攪拌試驗(yàn)誤差分析與對(duì)策

楊妍龔， 喬龍君， 胡增寶

(合肥供水集團(tuán)有限公司，安徽合肥230011)

攪拌試驗(yàn)是模擬混合、絮凝和沉淀等工藝過(guò)程的經(jīng)典方法，被廣泛應(yīng)用于水廠設(shè)計(jì)、生產(chǎn)控制和科學(xué)研究等方面[1]。在生產(chǎn)控制方面，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)水廠都通過(guò)開(kāi)展攪拌試驗(yàn)以指導(dǎo)日常生產(chǎn)中的混凝劑投加和工藝工況判斷，因此其準(zhǔn)確性尤為重要。

國(guó)內(nèi)關(guān)于攪拌試驗(yàn)的研究比較少，早期主要集中在攪拌器的選擇、G值的計(jì)算等方面，攪拌機(jī)商品化后主要是模擬生產(chǎn)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇和優(yōu)化[1-6]。攪拌試驗(yàn)誤差的相關(guān)研究不多，一般地，誤差來(lái)源于參數(shù)設(shè)置與生產(chǎn)實(shí)際的一致性、儀器的誤差和人員操作的誤差。筆者討論了相同工藝參數(shù)條件下的隨機(jī)誤差，以確定合理的投加梯度和最佳投量，從而科學(xué)合理地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，為相似水廠攪拌試驗(yàn)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

ZR4-6六聯(lián)攪拌機(jī)，TSZ濁度儀，MS104S電子分析天平，聚合氯化鋁鐵(液體，氧化鋁含量9.8%，氧化鐵含量0.7%)。

1.2 實(shí)驗(yàn)水樣

實(shí)驗(yàn)采用合肥某水庫(kù)原水，水質(zhì)如表1所示。

表1 原水水質(zhì)Tab.1 Quality of source water

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1攪拌機(jī)程序設(shè)置

混合：以250 r/min轉(zhuǎn)速攪拌2.5 min；絮凝： 以75 r/min轉(zhuǎn)速攪拌9 min；沉淀時(shí)間：20 min。

1.3.2實(shí)驗(yàn)步驟

用量筒量取1 L實(shí)驗(yàn)水樣分別加入攪拌機(jī)的6個(gè)燒杯中，再用刻度管吸取等量聚合氯化鋁鐵加入攪拌機(jī)的6個(gè)加藥管中，再用純水將其稀釋至5 mL處。攪拌開(kāi)始時(shí)立即手動(dòng)加藥，加藥完成后，迅速向6個(gè)加藥管中加入純水至3 mL處潤(rùn)洗，并將潤(rùn)洗液加入攪拌燒杯中，潤(rùn)洗2次。沉淀結(jié)束后，取液面下5 cm處水樣50 mL檢測(cè)濁度。以上試驗(yàn)重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 相同投加量下的沉淀出水濁度誤差分析

進(jìn)行聚合氯化鋁鐵投加量分別為15，25和35 mg/L的3組攪拌試驗(yàn)，每組試驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果如表2至表4所示。

表2 投加15 mg/L聚合氯化鋁鐵的沉淀出水濁度Tab.2 Turbidity of the sedimentation effluent with PAFC dosage of 15 mg/L

表3 投加25 mg/L聚合氯化鋁鐵的沉淀出水濁度Tab.3 Turbidity of the sedimentation effluent with PAFC dosage of 25 mg/L

表4 投加35 mg/L聚合氯化鋁鐵的沉淀出水濁度Tab.4 Turbidity of the sedimentation effluent with PAFC dosage of 35 mg/L

根據(jù)《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋 正態(tài)樣本離群的判斷和處理》(GB/T 4883—2008)，采用Grubbs法進(jìn)行可疑值判斷，所有檢測(cè)結(jié)果均未出現(xiàn)可疑值，表明儀器各攪拌槳的攪拌效果不存在明顯差異，試驗(yàn)結(jié)果可信。攪拌試驗(yàn)沉淀出水濁度在3 NTU以下時(shí)，相同試驗(yàn)條件下的濁度的相對(duì)平均偏差在7.8%以內(nèi)。因此，由濁度最低或最佳值判斷的凈水劑最佳投加量也會(huì)受濁度誤差影響。

