高浊度微污染黄河水的处理工艺
摘要：在混凝处理中采用5%的清水回流与PAC+HPAM联合投加相结合的 方法 ，形成高浊度微污染黄河水的处理工艺。 应用 该技术对高浊度水进行生产性试验，除浊效果与传统工艺相比约提高40%～50%，对有机物和NH3-N的去除率也有所提高，同时可使出水的致突变活性呈阴性。
关键词：给水处理 高浊度水 微污染 混凝
Treatment Process of High Turbid and Slightly-Polluted Water from the Yellow River
Abstract: 50% clean water backflow plus PAC+HPAM coagulation process was employed to treat high tur-
bid and slightly-polluted water from the Yellow River at a pilot scale.Compared with the traditional ones，this process increased 40%～50% in turbidity removal，and also increased the removal of organic substances and NH3-N.At the same time the mutation activity of the treated water showed negative.
Key words: feed water treatment;high turbid water;slight Pollution;coagulation
引言
黄河含沙量不但居世界首位，而且大量污水的排入，使黄河水中酚、氨氮、耗氧量、化学需氧量的含量超标。
在高浊度水处理中一般采用阴离子型水解聚丙烯酰胺(HPAM)，试验表明，当HPAM的投加量相同时，投加溶液浓度越低，絮凝效果就越好，如表1所示。
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原水含沙量/ (kg·m-3) |
水温/ ℃ |
HPAM用量/ (mg·L-1) |
投药浓度/ ％ |
界面沉速/ (mm·s-1) |
| 26 | 5.1 | 2.65 | 10-3 | 1.03 |
| 5.1 | 2.6 | 10-5 | 2.13 | |
| 4.0 | 2.6 | 5×10-6 | 2.5 | |
| 41 | 5.9 | 4.1 | 10-3 | 0.83 |
| 5.9 | 4.1 | 10-5 | 1.05 | |
| 5.9 | 4.1 | 5×10-6 | 1.7 | |
| 92 | 15.2 | 9.0 | 10-3 | 0.6 |
| 16.0 | 9.0 | 5×10-6 | 1.9 |
这是因为药剂的浓度低，其活性基团能全部均匀地分散于水中，与水中泥沙颗粒接触、结合的几率就高。相反，则药剂在水中很难均匀分布，易造成大的局部浓差，使一些泥沙颗粒吸附量过多产生自缚或相斥，降低絮凝效果。但在生产中，往往不可能把投加液的浓度配得很低，否则就会使配药、储药、投药等设备庞大。 文献 [1-2]表明，利用净化构筑物自产的部分清水稀释HPAM，使其浓度极大降低，然后回流与原水混合，可达到高度分散的目的。从而发挥高效絮凝作用，提高净水构筑物的净化能力，这就是“清水回流”新工艺的优点所在。
对高浊度微污染黄河水，采用低分子凝聚剂PAC与HPAM联合投加，可强化整个混凝过程，其机理很简单，就是利用凝聚剂使水中颗粒完成初凝，然后再利用HPAM使初凝颗粒进行絮凝，就可以得到密实而又大的絮体，有利于沉淀去除。把“清水回流”新工艺与PAC和HPAM联合投加相结合，将能达到改善出水水质这一目的。
1 基础性试验
1.1 混凝剂投加方式试验[3]
试验水样为黄河原水，对不同含沙量的水样，做下列3种工况下的混凝试验：
①HPAM一次投加试验，即投药后10s内上下搅动3次;
②HPAM分步投加，即第一次投加HPAM后1min内上下搅拌20次，然后再投加HPAM，第二次搅拌采用10s内上下搅动3次;
③PAC+HPAM联合投加，搅拌方式同工况②。
每种工况经过加药搅拌后，静沉14min，吸取上清液测定浊度，其结果见表2。
