二次微絮凝强化过滤效果研究

熊跃国

常规净水工艺强化的目标就是围绕水质问题，在不增加新的单元工艺和构筑物的前提下，通过对混合、反应、沉淀、过滤、消毒等常规单元工艺的强化和优化，最大程度的发挥常规工艺的处理效果，或者使其具有某种新的处理功效。

1 试验方法

1.1 检测指标与方法

浊度:HACH2100P型浊度仪直接测定;CODMn:酸性高锰酸钾法;UV254:UV2300型紫外/可见光光度计测定;水头损失由测压板直接读取。

1.2 试验装置与流程

试验工艺流程见图1。沉淀池出水分两组分别进入有机玻璃试验滤柱，试验滤柱内径为300 mm，高度为2 000 mm，其中一组通过计量泵投加PAM进行二次微絮凝。滤料采用均质石英砂，平均粒径为0.8 mm，滤层厚度为700 mm，承托层为100 mm，滤速为7 m/h，过滤处理水量为0.49 m3/h。

2 结果与讨论

2.1 微絮凝剂的选择

二次微絮凝作用机理与直接过滤相同，在沉后滤前投加混凝剂，使水体中的残留颗粒物脱稳降低其zeta电位，改变其亲水性质，使颗粒物吸附截留在滤料上，强化滤池对悬浮颗粒物的去除效果［1］，絮凝剂的选择对过滤出水影响较大。水厂反应池中投加碱式聚合氯化铝(PAC)混凝和阳离子型聚丙烯酰胺(PAM)助凝，沉淀池出水平均浊度为4.68 NTU，因此，根据水厂实际情况，试验采用PAC和PAM进行微絮凝，以过滤出水浊度作为考察指标对其进行优选。试验结果见图2。由图2可知，PAC和PAM微絮凝均有强化过滤除浊效果，PAM二次微絮凝过滤出水浊度为0.1 NTU，PAC二次微絮凝过滤出水浊度为0.21 NTU，相比于常规过滤工艺浊度的去除率均增加了8.4%和5.9%。对比两种微絮凝药剂，PAM的投量较低而且出水水质更好。这与两种微絮凝剂的性质有关，PAC在微絮凝接触过滤过程中主要是通过电性中和使水中未脱稳的胶体物质脱稳并与滤料表面进行接触过滤，而阳离子型PAM水解产物则主要通过电性中和与吸附架桥作用使胶体物质脱稳并与滤料进行接触过滤。因此，根据除浊效果，以阳离子型PAM作为微絮凝药剂。

2.2 PAM投加量的选择

确定阳离子型PAM作为微絮凝剂，考察不同的投加量对接触过滤除浊工艺的影响，投加量太高则会对水中的胶体产生胶体保护作用或者生成的脱稳物质颗粒较大，往往容易聚集于表面滤层，中下层滤料达不到截留杂质的作用，减弱滤层的含污能力。投量过低微絮凝剂与水中的未脱稳胶体物质在短期的接触时间内达不到良好的接触效果，从而影响絮凝效果，因此投量过多或过少都达不到微絮凝强化除浊效果。从图3可知，不同投量阳离子PAM微絮凝剂的二次微絮凝过滤对浊度均有强化去除作用，PAM投量为0.02 mg/L时，接触过滤除浊效果与投量为0.01 mg/L时等同，均能满足出水浊度0.1 NTU。而在投量为0.005 mg/L投量下，接触过滤出水浊度去除率有所降低，试验期间平均出水浊度为0.38 NTU。因此，采用0.01 mg/L的阳离子型PAM作为微絮凝剂滤池出水效果最佳。

