于水利 李圭白

　　摘 要：本研究一般濁度水在各種條件下的混凝過程，用絮凝檢測(cè)儀進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，絮凝檢測(cè)儀的檢測(cè)值Ｒ可以有效地反映各種因素對(duì)一般濁度水混凝過程的影響。指出，絮凝檢測(cè)儀用于實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)中一般濁度水的混凝監(jiān)測(cè)。
　　關(guān)鍵詞： 一般濁度水；混凝；監(jiān)測(cè)

On-Line Monitoring of the Coagulation Process of Normal Turbidity Water
YU Shui-li LI Gui-bai

　　ABSTRACT In this study ,the coagulation process of normal turbidity water was monitored under various conditions of normal turbidity water were well reflected by the readout value R of the Flocculation Detector. It presented that Flocculation Detector can be used in monitoring the coagulation of normal turbidity water in laboratories or in the production.
　　Keywords normal turbidity water; coagulation; monitoring

0．前言

　　傳統(tǒng)上，混凝效果都是通過燒杯攪拌試驗(yàn)，檢測(cè)沉淀水濁度測(cè)定絮凝體粒徑分布、ζ電位等進(jìn)行研究。由于沉淀水濁度指標(biāo)不僅與混凝本身有關(guān)，而且還與沉淀操作、濁度測(cè)定條件等因素有關(guān)，所以用該指標(biāo)評(píng)價(jià)混凝效果難免使結(jié)果產(chǎn)生誤差。絮凝體粒徑分布可以很好地反映一般濁度水的混凝效果，但絮凝體粒徑分布的測(cè)定是間歇式的，不能在線連續(xù)測(cè)量。例如，根據(jù)Coulter^[１]原理的顆粒測(cè)量技術(shù)以及應(yīng)用光阻塞原理的Hiac計(jì)數(shù)器^[２]等各種各樣光散射顆粒測(cè)量手法，在很多情況下水樣都需要進(jìn)行一定的稀釋，以避免顆粒重疊的影響以及絮凝體在通過Coulter孔口或Hiac計(jì)數(shù)器的檢測(cè)區(qū)被打碎的可能。并且，這些方法檢測(cè)的水樣體積都很小，測(cè)量的只是單個(gè)粒子的行為，測(cè)定結(jié)果還需作脈沖高度以分析處理，檢測(cè)操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。雖然ζ電位指標(biāo)^[３]可以用流動(dòng)電流（sc）代替（ζ電位與流動(dòng)電流（sc）正相關(guān)，而流動(dòng)電流目前可以在線連續(xù)檢測(cè)），但是ζ電位只是反映一般濁度水混凝效果的一個(gè)間接指標(biāo)，況且隨著水源ζ電位已不對(duì)混凝起決定作用，故只以ζ電位為指標(biāo)研究混凝過程也會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。
　　本研究提出一種快速、可靠、可“聯(lián)機(jī)”操作的一般濁度水混凝過程的在線監(jiān)測(cè)方法，為生產(chǎn)和科研中有效地掌握和控制混凝過程開辟一條新的途徑。一般濁度水混凝的目的就是為了使水中雜質(zhì)顆粒凝聚成長(zhǎng)為粗大、密實(shí)、高強(qiáng)度的絮凝休，故絮凝體平均粒徑檢測(cè)使用的絮凝體顆?？梢酝瑫r(shí)測(cè)量，測(cè)定手續(xù)簡(jiǎn)便、快速。為了驗(yàn)證絮凝檢測(cè)儀對(duì)絮凝體平均粒徑測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性，與絮凝檢測(cè)儀測(cè)量并平行地用顯微鏡攝影法對(duì)混凝過程中的絮凝體平均粒徑的變化進(jìn)行了測(cè)定。

