低温高浊高碱度原水的处理

赫俊国¹，李永民²， 徐力群¹，王鹤立¹， 赵锰¹?
（1.哈尔滨建筑大学 多相工艺研究中心， 黑龙江 哈尔滨 150008；2.大庆石油管理局供水公司，黑龙江大庆163453）

　　摘　要： 分析了大庆某水厂低温高浊高碱度原水的成因和水质特性，通过处理该特种水质的生产性试验确定了合理的工艺参数，并成功地利用原设施进行了提高负荷、改善水质的生产性改造，取得了一定的经济效益和社会效益。?
　　关键词： 给水处理； 低温高浊高碱度； 生产性改造
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码： C
　　文章编号：1000-4602(2000)03-0044-03


1 低温高浊高碱度水的成因

　　大庆某水厂的水源为龙虎泡水库，每年夏季，该水库都经引水渠道从嫩江中部引水。龙虎泡是天然形成的库区，最大面积113km²。水库内最初原有碱水约3×10⁸m³，pH 值为9.02～9.48，总矿化度2500mg/L，属HCO₃^-型水。嫩江来水水质pH为8.5，矿化度100mg/L。受季节影响，该水源地浊度、温度变化较大，浊度在10～1 500NTU之间，pH值8.6～9.4，温 度1～20 ℃，矿化度600 mg/L左右。形成该特殊水质的主要原因是地理环境，由于①龙虎泡 水库位于风口，并且取水泵站设在迎风面上；②该水库处于盐碱地带，在库底存有20～30cm厚的碱泥；③水库面积大，深度较浅，最深处达10m，最浅处不足1.0m；因而在每年的4月中旬至5月初水库表面冰雪融化期和每年的11月末到12月中旬水库表面初结冰期，形成了 给水处理中极特殊的低温高浊高碱度水质期。

2 水质特性和处理机理

　　为了考察高浊期原水的沉降特性，在1998年的低温高浊期取原水进行了沉降分析。静沉结果表明，原水静沉24 h的浊度去除率为11.6%。在浊度为300NTU以上时，该静沉率变化不大；浊度低于300NTU时静沉率随原水浊度的降低而下降。由此可知，原水中的浊度主要由胶 体形成，悬浮物的含量低，因此高浊期对原水进行预沉处理并不会有效降低原水浊度。?
　　低温、高浊、高碱度对水体的颗粒凝并碰撞和沉降影响较大。据研究，低温期水中胶体颗粒 电位升高，约为中温时期的2倍左右，胶体间静电斥力增大，稳定性增强；水的粘滞性增加 ，颗粒运动的阻力变大，碰撞困难；颗粒的布朗运动减弱，微粒的惰性增强；因低温动力粘 滞系数变大，颗粒的极限沉降速度变小，因而浊度去除率降低。原水浊度升高导致水体的粘 滞系数变大，虽然颗粒的总体碰撞次数增加，但有效碰撞的比例下降。由于高碱度的影响， 胶团的外表面较为光滑，类似光滑球，即使在表面电层压缩脱稳后，受内部碱度的影响该脱 稳胶团仍较光滑，因此只有相应增加混凝剂量才能将其吸附捕捉。?
　　在低温高浊高碱度水的处理中，混凝剂水解的产物在水体中进行亚微观扩散的程度是控制处理效果的制约因素。把混凝剂投入到该水体中，由于混凝剂的水解产物向邻近水体细部扩 散的速度慢，在未进入水体细部时便被附近的胶体颗粒吸附捕捉，吸附后胶体脱稳，形成 小的絮凝体，扩散阻力的增大导致均匀扩散时间的延长，致使部分区域混凝剂分子集中，而局部又无混凝剂的水解分子，这造成过反应与反应脱稳不完善的双重现象共存。在混凝剂集 中的地方矾花长大较快，形成松散的矾花聚结体，随着推流的进行，该类型絮体极易破碎，出现局部过反应现象。而局部絮凝不完善的原因一是混凝剂集中区域颗粒迅速不合理长大，导致未脱稳的胶体失去了脱稳的机会；二是扩散速度跟不上已脱稳胶体的絮凝速度。由此导致了低温高浊期胶体脱稳不完善和过反应现象，直接影响了沉淀的效果，影响沉淀池出水水质。?
　　生产性试验应用了涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术，相应设备有管式微涡混合器、小孔眼格网、小间距斜板沉淀设备。混合工艺由管式微涡混合器实现，通过造成微涡漩，利用微涡 漩的离心惯性效应来实现多相物系中的颗粒迁移，克服亚微观传质阻力，增加亚微观传质速率，促进亚微观传质。该设备可使水流形成高比例、高强度的微漩涡，减小亚微观传质阻力，增强动量和质量传递，完善的亚微观细部传质使得胶体脱稳而有凝并聚合的趋向。小孔眼格网与反应池的过流空间在形成一定的剪切力梯度后，保证脱稳后的胶体碰撞凝并长大，同时 格网形成的剪切力使矾花保持一定的密实度和抗剪切强度，进入沉淀池的颗粒具有一定的尺 度大小和密实度可为高效率去除浊度提供有效保证。小间距斜板抑制了矾花沉降中的脉动干扰，同时使沉淀面积与排泥面积相等，无侧向约束不积泥。较小的间距可以保持矾花的高去除率，小间距斜板间阻力增大使配水更趋均匀，避免短流，其独特的排泥特性使浅池的优化运行得以保证，并使水厂运行的抗冲击负荷能力增强。

