歐陽清華，李風(fēng)亭，張冰如，王桂林
（同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院污染控制與資源化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092）

　　摘　要：探討了黃河高濁度水混凝沉淀渾液面沉迷與自然沉迷之間的相關(guān)性，經(jīng)過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸提出了混凝過程中渾液面沉速與自然沉速、含沙量、PAM投加量之間的經(jīng)驗(yàn)公式。運(yùn)用該經(jīng)驗(yàn)公式得出的渾液面沉速計(jì)算值與實(shí)測相對誤差在0.43％－12.27％之間。
　　關(guān)鍵詞：黃河；給水處理；高濁度水；混凝；沉淀
　　中圖分類號：TU991.22
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號：1009-2455（2003）01-0009-03

A Study of Relationship between Precipitating Rate of Cloudy Liquid Level
during Coagulation and Dose of Coagulant
OUYANG Qing-hua, LI Feng-ting, ZHANG Bing-ru,WANG Gui-lin
(State Key fub of Pollution COntrol & Resource Reuse, School of Environmental Science & Engineering Tongh University Shanghai 200092, China)

　　Abstract:The relationship between the preeipitating rate of the high-turbidity water of the Yellow River caused by coagulation and the natural precipitating rate of the water is discussed and an empirical formula of relationship between the precipitating rate of cloudy liquid level during coagulation and the natural precipitating rate, sand content as well as dosage of PAM is proposed through linear regression of the experimental data. The relative errors between the calculated values of precipitation of the cloudy liquid level obtained by applying the said empirical fOrmuIa and the actually measured values ranged between 0.43%～12.27%.
　　Key words: Yellow River; feed water treatment; high-turbidity water; coagulation; precipitation

　　混凝沉淀是黃河高濁度水處理常用的方法。提高渾液面沉速，節(jié)約藥劑（PAM）的投加量達(dá)到多出清水是高濁度水處理的主要目標(biāo)。然而混凝過程極其復(fù)雜，影響渾液面沉速的因素有高濁度水的性質(zhì)、PAM投加量、速度梯度C、攪拌時(shí)間T等。因?yàn)楦邼岫人匀怀恋沓了倥c原水的性質(zhì)密切相關(guān)。在實(shí)際處理一定組成的高濁度水時(shí)，可以借助實(shí)驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，根據(jù)渾液面的自然沉速以及所希望達(dá)到的渾液面沉速來確定PAM的投加量。本文先采用正交實(shí)驗(yàn)的方法確定混凝過程的混合、反應(yīng)的最佳水力條件，然后在此基礎(chǔ)上研究渾液面沉速與PAM投加量及高濁度自然沉速之間的關(guān)系。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 自然沉降實(shí)驗(yàn)
　　高濁度水采用鄭州上街段黃河泥沙配制而成。試驗(yàn)過程中所有水樣水溫15±1℃。用NSY－1光電顆分儀測泥沙粒度，其當(dāng)量直徑dm由下式計(jì)算：
　　　　　dm=1／（∑（△pi／di））
　　式中di——顆粒粒徑，Pi——粒徑di顆粒占所有顆粒質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。選出dm相近的幾組水樣用比重瓶測定其含沙量，以Cw（kg／m³）表示。然后用直徑62mm，高500mm，有效體積1500mL的自制沉降筒做靜置沉降實(shí)驗(yàn)，根據(jù)沉降曲線求得等速沉降段混液面沉降速度作為自然沉速，以從（mm／s）表示。
　　試樣的含沙量Cw，渾液面自然沉速U0，當(dāng)量直徑dm，見表1：

表1 試樣情況 試樣編號 Cw/(kg.m^-3) dm/μm Uo/(mm.s^-1) 1 　46.5 5.5 0.0157 2 　79.5 9.5 0.0175 3 　84.2 9.4 0.0161 4 　101.5 9.4 0.0130 5 　58.0 12.8 0.0385 6 　75.6 12.8 0.0270 7 　94.5 12.8 0.0210 8 　115.3 12.8 0.0161 9 　35.5 18.4 0.0990 10 　67.5 18.4 0.0492 11 　83.2 18.4 0.0381 12 　94.7 18.4 0.0345 13 　46.0 25.3 0.1100 14 　55.0 25.3 0.0955 15 　64.0 25.3 0.0790 16 　79.5 25.3 0.0645 17 　69.8 30.1 0.0860 18 　125.5 30.1 0.0467

