最優(yōu)混凝攪拌條件的研究

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　　1  實(shí)驗(yàn)方法和條件

　　混凝研究通常是通過燒杯攪拌試驗(yàn)，考察不同混凝條件下的除濁效果。由于該過程經(jīng)過的環(huán)節(jié)太多(快速攪拌、慢速攪拌、沉淀、測(cè)濁度)，難免給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)誤差。故本實(shí)驗(yàn)擬采用直接測(cè)定絮凝體平均粒徑，以絮凝體平均粒徑為指標(biāo)來(lái)研究混凝，因?yàn)榛炷哪康木褪菫榱耸闺s質(zhì)顆粒凝聚變大。絮凝體平均粒徑的檢測(cè)使用了絮凝檢測(cè)儀，該儀器的檢測(cè)值R(無(wú)量綱)可以相對(duì)地反映絮凝體平均粒徑的大小^[1]，而且該值不受水樣檢測(cè)部分污染及電子元件漂移的影響，并且還可以實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)檢測(cè)。

　　1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

　　混凝實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示?；炷蹫榉叫尾?，有效容積6.8L。攪拌采用型號(hào)為DD60-2F型無(wú)級(jí)調(diào)速攪拌器。用絮凝檢測(cè)儀聯(lián)機(jī)在線檢測(cè)混凝過程中絮凝體平均粒徑的變化(用檢測(cè)值R反映)，記錄儀同時(shí)將檢測(cè)信號(hào)自動(dòng)記錄。原水用高嶺土和哈爾濱市自來(lái)水按標(biāo)準(zhǔn)方法配制而成。混凝劑用精制硫酸鋁，用NaOH和HCl調(diào)整pH值。

　　圖1混凝實(shí)驗(yàn)裝置的密度

　　1.2 攪拌強(qiáng)度G值的計(jì)算

　　G值按張洪源等提出的公式(1)求攪拌器攪拌功率W，然后再由公式(2)求G值^[2]。

　　W=14.35d^4.38n^2.69ρ₀^0.69μ₀^0.31             (1)

　　^G=                          (2)

　　式中：d為攪拌葉片寬度(m)；n為攪拌器轉(zhuǎn)速(r/min)；ρ₀為水的密度(1000/9.81kg·s²/m⁴)；μ0為水的絕對(duì)粘度(kg·s/m²)；V為水樣體積(m³)。

　　混凝實(shí)驗(yàn)裝置中攪拌葉片的尺寸和水樣體積之間的位置關(guān)系滿足公式(1)的要求，不需修正。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)資料的處理方法

　　絮凝檢測(cè)儀對(duì)混凝過程中絮凝體平均粒徑變化的檢測(cè)結(jié)果，可以由微機(jī)或自動(dòng)記錄儀在線連續(xù)記錄下來(lái)。圖2是絮凝檢測(cè)儀對(duì)高嶺土懸濁液混凝過程檢測(cè)的自動(dòng)記錄儀記錄的結(jié)果。圖2中，投藥后經(jīng)過一定時(shí)間，R值開始快速增大，達(dá)到某一最大值后略有減小并趨于穩(wěn)定。由圖2資料至少可以獲得兩個(gè)數(shù)據(jù)：一個(gè)是最大的R值(與最大絮凝體平均粒徑對(duì)應(yīng))；二是R值最大時(shí)的攪拌時(shí)間(從加藥算起)。

　　在研究快速攪拌條件時(shí)，由于這時(shí)最終成長(zhǎng)的絮凝體粒徑很小，快速攪拌條件對(duì)混凝的影響難以由絮凝體粒徑反映出來(lái)，故這時(shí)擬用絮凝體成長(zhǎng)到最大(Rm值最大)所需時(shí)間t，即最優(yōu)快速攪拌時(shí)間作為指標(biāo)進(jìn)行研究。

　　圖2 混凝過程的檢測(cè)

　　在研究慢速攪拌條件時(shí)，由于這時(shí)絮凝體粒徑大，故擬以最終成長(zhǎng)的最大絮凝體粒徑(用Rm反映)為參數(shù)進(jìn)行研究。并且為了簡(jiǎn)便，快速攪拌的G值和時(shí)間t采用固定的值，分別為106s^-1和300s。

　　2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

　　2.1 最優(yōu)快速攪拌條件

　　2.1.1 投藥量對(duì)最優(yōu)快速攪拌時(shí)間的影響

　　表1是在快速攪拌G值為106s^-1，原水濁度42mg/L，水溫13～14℃，不同投藥量時(shí)，用絮凝檢測(cè)儀測(cè)得的絮凝體平徑粒徑最大時(shí)的攪拌時(shí)間t(即最優(yōu)快速攪拌時(shí)間)(篇幅限制，相應(yīng)的圖形曲線略)。

　　表1投藥量對(duì)最優(yōu)快速攪拌時(shí)間的影響

　　原水濁度42mg/L；快攪G值106s^-1；水溫13～14℃；pH=7.2

　　表1的結(jié)果有明顯的規(guī)律，即隨著投藥量的增大，絮凝體平均粒徑最大時(shí)的攪拌時(shí)間t顯著減小。實(shí)驗(yàn)中快速攪拌的G值固定為106s^-1，由于最優(yōu)快速攪拌時(shí)間隨投藥量的增大而減小，所以最佳GT值亦應(yīng)隨投藥量的變化而調(diào)整，才能使快速攪拌條件最優(yōu)。

　　表1的結(jié)果是由于低投藥量時(shí)，懸濁質(zhì)顆粒脫穩(wěn)不充分，導(dǎo)致混凝速度慢、時(shí)間長(zhǎng)。而隨著投藥量的增大，懸濁質(zhì)顆粒脫穩(wěn)程度增大，顆粒之間凝結(jié)變得容易，使混凝速度加快，混凝時(shí)間變短。由此，生產(chǎn)中快速攪拌條件應(yīng)隨投藥量的變化而變化。當(dāng)投藥量較小時(shí)，應(yīng)將GT值增大；反之，可以減小GT值。

　　2.1.2 原水濁度對(duì)最優(yōu)快速攪拌時(shí)間的影響

　　表2是在一定的快速攪拌強(qiáng)度(G值為106s-1)、一定投藥量、一定水溫的條件下，原水濁度對(duì)最優(yōu)快速攪拌時(shí)間影響的測(cè)定結(jié)果(圖形略)。共對(duì)四組不同投藥量進(jìn)行了研究。

　　表2的結(jié)果表明，當(dāng)投藥量較大時(shí)，隨原水濁度的提高，最佳攪拌時(shí)間t略有減小，但變化較?。欢端幜枯^小時(shí)，原水濁度對(duì)最佳攪拌時(shí)間t的影響很大；另外表2還表明，當(dāng)原水濁度比較低時(shí)，最優(yōu)攪拌時(shí)間隨投量增大而縮短。由此，生產(chǎn)中當(dāng)投藥量較小時(shí)，快速攪拌條件(用GT值反映)最好隨原水濁度的變化適當(dāng)調(diào)整；而對(duì)于低濁度原水，增加混凝劑投量，快速攪拌GT值可以減小。