2.2 凈水劑投加量梯度的確定

在相同條件下，對(duì)同一原水進(jìn)行不同投加量梯度的攪拌試驗(yàn)，沉淀出水濁度與凈水劑投加量之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 不同投加梯度下的沉淀出水濁度 Fig.1 Turbidity of precipitated effluent under different dosage gradients

由圖1可知，攪拌試驗(yàn)沉淀出水濁度在3 NTU以下時(shí)，相同試驗(yàn)條件下濁度的相對(duì)平均偏差在7.8%以內(nèi)，凈水劑投加量梯度為2和10 mg/L時(shí)，部分相鄰?fù)都恿康某恋沓鏊疂岫鹊恼`差范圍存在重合現(xiàn)象，例如投加量為24 mg/L的沉淀出水濁度0.83±0.06 NTU與投加量26 mg/L的0.74±0.06 NTU，投加量為35 mg/L的沉淀出水濁度0.42±0.03 NTU與投加量45 mg/L的0.43±0.03 NTU；而投加量梯度為5 mg/L的曲線中未出現(xiàn)濁度在誤差范圍內(nèi)重合的現(xiàn)象。因此，建議攪拌試驗(yàn)中凈水劑投加量梯度應(yīng)考慮出水濁度的誤差，本次攪拌試驗(yàn)中凈水劑投加量梯度宜為5 mg/L左右。

2.3 最佳投加量的確定

在最佳投加量選擇試驗(yàn)中，一般以濁度-加藥量曲線上濁度最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的凈水劑投加量為最佳投加量。原水?dāng)嚢柙囼?yàn)的濁度-加藥量曲線如圖2所示。

圖2 濁度-投加量曲線Fig.2 Turbidity-dosage curve

從圖2可知，出水濁度最低為0.37 NTU，對(duì)應(yīng)的投加量為40 mg/L，而沉淀出水濁度誤差為±7.8 %，對(duì)應(yīng)濁度-加藥量曲線上的投加量為5 mg/L，因此可以認(rèn)為此次攪拌試驗(yàn)的凈水劑最佳投加量為40±5 mg/L。

2.4 生產(chǎn)應(yīng)用

2022年4月，在合肥某水廠每天進(jìn)行2次最佳投加量試驗(yàn)，按最佳效果點(diǎn)選擇法評(píng)判，結(jié)果以兩次平均值計(jì)，然后與生產(chǎn)實(shí)際單耗比較，結(jié)果如圖3所示。

圖3 最佳投加量攪拌試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際單耗對(duì)比Fig.3 Comparison between the experimental results of optimal mixing and the actual unit consumption

1個(gè)月的對(duì)比表明，83.3%的攪拌試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際單耗的差值在±5 mg/L以內(nèi)，攪拌試驗(yàn)?zāi)茌^好地指導(dǎo)生產(chǎn)。

3 結(jié)論

① 由于試驗(yàn)誤差的存在，相同工藝參數(shù)條件下的攪拌試驗(yàn)沉淀出水濁度也會(huì)有明顯差異，試驗(yàn)表明攪拌試驗(yàn)沉淀出水濁度在3 NTU以下的誤差范圍在7.8%以內(nèi)。

② 攪拌試驗(yàn)時(shí)，凈水劑投加量梯度應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)誤差選擇適宜范圍，本試驗(yàn)投加梯度宜在5 mg/L左右。

③ 考慮到試驗(yàn)誤差，攪拌試驗(yàn)最佳投加量應(yīng)與濁度-投加量曲線上最佳濁度誤差范圍相對(duì)應(yīng)。以此方法與生產(chǎn)實(shí)際藥耗比較，攪拌試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際單耗相差在±5 mg/L以內(nèi)占83.3%，能較好地指導(dǎo)生產(chǎn)。