应用混凝沉淀工艺处理高色度地下水

　　摘要：某地地下水铁含量为0.08mg/L、锰含量为0.006mg/L，应用混凝沉淀工艺对该地下水进行处理取得了良好效果。混凝沉淀过程工艺条件为：混凝剂为三氯化铁，混凝剂投加量20mg/L；300r/min搅拌1min，70r/min搅拌12min，静沉时间35min。
　　关键词：混凝沉淀；色度；混凝剂；
　　本次实验用水铁含量为0.08mg/L、锰含量为0.006mg/L。水中铁、锰含量较低，可排除色度主要由铁、锰含量引起；初步判断该水体的色度很大程度上可能由溶解性有机物和静电胶体共同作用的结果，而非单因素造成的色度较高【1】[2]。
　　本试验处理主要围绕混凝沉淀处理工艺通过增加混凝剂投量并改善混凝条件的方法，提高常规工艺对天然水中静电胶体的去除效果。本试验在混凝沉淀理论的指导下，通过混凝剂的比选、最佳混凝剂投加量的确定、最佳混凝条件的优化进行试验研究，以期为工程实践提供理论依据。
　　1试验装置与方法
　　1.1仪器与试剂
　　DBJ-6型定时变速搅拌器、酸度计（PHS-3C）、TOC分析仪(日本岛津)、紫外可见光分光度计（美国瓦里安）等。
　　试验药剂：常规铁系混凝剂、常规铝系混凝剂、调节酸度的试剂（AR）。
　　1.2试验水样
　　实验用水水体呈淡黄色，感观较差，水样的主要水质情况见下表。
　　表1实验用水主要水质指标

　　　　1.3试验分析方法
　　本次试验的分析方法详见下表。

　　表2分析项目及方法
　　2混凝沉淀试验结果与分析
　　2.1混凝剂的比选试验
　　本实验预选4种无机混凝剂，分别为：聚合硫酸铝、聚合氯化铝铁、氯化铁、三氯化铁。4种药剂皆为粉末状固体，配置方法为：准确量取药剂1.0g，用少量蒸馏水溶解，置于1000mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度线。用上述方法配成的药剂浓度为1mg/mL。
　　取4份1000mL水样，分别加入上述浓度的药剂为10mL，以300r/min搅拌1min，100r/min搅拌10min，50r/min搅拌10min；静置沉降15min，在水面下2－3cm处取上层清液，用0.45微米膜过滤，考虑到微滤膜可能会吸附水体中的色度，过滤初期的10mL过滤液弃去，过滤液用稀释倍数法测定其色度。原水用稀释倍数法测定值为16倍，以蒸馏水为参比水样，平行测定3次，结果如表3所示。
　　表3药剂的选用倍数

　　从表3中可以看出，聚合氯化铝铁和三氯化铁处理效果比较明显。但考虑到饮用水体对铝盐的限制，本试验选用三氯化铁作为混凝剂。三氯化铁在处理过程中，形成的絮体大、絮凝速度快、沉降速度快，而且形成的微絮粒尺度较均匀，聚集能力强。
　　2.2最佳投加量的确定
　　取6个1000mL烧杯并注入1000mL原水，调节水样pH值为7左右，分别加入三氯化铁8、10、20、25、30、35mg/L，每次加药后快速搅拌1min，搅拌强度为300r/min，中速搅拌10min，搅拌强度为100r/min，慢速搅拌10min，搅拌强度为50r/min，静置15min后，在水面下2－3cm处取上层清液，用0.45微米膜过滤，用稀释倍数法测定滤出液色度，同时测定浊度，试验结果见图1及图2。

