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，用絮凝檢測儀進行了監測。結果表明，絮凝檢測儀的檢測值Ｒ可以有效地反映各種因素對一般濁度水混凝過程的影響。指出，絮凝檢測儀用于實驗或生產中一般濁度水的混凝監測。
　　關鍵詞： 一般濁度水；混凝；監測

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

　　傳統上，混凝效果都是通過燒杯攪拌試驗，檢測沉淀水濁度測定絮凝體粒徑分布、ζ電位等進行研究。由于沉淀水濁度指標不僅與混凝本身有關，而且還與沉淀操作、濁度測定條件等因素有關，所以用該指標評價混凝效果難免使結果產生誤差。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定是間歇式的，不能在線連續測量。例如，根據Coulter^[１]原理的顆粒測量技術以及應用光阻塞原理的Hiac計數器^[２]等各種各樣光散射顆粒測量手法，在很多情況下水樣都需要進行一定的稀釋，以避免顆粒重疊的影響以及絮凝體在通過Coulter孔口或Hiac計數器的檢測區被打碎的可能。并且，這些方法檢測的水樣體積都很小，測量的只是單個粒子的行為，測定結果還需作脈沖高度以分析處理，檢測操作費時費力。雖然ζ電位指標^[３]可以用流動電流（sc）代替（ζ電位與流動電流（sc）正相關，而流動電流目前可以在線連續檢測），但是ζ電位只是反映一般濁度水混凝效果的一個間接指標，況且隨著水源ζ電位已不對混凝起決定作用，故只以ζ電位為指標研究混凝過程也會產生一定的誤差。
　　本研究提出一種快速、可靠、可“聯機”操作的一般濁度水混凝過程的在線監測方法，為生產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顆粒凝聚成長為粗大、密實、高強度的絮凝休，故絮凝體平均粒徑檢測使用的絮凝體顆粒可以同時測量，測定手續簡便、快速。為了驗證絮凝檢測儀對絮凝體平均粒徑測量的準確性和可靠性，與絮凝檢測儀測量并平行地用顯微鏡攝影法對混凝過程中的絮凝體平均粒徑的變化進行了測定。

1．實驗方法和條件

1.1 實驗裝置

　　圖１是實驗室混凝試驗裝置。混凝槽為方形槽，有效容積6.8L.。攪拌采用DD60—2F型無線調速攪拌器。原水系容器。原水系高嶺土和哈爾濱市自來水按標準方法配制而成。混凝劑用精制硫酸鋁，用NaOH和HCI調pH值。絮凝體的平均粒均用絮凝檢測儀顯微鏡攝影法并行測量。絮凝體檢測儀的檢測值Ｒ（無量綱）可以相對地反映絮凝體平均粒徑大小^[４]，并有該值不受水樣檢測部分污染的影響，能夠實現在線連續檢測。試驗時微機和記錄儀同時自動記錄檢測值Ｒ。顯微鏡攝影法測量使用了OLYMPUS BHS 顯微鏡和PM—10ADS全自動顯微照像裝置。顯徽鏡的最大們倍數2000倍，可測量的最小粒徑為0.01μm。混凝試驗時，在用絮凝檢測儀在線連續測量的同時，每隔2min從混凝槽的取樣管取水樣5ml（取樣管見圖１，取樣點位于水面以下100mm處，與絮凝檢測儀的取樣水深相同），用顯微攝影裝置對水樣中的絮凝體進行顯微拍照。由顯微照片求絮凝體粒徑的方法是：用精密坐標紙量取各個粒徑照片的投影面積，將量取的各個絮凝體實際的投影面積用顯微鏡的放在倍數隊，即得到絮凝體實際的投影面積，由該值即可求絮凝體等投影面積粒徑（該粒徑，試驗中常用），認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進行研究。本研究認為混凝實驗中，所以絮凝體的形狀系數都相。
1.2 拌強度Ｇ值的計算
　　Ｇ值按文獻^[5]推薦的方法計算^[5]，即先由式（１）計算攪拌器的攪拌功率Ｗ，然后再由式（２）計算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—水的絕對粘度，㎏·s/m2
　　　　　V—攪拌槽內水樣體積,m³
　　圖１的試驗裝置中，攪拌葉片手水樣體積的幾何關系滿足式（１）的要求，故W的計算結果不需要修正。

