密云水庫水源水強化絮凝試驗研究 趙志軍 方先金 郄燕秋 提要：針對近幾年密云水庫水質發生的變化，結合北京市第九水廠現有水處理工藝的實際運行情況及存在問題，擬通過強化絮凝試驗研究，篩選出適用于密云水庫水源水的助凝劑，并優化出凝聚劑與助凝劑的最佳投加量、投加點等。
關鍵詞：強化絮凝 凝聚劑 助凝劑 1 前言 密云水庫是北京市城市供水最重要的地表水水源，近幾年來由于干旱，進庫水量不斷減少，帶來水庫水質的變化，總氮和藻類含量明顯增加。總氮已由原來的地表水Ⅰ-Ⅱ類，變成現在的地表水Ⅱ-Ⅲ類，個別季節總氮超標達Ⅲ-Ⅳ類。水源水質的變化對北京市第九水廠工藝運行及供水水質產生了一定影響。第九水廠二、三期工程均采用波形板水力絮凝和波形斜板沉淀工藝，該池型具有效率高、占地省等優點。但水源水質的變化，影響了絮凝效果，加藥后形成的絮體細小、密實度差，沉淀池污泥沉降性能降低，從而引起沉淀池斜板堵塞、濾池工作周期縮短等問題。針對上述問題，在對原水水質及沉淀污泥綜合分析評價的基礎上，結合第九水廠現有水處理工藝的實際運行情況，開展了投加助凝劑，強化絮凝，以改善污泥沉降性能，降低沉淀池出水濁度，減輕濾池負擔，提高出水水質為主要目的的試驗研究。
本文主要介紹該課題的部分研究成果。試驗研究中通過比選三種不同類型的聚丙烯酰胺助凝劑，篩選出適用于目前密云水庫水源水的助凝劑，并優化出凝聚劑與助凝劑的最佳投加量、投加點等。 2 試驗方案 整個試驗研究分燒杯試驗和生產性小試兩個階段進行，試驗參數按第九水廠二、三期工程現有工藝參數確定，凝聚劑和助凝劑選擇目前第九水廠正在使用或具備大規模生產條件安全可靠的產品。
2.1 試驗原水水質
2.1.1 燒杯試驗原水水質
燒杯試驗期間原水為密云水庫水，其水質詳見表1。 燒杯試驗原水水質一覽表 表1 | 日期 | 水溫（℃） | 濁度（NTU） | PH | 藻類（萬個/L） | 備注 | | 2003.7.21～2003.9.1 | 18.5～23.0 | 2.23～5.60 | 7.80～8.49 | 390.8～533.1 | 夏季試驗 | | 2003.12.8～2004.2.17 | 3.0～5.5 | 0.66～1.74 | 8.07～8.47 | 150.92～349.1 | 冬季試驗 |
2.1.2 生產性小試原水水質
因受取水和第九水廠凈水廠來水的影響，生產性小試期間試驗原水有所變化。2004年4月5日～2004年6月8日為密云水庫水，2004年6月9日～2004年8月4日為密云水庫水（預加高錳酸鉀），8月25日～9月16日為混摻水[3/4密云水庫水（預加氯），1/4平谷地下水]。試驗原水水質詳見表2。 生產性小試試驗原水水質一覽表 表2 日期 | 水溫
(℃) | 濁度
(NTU) | pH | 色度
(度) | 嗅味 | 顆粒數（個/mL） | 備 注 | | 2μm | 5μm | 10μm | 15μm | 30μm | 50μm | | | 4.5～6.8 | 9.5～24 | 0.60～ 1.95 | 8.02～8.73 | ＜5～10 | 一級弱～一級強 | 1354～11886 | 265～2590 | 19～431 | 0～ 131 | 0～20 | 0～20 | 從密云取水廠用水車拉水 | | 6.9～8.4 | 17.5～22.5 | 0.87～2.31 | 7.84～8.72 | 25～＞50 | 一級～三級 | 2297～9298 | 604～4781 | 129～1124 | 24～468 | 1～20 | 0～34 | 從凈水廠內配水井取水(取水廠預加KMnO40.6～1.4 mg/L) | | 8.25～9.16 | 20.5～24.5 | 1.59～2.80 | 7.66～6.8 | 5～10 | 一級～二級強 | 5414～18585 | 2541～6504 | 376～1124 | 122～394 | 4～18 | 1～6 | 從凈水廠內配水井取水（取水廠預加氯1.0～1.5 mg/L），且摻入1/4平谷地下水 |