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原水含沙量/ (kg·m-3) |
HPAM一次投入 | HPAM分布投入 | PAC+HPAM联合投入 | |||
|
投药量/ (mg·L-1) |
处理后浊度/ NTU |
投药量/ (mg·L-1) |
处理后浊度/ NTU |
投药量/ (mg·L-1) |
处理后浊度/ NTU |
|
| 29.5 | 1.50 | 414 | 0.75+0.75 | 252 | 30+1.5 | 212 |
| 22.0 | 0.80 | 608 | 0.4+0.4 | 506 | 10+0.8 | 428 |
| 11.0 | 0.40 | 529 | 0.2+0.2 | 332 | 30+0.4 | 115 |
| 5.07 | 0.25 | 408 | 0.15+0.10 | 182 | 10+0.25 | 69 |
由表2知以PAC+HPAM联合投加的去浊效果最好。
1.2 清水回流新工艺动态试验
清水回流新工艺的试验工艺流程如图1所示，试验装置是集该工艺于一体的澄清池模型。
试验分下列三种工况：
①无回流水时，把HPAM投加在池进水管中;
②有回流水时，把HPAM投加在回流水中;
③PAC+HPAM联合投加时，将PAC投加在池进水管中，HPAM投加在回流清水中，PAC投在HPAM之前1min。
在水温10.5℃，原水含沙量42kg/m3，HPAM用量4.6mg/L，PAC用量20mg/L的条件下，进行动态试验，观察到澄清池中浑液面的高程：工况①最高，工况②次之，工况③最低。
澄清池中三种工况的悬浮物浓度变化和出水水质如表3所示。
| 工况序号 | 悬浮层泥沙浓缩倍数/倍 | 出水浊度/NTU | 絮体外观 |
| ① | 1.08～1.52 | ＞1000 | 细小 |
| ② | 1.33～1.85 | 100～200 | 较大 |
| ③ | 1.85～2.41 | 100左右 | 大而密实 |
表3说明了用清水回流稀释HPAM的工况显著地优于无清水回流，而有清水回流、且PAC+HPAM联合投加又优于有清水回流的单独投加HPAM的工况，特别从悬浮层的泥沙浓度看，有清水回流稀释HPAM比无清水回流要增加20%，而清水回流和PAC+HPAM联合投加时增加悬浮层的泥沙浓度为56%。
2 工程试验
2.1 工艺流程
在上述 研究 的基础上，形成了高浊度微污染黄河水新的处理工艺，如图2所示。
依据图2流程，在两个直径为100m的辐流式沉淀池做高浊度微污染黄河水的新处理工艺与原生产工艺的对比试验，图3为原生产工艺流程图。
2.2 试验结果
2.2.1 浑浊度对比
每次试验时控制两个沉淀池进出水量、排泥量基本相同。原工艺对比池投加0.1%浓度的HPAM0.5mg/L;新工艺采用PAC+HPAM联合投加，PAC的浓度为0.8%，投量为0.3mg/L，在PAC投入1min后的管道中投入浓度为0.1%的HPAM0.5mg/L，其清水回流量保持在沉淀池出水量的5%。表4为现场生产试验新旧工艺对比，结果证明，新处理工艺对高浊度微污染黄河水的除浊效果显著。
| 取样时间 |
进水含沙量/ (kg·m-3) |
原工艺出水浑浊度/ NTU |
新工艺出水浑浊度/ NTU |
| 12:00 | 7.95 | 52.0 | 36.8 |
| 16:00 | 15.96 | 66.8 | 35.7 |
| 18:00 | 12.25 | 72.8 | 35.2 |
| 21:00 | 10.84 | 70.8 | 31.2 |
| 24:00 | 8.83 | 70.5 | 33.4 |
| 02:00 | 8.80 | 64.71 | 33.6 |
| 05:00 | 10.14 | 68.40 | 38.4 |
2.2.2 CODMn对比
在高浊度水中，浊度与有机物的含量表现出正相关关系。若出水浊度越高，有机物的含量也越高，新工艺降低了出水浊度，同时也降低了水中的CODMn含量。新旧工艺去除CODMn对比见表5。
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进水含沙量/ (kg·m-3) |
