最优混凝搅拌条件的研究

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　　1  实验方法和条件

　　混凝研究通常是通过烧杯搅拌试验，考察不同混凝条件下的除浊效果。由于该过程经过的环节太多(快速搅拌、慢速搅拌、沉淀、测浊度)，难免给实验结果带来误差。故本实验拟采用直接测定絮凝体平均粒径，以絮凝体平均粒径为指标来研究混凝，因为混凝的目的就是为了使杂质颗粒凝聚变大。絮凝体平均粒径的检测使用了絮凝检测仪，该仪器的检测值R(无量纲)可以相对地反映絮凝体平均粒径的大小^[1]，而且该值不受水样检测部分污染及电子元件漂移的影响，并且还可以实现在线连续检测。

　　1.1 实验装置

　　混凝实验装置如图1所示。混凝槽为方形槽，有效容积6.8L。搅拌采用型号为DD60-2F型无级调速搅拌器。用絮凝检测仪联机在线检测混凝过程中絮凝体平均粒径的变化(用检测值R反映)，记录仪同时将检测信号自动记录。原水用高岭土和哈尔滨市自来水按标准方法配制而成。混凝剂用精制硫酸铝，用NaOH和HCl调整pH值。

　　图1混凝实验装置的密度

　　1.2 搅拌强度G值的计算

　　G值按张洪源等提出的公式(1)求搅拌器搅拌功率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为搅拌叶片宽度(m)；n为搅拌器转速(r/min)；ρ₀为水的密度(1000/9.81kg·s²/m⁴)；μ0为水的绝对粘度(kg·s/m²)；V为水样体积(m³)。

　　混凝实验装置中搅拌叶片的尺寸和水样体积之间的位置关系满足公式(1)的要求，不需修正。

　　1.3 实验资料的处理方法

　　絮凝检测仪对混凝过程中絮凝体平均粒径变化的检测结果，可以由微机或自动记录仪在线连续记录下来。图2是絮凝检测仪对高岭土悬浊液混凝过程检测的自动记录仪记录的结果。图2中，投药后经过一定时间，R值开始快速增大，达到某一最大值后略有减小并趋于稳定。由图2资料至少可以获得两个数据：一个是最大的R值(与最大絮凝体平均粒径对应)；二是R值最大时的搅拌时间(从加药算起)。

　　在研究快速搅拌条件时，由于这时最终成长的絮凝体粒径很小，快速搅拌条件对混凝的影响难以由絮凝体粒径反映出来，故这时拟用絮凝体成长到最大(Rm值最大)所需时间t，即最优快速搅拌时间作为指标进行研究。

　　图2 混凝过程的检测

　　在研究慢速搅拌条件时，由于这时絮凝体粒径大，故拟以最终成长的最大絮凝体粒径(用Rm反映)为参数进行研究。并且为了简便，快速搅拌的G值和时间t采用固定的值，分别为106s^-1和300s。

　　2 实验结果及分析

　　2.1 最优快速搅拌条件

　　2.1.1 投药量对最优快速搅拌时间的影响

　　表1是在快速搅拌G值为106s^-1，原水浊度42mg/L，水温13～14℃，不同投药量时，用絮凝检测仪测得的絮凝体平径粒径最大时的搅拌时间t(即最优快速搅拌时间)(篇幅限制，相应的图形曲线略)。

　　表1投药量对最优快速搅拌时间的影响

　　原水浊度42mg/L；快搅G值106s^-1；水温13～14℃；pH=7.2

　　表1的结果有明显的规律，即随着投药量的增大，絮凝体平均粒径最大时的搅拌时间t显著减小。实验中快速搅拌的G值固定为106s^-1，由于最优快速搅拌时间随投药量的增大而减小，所以最佳GT值亦应随投药量的变化而调整，才能使快速搅拌条件最优。

　　表1的结果是由于低投药量时，悬浊质颗粒脱稳不充分，导致混凝速度慢、时间长。而随着投药量的增大，悬浊质颗粒脱稳程度增大，颗粒之间凝结变得容易，使混凝速度加快，混凝时间变短。由此，生产中快速搅拌条件应随投药量的变化而变化。当投药量较小时，应将GT值增大；反之，可以减小GT值。

　　2.1.2 原水浊度对最优快速搅拌时间的影响

　　表2是在一定的快速搅拌强度(G值为106s-1)、一定投药量、一定水温的条件下，原水浊度对最优快速搅拌时间影响的测定结果(图形略)。共对四组不同投药量进行了研究。

　　表2的结果表明，当投药量较大时，随原水浊度的提高，最佳搅拌时间t略有减小，但变化较小；而投药量较小时，原水浊度对最佳搅拌时间t的影响很大；另外表2还表明，当原水浊度比较低时，最优搅拌时间随投量增大而缩短。由此，生产中当投药量较小时，快速搅拌条件(用GT值反映)最好随原水浊度的变化适当调整；而对于低浊度原水，增加混凝剂投量，快速搅拌GT值可以减小。