简介： 通过对白鹤嘴水厂工艺构造和运行工艺参数的分析，合理选择搅拌试验条件，提高搅拌试验和实际混凝过程的相似性，达到指导生产的目地。结果表明，在进水浊度为34.2~47.9NTU，水温在0~15℃的条件下，最佳理论聚合铝投加量为14mg/L，此时沉淀池出水浊度可控制在3NTU左右，滤池出水可达1NTU以下。
关键字：混凝试验 聚合铝 投药量
1. 概述
2001年武汉市自来水公司拟定了“十五”水质规划，要求在短期内，提高水厂出厂水水质，将浊度控制在1NTU以下。为了提高水厂出厂水水质，同时控制混凝剂的投加量，达到优质、节能的目的，故采用混凝搅拌试验确定最佳混凝剂投加量，以指导生产实践。但由于试验设备和实际构筑物的水力条件相差很大，工作原理存在着较大的差异，所以选择最佳的搅拌试验条件是试验指导生产的重要前提。白鹤嘴水厂化验室在近大半年的搅拌试验工作中，较系统地对生产工艺进行了分析，提高了搅拌试验模拟生产实际的准确性，取得了较满意的效果。
白鹤嘴水厂于1992年投产，设计能力25万立方米/日，实际供水15万立方米/日，水源取自汉江。其源水经提升后，聚合铝混凝剂由管道投加到反应池；单口池长20米, 设计反应时间25分钟,源水经反应池后到平流沉淀池,单口平流池长97米，宽17米,高4米,沉淀时间为2小时,单口产水量6.1万立方米/日。由于白鹤嘴水厂源水取自汉江底层，含沙量较大，沉淀池积沙较严重，而且实际生产能力没有达到设计能力，所以在实际操作中搅拌试验的工艺参数的选取要切合生产实际来进行。
2. 试验方法和材料
试验设备采用六杆搅拌机，混凝聚合铝混凝剂，源水取自水厂一泵房。源水水质和混凝剂配比如表1所示。
表1 试验原水水质和混凝剂配比
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源水浊度(NTU)
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34.2~47.9
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AI2O3含量(%)
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9.0
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源水总碱度(mg/l)
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142
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盐基度含量(%)
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89.6
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源水温度(oC)
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0~15
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矾液配制浓度(%)
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1.0
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源水pH值
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8.01~8.17
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稀释矾液水解时间(min)
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30
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根据水厂实际生产情况，计算试验各条件参数如下：
2.1 混合管道的流速
根据公式：V=Q /T×S，其中：Q=15万立方米/日，T=24小时，S=2.0平方米(混合管道截面积)，计算得混合管道流速V为0.83米/秒。
2.2 混合时间
根据公式：S=H/V，其中：H=18米（混合管长度），S=22秒，计算得混凝剂在管道中混合时间为22秒。
2.3 絮凝时间
用硝酸银滴定法，实测得絮凝时间为22分钟。
2.4 确定G值
白鹤嘴水厂采用池折板反应池，根据不同的水力条件分为a、b、 c、d四段，其折板和隔板的宽度比为0.8。在进水量不变的情况下，可以得出a、b、c、d每一段的宽度与流速成反比，流速与时间成正比，从而根据平均速度梯度G可以推出a、b、c、d每一段的G值。
根据公式： G= 
，
其中：γ—水的容重，为9.81×103(N/m3 )，
μ—水的运动粘度，为1.005×10-3(Pa·S)，
T—絮凝时间
h—总水头损失（0.22m）
求得平均速度梯度G为40S-1。
设a、b、c、d四段中b段G值为平均速度梯度，忽略排泥、积沙等因素的影响，结合工艺以及设计原理，确定搅拌试验反应部分四段的G值如表2所示：
表2 试验G值的确定
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A段
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B段
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C段
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D段
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G
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62.9
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40
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24.8
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17.6
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V （转／分）
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140
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100
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70
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54
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T （S）
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180
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270
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360
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480
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2.5 确定试验方法
根据计算所得G值以及各段工艺实际停留时间，确定混凝搅拌试验流程，如表3所示。
表3 试验参数
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阶段
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混合
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混合(投药)
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反应 1
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反应 2
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反应 3
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反应 4
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沉淀
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转速（转/分）
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200
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200
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140
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100
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70
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54
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0
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时间（min）
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0.3
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0.3
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3
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4.5
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6
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8
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10
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搅拌GT值
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2496
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44160
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13430
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22259
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29567
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36431
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0
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3. 试验结果
试验选取了6个投药量水平分别在0℃和15℃两个温度水平进行了试验，结果如图1所示。由图1可见，上清液浊度随着混凝剂投加量增大而下降，一般来说，厂沉淀池出水浊度保持在3NTU以下即可保证滤池出水浊度在1NTU以下，故选取上清液浊度为3NTU时的混凝剂投加量为最佳投药量，即14mg/L作为理论最佳投药量，根据水厂所用生产型混凝剂质量，换算成国家标准矾耗为16.8kg/kT。另外由图可见，温度对混凝效果稍有影响，但影响不大。
在试验结果的基础上，确定了实际生产中所需矾耗并进行了生产性试验，结果如图2所示。结果表明，混凝搅拌试验所得结果可以在生产性试验中得到很好的证明，在矾耗为16.6 kg/kT左右时，可以保证水厂沉淀池出水浊度在3~3.5NTU左右，相应滤池出水可以控制在1NTU以下。
4. 结论
通过对实际生产流程中各段工艺参数的详细检测，确定了混凝搅拌试验的试验参数并进行了小试试验，所得结果在生产性试验中得到很好验证。结果表明，在进水浊度为34.2~47.9NTU，水温在0~15℃的条件下，最佳理论聚合铝投加量为14mg/L，水厂生产型混凝剂标准矾耗为16.8kg/kT，此时沉淀池出水浊度可控制在3NTU左右，滤池出水可达1NTU以下。
图1 混凝剂投加量及温度对上清液浊度的影响
图2 生产性试验结果