（1）混合： 快速攪拌1min，轉速380轉/分，G=163s-1；
（2）絮凝： 中速攪拌2min，轉速250轉/分，G=87s-1；
慢速攪拌4min，轉速140轉/分，G=37s-1；
慢速攪拌8min，轉速90轉/分，G=19s-1；
總GT值約38000
（3）靜沉5、10、15、20、25、30min。
2.2.2 生產性小試 試驗規模為1m3/h，試驗裝置主要參數參照第九水廠二、三期生產工藝確定，試驗流程如圖1所示。 
2.2.3 檢測項目
日常檢測項目有濁度、水溫、PH、色度、嗅味、顆粒數。
不定期檢測：藻類、水質全分析。 3 試驗內容、結果 3.1 燒杯試驗內容、結果
燒杯試驗分夏季試驗和冬季試驗兩個階段，共進行了500多組，取得了約6000多個濁度數據、30多組藻類數據等。
3.1.1 聚丙烯酰胺投加量對去濁效果的影響
通過對國內目前凝聚劑、助凝劑使用情況的調查，結合第九水廠實際運行現狀，并經初步摸索，確定PAC投加量為1.0mg/L，PAM投加量為0.05～0.10mg/L。試驗中先投加PAC，投加量為1.0mg/L，混合后1.5min（第一絮凝階段前端）投加PAM，投加量分別為0.05、0.06、0.08、0.10mg/L，試驗結果見表3、表4。
原水中僅投加PAC 1.0mg/L，不投加PAM，試驗中觀察到：水中絮體細小、輕飄，既便是形成較大的絮體，也是結構松散，較難沉淀。冬季試驗，對于低溫低濁水，細小的絮體懸浮在水中，更不易沉淀。 陰離子聚丙烯酰胺（PAM-）投加量試驗結果 表3 助凝劑投加量（mg/L） | 0.00 | 0.05 | 0.06 | 0.08 | 0.10 | 夏季試驗 | 原水 | 濁度2.23~3.19NTU，水溫18.5~20.5℃，PH8.05~8.30 | | 靜沉30min上清液濁度（NTU） | 0.74 | 0.55 | 0.41 | 0.49 | 0.45 | | 去除率（%） | 72.08 | 78.89 | 85.54 | 81.85 | 84.60 | | 冬季試驗 | 原水 | 濁度0.66~1.20NTU，水溫3.0~5.5℃，PH8.07~8.47 | | 靜沉30min上清液濁度（NTU） | 0.53 | 0.46 | 0.47 | 0.46 | 0.44 | | 去除率（%） | 46.28 | 57.03 | 56.58 | 57.01 | 58.88 |
陽離子聚丙烯酰胺（PAM+）投加量試驗結果 表4 助凝劑投加量（mg/L） | 0.00 | 0.05 | 0.06 | 0.08 | 0.10 | | 夏季試驗 | 原水 | 濁度2.23~3.19NTU，水溫18.5~20.5℃，PH8.05~8.30 | | 靜沉30min上清液濁度（NTU） | 0.69 | 0.48 | 0.37 | 0.39 | 0.38 | | 去除率（%） | 73.05 | 81.15 | 88.72 | 86.11 | 87.15 | | 冬季試驗 | 原水 | 濁度0.66~1.20NTU，水溫3.0~5.5℃，PH8.07~8.47 | | 靜沉30min上清液濁度（NTU） | 0.53 | 0.30 | 0.28 | 0.30 | 0.31 | | 去除率（%） | 44.75 | 61.87 | 66.19 | 62.15 | 61.55 |
原水中先投加PAC 1.0mg/L，1.5min后（第一絮凝池前端）投加少量PAM，經觀察：水中絮體明顯增大，沉淀速度加快，靜沉5min后，絮體明顯下沉，上清液很快變清。上清液濁度均低于不投加PAM的情況。對于試驗原水，陰離子聚丙烯酰胺（PAM-）或陽離子聚丙烯酰胺（PAM+）投加量為0.05～0.10mg/L時，均有一定的助凝效果。其中PAM-夏季試驗投加量為0.06mg/L時效果最好，去除率達到85%以上；冬季試驗投加量為0.10mg/L時效果最好，去除率接近60%。而PAM+無論是夏季試驗還是冬季試驗，均是投加量為0.06mg/L時效果最好，夏季的去除率能達到88%以上，冬季的去除率在65%以上。
