搅拌试验误差分析与对策

杨妍龚， 乔龙君， 胡增宝

(合肥供水集团有限公司，安徽合肥230011)

搅拌试验是模拟混合、絮凝和沉淀等工艺过程的经典方法，被广泛应用于水厂设计、生产控制和科学研究等方面[1]。在生产控制方面，目前国内大多数水厂都通过开展搅拌试验以指导日常生产中的混凝剂投加和工艺工况判断，因此其准确性尤为重要。

国内关于搅拌试验的研究比较少，早期主要集中在搅拌器的选择、G值的计算等方面，搅拌机商品化后主要是模拟生产实际的实验参数的选择和优化[1-6]。搅拌试验误差的相关研究不多，一般地，误差来源于参数设置与生产实际的一致性、仪器的误差和人员操作的误差。笔者讨论了相同工艺参数条件下的随机误差，以确定合理的投加梯度和最佳投量，从而科学合理地指导实际生产，为相似水厂搅拌试验提供参考。

1 实验方案

1.1 实验仪器与试剂

ZR4-6六联搅拌机，TSZ浊度仪，MS104S电子分析天平，聚合氯化铝铁(液体，氧化铝含量9.8%，氧化铁含量0.7%)。

1.2 实验水样

实验采用合肥某水库原水，水质如表1所示。

表1 原水水质Tab.1 Quality of source water

1.3 实验方法

1.3.1搅拌机程序设置

混合：以250 r/min转速搅拌2.5 min；絮凝： 以75 r/min转速搅拌9 min；沉淀时间：20 min。

1.3.2实验步骤

用量筒量取1 L实验水样分别加入搅拌机的6个烧杯中，再用刻度管吸取等量聚合氯化铝铁加入搅拌机的6个加药管中，再用纯水将其稀释至5 mL处。搅拌开始时立即手动加药，加药完成后，迅速向6个加药管中加入纯水至3 mL处润洗，并将润洗液加入搅拌烧杯中，润洗2次。沉淀结束后，取液面下5 cm处水样50 mL检测浊度。以上试验重复3次。

2 结果与分析

2.1 相同投加量下的沉淀出水浊度误差分析

进行聚合氯化铝铁投加量分别为15，25和35 mg/L的3组搅拌试验，每组试验进行3次重复试验，结果如表2至表4所示。

表2 投加15 mg/L聚合氯化铝铁的沉淀出水浊度Tab.2 Turbidity of the sedimentation effluent with PAFC dosage of 15 mg/L

表3 投加25 mg/L聚合氯化铝铁的沉淀出水浊度Tab.3 Turbidity of the sedimentation effluent with PAFC dosage of 25 mg/L

表4 投加35 mg/L聚合氯化铝铁的沉淀出水浊度Tab.4 Turbidity of the sedimentation effluent with PAFC dosage of 35 mg/L

根据《数据的统计处理和解释 正态样本离群的判断和处理》(GB/T 4883—2008)，采用Grubbs法进行可疑值判断，所有检测结果均未出现可疑值，表明仪器各搅拌桨的搅拌效果不存在明显差异，试验结果可信。搅拌试验沉淀出水浊度在3 NTU以下时，相同试验条件下的浊度的相对平均偏差在7.8%以内。因此，由浊度最低或最佳值判断的净水剂最佳投加量也会受浊度误差影响。

2.2 净水剂投加量梯度的确定

在相同条件下，对同一原水进行不同投加量梯度的搅拌试验，沉淀出水浊度与净水剂投加量之间的关系如图1所示。

图1 不同投加梯度下的沉淀出水浊度 Fig.1 Turbidity of precipitated effluent under different dosage gradients

由图1可知，搅拌试验沉淀出水浊度在3 NTU以下时，相同试验条件下浊度的相对平均偏差在7.8%以内，净水剂投加量梯度为2和10 mg/L时，部分相邻投加量的沉淀出水浊度的误差范围存在重合现象，例如投加量为24 mg/L的沉淀出水浊度0.83±0.06 NTU与投加量26 mg/L的0.74±0.06 NTU，投加量为35 mg/L的沉淀出水浊度0.42±0.03 NTU与投加量45 mg/L的0.43±0.03 NTU；而投加量梯度为5 mg/L的曲线中未出现浊度在误差范围内重合的现象。因此，建议搅拌试验中净水剂投加量梯度应考虑出水浊度的误差，本次搅拌试验中净水剂投加量梯度宜为5 mg/L左右。

2.3 最佳投加量的确定

在最佳投加量选择试验中，一般以浊度-加药量曲线上浊度最低点对应的净水剂投加量为最佳投加量。原水搅拌试验的浊度-加药量曲线如图2所示。

图2 浊度-投加量曲线Fig.2 Turbidity-dosage curve

从图2可知，出水浊度最低为0.37 NTU，对应的投加量为40 mg/L，而沉淀出水浊度误差为±7.8 %，对应浊度-加药量曲线上的投加量为5 mg/L，因此可以认为此次搅拌试验的净水剂最佳投加量为40±5 mg/L。

2.4 生产应用

2022年4月，在合肥某水厂每天进行2次最佳投加量试验，按最佳效果点选择法评判，结果以两次平均值计，然后与生产实际单耗比较，结果如图3所示。

图3 最佳投加量搅拌试验结果与实际单耗对比Fig.3 Comparison between the experimental results of optimal mixing and the actual unit consumption

1个月的对比表明，83.3%的搅拌试验结果与实际单耗的差值在±5 mg/L以内，搅拌试验能较好地指导生产。

3 结论

① 由于试验误差的存在，相同工艺参数条件下的搅拌试验沉淀出水浊度也会有明显差异，试验表明搅拌试验沉淀出水浊度在3 NTU以下的误差范围在7.8%以内。

② 搅拌试验时，净水剂投加量梯度应根据试验误差选择适宜范围，本试验投加梯度宜在5 mg/L左右。

③ 考虑到试验误差，搅拌试验最佳投加量应与浊度-投加量曲线上最佳浊度误差范围相对应。以此方法与生产实际药耗比较，搅拌试验结果与实际单耗相差在±5 mg/L以内占83.3%，能较好地指导生产。