楊妍龔, 喬龍君, 胡增寶
(合肥供水集團(tuán)有限公司,安徽合肥230011)
攪拌試驗(yàn)是模擬混合、絮凝和沉淀等工藝過程的經(jīng)典方法,被廣泛應(yīng)用于水廠設(shè)計(jì)、生產(chǎn)控制和科學(xué)研究等方面[1]。在生產(chǎn)控制方面,目前國內(nèi)大多數(shù)水廠都通過開展攪拌試驗(yàn)以指導(dǎo)日常生產(chǎn)中的混凝劑投加和工藝工況判斷,因此其準(zhǔn)確性尤為重要。
國內(nèi)關(guān)于攪拌試驗(yàn)的研究比較少,早期主要集中在攪拌器的選擇、G值的計(jì)算等方面,攪拌機(jī)商品化后主要是模擬生產(chǎn)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇和優(yōu)化[1-6]。攪拌試驗(yàn)誤差的相關(guān)研究不多,一般地,誤差來源于參數(shù)設(shè)置與生產(chǎn)實(shí)際的一致性、儀器的誤差和人員操作的誤差。筆者討論了相同工藝參數(shù)條件下的隨機(jī)誤差,以確定合理的投加梯度和最佳投量,從而科學(xué)合理地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn),為相似水廠攪拌試驗(yàn)提供參考。
ZR4-6六聯(lián)攪拌機(jī),TSZ濁度儀,MS104S電子分析天平,聚合氯化鋁鐵(液體,氧化鋁含量9.8%,氧化鐵含量0.7%)。
實(shí)驗(yàn)采用合肥某水庫原水,水質(zhì)如表1所示。
表1 原水水質(zhì)Tab.1 Quality of source water
1.3.1攪拌機(jī)程序設(shè)置
混合:以250 r/min轉(zhuǎn)速攪拌2.5 min;絮凝: 以75 r/min轉(zhuǎn)速攪拌9 min;沉淀時(shí)間:20 min。
1.3.2實(shí)驗(yàn)步驟
用量筒量取1 L實(shí)驗(yàn)水樣分別加入攪拌機(jī)的6個(gè)燒杯中,再用刻度管吸取等量聚合氯化鋁鐵加入攪拌機(jī)的6個(gè)加藥管中,再用純水將其稀釋至5 mL處。攪拌開始時(shí)立即手動(dòng)加藥,加藥完成后,迅速向6個(gè)加藥管中加入純水至3 mL處潤洗,并將潤洗液加入攪拌燒杯中,潤洗2次。沉淀結(jié)束后,取液面下5 cm處水樣50 mL檢測濁度。以上試驗(yàn)重復(fù)3次。
進(jìn)行聚合氯化鋁鐵投加量分別為15,25和35 mg/L的3組攪拌試驗(yàn),每組試驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn),結(jié)果如表2至表4所示。
表2 投加15 mg/L聚合氯化鋁鐵的沉淀出水濁度Tab.2 Turbidity of the sedimentation effluent with PAFC dosage of 15 mg/L
表3 投加25 mg/L聚合氯化鋁鐵的沉淀出水濁度Tab.3 Turbidity of the sedimentation effluent with PAFC dosage of 25 mg/L
表4 投加35 mg/L聚合氯化鋁鐵的沉淀出水濁度Tab.4 Turbidity of the sedimentation effluent with PAFC dosage of 35 mg/L
根據(jù)《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋 正態(tài)樣本離群的判斷和處理》(GB/T 4883—2008),采用Grubbs法進(jìn)行可疑值判斷,所有檢測結(jié)果均未出現(xiàn)可疑值,表明儀器各攪拌槳的攪拌效果不存在明顯差異,試驗(yàn)結(jié)果可信。攪拌試驗(yàn)沉淀出水濁度在3 NTU以下時(shí),相同試驗(yàn)條件下的濁度的相對平均偏差在7.8%以內(nèi)。因此,由濁度最低或最佳值判斷的凈水劑最佳投加量也會(huì)受濁度誤差影響。
在相同條件下,對同一原水進(jìn)行不同投加量梯度的攪拌試驗(yàn),沉淀出水濁度與凈水劑投加量之間的關(guān)系如圖1所示。
圖1 不同投加梯度下的沉淀出水濁度 Fig.1 Turbidity of precipitated effluent under different dosage gradients
由圖1可知,攪拌試驗(yàn)沉淀出水濁度在3 NTU以下時(shí),相同試驗(yàn)條件下濁度的相對平均偏差在7.8%以內(nèi),凈水劑投加量梯度為2和10 mg/L時(shí),部分相鄰?fù)都恿康某恋沓鏊疂岫鹊恼`差范圍存在重合現(xiàn)象,例如投加量為24 mg/L的沉淀出水濁度0.83±0.06 NTU與投加量26 mg/L的0.74±0.06 NTU,投加量為35 mg/L的沉淀出水濁度0.42±0.03 NTU與投加量45 mg/L的0.43±0.03 NTU;而投加量梯度為5 mg/L的曲線中未出現(xiàn)濁度在誤差范圍內(nèi)重合的現(xiàn)象。因此,建議攪拌試驗(yàn)中凈水劑投加量梯度應(yīng)考慮出水濁度的誤差,本次攪拌試驗(yàn)中凈水劑投加量梯度宜為5 mg/L左右。
在最佳投加量選擇試驗(yàn)中,一般以濁度-加藥量曲線上濁度最低點(diǎn)對應(yīng)的凈水劑投加量為最佳投加量。原水?dāng)嚢柙囼?yàn)的濁度-加藥量曲線如圖2所示。
圖2 濁度-投加量曲線Fig.2 Turbidity-dosage curve
從圖2可知,出水濁度最低為0.37 NTU,對應(yīng)的投加量為40 mg/L,而沉淀出水濁度誤差為±7.8 %,對應(yīng)濁度-加藥量曲線上的投加量為5 mg/L,因此可以認(rèn)為此次攪拌試驗(yàn)的凈水劑最佳投加量為40±5 mg/L。
2022年4月,在合肥某水廠每天進(jìn)行2次最佳投加量試驗(yàn),按最佳效果點(diǎn)選擇法評判,結(jié)果以兩次平均值計(jì),然后與生產(chǎn)實(shí)際單耗比較,結(jié)果如圖3所示。
圖3 最佳投加量攪拌試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際單耗對比Fig.3 Comparison between the experimental results of optimal mixing and the actual unit consumption
1個(gè)月的對比表明,83.3%的攪拌試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際單耗的差值在±5 mg/L以內(nèi),攪拌試驗(yàn)?zāi)茌^好地指導(dǎo)生產(chǎn)。
① 由于試驗(yàn)誤差的存在,相同工藝參數(shù)條件下的攪拌試驗(yàn)沉淀出水濁度也會(huì)有明顯差異,試驗(yàn)表明攪拌試驗(yàn)沉淀出水濁度在3 NTU以下的誤差范圍在7.8%以內(nèi)。
② 攪拌試驗(yàn)時(shí),凈水劑投加量梯度應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)誤差選擇適宜范圍,本試驗(yàn)投加梯度宜在5 mg/L左右。
③ 考慮到試驗(yàn)誤差,攪拌試驗(yàn)最佳投加量應(yīng)與濁度-投加量曲線上最佳濁度誤差范圍相對應(yīng)。以此方法與生產(chǎn)實(shí)際藥耗比較,攪拌試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際單耗相差在±5 mg/L以內(nèi)占83.3%,能較好地指導(dǎo)生產(chǎn)。