從表3與表4試驗結果比較可知：無論是夏季還是冬季，在相同條件下，投加PAM+比投加PAM-的出水效果要好，其靜沉30min的上清液濁度平均約低0.15NTU。
3.1.2 聚丙烯酰胺投加點對去濁效果的影響
試驗中先投加PAC，投加量為1.0mg/L，然后在PAC投加后0.5、1.5、3.5、7.5min（對應混合、第一絮凝、第二絮凝、第三絮凝階段前端）分別投加PAM，投加量均為0.06mg/L，試驗結果見表5。
試驗結果表明，PAM不宜在混合階段投加，而宜在第一、二絮凝階段前端投加，此時投加助凝效果較好，出水上清液濁度降低較為顯著，其去除率可達85%以上。 聚丙烯酰胺投加點對去濁效果的影響 表5 | 投加方式 | PAC投加量1.0mg/L，PAM投加量0.06mg/L | | PAM投加點 | 混合 | 第一絮凝前端 | 第二絮凝前端 | 第三絮凝前端 | | 原水 | 濁度2.23NTU，水溫20.5℃，PH8.1~8.4 | | PAM- | 靜沉30min上清液濁度（NTU） | 0.45 | 0.35 | 0.35 | 0.37 | | 去除率（%） | 76.40 | 85.45 | 85.55 | 81.05 | | PAM+ | 靜沉30min上清液濁度（NTU） | 0.39 | 0.33 | 0.35 | 0.36 | | 去除率（%） | 82.61 | 88.90 | 87.18 | 85.89 |
3.1.3 投加聚丙烯酰胺對污泥沉降性能的影響
在試驗中可以觀察到：投加聚丙烯酰胺，水中絮體增大，絮體明顯下沉，上清液很快變清。為考察污泥沉降性能變化，在靜沉過程中，每間隔5min取樣測上清液濁度，不同沉淀時間上清液濁度變化如圖2所示。 
圖2 不同沉淀時間上清液濁度變化曲線之一
從圖2可知：投加PAM+，前5min濁度的降低速率明顯高于僅投加PAC的工況，濁度降低速度較大說明污泥沉降性能較好。從圖中還可以看出，投加PAM+，靜沉7min后就接近最終上清液濁度，說明此時沉淀效率較高。而僅投加PAC，大約需要20min后上清液濁度才趨于穩定，這種情況說明沉淀效率較低。同時可以看出，不投加PAM+時的濁度降低速率明顯低于投加PAM+時的情況，且穩定后的上清液濁度也較高。
3.1.4強化絮凝與藻類去除的關系
試驗中對強化絮凝與藻類去除的關系進行了研究，經強化絮凝、沉淀，藻類的去除效果見表6。 強化絮凝與藻類去除效果的關系 表6 | 凝聚劑 | 名稱 | PAC | PAC 2415 | PAC 6415 | | 投加量（mg/L） | 1.0 | 1.0 | 1.0 | | 助凝劑 | 名稱 | PAM- | PAM+ | 高錳酸鹽復合劑 | 高錳酸鹽復合劑 | | | | 投加量（mg/L） | 0.06 | 0.06 | 2.0 | 2.0 | | | | 投加點 | 第一絮凝前端 | 第一絮凝前端 | 第一絮凝前端 | 混合前 | | | | 原水 | 濁度4.15~4.80NTU，水溫22~23℃，PH值8.10~8.30，藻類390萬個/L、5門15屬 | | 靜沉30min上清液 | 濁度（NTU） | 0.78 | 0.56 | 0.65 | 0.70 | 0.46 | 0.33 | | 藻類 | 總數（萬個/L） | 120.0 | 76.9 | 92.3 | 101.5 | 43.1 | 36.9 | | 門數 | 3 | 3 | 3 | 3 | 2 | 2 | | 屬 | 5 | 5 | 6 | 6 | 2 | 2 | | 去除率（%） | 69.29 | 80.32 | 76.38 | 74.03 | 88.97 | 90.56 |
