高濁度微污染黃河水的處理工藝
摘要：在混凝處理中采用5%的清水回流與PAC+HPAM聯合投加相結合的 方法 ，形成高濁度微污染黃河水的處理工藝。 應用 該技術對高濁度水進行生產性試驗，除濁效果與傳統工藝相比約提高40%～50%，對有機物和NH3-N的去除率也有所提高，同時可使出水的致突變活性呈陰性。
關鍵詞：給水處理 高濁度水 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
黃河含沙量不但居世界首位，而且大量污水的排入，使黃河水中酚、氨氮、耗氧量、化學需氧量的含量超標。
在高濁度水處理中一般采用陰離子型水解聚丙烯酰胺(HPAM)，試驗表明，當HPAM的投加量相同時，投加溶液濃度越低，絮凝效果就越好，如表1所示。
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原水含沙量/ (kg·m-3) |
水溫/ ℃ |
HPAM用量/ (mg·L-1) |
投藥濃度/ ％ |
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 |
這是因為藥劑的濃度低，其活性基團能全部均勻地分散于水中，與水中泥沙顆粒接觸、結合的幾率就高。相反，則藥劑在水中很難均勻分布，易造成大的局部濃差，使一些泥沙顆粒吸附量過多產生自縛或相斥，降低絮凝效果。但在生產中，往往不可能把投加液的濃度配得很低，否則就會使配藥、儲藥、投藥等設備龐大。 文獻 [1-2]表明，利用凈化構筑物自產的部分清水稀釋HPAM，使其濃度極大降低，然后回流與原水混合，可達到高度分散的目的。從而發揮高效絮凝作用，提高凈水構筑物的凈化能力，這就是“清水回流”新工藝的優點所在。
對高濁度微污染黃河水，采用低分子凝聚劑PAC與HPAM聯合投加，可強化整個混凝過程，其機理很簡單，就是利用凝聚劑使水中顆粒完成初凝，然后再利用HPAM使初凝顆粒進行絮凝，就可以得到密實而又大的絮體，有利于沉淀去除。把“清水回流”新工藝與PAC和HPAM聯合投加相結合，將能達到改善出水水質這一目的。
1 基礎性試驗
1.1 混凝劑投加方式試驗[3]
試驗水樣為黃河原水，對不同含沙量的水樣，做下列3種工況下的混凝試驗：
①HPAM一次投加試驗，即投藥后10s內上下攪動3次;
②HPAM分步投加，即第一次投加HPAM后1min內上下攪拌20次，然后再投加HPAM，第二次攪拌采用10s內上下攪動3次;
③PAC+HPAM聯合投加，攪拌方式同工況②。
每種工況經過加藥攪拌后，靜沉14min，吸取上清液測定濁度，其結果見表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聯合投入 | |||
|
投藥量/ (mg·L-1) |
處理后濁度/ NTU |
投藥量/ (mg·L-1) |
處理后濁度/ NTU |
投藥量/ (mg·L-1) |
處理后濁度/ 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聯合投加的去濁效果最好。
1.2 清水回流新工藝動態試驗
清水回流新工藝的試驗工藝流程如圖1所示，試驗裝置是集該工藝于一體的澄清池模型。
試驗分下列三種工況：
①無回流水時，把HPAM投加在池進水管中;
②有回流水時，把HPAM投加在回流水中;
③PAC+HPAM聯合投加時，將PAC投加在池進水管中，HPAM投加在回流清水中，PAC投在HPAM之前1min。
在水溫10.5℃，原水含沙量42kg/m3，HPAM用量4.6mg/L，PAC用量20mg/L的條件下，進行動態試驗，觀察到澄清池中渾液面的高程：工況①最高，工況②次之，工況③最低。
澄清池中三種工況的懸浮物濃度變化和出水水質如表3所示。
| 工況序號 | 懸浮層泥沙濃縮倍數/倍 | 出水濁度/NTU | 絮體外觀 |
| ① | 1.08～1.52 | ＞1000 | 細小 |
| ② | 1.33～1.85 | 100～200 | 較大 |
| ③ | 1.85～2.41 | 100左右 | 大而密實 |
表3說明了用清水回流稀釋HPAM的工況顯著地優于無清水回流，而有清水回流、且PAC+HPAM聯合投加又優于有清水回流的單獨投加HPAM的工況，特別從懸浮層的泥沙濃度看，有清水回流稀釋HPAM比無清水回流要增加20%，而清水回流和PAC+HPAM聯合投加時增加懸浮層的泥沙濃度為56%。
2 工程試驗
2.1 工藝流程
