級(jí)和二級(jí)絮凝試驗(yàn)中的各控制指標(biāo)值，通過比較得出如下結(jié)果:

(1)在 GT、GT/Re1/2、Eu、E1/3T 四個(gè)控制指標(biāo)中，GT值相對(duì)偏差最大，數(shù)值為 0.4;GT/Re1/2、Eu、E1/3T的相對(duì)偏差較小且接近，數(shù)值為0.05左右。因此GT/Re1/2、Eu、E1/3T在此試驗(yàn)條件下更適合作為絮凝的控制參數(shù)。

(2)二級(jí)絮凝試驗(yàn)的出水明顯優(yōu)于一級(jí)絮凝試驗(yàn)的出水，并且二級(jí)絮凝的絮凝時(shí)間也較單純的一級(jí)絮凝試驗(yàn)短。

2.1 三級(jí)絮凝反應(yīng)

進(jìn)行完二級(jí)絮凝試驗(yàn)，得出二級(jí)絮凝的最佳絮凝時(shí)間，控制最佳絮凝時(shí)間，繼續(xù)降低攪拌速度，進(jìn)行三級(jí)絮凝試驗(yàn)，取樣測量剩余濁度。下面為幾個(gè)典型的在不同的一級(jí)二級(jí)反應(yīng)轉(zhuǎn)速下三級(jí)絮凝試驗(yàn)nT與NTU的關(guān)系圖:

圖1 一級(jí)轉(zhuǎn)速120r/min時(shí)不同二級(jí)轉(zhuǎn)速的三級(jí)反應(yīng)的剩余濁度

圖2 一級(jí)轉(zhuǎn)速為160r/min時(shí)不同二級(jí)轉(zhuǎn)速下三級(jí)反應(yīng)的剩余濁度

圖3 一級(jí)轉(zhuǎn)速250 r/min時(shí)不同二級(jí)轉(zhuǎn)速下三級(jí)反應(yīng)的剩余濁度

圖4 一級(jí)轉(zhuǎn)速300 r/min時(shí)不同二級(jí)轉(zhuǎn)速下三級(jí)反應(yīng)的剩余濁度

通過圖1～4可以看出，不同轉(zhuǎn)速的絮凝反應(yīng)其規(guī)律是相同的，即在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)濁度最小值，是由于絮凝作用前期形成絮體較快[6]。當(dāng)絮體達(dá)到最大時(shí)去除濁度對(duì)應(yīng)最好。隨著攪拌的繼續(xù)進(jìn)行，絮體逐漸被破壞，圖中表現(xiàn)為:當(dāng)達(dá)到濁度最優(yōu)值之后，濁度相應(yīng)增加。則通過不同轉(zhuǎn)速下濁度的最小值點(diǎn)，選取nT，來確定轉(zhuǎn)速的最優(yōu)控制指標(biāo)。并且，三級(jí)反應(yīng)下的濁度要明顯的優(yōu)于一級(jí)、二級(jí)絮凝反應(yīng)濁度。

由三級(jí)絮凝最優(yōu)nT算出的各個(gè)控制指標(biāo)的最優(yōu)值，并將部分?jǐn)?shù)值整理于表1中。

由表1可以看出，轉(zhuǎn)速不同，各個(gè)水力條件隨之改變，絮體的形成過程受到影響，G值改變，相應(yīng)的GT 值發(fā)生改變，GT、GT/Re1/2、Eu、E1/3T 四個(gè)指標(biāo)都是nT的函數(shù)，四個(gè)指標(biāo)都會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。GT值的變化范圍比較大，相對(duì)來說，其它三個(gè)指標(biāo)的波動(dòng)范圍較小。由于轉(zhuǎn)速的減小，三級(jí)反應(yīng)的各指標(biāo)數(shù)值明顯的小于二級(jí)絮凝各指標(biāo)值。

表1 三級(jí)絮凝中各控制指標(biāo)最優(yōu)值

2.2 效果比較

三級(jí)絮凝中的各參數(shù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差與二級(jí)絮凝試驗(yàn)中各參數(shù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行比較，得出表2。

表2 中，GT 相對(duì)偏差值最大，GT/Re1/2、Eu、E1/3T的相對(duì)偏差值較小且接近。三級(jí)絮凝與二級(jí)絮凝比較得出:GT值的相對(duì)偏差變小，而GT/Re1/2、Eu、E1/3T三個(gè)指標(biāo)的相對(duì)偏差值變大，GT值與其它三個(gè)指標(biāo)之間的差距逐漸在縮小。

表2 二級(jí)、三級(jí)絮凝控制指標(biāo)的偏差值

2.3 最優(yōu)控制指標(biāo)確定

由表2，雖然各指標(biāo)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值之間的差值在逐漸縮小，但是GT的相對(duì)偏差值要比GT/Re1/2、Eu、E1/3T的大。因此，最優(yōu)的控制指標(biāo)為GT/Re1/2、Eu、E1/3T。

3 結(jié)論

(1)三級(jí)絮凝試驗(yàn)中，GT、GT/Re1/2、Eu、E1/3T 四個(gè)控制指標(biāo)，GT值相對(duì)偏差最大，GT/Re1/2、Eu、E1/3T的相對(duì)偏差較小且接近。三級(jí)絮凝與二級(jí)絮凝比較得出:GT值相對(duì)偏差變小的同時(shí)，GT/Re1/2、Eu、E1/3T三個(gè)指標(biāo)的相對(duì)偏差值變大，GT值與其它三個(gè)指標(biāo)之間的差值逐漸縮小。因此，隨著梯級(jí)絮凝反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，四個(gè)控制指標(biāo)的相對(duì)偏差值也逐漸縮小。

(2)三級(jí)絮凝試驗(yàn)的出水明顯優(yōu)于一級(jí)、二級(jí)絮凝試驗(yàn)的出水，并且三級(jí)絮凝的絮凝時(shí)間也較一級(jí)、二級(jí)絮凝試驗(yàn)短。

[1]劉玉哲，胡鋒平，楊競，等.強(qiáng)化混凝技術(shù)處理生活污水的試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34(6):132－136.

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[3]董芳.絮凝機(jī)理及絮凝劑發(fā)展概況[J].科技信息，2008(28):43，61.

[4]武道吉，吳濂河，修春海，等.水處理絮凝工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行[J].中國給水排水，2002，18(1):61 －64.

[5]王乃忠.絮凝效果控制指標(biāo)的選擇[J].中國給水排水，1989，5(6):38－40.

[6]滕建標(biāo)，丁愛中，BIGGS C.水處理絮凝動(dòng)力學(xué)模型研究進(jìn)展[J].凈水技術(shù)，2007，26(3):4－7.