1．實(shí)驗(yàn)方法和條件

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

　　圖１是實(shí)驗(yàn)室混凝試驗(yàn)裝置?；炷蹫榉叫尾?，有效容積6.8L.。攪拌采用DD60—2F型無線調(diào)速攪拌器。原水系容器。原水系高嶺土和哈爾濱市自來水按標(biāo)準(zhǔn)方法配制而成?；炷齽┯镁屏蛩徜X，用NaOH和HCI調(diào)pH值。絮凝體的平均粒均用絮凝檢測(cè)儀顯微鏡攝影法并行測(cè)量。絮凝體檢測(cè)儀的檢測(cè)值Ｒ（無量綱）可以相對(duì)地反映絮凝體平均粒徑大小^[４]，并有該值不受水樣檢測(cè)部分污染的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)在線連續(xù)檢測(cè)。試驗(yàn)時(shí)微機(jī)和記錄儀同時(shí)自動(dòng)記錄檢測(cè)值Ｒ。顯微鏡攝影法測(cè)量使用了OLYMPUS BHS 顯微鏡和PM—10ADS全自動(dòng)顯微照像裝置。顯徽鏡的最大們倍數(shù)2000倍，可測(cè)量的最小粒徑為0.01μm?；炷囼?yàn)時(shí)，在用絮凝檢測(cè)儀在線連續(xù)測(cè)量的同時(shí)，每隔2min從混凝槽的取樣管取水樣5ml（取樣管見圖１，取樣點(diǎn)位于水面以下100mm處，與絮凝檢測(cè)儀的取樣水深相同），用顯微攝影裝置對(duì)水樣中的絮凝體進(jìn)行顯微拍照。由顯微照片求絮凝體粒徑的方法是：用精密坐標(biāo)紙量取各個(gè)粒徑照片的投影面積，將量取的各個(gè)絮凝體實(shí)際的投影面積用顯微鏡的放在倍數(shù)隊(duì)，即得到絮凝體實(shí)際的投影面積，由該值即可求絮凝體等投影面積粒徑（該粒徑，試驗(yàn)中常用），認(rèn)為該粒徑即為絮凝的粒徑。由于絮凝體徑有一定的分布，所以本研究擬以平均粒徑為指標(biāo)進(jìn)行研究。本研究認(rèn)為混凝實(shí)驗(yàn)中，所以絮凝體的形狀系數(shù)都相。
1.2 拌強(qiáng)度Ｇ值的計(jì)算
　　Ｇ值按文獻(xiàn)^[5]推薦的方法計(jì)算^[5]，即先由式（１）計(jì)算攪拌器的攪拌功率Ｗ，然后再由式（２）計(jì)算Ｇ值。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　W=14.35d^4.38n^2.69ρ^0.69μ^0.31（1）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　G=(W/μV)^0.5 （2）μ

　　式中： n—攪拌器轉(zhuǎn)速,r/min;
　　　　　 d—攪拌葉片的寬度,m;
　　　　　ρ—水的密度,1000/9.8㎏·S²/m4
　　　　　μ—水的絕對(duì)粘度，㎏·s/m2
　　　　　V—攪拌槽內(nèi)水樣體積,m³
　　圖１的試驗(yàn)裝置中，攪拌葉片手水樣體積的幾何關(guān)系滿足式（１）的要求，故W的計(jì)算結(jié)果不需要修正。

2．一般濁度水混凝過程監(jiān)測(cè)

　　試驗(yàn)的原不濁度45NTU,水溫12～13.5℃,Ph=7.2,投藥量為12mg/L。快速攪拌（150r/min,G=106S^-1）5min,慢速攪拌（48r/min,G=23S^-1）25min。

　　圖２是在上述條上進(jìn)行混凝試驗(yàn)，用絮凝檢測(cè)儀和顯微鏡攝影法并行監(jiān)測(cè)絮凝體平均粒徑隨時(shí)間的變化情況。
　　圖２的試驗(yàn)結(jié)果表明，絮凝體檢測(cè)儀的檢測(cè)值Ｒ與顯微攝影法測(cè)得的絮凝體平均粒徑具有很相關(guān)性。隨著混凝的進(jìn)行，顯微攝影法測(cè)得的絮凝體平均粒徑逐漸增大，最后基本穩(wěn)定在220μm左右。相應(yīng)地絮凝檢測(cè)儀的檢測(cè)值Ｒ也隨著混凝的逐漸增大，最的穩(wěn)定在3.1左右。平均粒徑達(dá)到最大時(shí)，檢測(cè)值Ｒ也基本達(dá)到最大值。由此可見，絮凝檢測(cè)儀的檢測(cè)值Ｒ可以很好地反映混凝過程絮凝體平均粒徑的變化 ，是評(píng)價(jià)混凝效果好示的準(zhǔn)確、可靠的指標(biāo)。而檢測(cè)值Ｒ的測(cè)定簡(jiǎn)單、快捷，可以在連續(xù)操作，經(jīng)顯微鏡攝影法測(cè)平均粒徑省時(shí)省力，具有不可可比擬的優(yōu)越性。