從表6試驗結果可以看出，藻類總數與上清液濁度呈正相關關系，當藻類總數低時，上清液濁度也相應低，反之，當藻類總數高時，上清液濁度也相應較高，可見藻類對出水濁度影響較大。通過計算分析，藻類總數與上清液濁度呈線性關系，R2=0.9616。強化絮凝既能降低上清液濁度，也能提高藻類的去除率，減少藻類的門屬。檢測結果表明，上清液中殘留的藻類以綠藻居多，藍藻基本去除，殘留少量隱藻、硅藻。
3.2 生產性小試試驗內容、結果
為了考察燒杯試驗成果對第九水廠水質改善的可能性，在燒杯試驗成果的基礎上進行了生產性小試。試驗根據聚丙烯酰胺的分類，選用陽離子、陰離子、非離子型三種聚丙酰銑胺作為助凝劑分別進行動態混凝沉淀試驗。生產性小試從2004年4月初開始，連續運行至9月末，10份又進行了補充試驗。共安排進行了50多個濾程試驗，取得了包括濁度、色度、嗅味、顆粒數、PH值等上萬個數據，此外還進行了50多組藻類檢測和不同工況的試驗原水、沉淀池出水、濾池出水的水質全分析。
3.2.1 聚丙烯酰胺投加量對出水濁度和濾程的影響
（1）陽離子聚丙烯酰胺投加量對出水濁度和濾程的影響
本試驗考察了PAC投加量為0.7mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L時陽離子聚丙烯酰胺不同投加量對出水濁度和濾程的影響，試驗結果見表7。 陽離子聚丙烯酰胺投加量對出水濁度和濾程的影響 表7 | PAC投加量（mg/L） | 0.7 | 1.0 | 1.5 | | PAM+投加量（mg/L） | 0.10 | 0.05 | 0.10 | 0.05 | 0.10 | | 沉淀池出水濁度（NTU） | 0.63 | 0.46 | 0.28 | 0.65 | 0.53 | | 煤濾池出水濁度（NTU） | 0.048 | 0.038 | 0.038 | 0.055 | 0.072 | | 煤濾池濾程（h） | 33.5 | 52 | 36 | 47.5 | 28 |
注：試驗日期6月9日～8月4日，試驗原水水溫17.5～22.5，其它詳見表2。
從表7中可以看出，當PAC投加量為0.7mg/L，陽離子聚丙烯酰胺投加量為0.10mg/L，濾程較短為33.5h；當PAC投加量為1.0mg/L時，陽離子聚丙烯酰胺投加量為0.05mg/L時，沉淀池出水濁度為0.46NTU，濾池出水濁度為0.038NTU，去濁效果較好，煤濾池濾程可達52h，過濾周期較長。試驗還表明，當PAC投加量為1.0mg/L，若陽離子聚丙烯酰胺由0.05mg/L增加至0.10mg/L時，濾程分別為52h和36h，過濾周期減少16h；當PAC投加量為1.5mg/L時，陽離子聚丙烯酰胺投加量為0.05mg/L和0.10mg/L時，則濾程分別為47.5h和28h，過濾周期減少14.5h。由此結果可以看出，以陽離子聚丙烯酰胺作助凝劑時，在低投加量0.05mg/L時去濁效果較好，且濾程長。
（2）陰離子聚丙烯酰胺投加量對出水濁度和濾程的影響
本試驗考察了PAC投加量為1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L時，陰離子聚丙烯酰胺不同投加量對出水濁度和濾程的影響，試驗結果見表8。 陰離子聚丙烯酰胺投加量對出水濁度和濾程的影響 表8 | PAC投加量（mg/L） | 1.0 | 1.5 | 2.0 | | PAM-投加量（mg/L） | 0.05 | 0.10 | 0.05 | 0.10 | | 沉淀池出水濁度（NTU） | 1.17 | 0.88 | 0.60 | 0.49 | | 煤濾池出水濁度（NTU） | 0.118 | 0.080 | 0.63 | 0.035 | | 煤濾池濾程（h） | 48.50 | 53.15 | 55.45 | 62 |
