呂春生， 曲久輝， 李大鵬， 孫成彥， 湯鴻霄
（ 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境水化學(xué)國家重點實驗室， 北京 100085）

　　摘要： 攔截沉淀池是根據(jù)水中微絮體的凝聚沉淀特性，用一種特殊材料設(shè)計構(gòu)造的以接觸凝聚和攔截沉淀為主要功能的新型沉淀池。以北京市第九水廠原水為主要對象，研究了攔截沉淀對低溫低濁水的處理效果，并與傳統(tǒng)的平流及斜板沉淀池進行了對比。結(jié)果表明，攔截沉淀池有優(yōu)異的攔截聚沉和對水質(zhì)變化的適應(yīng)能力，處理效果要明顯優(yōu)于平流沉淀池而接近于斜板沉淀池，有很好的開發(fā)及應(yīng)用前景。?
　　關(guān)鍵詞：微絮凝；攔截沉淀；低溫低濁水
　　中圖分類號：X505
　　文獻標識碼：A
　　文章編號： 1000-4602(2000)01-0009-05

Study on the Utilization of Micro-Floc Intercepting Sedime ntation Tank in the Treatment of Low-Turbidity and Low-Temperature Water

LU Chun?sheng， QU Jiu?hui， LI Da?peng， SUN Cheng?yan, TANG Hong?xiao ?
(State Key Lab. of Environ. Aquatic Chemistry, Res. Center for E co?Environ. Sci.,? Chinese Academy of Sci., Beijing 100085, China）

　　Abstract：The intercepting sedimentation tank is based on contact flocculat ion and intercepting precipitation with special structure. The treatment efficie ncy of low?temperature and low?turbidity water by intercepting sedimentation t an k was studied and compared with that of horizontal flow settling tank and the in clined plate settler. The results showed that the treatment efficiency of interc epting sedimentation tank with excellent capacity of intercepting?flocculation a nd adaptability to water quality variation was obviously higher than that of hor izontal?flow settling tank and approximated to that of inclined plate settler. T his kind of sedimentation tank is of great potential for development and applica tion.
　　Keywords: micro flocculation; intercepting sedimentation; low turbidity and low temperature water

　　沉淀是水處理的主要環(huán)節(jié)之一，目前普遍采用的是斜板、斜管及平流沉淀池。隨著絮凝藥劑與技術(shù)的發(fā)展和水質(zhì)污染的復(fù)合化，提出了對傳統(tǒng)沉淀理論、技術(shù)和材料進 行創(chuàng)新以提高沉淀過程的水質(zhì)凈化功能的要求。攔截沉淀是一項新的水處理工藝和技術(shù)，它 根據(jù)水中微絮體的化學(xué)作用特性和流體力學(xué)特性，用一種耐水浸、高吸附的天然植物作為攔截材料，制成特定結(jié)構(gòu)和尺寸的攔截體和沉淀池，實現(xiàn)了顆粒的吸附碰撞、接觸凝聚、聚集 沉淀的多過程協(xié)同作用，具有高效除濁的效果。攔截沉淀與高效絮凝劑的聯(lián)合應(yīng)用，更能發(fā)揮其吸附凝聚的功效。

1 材料與方法

1.1 研究方法
　　試驗在北京市第九自來水廠利用現(xiàn)場動態(tài)中試模擬系統(tǒng)進行，主要工藝與系統(tǒng)配置如圖1所示。中試系統(tǒng)的水處理能力為1～5 m³/h，試驗所用低濁水為來自密云水庫的原水，溫度約為6 ℃，濁度在2.8 NTU左右；較高濁度的水(12NTU)是用高嶺土配制成極高濁度的水后再加入原水來配制。

1.2攔截沉淀池的構(gòu)造
　　以一種處理后的耐水浸、無污染的天然植物為攔截材料，并經(jīng)一定的捆扎。試驗用2個攔截框架構(gòu)成攔截沉淀池，每個攔截框架的幾何尺寸為：長度L＝608mm、寬度d＝274mm、高度h＝1190mm；纏繞攔截材料的有效高度h′＝932 mm，攔截材料的纏繞間距a＝60mm。攔截沉淀池結(jié)構(gòu)為：長度L＝1300mm、寬度D＝300 mm、深度H＝1350mm。
1.3 材料與藥劑
　　試驗所采用的絮凝劑為液體聚合氯化鋁，Al₂O₃＝11.6%，堿化度B＝78.2%，稀釋5倍后利用電子計量蠕動泵送入機械混合池。原水及出水濁度監(jiān)測采用在線濁度監(jiān)測儀。高嶺土為北京市朝陽化工廠生產(chǎn)。?
　　三級攪拌速度梯度：G=[(G₁²+G₂²+G₃²)/3]^1/3 ?

