曹翀 賈曉珊 王曉昌

( 西安冶金建筑學院)

在文獻〔1〕中筆者通過試驗資料分析，提出以GT/ 作為絮凝池的綜合指標。當原水濁度C o 一定時，該指標可以作為小型絮凝試驗結果推廣放大的依據(jù)。至于濁度，不少研究者早就注意到它對絮凝效果的顯著影響，并提出過一些包含濁度因素的絮凝指標 〔2、3〕 。
在我國，地面水源的濁度差異很大，即使同一水源，濁度變化也是很大的。實際的絮凝試驗很有必要考慮濁度的影響，此外，就某種絮凝池而言，也有必要搞清楚它對不同濁度的適用性。因此，在不同原水濁度下絮凝池綜合指標應取何種形式是一個值得研究的問題。

一、絮凝效果的測定方法

研究原水濁度對絮凝效果的影響，須先明確測定絮凝效果的方法。測定絮凝效果的方法有兩種:
1.攝影法取經(jīng)一定時間反應的水樣，置于特制的器皿中進行攝影，以測得水中絮凝體粒徑分布。根據(jù)絮凝體粒徑分布判定絮凝效果。
2.靜沉法水樣反應一定時間后，靜置沉降，取上清液測定剩余濁度，根據(jù)剩余濁度判定絮凝效果。
攝影法應按規(guī)定時間逐次取樣，其結果能準確地反映絮凝體粒度隨反應時間的變化，取得的資料可以直接與絮凝速度基礎式相驗證，因而是一種比較科學的方法。但是，這個方法須將水樣置入2mm深的淺玻璃皿，顯微攝影(或近拍攝影)后，逐個量度絮體尺寸。每次所取水樣中絮體個數(shù)不宜少于200粒 〔4〕 ，如果一個絮凝過程取8個水樣，整理資料的工作量就相當繁重。所以，此法只能用于專門研究。
靜沉法是國內外普遍采用的方法。其依據(jù)是相同的絮體粒度分布必有相同的沉降效果，因而能夠用上清液余濁間接反映絮凝效果。這種方法簡單易行，一般設備條件和技術水平均可操作。
然而，由于通過沉淀余濁來測定絮凝效果，某結果難免受到沉淀過程中某些因素的影響。人們都注意到無論是反應以后的絮凝體懸濁液還是未加藥反應的原水，在靜沉過程中都有可能發(fā)生重力絮凝(自然絮凝)現(xiàn)象。這種絮凝是由于顆粒粒度不同，沉速不同引起的速度梯度所致，且濃度愈高，重力絮凝作用愈顯著。由此可見，靜沉法測定結果實質上包含了兩種絮凝過程:反應池絮凝和靜沉重力絮凝，測定結果是二者的綜合效果。因為測定方法本身不可能將這兩種絮凝作用區(qū)分開，所以從嚴格的研究絮凝過程要求來看，靜沉法是不合用的。但是，考慮到工程實用性，實際的反應池后總要設置沉淀池，因而并不一定要求把兩種絮凝作用分開，所以靜沉法仍然是可行的。
有文獻指出，可能發(fā)生重力絮凝的條件是水中固體含量達到500mg/L 〔4〕 。若僅僅是為了測定固體粒度分布，為避免重力絮凝，可以采取稀釋法。但是，稀釋法對絮凝體這種特殊固體，操作上相當困難，不能推廣。故而，采用靜沉法時，必須考慮重力絮凝因素。

二、原水自然靜沉試驗

為了解重力絮凝的作用，首先觀察原水自然靜沉情況。
用高嶺土配制不同濁度的原水，高嶺土粒度分布如表1。平均粒徑為4.51μm，比實際原水粒度細(指多數(shù)水源)，關于這一點后面還要說明。

自然靜沉試驗以水溫10℃，沉降20min，水面下5cm深處取水樣，測定剩余濁度C s 。
當水溫非10℃時，可根據(jù)斯托克斯公式按照實際水溫的粘滯系數(shù)μt修正靜沉時間Tt

這樣就能保證不同水溫下靜沉效果的共同基準，即在不同水溫條件測得相當10℃水溫的靜沉效果，此為本文規(guī)定的標準靜沉試驗條件。
根據(jù)上述試驗方法測得不同初濁度C o 時的靜沉余濁C s ，并以余濁率ξ=C s /C o 作為參數(shù)，將實測C o 與ξ繪于雙對數(shù)坐標上，結果如圖1。

