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过滤反冲洗水沉降特性的测定与研究

发布时间：2010/6/5 阅读次数：924 字体大小: 【小】【中】【大】

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过滤反冲洗水沉降特性的测定与研究
安虎平1，赵海阔1，陈永志2
（1.兰州城市学院，甘肃兰州730070；2.兰州交通大学，甘肃兰州730070）
【摘要】针对兰州水厂给水过滤器反冲洗耗水量大的问题及其回用的需要，对反冲洗水的沉降特性进行了实验研究。根据实验需要设计和制作了实验装置，采用静水实验法对气浮移动罩滤池反冲洗水自然沉降和混凝沉降特性进行实际测量，获得了自然沉降和混凝沉降过程中的浊度变化值。通过图解和实验分析，掌握了过滤器反冲洗水自然沉降的特性及加药量对混凝沉降特性影响，得到了混凝沉降过程中浊度变化的基本规律和满足进滤池回用所需要的时间，为反冲洗水回用方案的确定提供了可靠的依据。
【关键词】过滤；反冲洗水；自然沉降；混凝沉降
【中图分类号】TU991.24【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2009)01-0096-03
过滤是水处理过程中的一个重要环节，主要目的是除去水中的大部分杂质。对于以地表水为水源的供水企业的水处理工艺来说，过滤的上道工序是澄清。象兰州以黄河水为水源的水处理，由于源水浊度很高，浊度达上万度甚至几十万度，所以从水源取水后首先必须要经过沉淀，为加速沉淀（或浊度很高时）加药混凝沉淀后浊度大为降低，然后才能送到过滤车间进行过滤。对过滤池来说，一般要求过滤水的源水浊度小于100度，过滤后水的浊度不超过5度。为提高过滤效率和保证过滤水的质量，进入过滤池的原水要经过在反应池加药和充分混合反应，然后进入气浮过滤池进行气浮和过滤〔1-2〕。气浮主要作用是去除油类和部分悬浮物，而过滤的主要目的是除去大部分泥沙和微生物絮凝体。由于地表水成分复杂，所以滤料上黏附的过滤物成分也较为复杂，主要原因是受黄河水混浊度的影响较大。反冲洗是采用过滤后的清水逐格冲洗滤料以保证滤池过滤水水质和滤料正常过滤能力的生产工序，可以说反冲洗对滤料起到了再生作用，是正常过滤生产必须的。然而反冲洗水属于水厂的自耗水，一般通过下水道排入黄河，耗水很量大，这直接影响企业生产能力和经济效益，因此，设法回用反冲洗水对水厂具有现实意义。
滤料截留物的多少直接表现为反冲洗水浊度的高低，而按滤池过滤工艺要求，浊度过高则不能直接进行回用，必须考虑适当处理后才能回用。但采取什么处理方法，要根据反冲洗水的浊度高低、沉降特性和混凝沉降特性来决定。本文仅通过实验对过滤池反冲洗水的自然沉降特性和混凝沉降特性进行测定和分析。
（一）实验原理
研究表明，在一定条件下，水中悬颗粒的沉降使得水的浊度不断降低。而悬浮颗粒能否沉降与颗粒的结绒（即悬浮微粒结合成絮凝体）有关。一般情况下，当水中小的颗粒结合成大的颗粒时，就加速沉降从而使水的浊度降低；同时，已结绒的颗粒呈絮凝体，如果受到各种扰动时，絮凝体会被打碎而上浮从而影响浊度的降低。为此，本实验采用静水沉降实验法，按自然沉降和混凝沉降两种方式进行试验，研究反冲水本身的沉降特性及混凝沉降特性。自然沉降即不加混凝剂而靠悬浮颗粒本身重力作用来沉降的过程，混凝沉降即加混凝剂以增加结绒从而加速沉降过程的沉降。
（二）试验方法和实验装置
1.样品采集。水样来自铁路水厂过滤车间各虑格滤料的反冲洗过程中冲洗罩排水口处。为避免偶然性因素对水样沉降特性测定的影响，对自然沉降取两组水样进行试验，并观察其沉降情况，测量其浊度随时间的变化；对混凝沉降取6组水样进行试验测定，主要按不同的加药量分别进行试验，观察药量对沉降特性的影响，测定其浊度随时间变化的数值。2.试剂及仪器。本实验采用主要试剂为混凝剂，是水厂常用的聚合铝（即碱式氯化铝）或聚丙烯酰胺；采用的仪器有YZD型液体浊度仪，试管42支、量筒一支、样液混凝桶一只、秒表等各种必须的实验器具。
3.实验装置的制备。（1）实验装置设计。为便于测定过滤器反冲洗原水及其加药后水的沉降特性，本实验按静水沉降法分两种情况测定反冲水浊度随时间的变化。根据实验需要预先设计实验沉淀装置，主要用于水的沉淀特性的测定。按实验目的和现场情况，对实验装置设计提出如下要求：①为便于观察，采用有机玻璃管；②为防止管壁边界效应对沉降过程的影响，沉降管直径不宜过小；③为便于接取水样和加工制作方便，采用有机玻璃水龙头或管咀加带夹的乳胶管；④为了解悬浮物在整个沉降过程中水的浊度变化，在沉降管的不同高度处设置取水口；⑤为便于每次试验完毕排泥、排水，在沉降管的最下端需设置排泥管（采用塑料软管较好）；⑥为便于安装和放置平稳，需在沉降管下端设置底座和支架。根据以上实验要求，设计实验装置如图1所示。（2）实验装置制作。按实验要求和装置设计图，自制沉降管装置如图1所示。同时准备一个容积稍大于沉降管（容积为17.2升）的取水桶（19.75/L）及搅拌器。该装置由沉降管、取样阀、排泥泄空阀和底座、支架等部分组成。①沉降管：采用长为1300mm，内径为φ130mm的有机玻璃管，从上端到下端每200mm设有一取样口，共设有6个取样口。②取样器：每一取样口用带弹簧夹的乳胶管φ6 ×80代替水龙头，卡装在取样器管咀上，管咀是粘固在沉降管上的有机玻璃短管。③底座：采用φ255 ×7的有机玻璃圆板，其上粘固有φ55 ×10的排泥管座，并与沉降管底端面密封粘固为一体。④排泥管：采用加丝透明的塑料软管，卡装在沉淀器底座的排泥管管接头上，出水口塞有锥形软橡皮塞，每次试验完毕，只需拔出软橡皮塞，即可方便地排水排泥。⑤支座：用角钢焊制而成，其上固定有硬塑料板，主要用来支承沉降管并便于排泥排水。