　　图1混凝剂的投加量对色度去除的影响

　　图2混凝剂的投加量对浊度去除的影响
　　实验结果表明，随着三氯化铁投加量的增加，处理后水样的色度逐渐降低，当三氯化铁的加入量大于20mg/L,色度去除率较高，浊度降低为零。从试验结果可以看出，在常规混凝条件下，少量的混凝剂无法将该水体中胶体颗粒脱稳，只有通过增加混凝剂的加入量，破坏胶体颗粒表面的有机涂层，降低胶体颗粒表面负电荷和双电层排斥作用，减小颗粒间的空间阻碍，达到有利于颗粒间的碰撞效果，才能使水中的胶体颗粒易于脱稳，从而有效去除水体的色度及浊度。
　　考虑到药剂投加量的经济性，选择药剂的最佳投加量为20mg/L。
　　2.3沉淀试验
　　取1000ml原水，调节pH值为7，投加15mg/L的三氯化铁，在300r/min条件下，剧烈搅拌混合1min，然后在100r/min下中速搅拌10min，慢速50r/min下慢速搅拌10min，在不同的沉淀时间，在水面下2－3cm处取上清液，用0.45微米的膜过滤，滤液测定浊度及色度，试验结果见图3。
　　
　　图3静沉时间对水体色度去除的影响
　　试验结果表明，随着沉淀时间的延长，水体色度逐渐降低，浊度的检测结果都趋向零。从图3可以看出，沉淀时间超过35min后，色度趋向稳定值。综上试验结果并考虑实际应用，沉淀时间取35min为宜。
　　2.4搅拌试验
　　为了便于在实际过程中的应用，工程中通常将搅拌过程分为快速混合和慢速搅拌两个阶段，其中快速搅拌在管式静态混合器中完成，本节主要探讨慢速搅拌强度对混凝过程的影响。
　　取原水调节pH值为7，投加20mg/L的三氯化铁，在300r/min条件下，剧烈搅拌混合1min，在不同的搅拌强度下慢速搅拌15min，静沉35min后，在水面下2－3cm处取上清液，用0.45微米的膜过滤，滤液测定浊度及色度，试验结果见图4。

　　图4搅拌强度对色度去除的影响
　　由图4可见，搅拌强度对混凝反应过程影响较大，选择合理的搅拌强度，将促进微粒间的接触碰撞，提高混凝效果，有利于矾花的充分生成及絮体的沉降。从上图可以看出，在搅拌强度为70r/min下，处理后水色度最低；因而对于本试验而言，搅拌强度选择70r/min为宜。

　　2.5搅拌时间试验
　　在确定搅拌强度的前提下，采用不同的搅拌时间，其它条件不变的条件下，测定处理后水样的色度，试验结果见图5。
　　
　　图5搅拌时间对色度去除的影响
　　由图5可见，搅拌时间对于混凝反应的充分程度有直接的影响，搅拌时间过短，混凝反应不充分，絮体间的碰撞几率小，因而产生的矾花细小且松散；过长的搅拌时间可能会破坏已形成或沉降的絮体结构，还增加了搅拌能耗，综上试验结果，搅拌时间取12min为宜。
　　2.6最佳混凝条件
　　综上试验结果，最佳混凝条件见表4。
　　表4最佳混凝试验条件

　　3结论
　　①通过烧杯试验表明原水的最佳混凝沉淀条件为：混凝剂为三氯化铁；投加量20mg/L；300r/min快速搅拌1min，70r/min慢速搅拌12min；静沉时间35min；
　　②混凝沉淀工艺对混凝条件要求较高，本次试验过程中出现过用离心泵循环搅拌而未出现矾花的现象，建议在设计中混凝沉淀单元应满足剧烈混合和慢速搅拌两个过程的水力条件，为形成矾花絮体创造最佳反应条件。在实际工程设计中，剧烈搅拌建议采用多级管式混合器实现，慢速搅拌采用机械搅拌的方式。
　　③由实验2.2节可见，水体色度随混凝剂加入量的增加而减小，试验中最大混凝剂的加入量为30mg/L，试验水样未发生再稳现象，因而实际运行过程中，随原水色度波动导致出水色度不理想时，可适量增加混凝剂的投加量，以达到理想的出水。
　　参考文献：
　　[1]齐文启等.痕量有机污染物的监测[M].北京：化学工业出版社，2001.1-34
　　[2]孙昕等.饮用水预臭氧化技术的进展[J].给水排水,2002,28(4):7-9

《应用混凝沉淀工艺处理高色度地下水》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 应用混凝沉淀工艺处理高色度地下水

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-9737