由圖1看出，當原水濁度較低時，不同原水濁度相應的余濁率處于某水平線附近，基本是一個定值。這一結果表明，盡管原水濁度不同，水中固體粒子數(shù)量不同同，各粒子直徑有大有小，但各粒的沉降互不影響，因而出現(xiàn)相同的余濁率。一般認為粒子互不影響的沉降是自由沉降狀態(tài)。
原水濁度較高時，余濁出現(xiàn)差異，而且差異程度隨原水濁度增加而加大。這就表明水中粒子在沉降過程中發(fā)生了“絮凝”現(xiàn)象。且當C o >250度時，存在ξ= 的關系，規(guī)律性相當明顯。
本試驗所用高嶺土粒度較細，濁度繼續(xù)增大，靜沉時已出現(xiàn)渾液面，沉降屬于另一種規(guī)律，不在本文研究范圍之內，故未列出這些數(shù)據(jù)。
綜上所述，原水在自然靜沉中呈現(xiàn)較強的規(guī)律性:濁度較低時，顆粒為自由沉降，余濁率接近某一常數(shù)；濁度較高時，出現(xiàn)重力絮凝作用，余濁率按 的規(guī)律驟減。這里不妨把具有前一種性質的原水叫做低濁度水，而把具有后一種性質的原水叫做中濁度水。
由于實際原水中形成濁度的固體粒度分布各不相同，故而不可能存在普遍意義的低、中濁度水定量界限值和余濁率表達式。筆者認為這個定量界限值和余濁率的計算并不是主要的，重要的是原水自然靜沉的這種規(guī)律性，使我們有可能根據(jù)低、中濁度原水的重力絮凝特點，分別建立適用的絮凝綜合指標。

三、考慮濁度因素的絮凝綜合指標

使用同一原水進行絮凝模型試驗或絮凝試驗時，可以不考慮濁度因素，余濁率與綜合指標有以下關系 〔1〕

的關系。
為推求(3)式的具體形式，采用幾何尺寸比為2: :1的一組方形攪拌槽，即文獻〔5〕中的1 # ～3 # 模型(有效容積K分別為96，34，12L)進行不同濁度原水的混凝試驗，原水同前，混凝劑采用硫酸鋁，投量根據(jù)燒杯攪拌試驗確定。

對應前面定義的低濁度區(qū)，取原水為25，50，75，100度四種濁度，中濁度區(qū)從250至2000度取八個濁度，各濁度用兩種攪拌速度分別在三個攪拌槽中進行試驗。試驗數(shù)據(jù)如按ξ～GT/ 關系整理得到如圖2形式的曲線(以下簡稱余濁率曲線)。試驗取得的余濁率曲線形式相同，下面以圖2的曲線為代表，對該類曲線進行分析。
反應時間較短(即GT/ 指標較小)時，余濁率呈直線規(guī)律，反應時間較長(指標值較大)時余濁率也是直線關系，中間有一個彎曲段。第一直線段因其反應時間甚短(例如圖2曲線，相當T<2min)，余濁率大于0.6，絮凝效果差。第二直線段反應時間長(如大于8min)余濁率基本不再變化，表明絮凝體已達到成長平衡，繼續(xù)延長反應時間不可能提高絮凝效果。研究這兩個直線段并沒有實際意義，因而把重點放在中間彎曲段。

將彎曲段數(shù)據(jù)按照不同濁度點繪在雙對數(shù)坐標上，如圖3。由圖3看出，各濁度的數(shù)據(jù)均成較好的直線關系，表明余濁率曲線彎曲段可用下式表示

式中，logθ(C o )是圖3中各直線的截距，顯然它是C o 的函數(shù)。m是各直線斜率。由數(shù)據(jù)初步整理發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)m值接近-1，故按m=-1整理得各濁度C o 時的θ(C o )，值列于表2。
θ(C o )值的差異表明了原水濁度對絮凝速度的影響。當原水濁度不同時，絮凝效果不僅與GT/ 有關，而且取決于C o 的函數(shù)θ(C o )值。為建立C o 對余濁率的關系，需將圖3結果作進一步整理。


將C o 與θ(C o )點繪于雙對數(shù)坐標上，如圖4。圖中低濁區(qū)與中濁區(qū)的C o 與θ(C o )關系分別接近直線規(guī)律，統(tǒng)計整理得