注：試驗日期6月9日～8月4日，試驗原水水溫17.5～22.5，其它詳見表2。 試驗結果表明，陰離子聚丙烯酰胺作助凝劑時，其投加量宜為0.10mg/L，煤濾池出水濁度較好，過濾周期較長。
（3）非離子型聚丙烯酰胺投加量對出水濁度和濾程的影響
本試驗還考察了PAC投加量為0.7mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L時，非離子型聚丙烯酰胺不同投加量對出水濁度和濾程的影響，試驗結果見表9。 非離子聚丙烯酰胺投加量對出水濁度和濾程的影響 表9 | PAC投加量（mg/L） | 0.7 | 1.0 | 2.0 | | 非離子型PAM投加量（mg/L） | 0.10 | 0.10 | 0.05 | | 沉淀池出水濁度（NTU） | 0.61 | 0.84 | 0.41 | | 煤濾池出水濁度（NTU） | 0.067 | 0.121 | 0.052 | | 煤濾池濾程（h） | 26.5 | 31 | 46 |
注：試驗日期6月9日～8月4日，試驗原水水溫17.5～22.5，其它詳見表2。 從表9可以看出，當PAC投加量為2.0mg/L，非離子型聚丙烯酰胺投加量為0.05mg/L時，煤濾池出水濁度為0.052，濾程可達46h，過濾周期較長效果好。
3.2.2 聚丙烯酰胺投加點對出水濁度和濾程的影響
試驗中先投加凝聚劑，PAC投加量分別為1.0mg/L和1.5mg/L，在投加PAC 0min 、1.13min、5.5min、9.9min后（分別對應混合、第一絮凝、第二絮凝、第三絮凝階段前端）再分別投加PAM+，投加量為0.05mg/L，試驗結果見表10。
從表10中可以看出，PAM作為助凝劑與凝聚劑同時投加效果不好，不宜在混合階段投加，也不宜在第三絮凝階段前端投加；而宜在第一絮凝、第二絮凝階段前端投加。在第一絮凝、第二絮凝階段前端投加PAM效果較好，煤濾池出水濁度較低，分別為0.038NTU、0.050NTU，煤濾池出水每L中2μm和5μm粒徑的顆粒物也最少，表明出水水質好，同時煤濾池的濾程可長達52h和47.5h。 聚丙烯酰胺投加點對出水濁度和濾程的影響 表10 | PAC投加量（mg/L） | 1.0 | 1.5 | | PAM+投加量（mg/L） | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | | PAM+投加點 | 混合 | 第一絮凝前端 | 第二絮凝前端 | 第三絮凝前端 | | 濾池出水濁度（NTU） | 0.54 | 0.038 | 0.055 | 0.057 | | 濾程（h） | 37 | 52 | 47.50 | 36 | | 濾池出水2μm顆粒數（個/L） | 650 | 117 | 345 | 281 | | 濾池出水5μm顆粒數（個/L） | 153 | 26 | 112 | 117 |
注：試驗日期6月9日～8月4日，試驗原水水溫17.5～22.5，其它詳見表2。 3.2.3 不同類型聚丙烯酰胺對出水濁度和濾程的影響
本試驗考察了三種不同類型聚丙烯酰胺對出水濁度和濾程的影響，試驗結果見表11。
試驗結果表明：
（1）當PAC投加量1.0mg/L，聚丙烯酰胺（陽、陰、非）投加量為0.05 mg/L時，陽離子聚丙烯酰胺去濁效果和煤濾柱濾程均優于陰離子和非離子聚丙烯酰胺。
（2）當PAC投加量0.7mg/L，聚丙烯酰胺（陽、陰、非）投加量增大至0.10 mg/L時，則陰離子聚丙烯酰胺的去濁效果和濾程優于陽離子和非離子聚丙烯酰胺。
