正交法優化污水混凝實驗的研究

張瀟予

摘 要：本文以可溶性淀粉懸濁液模擬原水，以聚合氯化鋁（PAC）作為絮凝劑，聚丙烯酰胺（PAM）為助凝劑，利用正交實驗法對污水混凝的最佳實驗條件進行了優化研究。結果表明，污水的pH值是影響混凝效果的最重要因素，當pH為7，PAC的投加量為0.25g/L，PAM的投加量為0.01g/L，快速攪拌轉速為300r/min（1min）時，對污水的處理效果最好，此時濁度的平均去除率為99.61%。

關鍵詞：正交實驗最佳混凝條件濁度去除率

混凝實驗是第45屆世界技能大賽水處理技術項目的主要競賽模塊之一，通過燒杯攪拌實驗對污水絮凝條件進行優化，最終確定最佳實驗方案。混凝技術是污水處理中最為常用的方法。它是通過向污水中投加混凝劑，使細小的懸浮顆粒和膠體微粒聚集成較粗大的顆粒而沉淀，得以與水分離，從而污水得到凈化[1]。混凝反應是一個很復雜的過程，常常受到混凝劑種類、混凝劑投加量、水力條件（攪拌強度和時間）、pH值和水溫等因素的影響[2]。正交實驗則是解決多因素對比問題的一種常用的數學方法，常用來對混凝實驗進行優化研究[3-4]。本文在前期單因素實驗的基礎上，利用正交實驗法對影響混凝效果的混凝劑投加量、pH值、助凝劑投加量和水力條件等四個因素進行優化研究，以此得到最佳混凝條件。

一、實驗部分

1.試劑：聚合氯化鋁（PAC），分析純，天津市大茂化學試劑廠;聚丙烯酰胺（PAM），分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司;可溶性淀粉，分析純，天津市大茂化學試劑廠;丙三醇，分析純，天津市大茂化學試劑廠;1mol/L鹽酸溶液;1mol/L NaOH溶液。

2.儀器：ZR4-6智能型六聯攪拌機，深圳市中潤水工業技術發展有限公司;雷磁WZB-170便攜式濁度儀，上海儀電科學儀器股份有限公司。

3.實驗方法及步驟

實驗用水以可溶性淀粉溶于自來水并加入適量甘油穩定24h，水質外觀為白色渾濁液，濁度為385.2NTU，水溫28℃，pH值為6。污水混凝處理采用燒杯攪拌法，在前期的單因素實驗的基礎上，確定了最佳混凝劑為PAC，PAC最佳投加量為14mL，最佳pH值為7，助凝劑PAM最佳投加量為6mL，水利條件為快速400r/min（1min）、中速200r/min（2min）、慢速80r/min（11min）。現采用四因素三水平的L9（34）正交實驗確定最佳混凝條件，因素水平表見表2。用污水的濁度去除率作為評價指標，對正交實驗結果進行極差分析。

二、實驗結果與分析

每組實驗燒杯均取600mL原水，使用的混凝劑和助凝劑濃度分別為10g/L PAC、0.1% PAM。正交實驗結果見表2。

根據極差分析法，極差越大，說明該因素對實驗效果影響越大，由表4可以看出，影響混凝效果的因素主次順序為：B>A>D>C，及pH值>PAC投加量>PAM投加量>快攪轉速。其中，水力條件只改變了快攪轉速。水樣的pH值對混凝效果影響最大，混凝劑和助凝劑投加量的影響相差不大。根據混凝機理[1]，pH對膠體顆粒表面電荷的Zeta電位、絮凝劑的性質和作用等均產生影響，選擇適宜的pH值，可以顯著降低混凝劑的用量，節約成本，且處理效果好。由實驗結果可知，pH值升高，濁度去除率降低，這是因為聚合氯化鋁水解后生成的氫氧化鋁膠體在堿性條件下易溶解，從而影響混凝效果[5]。

結語

1.各因素對混凝效果影響的強弱順序為：pH值>PAC投加量>PAM投加量>快攪轉速。

2.以聚合氯化鋁為混凝劑的燒杯攪拌實驗的最佳混凝條件為：PAC的投加量為0.25g/L，pH值為7，PAM的投加量為0.01g/L，快速攪拌轉速為300r/min，1min。此時濁度平均去除率為99.61%。

參考文獻

[1]成官文.水污染控制工程[M].北京：化學工業出版社，2016.

[2]王東升，劉海龍，晏明全等.強化混凝與優化混凝：必要性、研究進展和發展方向[J].環境科學學報，2006，26（4）.

[3]劉亮.正交實驗法確定印染廢水最佳混凝條件的研究[J].甘肅科技，2007，23（6）.

[4]張延風.燒杯攪拌試驗條件的最優化[J].企業開發技術，2014，33（10）.

[5]樊開清，王勇，楊麗平.混凝控制條件的正交優化研究[J].環境科學與管理，2011，36（7）.