3．不同條件下混凝過程的在線監(jiān)控

　　為了進(jìn)一步檢驗(yàn)絮凝檢測(cè)儀對(duì)一般濁度水混凝過程監(jiān)測(cè)的有效性和準(zhǔn)確性，擬就各種混凝條件下的混凝過程，用絮凝檢測(cè)儀進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，考察各種條件對(duì)混凝效果的影響。在整理絮凝檢測(cè)儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果時(shí)，把各種條件檢測(cè)值Ｒ的最大值（R_m）作為指標(biāo)進(jìn)行考察，因?yàn)樽畲螅抑祵?shí)質(zhì)上它與最大成長(zhǎng)的平均絮凝體粒徑對(duì)應(yīng)。
3.1 不同投藥量混凝過程的在線監(jiān)測(cè)
　　對(duì)混凝劑（AL₂(SO₄)₃·18H₂O）投量分別為1，3，6，12，20mg/L時(shí)的混凝過程，用絮凝檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)。圖3是由各個(gè)投藥量混凝過程監(jiān)測(cè)結(jié)果整理得到的最大檢測(cè)值R_m與投藥量的關(guān)系。試驗(yàn)的原水條件及攪拌條件同第2節(jié)。

　　由圖3可見了，隨著投藥量的改變，檢測(cè)值Ｒ的最大值R_m相應(yīng)變化。在投藥量比較小時(shí)，隨著投藥量的增大，R_m值增大；R_m達(dá)到最大值后，隨投藥量的增在，R_m開始減少。這與燒杯攪拌試驗(yàn)，以沉淀水濁度為指標(biāo)進(jìn)行混凝試驗(yàn)研究所得到的結(jié)果完全吻合，表明以檢測(cè)值Ｒ為指標(biāo)研究一般濁度水的混凝是有效的，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了絮凝檢測(cè)儀在線連續(xù)監(jiān)測(cè)一般濁度水混凝過程的準(zhǔn)確性和可靠性。
3.2 不同攪拌條件混凝過程的監(jiān)測(cè)
　　圖４是在不同慢速攪拌強(qiáng)度（G值分別為3.2,4.8,7.2,10.4,15.2,20.8,35）條件下，絮凝檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)到的最大R值――R_m的關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)時(shí)，快速攪拌的G值為106s^-1,攪拌時(shí)間為5min，原水濁度45NTU，水溫12～13．5℃，pH＝7．2。共作了兩組不同投藥量的實(shí)驗(yàn)。兩組的投藥量分別為3mg/L和14mg/L。
　　由圖4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，兩組投藥量均在一個(gè)最佳的慢速攪拌強(qiáng)度范圍，在該范圍內(nèi)R_m最大。當(dāng)投藥量為3 mg/L時(shí)，最佳慢速攪拌強(qiáng)度――G值范圍偏大為15．2～20．8 s^-1當(dāng)投藥量為14mg/L時(shí)，最佳慢速攪拌強(qiáng)度――G值范圍偏小為4．8～10．4 s^-1。合適的慢速攪拌強(qiáng)度即能使脫穩(wěn)膠粒之間發(fā)生碰撞，又不致使絮凝體破碎，故從理論上講應(yīng)該存在一個(gè)最佳慢速攪拌G值范圍。投藥量比較小的時(shí)，最佳值G范圍偏大，可能由于投藥量小時(shí)，生成的絮凝體粒徑小，強(qiáng)度大，抗剪能力強(qiáng)；而投藥量較大時(shí)，最佳G值范圍偏小，可能是由于此時(shí)生成的絮凝體粒徑大，強(qiáng)度小，抗剪力弱。圖4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與上述分析相一致，故而更進(jìn)一步地驗(yàn)證了絮凝檢測(cè)儀在線連續(xù)檢測(cè)一般濁度水混凝過程的科學(xué)性。

4．結(jié)論

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，絮凝體檢測(cè)儀的檢測(cè)值R與顯微攝影法測(cè)得的混凝過程中絮凝體平均粒徑具有很好的相關(guān)性，并且絮凝檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)的投藥量、攪拌條件等對(duì)混凝的影響情況與傳統(tǒng)的燒杯攪拌試驗(yàn)配合ζ電位測(cè)量的混凝過程的監(jiān)測(cè)快速、簡(jiǎn)便，可在線連續(xù)測(cè)量。因此，絮凝檢測(cè)儀可以用于一般濁度水的混凝研究及生產(chǎn)中的混凝監(jiān)測(cè)或混凝控制。

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　　*此文曾刊載于1999年第3期的《工業(yè)用水與廢水》雜志