2．一般濁度水混凝過程監測

　　試驗的原不濁度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是在上述條上進行混凝試驗，用絮凝檢測儀和顯微鏡攝影法并行監測絮凝體平均粒徑隨時間的變化情況。
　　圖２的試驗結果表明，絮凝體檢測儀的檢測值Ｒ與顯微攝影法測得的絮凝體平均粒徑具有很相關性。隨著混凝的進行，顯微攝影法測得的絮凝體平均粒徑逐漸增大，最后基本穩定在220μm左右。相應地絮凝檢測儀的檢測值Ｒ也隨著混凝的逐漸增大，最的穩定在3.1左右。平均粒徑達到最大時，檢測值Ｒ也基本達到最大值。由此可見，絮凝檢測儀的檢測值Ｒ可以很好地反映混凝過程絮凝體平均粒徑的變化 ，是評價混凝效果好示的準確、可靠的指標。而檢測值Ｒ的測定簡單、快捷，可以在連續操作，經顯微鏡攝影法測平均粒徑省時省力，具有不可可比擬的優越性。

3．不同條件下混凝過程的在線監控

　　為了進一步檢驗絮凝檢測儀對一般濁度水混凝過程監測的有效性和準確性，擬就各種混凝條件下的混凝過程，用絮凝檢測儀進行在線監測，考察各種條件對混凝效果的影響。在整理絮凝檢測儀的監測結果時，把各種條件檢測值Ｒ的最大值（R_m）作為指標進行考察，因為最大Ｒ值實質上它與最大成長的平均絮凝體粒徑對應。
3.1 不同投藥量混凝過程的在線監測
　　對混凝劑（AL₂(SO₄)₃·18H₂O）投量分別為1，3，6，12，20mg/L時的混凝過程，用絮凝檢測儀監測。圖3是由各個投藥量混凝過程監測結果整理得到的最大檢測值R_m與投藥量的關系。試驗的原水條件及攪拌條件同第2節。

　　由圖3可見了，隨著投藥量的改變，檢測值Ｒ的最大值R_m相應變化。在投藥量比較小時，隨著投藥量的增大，R_m值增大；R_m達到最大值后，隨投藥量的增在，R_m開始減少。這與燒杯攪拌試驗，以沉淀水濁度為指標進行混凝試驗研究所得到的結果完全吻合，表明以檢測值Ｒ為指標研究一般濁度水的混凝是有效的，從而進一步驗證了絮凝檢測儀在線連續監測一般濁度水混凝過程的準確性和可靠性。
3.2 不同攪拌條件混凝過程的監測
　　圖４是在不同慢速攪拌強度（G值分別為3.2,4.8,7.2,10.4,15.2,20.8,35）條件下，絮凝檢測儀監測到的最大R值――R_m的關系曲線。實驗時，快速攪拌的G值為106s^-1,攪拌時間為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驗。兩組的投藥量分別為3mg/L和14mg/L。
　　由圖4的實驗結果可見，兩組投藥量均在一個最佳的慢速攪拌強度范圍，在該范圍內R_m最大。當投藥量為3 mg/L時，最佳慢速攪拌強度――G值范圍偏大為15．2～20．8 s^-1當投藥量為14mg/L時，最佳慢速攪拌強度――G值范圍偏小為4．8～10．4 s^-1。合適的慢速攪拌強度即能使脫穩膠粒之間發生碰撞，又不致使絮凝體破碎，故從理論上講應該存在一個最佳慢速攪拌G值范圍。投藥量比較小的時，最佳值G范圍偏大，可能由于投藥量小時，生成的絮凝體粒徑小，強度大，抗剪能力強；而投藥量較大時，最佳G值范圍偏小，可能是由于此時生成的絮凝體粒徑大，強度小，抗剪力弱。圖4的實驗結果與上述分析相一致，故而更進一步地驗證了絮凝檢測儀在線連續檢測一般濁度水混凝過程的科學性。

4．結論

　　實驗結果表明，絮凝體檢測儀的檢測值R與顯微攝影法測得的混凝過程中絮凝體平均粒徑具有很好的相關性，并且絮凝檢測儀監測的投藥量、攪拌條件等對混凝的影響情況與傳統的燒杯攪拌試驗配合ζ電位測量的混凝過程的監測快速、簡便，可在線連續測量。因此，絮凝檢測儀可以用于一般濁度水的混凝研究及生產中的混凝監測或混凝控制。

參考文獻

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　　*此文曾刊載于1999年第3期的《工業用水與廢水》雜志