張建鋒 金同軌 王華軍 摘要：從濃縮和除濁兩方面比較不同類型的高分子絮凝劑處理高濁度水時的沉淀濃縮性能，同時探求在處理高濁度水時，一定條件和要求下高分子絮凝劑投藥量與原水混液面自然沉速的相關(guān)性。 近年來，高分子絮凝劑越來越多地用于水處理領(lǐng)域。由于投加高分子絮凝劑后，絮體的沉速較大，所產(chǎn)生污泥比較密實且投藥量較無機混凝劑少，因此在高濁度水處理中，采用高分子絮凝劑已得到了大家的公認。高分子絮凝劑按其基團帶電性可分為：非離子型、陽離子型和陰離子型三類。國內(nèi)對于非離子型和陰離子型高分子絮凝劑（如聚丙烯酰胺（PAM）等）的應(yīng)用研究已開展了很多年，PAM已成功地用于黃河高濁度水的處理，但新近投入市場的陽離子型則處于實驗階段。本項研究通過不同類型高分子絮凝劑對高濁度水沉淀濃縮性能的比較，擬探討分子量、基團帶電性及投藥量對沉速、濃縮污泥濃度、余濁的影響，同時結(jié)合以前的工作及本次實驗結(jié)果，探求在一定條件高分子絮凝劑投藥量與渾液面自然沉速的相關(guān)性。 1 實驗條件 實驗采用西安黃土和黃河泥沙，黃河泥沙取自黃河寧夏大壩段，西安黃土取自地表下2—5米、無明顯雜質(zhì)。將兩種泥用西安市市政自來水人工攪拌浸泡7日，浸透的泥漿配成含砂量200kg/m3左右的原水，根據(jù)實驗要求配至需要的濃度。兩種泥樣的顆分曲線如圖1。 
實驗采用的高分子絮凝劑主要性能見表1： 實驗用高分子絮凝劑主要性能 表1 | 編號 | 類型 | 名稱 | 分子量（萬） | 陽離子度 | 狀態(tài) | 產(chǎn)地 | | 1 | 陰離子型 | 聚丙烯酰胺(PAM) | 583 | — | 干粉 | 甘肅白銀 | | 2 | 聚丙烯酰胺(PAM | 900 | — | 干粉 | 廣州 | | 3 | 非離子型 | 聚氧化乙烯（PEO） | — | — | 干粉 | 俄羅斯 | | 4 | 陽離子型 | 聚丙烯酰胺（PAM） | — | — | 干粉 | 甘肅白銀 | | 5 | T—3450 | 1000~1200 | 中等 | 干粉 | 開廣公司 | | 6 | FO4240SH | 1200 | 中等 | 干粉 | SNF公司 | | 7 | FO4550SH | 1500 | 較強 | 干粉 | SNF公司 | | 8 | FO4698SH | 1400 | 很強 | 干粉 | SNF公司 | | 9 | FO4990 | 1200 | 極強 | 干粉 | SNF公司 | | 10 | HCA | 8 | 弱 | 凝膠 | 太倉化工廠 | 采用沉降筒實驗，檢測數(shù)據(jù)包括：渾液面自然沉速及絮凝沉速(mm/s),90分鐘后上清液余濁(NTU),由沉降曲線根據(jù)肯奇理論計算沉降90min后的沉泥濃度(kg/m3)。 2 實驗結(jié)果及分析 2.1 陰離子絮凝劑的沉降性能比較
不同品種陰離子絮凝劑的沉降性能如表2： 不同品種陰離子絮凝劑的沉降性能 表2 | 藥劑 | 分子量
(萬） | 原水濃度
(kg/m3) | 投藥量(mg/l) | 絮凝沉速
(mm/s) | 濃縮濃度
(kg/m3) | 余濁
(NTU) | PAM
(白銀) | 583 | 50 | 1.0 | 1.59 | 582.1 | 162 | | 100 | 5.0 | 0.48 | 441.7 | 81.9 | | 150 | 10.0 | 0.46 | 447.2 | 46.1 | PAM
(廣州) | 900 | 50 | 1.0 | 0.85 | 435.8 | 187 | | 100 | 5.0 | 0.36 | 386.3 | 103 | | 150 | 10.0 | 0.30 | 422.5 | 47.1 | 由表2中的結(jié)果可知，在相同條件下，投加低分子量的PAM時絮體沉速較大，濃縮污泥密實，且上清液余濁較小。
2.2 陽離子度的影響
陽離子度反映了合成絮凝劑的單體上正電荷的電性強弱。采用不同陽離子度的陽離子絮凝劑，用西安黃土配成的水樣進行沉降筒實驗，結(jié)果如表3： 不同陽離子度的陽離子絮凝劑的比較 表3 原水濃度
(kg/m3) | 藥劑 | 陽離子度 | 投藥量
(mg/l) | 絮凝沉速
(mm/s) | 濃縮濃度
(kg/m3) | 余濁
(NTU) | 50