2 結(jié)果與討論

2.1 攔截沉淀原理
　　攔截沉淀的作用過程是：水中絮體顆粒與攔截體接觸吸附——絮體與絮體接觸凝聚——絮體在攔截體的多重積累——重力下沉。在攔截沉淀池開始運行時，攔截體上還沒有形成絮團，絮體顆粒通過三種作用方式與攔截體發(fā)生接觸吸附：一是重力沉降，由于攔截材料的纏繞間距較小，縮短了絮體顆粒的沉降距離；二是由于水流的湍動、絮體顆粒間的相互碰撞、絮體顆粒與攔截體發(fā)生碰撞而使絮體顆粒在豎直方向上具有分速度，因此得以與攔截體發(fā)生接觸吸附；三是絮體顆粒直接與攔截體發(fā)生碰撞接觸吸附。絮體顆粒通過這三種方式在攔截體上積累并且發(fā)生接觸凝聚反應(yīng)，形成絮團。絮團體積因絮體顆粒的多重積累而逐漸增加，至一定程度會因水力剪切作用發(fā)生絮團部分脫落并通過重力沉降而去除。
2.2 影響絮凝—攔截沉淀凈水效果的主要因素
2.2.1 混凝過程的影響
　　①藥劑投加量的影響
　　絮凝劑投加量增加，會導(dǎo)致絮凝反應(yīng)后絮體顆粒的粒徑增加，比較容易被攔截吸附，從而使攔截沉淀池的除濁效果增加。圖2是在原水濁度為2.8 NTU，混合時間為30s(攪拌強度G＝750s^-1)，反應(yīng)時間為12min(攪拌強度G＝58.5s^-1)，在沉淀池中停 留時間為60min的條件下，攔截沉淀池出水與PAC投加量的關(guān)系。

　　結(jié)果表明，隨PAC投加量的增加，攔截沉淀出水濁度下降，但投藥量為2.75mg/L時，出水濁度達到最低，為0.75 NTU，濁度去除率為75%，此投藥量即為該處理條件下的最佳投藥量。在相同投藥量下，攔截沉淀池除濁效率明顯高于平流沉淀池。?
　?、?反應(yīng)時間的影響?
　　延長反應(yīng)時間，絮體顆粒的粒徑由于進一步凝聚而增加，易于被攔截吸附。圖3是在原水濁度為2.8NTU，投藥量(Al₂O₃)為2.75 mg/L，混合時間為30s(攪拌強度G＝750s^-1)，絮凝反應(yīng)攪拌強度G＝58.5s^-1，在沉淀池中停留時間為60 min的 條件下，攔截沉淀池出水與反應(yīng)時間的關(guān)系。
　　結(jié)果表明，出水濁度隨反應(yīng)時間的增加而降低，反應(yīng)時間達到12min，出水濁度達到最低，為0.65NTU；繼續(xù)延長反應(yīng)時間，出水濁度基本保持不變。所以12min為此種處理條件下最佳反應(yīng)時間，既保證了反應(yīng)的充分進行，又保證了較高的水處理能力。

　　③水力攪拌條件的影響
　　絮凝反應(yīng)的攪拌強度是影響絮體顆粒成長的重要因素。圖4是在原水濁度為2.8 NTU，投藥量(Al₂O₃)為2.75mg/L，混合時間為30s(攪拌強度G＝750s^-1)，反應(yīng)時間為12min，在沉淀池中停留時間為60min的條件下，出水濁度與水力攪拌條件的關(guān)系。

　　結(jié)果表明，GT值為42 500(攪拌強度G＝58.5s^-1)左右時出水濁度達到最低，攔截沉淀池出水為0.81TU，平流沉淀池出水為1.03NTU；GT值＜42500，出水濁度隨GT值的增加而降低；GT值＞42500，出水濁度隨GT值的增加略有上升。兩種沉淀處理方式出水濁度隨GT值變化規(guī)律基本相同，但攔截沉淀池效果要好于平流沉淀池。
2.2.2水在沉淀池中作用過程的影響
　　①水在沉淀池中停留時間的影響
　　圖5是在原水濁度為2.8 NTU，投藥量(Al₂O₃)為2.75 mg/L，混合時間為30s(攪拌強度G＝750s^-1)，反應(yīng)時間為12min(攪拌強度G＝58.5s^-1)的條件下，水在沉淀池中停留時間對沉淀池出水濁度的影響曲線。停留時間延長，攔截及平流沉淀池的出水濁度均降低，停留時間為61.2min時，攔截沉淀池出水為0.78 NTU，平流沉淀池出水為1.02 NTU；停留時間延長至86.4min時，攔截沉淀池出水為0.71NTU，平流沉淀池出水為0.96NTU，與停留時間為61.2min的情況相比，濁度降低很小。所以，最佳停留時間采用60 min左右為宜，在保證出水水質(zhì)的前提下，有較高的水處理能力。由試驗結(jié)果還可以看出，停留時間縮短，攔截沉淀池出水濁度上升的趨 勢要比平流沉淀池緩和，運行穩(wěn)定性要優(yōu)于平流沉淀池。

　?、?攔截沉淀池中攔截體長度的影響?
　　圖6是在原水濁度為2.8 NTU，投藥量(Al₂O₃)為2.75 mg/L，混合時間為30s (攪拌強度G＝750s^-1)，反應(yīng)時間為12min(攪拌強度G＝58.5s^-1)，在沉淀池中停留時間為60min的條件下，攔截沉淀池中的濁度變化曲線。