2.3 微絮凝反应时间的确定

微絮凝时间对过滤周期和出水水质的影响较大，时间过短则絮体不密实，细小，时间过长则容易形成筛滤。资料表明，采用传统的无机絮凝剂，微絮凝反应时间宜控制在3 min～7 min，对于高分子型絮凝剂由于其微絮凝过程主要以电性中和和吸附架桥为主，有必要研究其微絮凝时间。微絮凝对接触过滤出水浊度的影响见图4。从图4可知，微絮凝时间对过滤出水浊度的影响比较大，在絮凝时间为2 min～3 min时，出水浊度为0.1 NTU，絮凝时间过短或过长对接触过滤除浊均有不利影响，短时絮凝(1 min)出水浊度为0.22 NTU，随着絮凝时间的延长过滤出水水质有逐渐恶化的趋势。对于0.01 mg/L投量的阳离子PAM而言，絮凝时间为2 min过滤出水浊度去除效果最好。

2.4 PAM 微絮凝强化过滤除 CODMn，UV254效果

根据浊度的去除效果，采用0.01 mg/L的阳离子PAM作为微絮凝剂以CODMn，UV254去除率进一步考察强化过滤效果，强化过滤效果见图5。从图5可知，二次微絮凝可提高对CODMn，UV254的去除率约为5.6%和6.2%。地表水中的未脱稳的胶体物质、有机物等表面电荷主要为负电性，阳离子絮凝剂在微絮凝过程主要是电性中和与吸附架桥作用，电性中和使得水中带负电性的悬浮颗粒物与滤料颗粒的静电斥力减小，吸附架桥则增大了滤料与悬浮颗粒物之间的吸附力，通过两者作用并通过与滤料颗粒的接触絮凝达到接触过滤去除效果。而对于常规过滤工艺而言，由于石英砂本身表面为负电性，在以迁移、粘附为主的过滤过程中，有机物质受与滤料表面同性电荷影响的影响较大，在过滤过程中体现为去除率不高。

2.5 微絮凝过程过滤水头损失变化规律

二次微絮凝对过滤水头损失影响较明显［2］，为此研究在PAC和阳离子PAM投量为0.4 mg/L和0.01 mg/L时微絮凝对过滤水头损失变化规律，试验结果见图6。投加PAC和PAM进行二次微絮凝滤池的水头损失增长较快，在过滤前期水头损失增长差别不明显，在过滤20 h后PAC微絮凝接触过滤水头损失为100 cm，其后增长速率明显变快。PAM微絮凝接触过滤则在20 h接触过滤后水头损失为90.8 cm，且增长速率较慢。PAC作为微絮凝剂在接触过滤中形成较多的水解产物截留在滤料表面，形成上部较为明显的泥渣层，下层滤层的截污能力受此影响比较明显，而PAM由于投量较低，而且主要通过电性中和与吸附架桥作用，水解产物对上层滤料的堵塞作用较PAC弱，因此，两者的水头损失增长变化规律在接触过滤后期差别明显。在试验过程中也发现，采用PAC二次微絮凝接触过滤后期，滤料表面容易形成泥饼。

2.6 微絮凝接触过滤初滤水浊度变化规律

投加PAM后初滤水的浊度相比于常规过滤变化较小，即初滤水的浊度很稳定，基本能够保证初滤水浊度在0.12 NTU左右，而常规过滤在反冲洗结束之后，则需要较长的时间才能达到过滤出水保持稳定，在试验中常规过滤大概需要30 min～40 min的时间才能达到出水浊度维持稳定。即二次微絮凝过滤可以缩短滤池的成熟期［3］。

3 结语

1)投加0.01 mg/L阳离子PAM进行微絮凝接触过滤，在接触过滤时间为10 min条件下，滤池出水浊度，CODMn，UV254明显降低。

2)采用阳离子型PAM作为二次微絮凝剂滤池的水头损失增长规律基本与常规过滤工艺相同，水头损失较常规过滤增长速率变化幅度不大。

3)初滤水的浊度稳定，能够明显缩短滤池的成熟期。

［1］栾兆坤，李桂平，王曙光.微絮凝—深床直接过滤及工艺参数研究［J］.中国给水排水，2002，18(4):14-18.

［2］张建峰，金同轨，金伟如.直接过滤方式的试验研究［J］.中国给水排水，1999，15(5):55-56.

［3］齐玉玲，黄晓东，张金松，等.二次微絮凝改善过滤效果的试验研究［J］.中国给水排水，2005，21(2):34-36.