（3）在PAC投加量0.7mg/L、1.0mg/L，聚丙烯酰胺（陽、陰、非）投加量0.05 mg/L、0.10 mg/L時，非離子聚丙烯酰胺的去濁效果和濾程均低于陽離子型和陰離子型聚丙烯酰胺。 不同類型聚丙烯酰胺對出水濁度和濾程的影響 表11 | PAC投加量（mg/L） | 0.7 | 1.0 | | PAM投加量（mg/L） | 0.10 | 0.05 | | PAM+ | 煤濾柱 | 出水濁度（NTU） | 0.048 | 0.038 | | 濾程（h） | 33.5 | 52.0 | | PAM- | 煤濾柱 | 出水濁度（NTU） | 0.048 | 0.118 | | 濾程（h） | 41.7 | 48.5 | | 非離子型PAM | 煤濾柱 | 出水濁度（NTU） | 0.067 | 0.121 | | 濾程（h） | 26.5 | 31.0 |
注：試驗日期8月25日～9月16日，試驗原水水溫20.5～24.5，其它詳見表2。 4 試驗結果分析 4.1 不同類型的聚丙烯酰胺投加量分析
有機高分子聚丙烯酰胺（PAM）分子量從300萬～2000萬不等，按其所帶電荷的不同又分為陽離子、陰離子和非離子型。
陽離子聚丙烯酰胺具有很長的分子鏈，由于分子側鏈上含有極性酰胺基團（-CONH2），這種極性酰胺基團具有一定的活性，可與許多物質親和，易于借氫鍵作用在顆粒表面吸附與架橋，形成大顆粒絮體而加速沉淀。由于陽離子型聚丙烯酰胺具有正電荷，正電荷對膠體顆粒有強烈的電中和作用，陽離子型分子量又高于其他類型，分子長度大，可以在較遠距離的膠體顆粒間架橋，同時又能利用大數量級的長鏈在水中巨大的比表面積，可在吸附粒子之間架橋，增大吸附與架橋機率，使數個甚至數十個粒子連接在一起，易形成大顆粒絮體從而加速沉淀。所以即使密云水庫水源水濁度低，可供吸附與架橋的顆粒少，但當陽離子聚丙烯酰胺在低投加量0.05mg/L時就能提高沉淀池去濁效果，減輕濾池負荷，還能使煤濾池出水濁度降低，從而延長煤濾池的過濾周期。
陰離子聚丙烯酰胺屬陰離子有機高分子聚合物，水中的膠體顆粒帶負電荷，通常處于穩定狀態。投加陰離子聚丙烯酰胺后可壓縮雙電層，使膠體顆粒的穩定性降低，在分子引力作用下，通過吸附膠體顆粒在大分子長鏈的架橋作用，使數個甚至數十個粒子連在一起形成絮團，易于沉淀。密云水庫為低濁水，可供吸附與架橋顆粒少，陰離子聚丙烯酰胺投加量過少（如0.05mg/L），不足以將膠體顆粒架橋連接，只有投加量增至0.10mg/L時，才能有較好的效果。該試驗結果與實際工程中陰離子聚丙烯酰胺投加量比陽離子聚丙烯酰胺高的事實是一致的。因此，根據試驗結果，建議對于密云水庫為水源的水處理中陰離子聚丙烯酰胺投加量為0.10mg/L，以保證良好的去濁效果，延長濾池工作周期。
非離子型聚丙烯酰胺不帶離子型官能團，它與陽、陰離子聚丙烯酰胺相比，絮凝性能受原水PH值和鹽波動的影響小，在中性或堿性條件下，其絮凝效果不如陽、陰離子型，但若在酸性條件下，其絮凝效果較好。密云水庫水PH為7.84～8.72，偏于堿性，所以非離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果較陽離子和陰離子型聚丙烯酰胺差。
4.2 聚丙烯酰胺投加點分析
無論是燒杯試驗還是生產性小試，試驗結果均表明，PAM不宜在混合階段投加，而宜在第一、二絮凝階段前端投加。
這是因為助凝劑聚丙烯酰胺在混合階段投加時，由于劇烈的攪拌，過強的剪切力會使高聚合物分子鏈斷裂，另外過早投入PAM，水中的細小絮體尚未形成，PAM無法吸附絮體，不能發揮其架橋能力，從而影響絮凝效果。過遲投加則由于輸入能量不足，卷曲狀的大分子鏈不能充分展開拉長，使聚丙烯酰胺的吸附架橋網捕作用及時間不充分，不能得到充分的發揮，效果也欠佳。而在第一絮凝、第二絮凝階段細小的絮體已經形成，并仍保留有足夠的輸入能量，這時投加PAM能充分發揮聚丙烯酰胺的吸附架橋網捕作用，因而效果較好。
4.3 投加聚丙烯酰胺對污泥沉降性能的影響分析
聚丙烯酰胺為高分子有機聚合物，具有較高的分子量，分子鏈較長，它的酰胺基（-CONH2）可與許多物質親和、吸附形成氫鍵。由于其具有極性基團——酰胺基，易于借氫鍵作用，在其表面吸附細小絮體。此外，PAM大分子量的長鏈在水中具有巨大的吸附表面積，能利用長鏈在絮體之間架橋，使絮體變得致密，從而改善輕小結構的絮凝過程，加速絮體的沉淀，使上清液濁度明顯降低。
