混凝剂投加在新安江水质应急变化时制水工艺的探索

胡 皓，傅婉芝，徐梦甜

（杭州建德自来水有限公司，浙江 杭州 311600）

新安江水库即“千岛湖”，是建德市主城区唯一供水来源，其位于钱塘江上游新安江主流上，是为建设新安江发电站而形成的大型水库，也是杭州市面积最大的水体，为国家Ⅰ类水体。新安江第二水厂源水浊度常年保持在0.2～0.5 NTU，其水质清澈、透明，在水厂制水过程中无需投加任何混凝剂、助凝剂即可达到国家饮用水水质标准。因此，水厂在日常运行期间，不需要投加混凝药剂进行混凝沉淀。但在每年5～7月梅雨季节来临时降雨量增大，导致新安江支流寿昌江江水暴涨，上游洪水夹杂着泥土、垃圾等杂质顺流而下，在新安江城区汇入新安江主流。如遇新安江水电站因防汛原因降低下泄流量，易导致浑浊的寿昌江水返流入水厂取水口，导致源水浓度在一定时间内升高至1～20 NTU[1]。针对这一问题，在水厂制水过程中通过实验模拟汛期新安江恶劣水质对混凝剂的投加量进行探索就显得非常重要，为应急水处理工作提供相关依据。

1 混凝实验

1.1 混凝剂

采用杭州地区相关制水厂普遍使用的，杭州天健流体控制设备有限公司生产的浓度为10%的液体聚合氯化铝（PAC）溶液：氯化铝（以Al2O3计）质量分数≥10%，盐基度为40.0%～85.0%，不溶物的质量分数≤0.2%，pH值为3.5～5.0；氢氧化钠溶液为50 g/L。其他试剂均为常用的分析纯。

1.2 实验仪器

六联混凝实验搅拌器MY3000-6B（武汉市梅宇仪器有限公司）；浊度仪，2100N哈希浊度仪；pH计，雷磁PHS-3C（上海精科仪器有限公司）。

1.3 源水水质

实验取用为受汛期寿昌江洪水倒流至新安江水电站下游约100处，新安江第二自来水厂取水泵站集水井内源水。其夏季水温普遍在25.0 ℃左右，pH值为7.15～7.40，浊度为1.32～7.60 NTU。因非汛期水质较好，浊度为0.2～0.5 NTU，故水厂在汛期水质变化时需应急加药，进行混凝实验，确保出厂水水质达到国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求。本次实验取用当日水厂取水泵站进水并按要求配置高、中、低三个不同浊度水样，其主要水质指标如表1所示[2]。

表1 水样原始数据

2 实验过程与步骤

①取实验当日取水泵站一定量的源水，加入少量高岭土，搅拌均匀待测；

②测定水样的理化指标包括浊度、pH值、温度；

③分别取1 L配置好的水样，装入已编号的搅拌混凝实验杯中；

④低浊度实验组分别加入0.05 mL、0.10 mL、0.15 mL、0.20 mL、0.25 mL、0.30 mL10%的聚合氯化铝溶液；中等浊度组依次加入0.01 mL、0.02 mL、0.03 mL、0.05 mL、0.07 mL、0.09 mL的聚合氯化铝溶液；高浊度组分别加入0.01 mL、0.03 mL、0.05 mL、0.07 mL、0.09 mL、0.11 mL聚合氯化铝溶液，不同浓度各6个实验单元；

⑤设定搅拌强度为75 r/pm，搅拌10 min，观察矾花的产生情况并记录；

⑥静置1 h后，从混凝实验杯龙头处放出适量水样，测定其浊度、pH值；

⑦对检测结果进行记录、分析。

3 实验结果与分析

3.1 低浊度实验组

通过对低浊度实验组混凝后的上清液测定，其实验结果如表2所示：

表2 水样混凝实验测定数据

实验数据分析结果如图1、图2所示。

图1

图2

从低浊度实验组结果图1、图2可以看出，处理后清液的浊度在①处达到最低值，该投药量混凝效果最好，随着PAC投加量的增加，浑浊度缓慢上升，在④处达到最高值并继续缓慢下降。同时，通过对各水样混凝结束后pH值的检测发现，由于实验中使用的聚合氯化铝呈酸性，加入混凝实验杯中导致杯内水样pH呈下降趋势，在④处pH值为6.40，已超出生活饮用水卫生标准的要求。在正常生产中需要加入NaOH溶液调节酸碱度，这不仅增加了制水的工艺难度，也增加了生产成本，不具备经济性。综上所述，在不加NaOH溶液的情况下，加0.05 mL10%PAC溶液，效果最为理想[3]。

3.2 中等浊水实验组

通过对中等浊度实验组混凝后的上清液测定，其实验结果如表3所示：

表3 水样混凝实验测定数据

实验数据分析结果如图3、图4所示。

图3

图4

从中等浊度水样混凝实验结果图3可以看出，在实验中往水样中投加了聚合氯化铝溶液，随着投加量的增加水体中浑浊度有了明显的降低，在投加0.07 mL时，在图3中的⑤处达到了最低值0.147 NTU，此时的去除率为97.1%，这时的投加量混凝效果最好，随后又有部分上升，说明投加已过量。在观察混凝的同时测定其水样的pH值，可见6个实验组pH值都在7.01～7.44之间，未受到酸性的聚合氯化铝投加的影响，符合国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的标准。

