黑河水库低温低浊水强化混凝研究

摘要：针对黑河水库低温低浊水处理进行了絮凝搅拌试验，结果表明聚合氯化铝铁与改性水玻璃配合使用对于低温低浊水的处理效果明显。改性水玻璃投加比絮凝剂晚30s混凝较好。将滤池的反冲洗水回流使用有利于低温低浊水的处理，并可节省絮凝剂或助凝剂的投量，在运行中应尽量保持反冲洗水平稳回流状态。

关键词：低温低浊水 聚合氯化铝铁 活化硅酸

低温低浊水处理一直是饮用水处理行业的难点。低温低浊水难以处理的原因是，低温、低浊时水中杂质颗粒以微小的胶体分散体系分散在水中，稳定性很强，同时胶体颗粒间的排斥势能增大，使胶体颗粒脱稳困难，水的粘滞性提高，流动性差，不利于混凝剂在水中的扩散和水解。低浊时，单位水体中颗粒数量少，密度低，颗粒有效碰撞几率减少，形成的絮凝体细、少、轻、难于沉淀[1-2]。

1水处理存在的问题

南郊水厂位于西安市南郊，供水能力为50万m3/d，是西安市两座规模最大的地表水厂之一，水厂采用混凝、沉淀、过滤为主的常规处理工艺（如图1）。其水源来自黑河引水工程，水源为水库水，该水源在春冬季为低温低浊水。

图1 南郊水厂净水工艺流程

水厂生产过程中将沉淀池排泥水经浓缩离心脱泥后与滤池反冲洗水用水泵提升到原水配水口与原水混合。采用聚合氯化铝铁混凝剂（PAFC）为混凝剂，投加工业水玻璃作为助凝剂。随着城市供水量不断增加，该厂处于长期满负荷、短期超负荷运行状态，特别是在春冬季满负荷运行时，即使混凝剂投加量增加，出水浊度依然较平时有所升高。确保低温低浊期水质是该厂关注的重要问题。

2试验材料与方法

2.1试验水质

试验用水一种为黑河水库原水（简称原水），另一种为原水与回用水在进水口配水井的混合水（简称混合水），回用水量占原水量比例3%。回用水浊度32NTU，主要水质指标如表1所示。

2.2絮凝剂和助凝剂

混凝剂采用两种，一种为聚合氯化铝铁（PAFC），Al2O3含量为29.5%，其中Fe2O3含量为1.80%，盐基度为83.4%，另一种为聚合氯化铝（PAC），Al2O3含量为30.4%，盐基度为87.5%。

助凝剂选用两种，一种为工业水玻璃（未活化），另一种为改性硅酸。改性硅酸采用工业水玻璃加活化剂98%H2SO4配置而成，酸化度为80%，活化时间为30min，改性硅酸溶液质量分数为0.5%（以SiO2计）。

2.3试验方法和内容

浊度测量使用HACH 2100N浊度仪，混凝试验使用深圳中润ZR4-6搅拌机，搅拌机运行工况为快速搅拌400r・min-1，1min，中速搅拌100 r・min-1，5min，慢速搅拌30 r・min-1，10min，沉淀15min，从方杯上取样管取样检测浊度。

首先在不投加助凝剂的情况下，分别取PAFC和PAC进行试验，考察不同混凝剂对浊度去除效果的影响。然后分别以工业水玻璃和改性硅酸为助凝剂，选择最优的助凝剂。最后对原水和混合水进行对比，确定絮凝最佳条件。

3结果与讨论

3.1不同絮凝剂及其投量的影响

对原水在不加任何助凝剂的情况下，按2.3方法投加PAFC和PAC进行试验，试验如图2。

从图2可以看出，在投药量偏小的情况下，两种药剂的除浊效果相差明显，投加PAFC比投加PAC的普遍剩余浊度底。从形成矾花的来看，PAFC形成的矾花在中速搅拌前期已经非常明显，而PAC形成的矾花在中速搅拌中期逐渐形成。PAC形成的矾花细碎，PAFC形成的矾花密实，颗粒大，投加PAFC总体效果优于投加PAC。这可能是由于P A F C中兼顾铝盐和铁盐的优势，铁、铝离子协同作用，水解过程加快，絮体加大，净水效果加强 [3-4] 。

3.2助凝剂的筛选

在原水中投加12 mg・L-1的PAFC，以工业水玻璃和改性硅酸为助凝剂，按照2.3方法，测量剩余浊度，试验结果如图3。

由图3可以看出，投加工业水玻璃净水效果不佳，而投加改性水玻璃后，净水效果明显增强，絮体密实，沉淀后残余絮体少。这是由于水玻璃在加酸酸化过程中，游离出来的中性SiO2逐渐缩聚，经羟基和氧基桥联形成阴离子型的无机聚硅酸，聚合度增加，键变长，更容易发挥吸附架桥作用[5]。

3.3助凝剂加入时间的影响

在原水中投加混凝剂PAFC，助凝剂为改性水玻璃。混凝剂加入量为12 mg・L-1， 助凝剂加入量为4 mg・L-1，在快速搅拌开始后加入混凝剂后，随后在搅拌中不同时刻加入助凝剂（设快速搅拌开始时刻为 0s），混凝沉淀后测定其剩余浊度， 测试结果见表2。

从表2可以看出，在混凝剂加入后 30s左右时剩余浊度最低。如果先投加助凝剂，助凝效果不好。这是因为活化硅酸属阴离子型无机高分子，水体中的胶体通常也带负电荷，两者之间的静电斥力阻碍了吸附架桥作用。如果先投加混凝剂中和水中胶体颗粒所带的负电荷，降低其能峰，然后再加活化硅酸方能发挥吸附架桥作用，改善混凝过程[6].

3.4原水与混合水对比

为进一步确定最佳的净水效果，分别以原水和混合水为试验对象，考察了混凝剂加入量为12 mg・L-1， 助凝剂加入量为4 mg・L-1时，原水和混合水的处理情况，结果如图4所示。

从图4可以看出，混合水的剩余浊度较小，说明混合水中所加入的反冲洗水具有一定的助凝、絮凝能力，将反冲洗水回流使用有利于提高低温低浊水的处理效果[7]。

4结论与建议

① PAFC与改性水玻璃配合使用对于低温低浊水的处理效果明显，建议改性水玻璃比絮凝剂晚30 s投加。

② 将滤池的反冲洗水回流有利于低温低浊水的处理，并可节省絮凝剂或助凝剂的投量，因此，在运行中应尽量始终保持回流状态，避免时开时停的情况。要获得更加准确的数据以指导水厂的生产，还需做进一步的中试和现场试验。

参考文献：

[1]许葆玖.给水处理理论[M].北京： 建筑工业出版社，2000.8-20.

[2]王志勇.等低温低浊期生产废水直接回用试验研究[J]. 供水技术2012，6，27-29.

[3]王根礼.新型聚合聚合氯化铝铁絮凝剂的制备和应用研究 [D].上海：同济大学， 2003：9-10.

[4]胡勇有，宁寻安，周勤，等.聚合氯化铝铁的混凝性能[J ].环境科学与技术，2001，2：9-10.

[5]张东，乐林生，鲍士荣，等.活化硅酸活化与助凝机理研究[C].深圳，2004.

[6]潘海祥，任基成，熊珍奎等. 活化硅酸在低温、 低浊水库水处理中的应用 [J]. 水处理技术，2008.6，59-61.

[7]付昆明.等呼延水厂低温低浊水的絮凝试验研究[J]. 中国给水排水2008，6，39-46.

作者简介：薛长安（1975-），男，工程师，研究方向：水处理技术及水资源利用。