一般浊度水混凝过程的在线监测

于水利 李圭白

　　摘 要：本研究一般浊度水在各种条件下的混凝过程，用絮凝检测仪进行了监测。结果表明，絮凝检测仪的检测值Ｒ可以有效地反映各种因素对一般浊度水混凝过程的影响。指出，絮凝检测仪用于实验或生产中一般浊度水的混凝监测。
　　关键词： 一般浊度水；混凝；监测

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

　　传统上，混凝效果都是通过烧杯搅拌试验，检测沉淀水浊度测定絮凝体粒径分布、ζ电位等进行研究。由于沉淀水浊度指标不仅与混凝本身有关，而且还与沉淀操作、浊度测定条件等因素有关，所以用该指标评价混凝效果难免使结果产生误差。絮凝体粒径分布可以很好地反映一般浊度水的混凝效果，但絮凝体粒径分布的测定是间歇式的，不能在线连续测量。例如，根据Coulter^[１]原理的颗粒测量技术以及应用光阻塞原理的Hiac计数器^[２]等各种各样光散射颗粒测量手法，在很多情况下水样都需要进行一定的稀释，以避免颗粒重叠的影响以及絮凝体在通过Coulter孔口或Hiac计数器的检测区被打碎的可能。并且，这些方法检测的水样体积都很小，测量的只是单个粒子的行为，测定结果还需作脉冲高度以分析处理，检测操作费时费力。虽然ζ电位指标^[３]可以用流动电流（sc）代替（ζ电位与流动电流（sc）正相关，而流动电流目前可以在线连续检测），但是ζ电位只是反映一般浊度水混凝效果的一个间接指标，况且随着水源ζ电位已不对混凝起决定作用，故只以ζ电位为指标研究混凝过程也会产生一定的误差。
　　本研究提出一种快速、可靠、可“联机”操作的一般浊度水混凝过程的在线监测方法，为生产和科研中有效地掌握和控制混凝过程开辟一条新的途径。一般浊度水混凝的目的就是为了使水中杂质颗粒凝聚成长为粗大、密实、高强度的絮凝休，故絮凝体平均粒径检测使用的絮凝体颗粒可以同时测量，测定手续简便、快速。为了验证絮凝检测仪对絮凝体平均粒径测量的准确性和可靠性，与絮凝检测仪测量并平行地用显微镜摄影法对混凝过程中的絮凝体平均粒径的变化进行了测定。

1．实验方法和条件

1.1 实验装置

　　图１是实验室混凝试验装置。混凝槽为方形槽，有效容积6.8L.。搅拌采用DD60—2F型无线调速搅拌器。原水系容器。原水系高岭土和哈尔滨市自来水按标准方法配制而成。混凝剂用精制硫酸铝，用NaOH和HCI调pH值。絮凝体的平均粒均用絮凝检测仪显微镜摄影法并行测量。絮凝体检测仪的检测值Ｒ（无量纲）可以相对地反映絮凝体平均粒径大小^[４]，并有该值不受水样检测部分污染的影响，能够实现在线连续检测。试验时微机和记录仪同时自动记录检测值Ｒ。显微镜摄影法测量使用了OLYMPUS BHS 显微镜和PM—10ADS全自动显微照像装置。显徽镜的最大们倍数2000倍，可测量的最小粒径为0.01μm。混凝试验时，在用絮凝检测仪在线连续测量的同时，每隔2min从混凝槽的取样管取水样5ml（取样管见图１，取样点位于水面以下100mm处，与絮凝检测仪的取样水深相同），用显微摄影装置对水样中的絮凝体进行显微拍照。由显微照片求絮凝体粒径的方法是：用精密坐标纸量取各个粒径照片的投影面积，将量取的各个絮凝体实际的投影面积用显微镜的放在倍数队，即得到絮凝体实际的投影面积，由该值即可求絮凝体等投影面积粒径（该粒径，试验中常用），认为该粒径即为絮凝的粒径。由于絮凝体径有一定的分布，所以本研究拟以平均粒径为指标进行研究。本研究认为混凝实验中，所以絮凝体的形状系数都相。
1.2 拌强度Ｇ值的计算
　　Ｇ值按文献^[5]推荐的方法计算^[5]，即先由式（１）计算搅拌器的搅拌功率Ｗ，然后再由式（２）计算Ｇ值。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　W=14.35d^4.38n^2.69ρ^0.69μ^0.31（1）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　G=(W/μV)^0.5 （2）μ

　　式中： n—搅拌器转速,r/min;
　　　　　 d—搅拌叶片的宽度,m;
　　　　　ρ—水的密度,1000/9.8㎏·S²/m4
　　　　　μ—水的绝对粘度，㎏·s/m2
　　　　　V—搅拌槽内水样体积,m³
　　图１的试验装置中，搅拌叶片手水样体积的几何关系满足式（１）的要求，故W的计算结果不需要修正。