原工艺CODMn | 新工艺CODMn | ||||
|
进水/ (mg·L-1) |
出水/ (mg·L-1) |
去除率/ ％ |
进水/ (mg·L-1) |
出水/ (mg·L-1) |
去除率/ ％ |
|
| 6.3 | 124.0 | 34.7 | 72 | 123.0 | 4.9 | 96 |
| 8.2 | 109.8 | 34.5 | 68 | 107.1 | 5.1 | 95 |
| 7.7 | 74.7 | 34.4 | 54 | 84.4 | 5.0 | 94 |
2.2.3 NH3-N对比试验
表6说明采用清水回流和PAC+HPAM联合投加也可使氨氮含量下降。
|
进水含沙量/ (kg·m-3) |
原工艺NH3-N | 新工艺NH3-N | ||||
|
进水/ (mg·L-1) |
出水/ (mg·L-1) |
去除率/ ％ |
进水/ (mg·L-1) |
出水/ (mg·L-1) |
去除率/ ％ |
|
| 10 | 0.15 | 0.11 | 26.6 | 0.15 | 0.07 | 53.3 |
| 14 | 0.31 | 0.24 | 22.5 | 0.31 | 0.19 | 38.7 |
2.2.4 遗传病 理学 对比
由表7Ames试验可知，黄河原水和水厂原工艺出水的水样，对TA98菌株致突变率，当剂量(L/皿)<2时，其MR>2，有剂量反应关系，证明两水样为致突变反应阳性，说明黄河原水和原工艺出水中均含有移码型直接致突变物。从表7中数据 分析 ，水厂原工艺对原水致突变性有所改善;新工艺的出水水样，在水样剂量为5L/皿的条件下，致突变率MR值略大于2，证明该出水水质突变活性有明显的改善。
表中还表明，黄河原水和水厂原工艺出水，对TA100菌株的致突变率在水样剂量为1～2L/皿时，MR值出现大于2，且有剂量反应关系，致突变反应呈阳性，新工艺致突反应呈阴性，说明黄河水和原工艺出水中还含有碱基置换型直接致突变物，使水的致突变活性增高。原水水样高剂量组产生抑菌现象，说明原水有细胞毒性，经处理后基本消除。
| 水样编号 |
剂量/ (L·皿-1) |
TA98 | TA100 | ||
| cfu | MR | cfu | MR | ||
| 原水 | 5.00 | * | * | * | * |
| 2.00 | 55 | 3.24 | 334 | 2.37 | |
| 1.00 | 35 | 2.06 | 596 | 2.10 | |
| 0.50 | 24.3 | 1.43 | 171 | 1.21 | |
| 0.25 | 17 | 1.00 | 154 | 1.09 | |
| 原工艺出水 | 5.00 | 5.5 | 3.24 | 294 | 2.10 |
| 2.00 | 52.3 | 3.08 | 291 | 2.06 | |
| 1.00 | 37 | 2.17 | 276 | 1.92 | |
| 0.50 | 25.3 | 1.49 | 215 | 1.84 | |
| 新工艺出水 | 5.00 | 36 | 2.12 | 178 | 1.26 |
| 2.00 | 32 | 1.88 | 126 | 0.89 | |
| 1.00 | 28.5 | 1.68 | 137 | 0.97 | |
| 0.50 | 22.3 | 1.31 | 130 | 0.92 | |
| 注：剂量为每皿相当水样量；*为抑菌，即水样毒性抑制细菌生长。 | |||||
4 结论
将高浊度水清水回流工艺和低分子混凝剂联合投加相结合，在大型生产试验的条件下，取得了很好的除浊效果。
该工艺，还可以去除原水中有机物，降低化学需氧量和氨氮含量，明显改善原水致突变活性，使水厂出水水质得到明显改善与提高。
参考 文献 ：
[1]张有威，方晞，聂建校.高浊度水的高效絮凝沉淀(澄清)工艺及其装置的 研究 [R].西安：长安大学环境工程学院.1988.
[2]张有威，方阔，聂建校.高浊度水的高效澄清装置[P]. 中国 专利：88203431，1990-01-31.
[3]戴之荷，方晞，聂建校，等.黄河高浊度水混凝沉淀试验的研究[J].给水排水，2000，26(6)：25～27.
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