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(xué) 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(zhì)特性，通過處理該特種水質(zhì)的生產(chǎn)性試驗確定了合理的工藝參數(shù)，并成功地利用原設(shè)施進(jìn)行了提高負(fù)荷、改善水質(zhì)的生產(chǎn)性改造，取得了一定的經(jīng)濟效益和社會效益。?
　　關(guān)鍵詞： 給水處理； 低溫高濁高堿度； 生產(chǎn)性改造
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)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(jīng)引水渠道從嫩江中部引水。龍虎泡是天然形成的庫區(qū)，最大面積113km²。水庫內(nèi)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(zhì)pH為8.5，礦化度100mg/L。受季節(jié)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(zhì)的主要原因是地理環(huán)境，由于①龍虎泡 水庫位于風(fēng)口，并且取水泵站設(shè)在迎風(fēng)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(dá)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(jié)冰期，形成了 給水處理中極特殊的低溫高濁高堿度水質(zhì)期。

2 水質(zhì)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(jìn)行了沉降分析。靜沉結(jié)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(jìn)行預(yù)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(jù)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(wěn)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(shù)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(dǎo)致水體的粘 滯系數(shù)變大，雖然顆粒的總體碰撞次數(shù)增加，但有效碰撞的比例下降。由于高堿度的影響， 膠團(tuán)的外表面較為光滑，類似光滑球，即使在表面電層壓縮脫穩(wěn)后，受內(nèi)部堿度的影響該脫 穩(wěn)膠團(tuán)仍較光滑，因此只有相應(yīng)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(chǎn)物在水體中進(jìn)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(chǎn)物向鄰近水體細(xì)部擴 散的速度慢，在未進(jìn)入水體細(xì)部時便被附近的膠體顆粒吸附捕捉，吸附后膠體脫穩(wěn)，形成 小的絮凝體，擴散阻力的增大導(dǎo)致均勻擴散時間的延長，致使部分區(qū)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(yīng)與反應(yīng)脫穩(wěn)不完善的雙重現(xiàn)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(jié)體，隨著推流的進(jìn)行，該類型絮體極易破碎，出現(xiàn)局部過反應(yīng)現(xiàn)象。而局部絮凝不完善的原因一是混凝劑集中區(qū)域顆粒迅速不合理長大，導(dǎo)致未脫穩(wěn)的膠體失去了脫穩(wěn)的機會；二是擴散速度跟不上已脫穩(wěn)膠體的絮凝速度。由此導(dǎo)致了低溫高濁期膠體脫穩(wěn)不完善和過反應(yīng)現(xiàn)象，直接影響了沉淀的效果，影響沉淀池出水水質(zhì)。?
　　生產(chǎn)性試驗應(yīng)用了渦旋混凝低脈動沉淀給水處理技術(shù)，相應(yīng)設(shè)備有管式微渦混合器、小孔眼格網(wǎng)、小間距斜板沉淀設(shè)備。混合工藝由管式微渦混合器實現(xiàn)，通過造成微渦漩，利用微渦 漩的離心慣性效應(yīng)來實現(xiàn)多相物系中的顆粒遷移，克服亞微觀傳質(zhì)阻力，增加亞微觀傳質(zhì)速率，促進(jìn)亞微觀傳質(zhì)。該設(shè)備可使水流形成高比例、高強度的微漩渦，減小亞微觀傳質(zhì)阻力，增強動量和質(zhì)量傳遞，完善的亞微觀細(xì)部傳質(zhì)使得膠體脫穩(wěn)而有凝并聚合的趨向。小孔眼格網(wǎng)與反應(yīng)池的過流空間在形成一定的剪切力梯度后，保證脫穩(wěn)后的膠體碰撞凝并長大，同時 格網(wǎng)形成的剪切力使礬花保持一定的密實度和抗剪切強度，進(jìn)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(cè)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(yōu)化運行得以保證，并使水廠運行的抗沖擊負(fù)荷能力增強。

3 生產(chǎn)性改造

　　水廠共有10組反應(yīng)沉淀池，單組原設(shè)計負(fù)荷2.5×10⁴m³/d。1997年10月至11月對10^＃反應(yīng)沉淀池進(jìn)行了應(yīng)用新技術(shù)的生產(chǎn)改造。在改造中，拆除了原工藝設(shè)備，安裝了與新技術(shù)相匹配的設(shè)備，其中反應(yīng)池是依據(jù)原池的現(xiàn)狀，通過布設(shè)不同孔徑和距離的格網(wǎng)來控制水流的流態(tài)，使格網(wǎng)、廊道及轉(zhuǎn)彎處的動力條件滿足慣性參數(shù)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(jié)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(chǎn)水量1117.1m³/h(原工藝平均產(chǎn)水量609.3m³/h)，較原工藝平均提高了83.3%，且新工藝產(chǎn)水量超過原設(shè)計負(fù)荷。
　　③ 試驗中新工藝藥劑單耗量與原工藝大致相當(dāng)。
　　④ 新工藝的沉淀池出水在3NTU以內(nèi)，原工藝沉淀池出水在4.0～12.1NTU。

4 結(jié)論

　　① 渦漩混凝低脈動沉淀給水處理技術(shù)對低溫高濁高堿度水的處理是行之有效的。該技術(shù)揭示了多相物系傳質(zhì)碰撞的動力學(xué)致因——慣性效應(yīng)。
　　② 在低溫高濁高堿度水處理中亞微觀傳質(zhì)擴散是混合的關(guān)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(yīng)可以保障藥劑瞬間進(jìn)入水體細(xì)部，使膠體脫穩(wěn)瞬時、充分。?
　　③ 對反應(yīng)池中水流的全程進(jìn)行合理有效的動力控制，可以提高單位時間內(nèi)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(wǎng)的布設(shè)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(wǎng)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(wǎng)布設(shè)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(zhì)、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(fù)荷能力。

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

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電　話： (0451)5646472?
收稿日期：1999-10-12