2．一般浊度水混凝过程监测

　　试验的原不浊度45NTU,水温12～13.5℃,Ph=7.2,投药量为12mg/L。快速搅拌（150r/min,G=106S^-1）5min,慢速搅拌（48r/min,G=23S^-1）25min。

　　图２是在上述条上进行混凝试验，用絮凝检测仪和显微镜摄影法并行监测絮凝体平均粒径随时间的变化情况。
　　图２的试验结果表明，絮凝体检测仪的检测值Ｒ与显微摄影法测得的絮凝体平均粒径具有很相关性。随着混凝的进行，显微摄影法测得的絮凝体平均粒径逐渐增大，最后基本稳定在220μm左右。相应地絮凝检测仪的检测值Ｒ也随着混凝的逐渐增大，最的稳定在3.1左右。平均粒径达到最大时，检测值Ｒ也基本达到最大值。由此可见，絮凝检测仪的检测值Ｒ可以很好地反映混凝过程絮凝体平均粒径的变化 ，是评价混凝效果好示的准确、可靠的指标。而检测值Ｒ的测定简单、快捷，可以在连续操作，经显微镜摄影法测平均粒径省时省力，具有不可可比拟的优越性。

3．不同条件下混凝过程的在线监控

　　为了进一步检验絮凝检测仪对一般浊度水混凝过程监测的有效性和准确性，拟就各种混凝条件下的混凝过程，用絮凝检测仪进行在线监测，考察各种条件对混凝效果的影响。在整理絮凝检测仪的监测结果时，把各种条件检测值Ｒ的最大值（R_m）作为指标进行考察，因为最大Ｒ值实质上它与最大成长的平均絮凝体粒径对应。
3.1 不同投药量混凝过程的在线监测
　　对混凝剂（AL₂(SO₄)₃·18H₂O）投量分别为1，3，6，12，20mg/L时的混凝过程，用絮凝检测仪监测。图3是由各个投药量混凝过程监测结果整理得到的最大检测值R_m与投药量的关系。试验的原水条件及搅拌条件同第2节。

　　由图3可见了，随着投药量的改变，检测值Ｒ的最大值R_m相应变化。在投药量比较小时，随着投药量的增大，R_m值增大；R_m达到最大值后，随投药量的增在，R_m开始减少。这与烧杯搅拌试验，以沉淀水浊度为指标进行混凝试验研究所得到的结果完全吻合，表明以检测值Ｒ为指标研究一般浊度水的混凝是有效的，从而进一步验证了絮凝检测仪在线连续监测一般浊度水混凝过程的准确性和可靠性。
3.2 不同搅拌条件混凝过程的监测
　　图４是在不同慢速搅拌强度（G值分别为3.2,4.8,7.2,10.4,15.2,20.8,35）条件下，絮凝检测仪监测到的最大R值――R_m的关系曲线。实验时，快速搅拌的G值为106s^-1,搅拌时间为5min，原水浊度45NTU，水温12～13．5℃，pH＝7．2。共作了两组不同投药量的实验。两组的投药量分别为3mg/L和14mg/L。
　　由图4的实验结果可见，两组投药量均在一个最佳的慢速搅拌强度范围，在该范围内R_m最大。当投药量为3 mg/L时，最佳慢速搅拌强度――G值范围偏大为15．2～20．8 s^-1当投药量为14mg/L时，最佳慢速搅拌强度――G值范围偏小为4．8～10．4 s^-1。合适的慢速搅拌强度即能使脱稳胶粒之间发生碰撞，又不致使絮凝体破碎，故从理论上讲应该存在一个最佳慢速搅拌G值范围。投药量比较小的时，最佳值G范围偏大，可能由于投药量小时，生成的絮凝体粒径小，强度大，抗剪能力强；而投药量较大时，最佳G值范围偏小，可能是由于此时生成的絮凝体粒径大，强度小，抗剪力弱。图4的实验结果与上述分析相一致，故而更进一步地验证了絮凝检测仪在线连续检测一般浊度水混凝过程的科学性。

4．结论

　　实验结果表明，絮凝体检测仪的检测值R与显微摄影法测得的混凝过程中絮凝体平均粒径具有很好的相关性，并且絮凝检测仪监测的投药量、搅拌条件等对混凝的影响情况与传统的烧杯搅拌试验配合ζ电位测量的混凝过程的监测快速、简便，可在线连续测量。因此，絮凝检测仪可以用于一般浊度水的混凝研究及生产中的混凝监测或混凝控制。

参考文献

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　　*此文曾刊载于1999年第3期的《工业用水与废水》杂志