（三）沉降特性的测定
1.实验内容。（1）自然沉降。测定未加药的原水随时间变化在不同深度处的浊度值，并测量记录每次取水样后沉降管中液面高度下降值和从沉淀开始到每次取水的沉降时间。（2）混凝沉降。测定加药水均匀混合后浊度随时间的变化值，并记录液面下降高度值和沉降时间。（3）观察沉淀过程中，矾花的形成和沉降情况。
2.实验方法和实验过程。沉降管取样口从上到下编号依次为：1号、2号、3号、4号、5号、6号，取样试管也作相应的编号，并对号取样测量。（1）自然沉降实验过程及其结果。原水浊度测定分两组进行，步骤如下：第一步，将沉淀器安放好并检查取样口的密封性，塞好排泥管橡皮塞。第二步，接取水样。反冲洗开始1分钟后，用取水桶接取19.75升（等于沉降实验所需要的水）反冲洗水，用搅拌器搅拌3分钟，待其均匀后立即注入沉降管。第三步，从沉降管注满开始，用秒表计时，按一定时间间隔，对号同时接取水样，共测7次得7组水样，每组有6支试管。用试管接取水样不要过满，以免液面下降过快而影响测量结果。第四步，将所取的每组水样及时送实验室，用液体浊度仪测定其浊度，记录如表1所示。第五步，沉降管排空，第一组实验完毕，拔出排泥管中软橡皮塞，排出沉降管中水并用清水将沉降管清洗干净。第六步，以时间为横坐标、浊度为纵坐标，绘制沉降曲线如图2所示，由于原水浊度不高，所以浊度变化不很明显，为使图线清楚起见，只绘出编号1的浊度曲线，当然也可以用类似办法得到其它编号的浊度曲线。重复上述实验步骤，可得第2组实验数据及其曲线，如表2及图3所示。（2）混凝沉降实验过程及其结果。本次研究对象是反冲洗水，为保证实验结果的有效性，混凝剂采用水厂常用的药品（即聚合铝药剂或高分子聚丙烯酰胺）进行试验。本文仅给出加聚合铝试剂的实验。实验步骤如下。第一步、第二步与原水浊度测定相同。第三步：测定反冲洗水浊度。用浊度仪测得未加药的反冲洗水浊度为98度。第四步：加药混凝。加药量的计算，用2ml的移液管移取聚合铝药液197.5mg，其计算步骤