第九水廠二、三期的波形斜板沉淀池有效沉淀時間約13min左右，在現有工藝設計條件下，投加助凝劑可以改善污泥沉降性能，提高沉淀出水水質。
4.4 投加聚丙烯酰胺對去濁和除藻的影響分析
藻類屬于膠體物質，直徑約在6μm，天然水中的膠體通常是帶負電荷，凝聚劑（PAC）的水解物可壓縮藻類表面的雙電層，當適量投加助凝劑（PAM）時，PAC水解物可在藻類顆粒之間吸附架橋，從而形成大的絮體而易于沉淀，故當上清液濁度降低時，藻類總數也能相應減少，所以藻類可通過強化絮凝得以較好的去除。
藻類總數與上清液濁度呈正相關關系，生產性小試試驗結果表明：藻類與濁度的去除率均較高，尤其是藻類在出水中已檢測不出，比燒杯試驗藻類的最高去除率高出9個百分點。燒杯試驗原水是未預加氯的密云水庫水，且未經過濾處理。而本次試驗原水為預加氯1.0～1.2 mg/L的密云水庫水，經過長距離輸水后進入凈水廠。氯是目前自來水廠應用最為廣泛的預氧化劑，能抑制藻類的繁殖。所以通過預加氯后凈水廠進水藻類數最高僅為189.5萬個/L，再通過強化絮凝沉淀后經過濾可以達到很好的處理效果。
4.5 強化混凝后Zeta電位變化分析
無機膠體顆粒與藻類都是帶負電的，其帶電性能可以用Zeta電位來表示。Zeta電位同PH值一樣是濁度和藻類去除的重要條件。國內有研究表明，結合濁度和藻類這兩個指標，混凝原水的PH值應保持在中偏堿性（7.0～8.0），而密云水庫水的的PH值在這一范圍內。深圳市水務公司的研究結果對于濁度的去除，混凝劑最佳劑量區Zeta電位在-14mv～14mv區域之間，藻類去除的最佳Zeta電位應該在-8mv以上。本試驗結果，混凝原水Zeta電位為-36.707，投加混凝劑和助凝劑后，沉淀出水Zeta電位均有所升高。其中以投加陽離子聚丙烯酰胺Zeta電位升幅最大，為10.876，其沉淀出水濁度及藻類均為最佳。本次試驗結果與其它國內研究結果略有不同，分析其原因，可能是因為與原水水質、考察重點指標以及藥劑種類及投加量有關。
4.6 不同因素影響大小的分析
以沉淀池出水濁度、濾池出水濁度和煤濾池濾程為評價指標，考察各因素的影響大小以及各因素較佳的水平條件。正交試驗結果及分析詳見表12。
由表中各因素水平值的級差大小和均值可以看出：
影響沉淀池出水濁度的因素主次順序依次為凝聚劑投加量、助凝劑投加量、助凝劑類型及助凝劑投加點；凝聚劑投加量較佳的水平條件為1.5和2.0mg/L，助凝劑投加量較佳的水平條件為0.05和0.10mg/L，助凝劑類型較佳的水平條件為陽離子和非離子，助凝劑投加點較佳的水平條件為第二和第三反應室前。 不同因素影響大小及水平條件的分析 表12 因素 試驗號 | 凝聚劑投加量
（mg/L） | 助凝劑類型 | 助凝劑投加量
（mg/L） | 助凝劑投加點 | 沉淀池出水濁度
（NTU） | 濾池出水濁度
（NTU） | 濾程
（h） | | 1 | 1.0 | 陽 | 0.00 | 一 | 1.30 | 0.099 | 38 | | 2 | 1.5 | 陽 | 0.05 | 三 | 0.52 | 0.057 | 36 | | 3 | 2.0 | 陽 | 0.10 | 二 | 0.28 | 0.038 | 36 | | 4 | 1.0 | 陰 | 0.05 | 二 | 1.17 | 0.118 | 48 | | 5 | 1.5 | 陰 | 0.10 | 一 | 0.88 | 0.080 | 53 | | 6 | 2.0 | 陰 | 0.00 | 三 | 0.72 | 0.056 | 66 | | 7 | 1.0 | 非 | 0.10 | 三 | 0.84 | 0.121 | 31 | | 8 | 1.5 | 非 | 0.00 | 二 | 0.84 | 0.076 | 60 | | 