　　在全池攔截的試驗結(jié)果中，濁度隨水流方向一直在下降。在半池攔截的試驗中，布有攔截體的一段濁度有明顯下降，沒有攔截體的一段，濁度基本不變，表明攔截體的存在對絮體顆粒的去除有明顯效果。全池攔截的最終出水濁度為0.70NTU，半池攔截最終出水濁度為0.89NTU，因此全池攔截的凈水效果要優(yōu)于半池攔截。然而，由于在布置攔截體的一段，濁度下降的趨勢隨水流方向在減緩，因此攔截體并非越長越好，而是有一定的限度，超過這一限度，延長攔截體不會明顯降低沉淀池的出水濁度。
2.3攔截沉淀對水質(zhì)變化的適應(yīng)性
2.3.1抗?jié)岫葲_擊能力
　　試驗在配水濁度為12 NTU及原水濁度為2.8NTU兩種濁度條件下，研究沉淀池出水濁度隨投藥量的變化，通過對這兩種情況進行比較，研究沉淀池抗?jié)岫葲_擊的能力。
　　圖7是兩種濁度下，混合時間為30s(攪拌強度G＝750s^-1)，反應(yīng)時間為12 min(攪拌強度G=58.5s^-1)，在沉淀池中停留時間為60min的條件下，平流與攔截沉淀池出水濁度隨投藥量變化的關(guān)系曲線。

　　試驗結(jié)果表明，濁度升高后，平流沉淀池與攔截沉淀池的出水濁度均有所上升，在投藥量(Al₂O₃)為2.75mg/L時，平流沉淀池的出水由1.03NTU升高至6.9NTU，攔截沉淀池的出水由0.75NTU升高至3.3NTU，攔截沉淀池濁度升高的幅度明顯低于平流沉淀池，可見攔截沉淀池抗?jié)岫葲_擊能力高于平流沉淀池。?
　　圖8是在同樣的處理條件下，攔截及斜板沉淀池出水濁度隨投藥量變化的關(guān)系曲線。
　　試驗結(jié)果表明，濁度升高后，兩種沉淀池的出水濁度均升高，投藥量(Al₂O₃)為2.75mg/L時，攔截沉降池的出水由0.77NTU升高至3.2NTU，斜板沉淀池的出水由0.75NTU升高至2.9NTU，攔截沉降池濁度升高的幅度稍高于斜板沉淀池。

2.3.2 抗流量沖擊的能力
　　圖9是在原水濁度為2.8 NTU，投藥量(Al₂O₃)為2.75 mg/L，混合時間為30s(攪拌強度G＝750s^-1)，反應(yīng)時間為7.5 min(攪拌強度G＝58.5s^-1)的條件下，流量的變化對攔截與平流沉淀池出水濁度的影響。

　　試驗結(jié)果表明，平流沉淀池出水濁度隨流量增加而升高的趨勢明顯高于攔截沉淀池，流量由0.42m³/h增加至2.03m³/h后，平流沉淀池的出水濁度升高了1.12NTU，攔截沉淀池出水濁度升高了0.66 NTU，攔截沉淀池的抗流量沖擊能力要明顯高于平流沉淀池。
　　圖10是在原水濁度為2.8 NTU，投藥量(Al₂O₃)為2.75 mg/L，混合時間為30s(攪拌強度G＝750s^-1)，反應(yīng)時間為7.5 min(攪拌強度G＝58.5s^-1)的條件下，流量的變化對攔截與斜板沉淀池出水濁度的影響。
　　試驗結(jié)果表明，兩種沉淀池出水濁度很接近，斜板沉淀池出水濁度隨流量增加而升高的趨勢稍微高于攔截沉淀池，流量由0.33m³/h增加至2m³/h后，斜板沉淀池的出水濁度升高了0.81NTU，攔截沉淀池出水濁度升高了0.68 NTU，因此攔截沉淀池的抗流量沖 擊能力接近而稍好于斜板沉淀池。

3.結(jié)論

　　攔截沉淀是以絮體的吸附—接觸凝聚為主要特征的沉淀反應(yīng)過程，利用一種天然植物為攔截體，可以較好地進行絮凝沉淀反應(yīng)，在去除水中濁度和抗流量的沖擊方面表現(xiàn)出了優(yōu)越性。這種沉淀方式較為簡單，同時也可以適當(dāng)?shù)貙⒎磻?yīng)過程部分地移 入沉淀過程完成，具有很好的經(jīng)濟適用性，是一種有重要研究與應(yīng)用前景的沉淀反應(yīng)技術(shù)。

參考文獻：
［1］霍明昕，劉馨遠.低溫低濁水質(zhì)特性的分析［J］.中國給水排水，1998，14( 6)：33-34.
［2］陳樹勤.污水排海工程調(diào)壓井水位計算方法探討［J］.中國給水排水，1993 ，9(4)：22-25.

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基金項目： 國家“九五”科技攻關(guān)課題(96-909-03-02)
作者簡介：呂春生(1975-)，男，山東煙臺人，碩士， 研究方向：環(huán)境工程。
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