赫俊國¹，李永民²， 徐力群¹，王鶴立¹， 趙錳¹?
（1.哈爾濱建筑大學 多相工藝研究中心， 黑龍江 哈爾濱 150008；2.大慶石油管理局供水公司，黑龍江大慶163453）

　　摘　要： 分析了大慶某水廠低溫高濁高堿度原水的成因和水質特性，通過處理該特種水質的生產性試驗確定了合理的工藝參數，并成功地利用原設施進行了提高負荷、改善水質的生產性改造，取得了一定的經濟效益和社會效益。?
　　關鍵詞： 給水處理； 低溫高濁高堿度； 生產性改造
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼： C
　　文章編號：1000-4602(2000)03-0044-03


1 低溫高濁高堿度水的成因

　　大慶某水廠的水源為龍虎泡水庫，每年夏季，該水庫都經引水渠道從嫩江中部引水。龍虎泡是天然形成的庫區，最大面積113km²。水庫內最初原有堿水約3×10⁸m³，pH 值為9.02～9.48，總礦化度2500mg/L，屬HCO₃^-型水。嫩江來水水質pH為8.5，礦化度100mg/L。受季節影響，該水源地濁度、溫度變化較大，濁度在10～1 500NTU之間，pH值8.6～9.4，溫 度1～20 ℃，礦化度600 mg/L左右。形成該特殊水質的主要原因是地理環境，由于①龍虎泡 水庫位于風口，并且取水泵站設在迎風面上；②該水庫處于鹽堿地帶，在庫底存有20～30cm厚的堿泥；③水庫面積大，深度較淺，最深處達10m，最淺處不足1.0m；因而在每年的4月中旬至5月初水庫表面冰雪融化期和每年的11月末到12月中旬水庫表面初結冰期，形成了 給水處理中極特殊的低溫高濁高堿度水質期。

2 水質特性和處理機理

　　為了考察高濁期原水的沉降特性，在1998年的低溫高濁期取原水進行了沉降分析。靜沉結果表明，原水靜沉24 h的濁度去除率為11.6%。在濁度為300NTU以上時，該靜沉率變化不大；濁度低于300NTU時靜沉率隨原水濁度的降低而下降。由此可知，原水中的濁度主要由膠 體形成，懸浮物的含量低，因此高濁期對原水進行預沉處理并不會有效降低原水濁度。?
　　低溫、高濁、高堿度對水體的顆粒凝并碰撞和沉降影響較大。據研究，低溫期水中膠體顆粒 電位升高，約為中溫時期的2倍左右，膠體間靜電斥力增大，穩定性增強；水的粘滯性增加 ，顆粒運動的阻力變大，碰撞困難；顆粒的布朗運動減弱，微粒的惰性增強；因低溫動力粘 滯系數變大，顆粒的極限沉降速度變小，因而濁度去除率降低。原水濁度升高導致水體的粘 滯系數變大，雖然顆粒的總體碰撞次數增加，但有效碰撞的比例下降。由于高堿度的影響， 膠團的外表面較為光滑，類似光滑球，即使在表面電層壓縮脫穩后，受內部堿度的影響該脫 穩膠團仍較光滑，因此只有相應增加混凝劑量才能將其吸附捕捉。?
　　在低溫高濁高堿度水的處理中，混凝劑水解的產物在水體中進行亞微觀擴散的程度是控制處理效果的制約因素。把混凝劑投入到該水體中，由于混凝劑的水解產物向鄰近水體細部擴 散的速度慢，在未進入水體細部時便被附近的膠體顆粒吸附捕捉，吸附后膠體脫穩，形成 小的絮凝體，擴散阻力的增大導致均勻擴散時間的延長，致使部分區域混凝劑分子集中，而局部又無混凝劑的水解分子，這造成過反應與反應脫穩不完善的雙重現象共存。在混凝劑集 中的地方礬花長大較快，形成松散的礬花聚結體，隨著推流的進行，該類型絮體極易破碎，出現局部過反應現象。而局部絮凝不完善的原因一是混凝劑集中區域顆粒迅速不合理長大，導致未脫穩的膠體失去了脫穩的機會；二是擴散速度跟不上已脫穩膠體的絮凝速度。由此導致了低溫高濁期膠體脫穩不完善和過反應現象，直接影響了沉淀的效果，影響沉淀池出水水質。?
　　生產性試驗應用了渦旋混凝低脈動沉淀給水處理技術，相應設備有管式微渦混合器、小孔眼格網、小間距斜板沉淀設備。混合工藝由管式微渦混合器實現，通過造成微渦漩，利用微渦 漩的離心慣性效應來實現多相物系中的顆粒遷移，克服亞微觀傳質阻力，增加亞微觀傳質速率，促進亞微觀傳質。該設備可使水流形成高比例、高強度的微漩渦，減小亞微觀傳質阻力，增強動量和質量傳遞，完善的亞微觀細部傳質使得膠體脫穩而有凝并聚合的趨向。小孔眼格網與反應池的過流空間在形成一定的剪切力梯度后，保證脫穩后的膠體碰撞凝并長大，同時 格網形成的剪切力使礬花保持一定的密實度和抗剪切強度，進入沉淀池的顆粒具有一定的尺 度大小和密實度可為高效率去除濁度提供有效保證。小間距斜板抑制了礬花沉降中的脈動干擾，同時使沉淀面積與排泥面積相等，無側向約束不積泥。較小的間距可以保持礬花的高去除率，小間距斜板間阻力增大使配水更趨均勻，避免短流，其獨特的排泥特性使淺池的優化運行得以保證，并使水廠運行的抗沖擊負荷能力增強。