②按每升水10毫克药量投加，一次沉降实验用水的加药量为G1 =19.75 L ×10mg /L =197.5mg。这相当于移液管上的197.5/20 =9.875个格的加药量。第五步：搅拌混凝。用移液管按计算的加药量吸取197.5mg聚合铝药液，加入到盛有19.75L反冲洗水的桶中，然后用搅拌器搅拌10分钟使其混合均匀。第六步：接取水样。将搅拌混合好的实验用水连同絮凝体连续地倒入沉降管中，从倒满开始计时，并按设定时间及编了号的试管取样，共接取7组，每组6个水样。第七步：测量浊度。依次测量各组的1～6号试管水样的浊度，并对号做好记录，如表3所示。第八步：绘制沉降特性曲线。实验测量完毕后，按表3中记录数据，以时间为横坐标，浊度为纵坐标作图，如图4所示。改变加药量，分别按18mg/L、20mg/L、25mg/L的药量，重复以上实验步骤可得相应的浊度值和浊度曲线。现以18mg/L的加药量进行实验得到表4和图5的结果。按其它加药量进行试验可得类似的浊度曲线图。

(四）实验结果分析
1.原水沉降特性。从表1的实验数据可以看出，当反冲洗水的浊度不高时，采用自然沉淀法，随着时间的推移，水在同一高度处浊度虽然越来越低，但变化比较缓慢，即沉淀效果不明显。从其浊度变化的曲线图2也可知，曲线变化平缓。同一时间，从上到下不同高度处的浊度值逐渐增加，这是由于悬浮物不断下沉的结果。从表2的实验数据可以看出，当反冲洗水的浊度较高时，随着时间的推移，同一高度处浊度降低较大，即沉淀效果明显，反映在其浊度变化曲线上，结果是曲线下降较快。在同一时间，从上到下不同高度处的浊度值总的变化趋势也是逐渐增加。
2.混凝沉降特性。表3的实验数据说明，混凝沉淀中，同一高度处浊度降低较快，图4的浊度曲线也下降较快。比较表4与表3，可以看出加药量增大，则沉淀速度加快，一般4分钟即可达到进滤池的浊度要求。同时从图5与图4的比较中可知，随着加药量的增大，同一高度处水的浊度下降明显加快，一个曲线呈上凸状，一个曲线呈上凹状。
总结
本文采用静水沉降法对给水过滤器反冲洗水浊度进行测定，为气浮过滤池积累了详尽的实验资料，得出了自然沉降和混凝沉降两种不同情况下的实验数据，并分别作出了这两个沉淀过程中浊度变化曲线。通过对实验数据和浊度变化曲线的分析和比较，得到自然沉淀和混凝沉淀各自的特点：（1）自然沉淀时沉淀速度较慢，混凝沉淀时水沉淀速度较快；（2）水浊度较低时沉淀速度较慢，水浊度较高时沉淀速度较快；（3）加药量较小时沉淀速度较慢，加大药量时沉淀速度加快；（4）混凝沉淀可缩短沉淀时间，一般在5分钟左右可达到进滤池回用的要求。这些实验结果与观察的实际情况基本吻合，实验数据数据充分、可靠，在反冲洗水回用方案的制定中有很好应用。

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