(西安黃土) | FO4240SH | 中等 | 3.0 | 0.58 | 390.7 | 133 | | FO4550SH | 較強 | 1.03 | 397.0 | 105 | | FO4698SH | 很強 | 1.20 | 439.2 | 68.4 | | FO4990 | 極強 | 1.30 | 458.8 | 49.2 | | HCA | 弱 | 5.0 | 0.15 | 265.3 | 110 | | T3450 | 中等 | 0.40 | 315.4 | 118 | 從實驗結(jié)果可以看出，隨陽離子度的增大，陽離子絮凝劑的沉降性能愈好，但增加到一定程度后，陽離子度對沉降性能的影響變得比較遲緩，因此在實際生產(chǎn)中，沒有必要一味追求高的陽離子度。
2.3 基團帶電性的影響
為使線型分子鏈在水溶液中充分伸展，增強架橋和卷掃沉淀作用，一般在非離子型高分子絮凝劑的構(gòu)造單體中引入帶電的官能基，使其轉(zhuǎn)化陰離子型或陽離子型。三種類型高分子絮凝劑處理高濁度水的效果見表4： 不同類型高分子絮凝劑沉淀濃縮性能得比較 表4| 藥劑 | 原水濃度 (kg/m3) | 投藥量 (mg/l) | 絮凝沉速 (mm/s) | 濃縮濃度 (kg/m3) | 余濁
(NTU) | | 陰離子型PAM | 50 | 1.5 | 1.87 | 470 | 162 | | 聚氧化乙烯PFO | 0.28 | 410 | 141 | | 陽離子型PAM | 0.49 | 400 | 137 | 計算結(jié)果表明，在高濁度水沉降濃縮中，電性中和不如吸附架橋的作用強烈，投加陰離子型絮凝劑，渾液面沉速較大、沉泥濃度高，但上清液濁度也比較大。所以，可以認為：處理高濁度水時，在相同條件下，投加陰離子型高分子絮凝劑可獲得較大的渾液面沉速和較強的濃縮能力，而陽離子型和非離子型絮凝劑的除濁能力強。有鑒于此，在高濁度水處理的實踐中，應(yīng)區(qū)分處理目的是除濁還是濃縮，根據(jù)實際要求選用不同類型的高分子絮凝劑。 3 渾液面自然靜沉沉速與投藥量的相關(guān)性 研究表明，在高濁度水處理中，高分子絮凝劑投藥量與泥砂顆粒總表面積及含砂量有如下關(guān)系：  （1） 式中：Di——在某一確定的等速段沉速時PAM的投量（kg/l）；
Sp——水中泥砂顆粒總表面積（m2/m3）；
S0——水中泥砂顆粒比表面積（m2/kg）；
Cw——含砂量（kg/m3）；
ai,bi——相應(yīng)等速段沉速時的經(jīng)驗系數(shù)。 另一方面，高濁度水自然靜沉的實驗表明，渾液面的自然沉速u與含砂量及泥砂粒度因素有關(guān)，西安建筑科技大學金同軌給出了如下的經(jīng)驗公式：  （2） 式中：u——渾液面自然沉速（mm/s）；
α,β——經(jīng)驗系數(shù)；
S0——質(zhì)量比表面積（m2/kg）。 式（1），（2）給出了下面的關(guān)系：  （3） 通過這個關(guān)系，可以推測：u與D有相關(guān)性，即u=f3（D）。此關(guān)系通過以下的實驗來得到驗證，即：一定的自然沉速對應(yīng)一定的含砂量及粒度，具有該含砂量及粒度的泥漿在一定絮凝沉速下有一定的投藥量。在不同絮凝沉速條件下自然沉速與對應(yīng)的原水投藥量的關(guān)系見圖2。 
從圖2可以看出，u與D具有很好的相關(guān)性，對曲線擬合得到如下形式的經(jīng)驗關(guān)系：  （4） 式中：k1，k2——對應(yīng)不同絮凝沉速的經(jīng)驗系數(shù)。 這樣，在實際處理一定組成的高濁水時，可以借助于實驗得到的經(jīng)驗關(guān)系，根據(jù)渾液面自然沉速以及所期望達到的絮凝速度確定高分子絮凝劑的投藥量，從而避免對泥砂進行顆粒分析和測定含砂量帶來的麻煩，簡化實際操作。 4 結(jié)論 4.1 陰離子型高分子絮凝劑具有較好的絮凝沉速和濃縮性能；陽離子型與非離子型高分子絮凝劑的除濁能力較強。相對而言，非離子型絮凝劑的絮凝沉速很小。
4.2 隨陽離子絮凝劑的陽離子度增加，其處理高濁水的混凝沉降性能愈好，但沒有必要追求過高的陽離子度。
4.3 組成一定的高濁水自然沉速與高分子絮凝劑的投量具有很好的相關(guān)性，在一定條件可通過這種相關(guān)性，根據(jù)渾液面自然沉速和要求達到的絮凝沉速確定加藥量。 參考文獻
1．傅文德，許保玖，高濁度給水工程，中國建筑工業(yè)出版社，北京，1994.7
2．金同軌，沉淀分離，西安冶金建筑學院，西安，1983
張建鋒，西安建筑科技大學環(huán)境工程專業(yè)博士研究生，西安市雁塔路13號（710055），
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