3 生產性改造

　　水廠共有10組反應沉淀池，單組原設計負荷2.5×10⁴m³/d。1997年10月至11月對10^＃反應沉淀池進行了應用新技術的生產改造。在改造中，拆除了原工藝設備，安裝了與新技術相匹配的設備，其中反應池是依據原池的現狀，通過布設不同孔徑和距離的格網來控制水流的流態，使格網、廊道及轉彎處的動力條件滿足慣性參數控制。于1998年春季的低溫高濁高堿度期開始運行。?

　　

　　造后藥劑選用硫酸鋁+活化硅酸(或聚丙烯酰胺)，硫酸鋁采用藥劑廠原液，不加稀釋。
　　在試驗中，采用了電磁流量計測量沉淀池日累積出水量，藥劑投加采用計量泵+流量計，沉淀池出水濁度采用HACH公司NTU濁度儀測量。在實際運行中的對比結果見圖1～4。

　　

　　

　　 新原工藝對比說明：?
　　① 1998年低溫高濁高堿期較1997年同時期濁度高，堿度大，處理難度增加。
　　② 新工藝平均產水量1117.1m³/h(原工藝平均產水量609.3m³/h)，較原工藝平均提高了83.3%，且新工藝產水量超過原設計負荷。
　　③ 試驗中新工藝藥劑單耗量與原工藝大致相當。
　　④ 新工藝的沉淀池出水在3NTU以內，原工藝沉淀池出水在4.0～12.1NTU。

4 結論

　　① 渦漩混凝低脈動沉淀給水處理技術對低溫高濁高堿度水的處理是行之有效的。該技術揭示了多相物系傳質碰撞的動力學致因——慣性效應。
　　② 在低溫高濁高堿度水處理中亞微觀傳質擴散是混合的關鍵，通過造成高比例高強度的微渦漩，利用微小渦漩的離心慣性效應可以保障藥劑瞬間進入水體細部，使膠體脫穩瞬時、充分。?
　　③ 對反應池中水流的全程進行合理有效的動力控制，可以提高單位時間內顆粒的碰撞凝并程度，即使高堿度的影響也可有效利用混凝劑而避免藥劑浪費。?
　　④ 格網的布設有三個作用，一是形成微渦漩，使顆粒碰撞凝并，二是利用過網的剪切使絮體保持一定的壓實度，三是為一些流動過程中破碎的礬花重新聚集提供了水力條件。合理的格網布設可以減弱低溫和高濁的影響。?
　　⑤ 小間距斜板為礬花的沉降提供了良好的水力條件，這在低溫期顆粒極限沉速變小的情況下作用尤為突出。同時斜板的材質、支撐及角度保證了沉泥的快速徹底排除，從而保證高濁期運行的沉淀效果，具有較強的抗沖擊負荷能力。

參考文獻：
［1］ 王紹文.慣性效應在絮凝中的動力學作用［J］.中國給水排水，1998，14(2 )：13-16.
［2］ 赫俊國.慣性效應理論在特種水質處理中的試驗研究［D］.哈爾濱建筑大學. 1997.

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電　話： (0451)5646472?
收稿日期：1999-10-12