3.3 高浊度实验组

通过对高浊度实验组混凝后的上清液测定，其实验结果见表4。

表4 水样混凝实验测定数据

实验数据分析结果如图5、图6所示。

图5

图6

从高等浊度水样混凝实验结果图5可以看出，实验中往水中投加0.01～0.03 mL聚合氯化铝时显著降低，去除率达到峰值。随后浑浊度稳定在0.1～0.4 NTU左右，随着混凝剂PAC的增加在④0.07 mL处时为最高值，水体内的矾花也较其他组份明显。同时，各混凝实验杯中pH值呈正比例下降，在④实验杯中pH值为7.17。所以当浑浊度为15.00 NTU左右时，加入0.03 mL液体PAC絮凝效果明显，加入0.07 mL液体PAC效果最好。

4 混凝搅拌试验在水厂中的应用

实验室内混凝实验是在人为控制变量的情况下相对静态的实验，相对而言结论也是静态的，而聚合氯化铝在水中絮凝水体中的胶质在此实验中也是处于相对均一恒定状态的。而在一般水厂制水工艺中，聚合氯化铝对水体胶质的絮凝是个动态的过程，该过程与水体的流动速率、水体中胶质的种类（水体中杂质的种类）、水力停留时间、水体在流动中损失的能量、水体的pH值等都有着重要关系，且其与后端沉淀池、滤池的配合作用影响也很大，其中任何一项的变化都能影响聚合氯化铝的絮凝效果，对实际的消耗量也有很大的影响。如矾花生成较少则达不到除浊的效果，若产生较多导致出水带泥，可能导致出厂水出现杂质，同时也可能造成出水铝超标。在絮凝未能用精确数学模式表达前，各制水厂对聚合氯化铝的投加量都是根据实际情况按照经验值来计算的。所以，混凝实验的实验结果只能是按照理想状态下的理论值来参考，指导实际生产中加药[4]。

通过实验我们可以看出，浊度的去除率随混凝剂投量的增加而提高，但当混凝剂的投加量达到一定值后，混凝效果达到顶峰，再增加混凝剂用量时混凝效果反而会下降。这一现象可能是由于加入混凝剂使得水体中胶体颗粒物去除率不断提高，在达到饱和状态后，由于混凝剂本身存在一定量的颗粒，一旦投加过量，反而增加了水体中的浊度，所以在混凝过程中选择合适的投药量十分关键。

在实验中我们也发现：在投加混凝剂时还要同时对水体中的pH值进行监测。混凝剂一般呈酸性，在制水过程中要保证混凝沉淀后的出水保持在中性范围内，如果出现出水偏酸，可以通过投加NaOH溶液来调节[5]。另一方面，投加过量的聚合氯化铝还会提高水体中铝的含量，造成出厂水超标。所以在混凝实验结论的基础上可以确定化验室混凝实验的投加量为0.05～0.07 mL聚合氯化铝溶液，这样既可以保证净水运行的要求，又降低了药剂投加量。经过初步理论换算制水工艺中每千吨水的混凝剂投加量为50～70 L。

5 建议和结论

建德市新安江第二自来水厂因其优质的源水，在日常生产运行中常会遇到原水水质较好、水厂净水设备运行负荷较小，在正常制水工艺过程中无需投加任何混凝剂进行混凝沉淀。因此，使用混凝剂混凝沉淀是在源水水质异常变化较大时应急使用。其优点在于有较高的去浊率，较少的药剂使用量，有效地达到了节能降耗的目的，日常运行经济、有助于降低制水成本，同时也充分利用了水厂平流式沉淀池的沉淀作用。但其缺点是沉淀阶段较低投药量会加重后续制水工序的工作负荷，如滤池滤料表层含泥量高等不利状况，因此在应急加药的同时需要对后序工艺环节进行实时监测。

在实际应用中，混凝沉淀技术普遍应用于制水工艺和污水处理工程中，其作用也越来越重要。作为混凝沉淀技术的关键环节，如何确定药剂的投加量，精确投加混凝剂、助凝剂和pH调节剂，已成为所有水处理行业工艺人员需要认真研究的课题。

在这次实验中，以建德新安江主城区水域实际水质变化要求及制水标准为参考，设计了三种不同浓度的原水混凝剂投加量的方法，为水厂能够根据实际净水工艺运行状况选择适合的水质质控点来组织制水生产，提供了一种行之有效的解决方法，对利用混凝实验指导水厂规模化生产具有现实意义。同时，本次实验的结果也表明：（1）混凝搅拌试验中温度对混凝效果稍有影响，但影响不大。（2）在混凝搅拌试验中加入一定量的液体聚合氯化铝后，会出现明显的絮凝效果。（3）混凝搅拌试验中不用调节源水的pH值，实验条件更容易控制。（4）在实验中发现，加入单一混凝剂聚合氯化铝后即出现较大矾花，故实验中不适用助凝剂，以免产生不必要的浪费。（5）本次混凝搅拌试验的应用证明了混凝试验在水厂水质控制中起着重要的指导性作用，但要将烧杯试验结果运用到水厂中必须要结合水厂生产的实际情况及源水水质变化情况酌情调整[6]。