再把(6)、(7)式和m=-1代入(5)式得到低、中濁區(qū)余濁率曲線彎曲段表達式

式中L、M均為常數(shù)。
以上是適合本試驗條件的余濁率表達式。推廣到其它某種原水，只要形成濁度的固體粒度分布及特性相同，其不同濁度之間也應存在上述規(guī)律，即可以劃分為低濁區(qū)及中濁區(qū)，兩個

參數(shù)決定余濁率。當然，不同的原水，其濁度分區(qū)及各分區(qū)的L、M值可能不同，但這種共同的規(guī)律性是可以成立的。據(jù)此寫出余濁率的一般表達式

中濁度原水的絮凝綜合指標。

四討論

在GT指標的基礎上，引入水流雷諾數(shù)Re 的意義已做過專門討論 〔1〕 ，這里只對絮凝綜合指標中的原水濁度C o 進行討論。
低濁度原水由于固體粒數(shù)濃度甚低，故而不論是自然靜沉還是絮凝后靜沉，粒子互相碰撞結合的機率很小，重力絮凝作用都不明顯，可認為靜沉法測得的絮凝效果完全反映了反應池的絮凝效果。巴賓科夫的著作 〔2〕 介紹了如下結論:用水解混凝劑處理水的條件下，可以利用C o GT乘積作為準數(shù)。丹保則提出以無因次絮凝時間m值(m～C o GT)作為控制參數(shù) 〔3〕 。這些結論表明，反應池絮凝效果與原水濁度C o 成正比關系，在這一點上本文結果與前人的研究結果是一致的。
中濁度原水時，靜沉過程中的重力絮凝不能忽視，用靜沉法測得的是反應池絮凝和靜沉重力絮凝的綜合效果。絮凝綜合指標中C o 方次的升高，顯然是重力絮凝作用所致，也可以說是靜沉法造成的偏差。這種偏差對于研究純絮凝過程當然是不能接受的，因為它反映的不單純是絮凝過程本身的規(guī)律，還包括后繼的靜沉重力絮凝規(guī)律，所以又稱它為絮凝靜沉綜合指標。
既然不同尺寸反應池絮凝綜合效果(包括靜沉重力絮凝的影響)，在同一濁度區(qū)服從同一綜合指標，如(11)式，而該式實質上就是中濁度水絮凝的準數(shù)方程式，所以中濁度水絮凝靜沉現(xiàn)象存在相似性。前已述及，靜沉重力絮凝本身也存在相應的規(guī)律性，故而靜沉法測定的效果能夠間接表明反應池絮凝效果。
當然，靜沉法不能直接給出中濁度水反應池絮凝效果，但作為一種實用的測定方法是可以為人們所接受的。實際工程上并不一定需要求出純粹的反應池絮凝效果，因為水廠反應池后的沉淀池中必然也發(fā)生重力絮凝，所以只要能相對地推測或比較反應效果就足夠了。因此，中濁度水的絮凝綜合指標是具有實際意義的。

五、結論

由試驗結果和以上分析可得下列結論。
1.根據(jù)固體粒子在靜沉過程中重力絮凝影響程度的大小，可將原水進行濁度分區(qū)。靜沉過程中重力絮凝作用不明顯，粒子處于自由沉降狀態(tài)的原水可定義為低濁度水。靜沉過程中重力絮凝作用明顯，但未形成界面沉降的原水可定義為中濁度水。
2.考慮原水濁度的影響，適用于低濁度區(qū)

3.同一濁度區(qū)綜合指標相同，從而絮凝試驗的模擬范圍可以擴大。對一定原水，在某濁度下的絮凝試驗資料可用來推算該濁度區(qū)范圍內任一濁度的工作參數(shù)。
在做不同濁度原水絮凝試驗時，掌握投藥量規(guī)律是十分重要的，否則試驗結果就失去了可比性。限于篇幅，本文略去了這一方面的敘述。

參考文獻

〔1〕 曹翀等，《絮凝池綜合指標淺析》，中國給水排水，第3卷，第2期。
〔2〕 E.д.巴賓科夫，《論水的混凝》，郭連起譯，1981年。
〔3〕 丹保憲仁等，《フロツキ工レ—夕—の合理的設計》，水道協(xié)會雜志(日)，第431號。
〔4〕 大山義年，《化學工學》Ⅱ，巖波全書254，1964。
〔5〕 曹翀等，《絮凝池相似規(guī)律的探討(二)》，西安冶金建筑學院學報，1985.3。