3 生产性改造

　　水厂共有10组反应沉淀池，单组原设计负荷2.5×10⁴m³/d。1997年10月至11月对10^＃反应沉淀池进行了应用新技术的生产改造。在改造中，拆除了原工艺设备，安装了与新技术相匹配的设备，其中反应池是依据原池的现状，通过布设不同孔径和距离的格网来控制水流的流态，使格网、廊道及转弯处的动力条件满足惯性参数控制。于1998年春季的低温高浊高碱度期开始运行。?

　　

　　造后药剂选用硫酸铝+活化硅酸(或聚丙烯酰胺)，硫酸铝采用药剂厂原液，不加稀释。
　　在试验中，采用了电磁流量计测量沉淀池日累积出水量，药剂投加采用计量泵+流量计，沉淀池出水浊度采用HACH公司NTU浊度仪测量。在实际运行中的对比结果见图1～4。

　　

　　

　　 新原工艺对比说明：?
　　① 1998年低温高浊高碱期较1997年同时期浊度高，碱度大，处理难度增加。
　　② 新工艺平均产水量1117.1m³/h(原工艺平均产水量609.3m³/h)，较原工艺平均提高了83.3%，且新工艺产水量超过原设计负荷。
　　③ 试验中新工艺药剂单耗量与原工艺大致相当。
　　④ 新工艺的沉淀池出水在3NTU以内，原工艺沉淀池出水在4.0～12.1NTU。

4 结论

　　① 涡漩混凝低脉动沉淀给水处理技术对低温高浊高碱度水的处理是行之有效的。该技术揭示了多相物系传质碰撞的动力学致因——惯性效应。
　　② 在低温高浊高碱度水处理中亚微观传质扩散是混合的关键，通过造成高比例高强度的微涡漩，利用微小涡漩的离心惯性效应可以保障药剂瞬间进入水体细部，使胶体脱稳瞬时、充分。?
　　③ 对反应池中水流的全程进行合理有效的动力控制，可以提高单位时间内颗粒的碰撞凝并程度，即使高碱度的影响也可有效利用混凝剂而避免药剂浪费。?
　　④ 格网的布设有三个作用，一是形成微涡漩，使颗粒碰撞凝并，二是利用过网的剪切使絮体保持一定的压实度，三是为一些流动过程中破碎的矾花重新聚集提供了水力条件。合理的格网布设可以减弱低温和高浊的影响。?
　　⑤ 小间距斜板为矾花的沉降提供了良好的水力条件，这在低温期颗粒极限沉速变小的情况下作用尤为突出。同时斜板的材质、支撑及角度保证了沉泥的快速彻底排除，从而保证高浊期运行的沉淀效果，具有较强的抗冲击负荷能力。

参考文献：
［1］ 王绍文.惯性效应在絮凝中的动力学作用［J］.中国给水排水，1998，14(2 )：13-16.
［2］ 赫俊国.惯性效应理论在特种水质处理中的试验研究［D］.哈尔滨建筑大学. 1997.

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电　话： (0451)5646472?
收稿日期：1999-10-12