9 | 2.0 | 非 | 0.05 | 一 | 0.41 | 0.052 | 46 | | K1 K2 K3 K1 K2 K3 極差R | 3.310 2.240 1.410 1.103 0.747 0.470 0.633 | 2.100 2.770 2.090 0.700 0.923 0.697 0.227 | 2.860 2.100 2.000 0.953 0.700 0.667 0.287 | 2.590 2.080 2.290 0.863 0.693 0.763 0.170 | Σ=6.960 μ=0.773 | | | | K1 K2 K3 K1 K2 K3 極差R | 0.338 0.213 0.146 0.113 0.071 0.049 0.064 | 0.194 0.254 0.249 0.065 0.085 0.083 0.020 | 0.231 0.227 0.239 0.077 0.076 0.080 0.004 | 0.231 0.234 0.232 0.077 0.078 0.077 0.001 | | Σ=0.697 μ=0.077 | | | K1 K2 K3 K1 K2 K3 極差R | 117 149 148 39 50 49 11 | 110 167 137 37 56 46 19 | 164 130 120 55 43 40 15 | 137 133 144 46 44 48 4 | | | Σ=414 μ=46 |
影響濾池出水濁度的因素主次順序依次為凝聚劑投加量、助凝劑類型、助凝劑投加量及助凝劑投加點；凝聚劑投加量較佳的水平條件為1.5和2.0mg/L，助凝劑類型較佳的水平條件為陽離子，助凝劑投加量較佳的水平條件為0.05和0.10mg/L，助凝劑投加點較佳的水平條件為第一和第二反應室前。
影響濾程的因素主次順序依次為助凝劑類型、助凝劑投加量、凝聚劑投加量及助凝劑投加點；助凝劑類型較佳的水平條件為陰離子，助凝劑投加量較佳的水平條件為0.00mg/L，凝聚劑投加量較佳的水平條件為1.5和2.0mg/L，助凝劑投加點較佳的水平條件為第二反應室前。
綜合上述各因素對評價指標的影響分析以及本次整個試驗結果分析，可以得出影響處理工藝效果的因素主次順序依次為凝聚劑投加量、助凝劑類型、助凝劑投加量及助凝劑投加點。 5 成本分析 試驗所用的陽離子聚丙烯酰胺、陰離子聚丙烯酰胺，市場售價分別為4、2萬元/噸。陽離子聚丙烯酰胺按照最加投藥量0.05mg/L計算，則單位增加的藥劑成本為0.02元/m3。陰離子聚丙烯酰胺按照最加投藥量0.10mg/L計算，則單位增加的藥劑成本也為0.02元/m3。 6 結論與建議 對于低濁較高藻的密云水庫水處理，通過燒杯試驗和生產性小試，得到如下結論：
（1）投加助凝劑的去濁效果要好于單獨投加凝聚劑。投加助凝劑，加強了除藻效果，不僅除藻率提高，而且藻類種屬也減少。投加助凝劑可提高污泥沉降性能。
（2）針對密云水庫水質，PAC投加量1.0或1.5mg/L時，陽離子投加量0.05mg/L，能改善混凝沉淀效果；陰離子投加量為0.10mg/L能得到滿意效果。
（3）助凝劑聚丙烯酰胺投加點宜在第一絮凝池或第二絮凝池前端。
（4）影響處理工藝效果的因素主次順序依次為凝聚劑投加量、助凝劑類型、助凝劑投加量及助凝劑投加點。
（5）投加聚丙烯酰胺助凝劑，藥劑成本增加很少。
（6）鑒于密云水庫水質的變化，建議針對低濁高藻原水，開展調整混合絮凝GT值以及強化混凝與Zeta電位的試驗研究。 參考文獻 [1] 章詩芳：聚丙烯酰胺應用于飲用水處理研究，含藻水處理研究技術研討會，2000年。
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作者單位：北京市市政工程設計研究總院
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