在上述 研究 的基礎上，形成了高濁度微污染黃河水新的處理工藝，如圖2所示。
依據圖2流程，在兩個直徑為100m的輻流式沉淀池做高濁度微污染黃河水的新處理工藝與原生產工藝的對比試驗，圖3為原生產工藝流程圖。
2.2 試驗結果
2.2.1 渾濁度對比
每次試驗時控制兩個沉淀池進出水量、排泥量基本相同。原工藝對比池投加0.1%濃度的HPAM0.5mg/L;新工藝采用PAC+HPAM聯合投加，PAC的濃度為0.8%，投量為0.3mg/L，在PAC投入1min后的管道中投入濃度為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為現場生產試驗新舊工藝對比，結果證明，新處理工藝對高濁度微污染黃河水的除濁效果顯著。
| 取樣時間 |
進水含沙量/ (kg·m-3) |
原工藝出水渾濁度/ NTU |
新工藝出水渾濁度/ 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對比
在高濁度水中，濁度與有機物的含量表現出正相關關系。若出水濁度越高，有機物的含量也越高，新工藝降低了出水濁度，同時也降低了水中的CODMn含量。新舊工藝去除CODMn對比見表5。
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進水含沙量/ (kg·m-3) |
原工藝CODMn | 新工藝CODMn | ||||
|
進水/ (mg·L-1) |
出水/ (mg·L-1) |
去除率/ ％ |
進水/ (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對比試驗
表6說明采用清水回流和PAC+HPAM聯合投加也可使氨氮含量下降。
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進水含沙量/ (kg·m-3) |
原工藝NH3-N | 新工藝NH3-N | ||||
|
進水/ (mg·L-1) |
出水/ (mg·L-1) |
去除率/ ％ |
進水/ (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 遺傳病 理學 對比
由表7Ames試驗可知，黃河原水和水廠原工藝出水的水樣，對TA98菌株致突變率，當劑量(L/皿)<2時，其MR>2，有劑量反應關系，證明兩水樣為致突變反應陽性，說明黃河原水和原工藝出水中均含有移碼型直接致突變物。從表7中數據 分析 ，水廠原工藝對原水致突變性有所改善;新工藝的出水水樣，在水樣劑量為5L/皿的條件下，致突變率MR值略大于2，證明該出水水質突變活性有明顯的改善。
表中還表明，黃河原水和水廠原工藝出水，對TA100菌株的致突變率在水樣劑量為1～2L/皿時，MR值出現大于2，且有劑量反應關系，致突變反應呈陽性，新工藝致突反應呈陰性，說明黃河水和原工藝出水中還含有堿基置換型直接致突變物，使水的致突變活性增高。原水水樣高劑量組產生抑菌現象，說明原水有細胞毒性，經處理后基本消除。
| 水樣編號 |
劑量/ (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 | |
| 原工藝出水 | 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 | |
| 新工藝出水 | 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：劑量為每皿相當水樣量；*為抑菌，即水樣毒性抑制細菌生長。 | |||||
4 結論
將高濁度水清水回流工藝和低分子混凝劑聯合投加相結合，在大型生產試驗的條件下，取得了很好的除濁效果。
該工藝，還可以去除原水中有機物，降低化學需氧量和氨氮含量，明顯改善原水致突變活性，使水廠出水水質得到明顯改善與提高。
參考 文獻 ：
[1]張有威，方晞，聶建校.高濁度水的高效絮凝沉淀(澄清)工藝及其裝置的 研究 [R].西安：長安大學環境工程學院.1988.
[2]張有威，方闊，聶建校.高濁度水的高效澄清裝置[P]. 中國 專利：88203431，1990-01-31.
[3]戴之荷，方晞，聶建校，等.黃河高濁度水混凝沉淀試驗的研究[J].給水排水，2000，26(6)：25～27.
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