表2 各試樣實(shí)測渾液面沉速與計(jì)算值對照 試樣編號 Uo/（mm.s^-1) Cw/(kg.m^-3) D/(mg.L^-1) U/(mm.s^-1) U計(jì)算/(mm.s^-1) 相對誤差/% 1 0.0157 46.5 7.5 0.202 0.214 -6.01 2 0.0175 79.5 15 0.351 0.342 2.59 3 0.0161 84.2 20 0.465 0.481 -3.50 4 0.0130 101.5 25 0.459 0.446 2.74 5 0.0385 58 10 0.498 0.524 -5.26 6 0.099 35.5 2.5 0.209 0.219 -4.61 7 0.099 35.5 4.5 0.624 0.605 3.03 8 0.099 35.5 6.5 1.149 1.144 0.43 9 0.099 35.5 8.5 1.721 1.821 -5.79 10 0.099 35.5 10.5 2.604 2.625 -0.82 11 0.0492 67.5 12 0.702 0.697 0.75 12 0.0381 83.2 15 0.571 0.604 -5.70 13 0.0345 94.7 20 0.716 0.751 -4.89 14 0.011 46 10 0.273 0.268 1.95 15 0.011 46 15 0.584 0.540 7.49 16 0.011 46 20 0.0878 0.889 -1.27 17 0.011 46 25 1.295 1.309 -1.06 18 0.011 46 5 0.0742 0.081 -8.59 19 0.0955 55.3 10 1.223 1.188 2.88 20 0.079 64 10 0.724 0.813 -12.27 21 0.0645 79.5 12.5 0.668 0.727 -8.78 22 0.086 69.8 10 0.786 0.763 2.93 23 0.0467 125.5 20 0.588 0.625 -6.35

1.2 加藥混凝實(shí)驗(yàn)
　　實(shí)驗(yàn)所選的藥劑為江蘇南天生產(chǎn)的陽離子型PAM，陽離子度30％，配制成0.5％溶液。
　　取1.5L上述配制的水樣置于2L的燒杯中，以600r/s的轉(zhuǎn)速攪拌5min，然后投加PAM，再調(diào)整轉(zhuǎn)速和時(shí)間確定混凝的水力條件：筆者通過對攪拌速度。攪拌時(shí)間、PAM投加量做正交實(shí)驗(yàn)得出具有最大渾液面沉速時(shí)的最佳的速度梯度與攪拌時(shí)間乘積，即（CT）umax為2180，這與崔俊華驗(yàn)證的（CT）umax為1900－2000[1]相近。在此基礎(chǔ)上每次取1.5L上述配制的水樣置于2L的燒杯中，先以600r/s轉(zhuǎn)速攪拌5min，然后投加不同量PAM，以D（mg／L）表示PAM投加量，達(dá)到要求的CT值（2180）混凝后，緩慢注入沉降筒做沉淀實(shí)驗(yàn)，測定渾液面沉速（同自然沉速測定方法），以U（mm/s）表示。同時(shí)把擬合的渾液面的沉速以U計(jì)算（mm/s）表示，結(jié)果如表2。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

　　研究表明，在高濁度水處理中，自然沉速Uo、PAM投加量D與泥沙顆粒總表面積及含量有如下關(guān)系：
　　　　　　　U₀=f₂（得出最佳S₀，Cw），D＝f₁（S₀，C_w）
　　 式中S₀——質(zhì)量比表面積，m²／kg。
　　 于是可以推測U0與D有相關(guān)性。而高濁度水混凝渾液面沉速不僅與含沙量有關(guān)，而且與顆粒因素有關(guān)。用U_O可以部分地表征高濁度水的顆粒因素（從表1也可反映出來），從而在實(shí)際處理一定組成的高濁度水時(shí)可以借助試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，根據(jù)渾液面自然沉速以及所期望達(dá)到的渾液面沉速來確定PAM的投藥量。
　　 分析表2中試樣6－10以及14－18在該兩種泥沙顆粒組成下投藥量與渾液面沉速表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。如圖 1，圖2所示（其中у表示logU，x表示logD）。

　　 綜合含沙量和U0于是可以假定logU=k₁logU_O+k₂logC+k₃logD+k₄進(jìn)行線性回歸，求得經(jīng)驗(yàn)式。
　　 通過MATLAB編程運(yùn)算，得出k₁=0.82，k₂= -1.532，k₃=1.732,k₄＝1.849
　　 總偏差S_總=2.245，S_回＝2.228，S_殘=0.198，F(xiàn)=71.12，當(dāng)置信度α=0.01時(shí)，查F分布表，F(xiàn)_0.01（3，19）＝5.01^[2]。而F＝71.12＞F_0.01（3，19）＝5.01，可見回歸方程是顯著的。計(jì)算得出的渾液面沉速和相對誤差見表2。

3 結(jié)論

　　 在大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)卜進(jìn)行回歸分析，得出在黃河高濁度水處理中混凝渾液面沉速由下式計(jì)算：
　　 logU＝0.821logUo+1.732logD－1.532logC+1.849，具有較高的置信度。這可為高濁度水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)和參數(shù)選取提供一定的依據(jù)；同樣在給定產(chǎn)水量的情況下，為達(dá)到預(yù)定的渾液面沉速此式也可作為投藥量的參考。

參考文獻(xiàn)：

　　[1] 崔俊華 高濁度混凝最優(yōu)GT值研究(一)[J]河北建筑科技學(xué) 院學(xué)報(bào)，1998，15（4）：7－10
　　[2] 韓芝隆 概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000

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　　作者簡介：歐陽清華 （1974），男，湖南衡陽人，同濟(jì)大學(xué)在讀碩士，同濟(jì)大學(xué)94＃，電話（021）65980567。