利用聚氯化铝和PAM进行高浊度原水混凝搅拌试验

  摘要：本次混凝搅拌试验在添加常规聚氯化铝作为絮凝剂的基础上，使用聚丙烯酰胺（PAM）作为辅助，对高浊度原水做处理。混凝搅拌试验通过模拟絮凝沉淀池工艺，对比使用单一聚氯化铝或PAM，经过不同添加顺序和剂量的试验，优化高浊度原水处理，提高反应效率，减少药剂的投加，响应国家号召提高新质生产力，为实际应用提供参考。

  高浊度原水是在汛期强降雨、山体滑坡等自然条件下产生的，轻易造成水体中悬浮物飞速增加，常见于各种江河水、水库水。其具有突发性，浊度可能陡然上升数十倍于正常水平，常规处理工艺可能没办法满足快速降低浊度的需求，需要采取紧急措施或调整工艺。特别是近年来降雨集中，“龙舟水”迅猛，对水厂制水生产提出了更高的要求。

  本次搅拌试验针对高浊度原水在使用聚氯化铝的基础上，再添加聚丙烯酰胺（PAM）作辅助，经搅拌絮凝沉淀后，检测浑浊度得出处理效果。聚丙烯酰胺它是一种线型水溶性高分子聚合物，因其独特的分子结构和物理化学性质，是常见的水处理原料，其具有的溶解性、稳定性、适应性等理化特性，使它可以通过电荷中和和架桥作用，迅速形成絮凝，促进水中悬浮颗粒的聚集和沉降，加快絮凝物形成速度，缩短处理时间，来提升固液分离的效率，减少絮凝剂的用量。根据《水处理剂阴离子和非离子型聚丙烯酰胺》[1]有关要求，本次试验采用白色粉末状，分子量1600万阴离子的PAM。聚氯化铝（聚铝）根据《水处理剂聚氯化铝》[2]有关要求，采用氧化铝（Al2O3）≥10%，不溶物质量分数含量0.2%的液体原料。

  2、PAM，首先对粉末状PAM进行兑水开料，根据厂家的使用上的要求，将PAM稀释至约0.2%（以下试验的PAM液料均为0.2%的浓度），搅拌强度不能过大，否则轻易造成PAM分子结构破损。搅拌使用普通电钻加搅拌头，速度约50-60r/s，搅拌约40min，直至粉末完全溶解。正常成品液料为絮凝胶状物质，少量液料流下能出现拉丝现象。

  3、为模拟高浊度原水，在取水口河床边挖取一定量的淤泥，首先溶解一定量的沉泥于水中，均匀搅拌后测量浑浊度，再根据浑浊度数据添加淤泥，直至浑浊度达到实验要求。

  设定原水浊度为2000NTU（以下所有实验原水的浑浊度均为2000NTU），搅拌速度设置为200r/min，时间为2min，搅拌开始前投加0.12ml的聚氯化铝，处理后水的上清液浊度为2.51NTU，这与水厂实际生产的效果不符。在查阅参考絮凝沉淀池工艺流程设计后，反复模拟絮凝沉淀池流速，最终将混凝试验搅拌机设置为200r/min运行10s，100r/min运行20s，再40r/min运行7min,然后沉淀15min，G值自动计算，水温为21℃,pH为7.5。

  取3个搅拌杯各取1L原水，混凝试验搅拌机按预先设置的转速进行搅拌，单独使用聚氯化铝作为絮凝剂，搅拌开始前分别投加0.05ml、0.10ml、0.15ml，混凝搅拌后上清液浑浊度见《表1》。单独使用聚氯化铝作为絮凝剂的搅拌试验中，形成的矾花较多，但矾花过于细小，不能完全吸附矾花之间的细小泥尘颗粒，导致混凝效果差（图1）。

  取4个搅拌杯各取1L原水，单独使用PAM作为絮凝剂，搅拌开始前PAM分别投加1.00ml、2.00ml、3.00ml、4.00ml，处理后的上清液浑浊度分别为219NTU、156NTU、102NTU、72NTU（表2）。PAM作为水处理药剂，原水高浑浊度时大量投加，确实能起到澄清作用，但作为水处理药剂，要警惕过量投加带来的副产物影响。

  搅拌开始前各个搅拌杯投加0.40ml聚氯化铝，混凝搅拌机运行30s后再加入4.00mlPAM，混凝搅拌过程中聚氯化铝先形成细颗粒状矾花，但加入PAM后，矾花迅速沉淀，后段的搅拌中矾花颗粒极少，原水未出现非常明显上清液分层（见图2），搅拌后的上层液体为29NTU。此投加方式效果差，达不到处理高浊度水的预设效果。

  取3个搅拌杯各取1L原水，按平时平均聚氯化铝的投加量，搅拌开始前投加聚氯化铝0.15ml，混凝搅拌开始30s后PAM分别投加0.50ml、1.00ml、1.50ml，PAM投加量越大，搅拌后上清液浑浊度越低，但考虑到大量投加PAM，聚丙烯酰胺单体会对水质产生不利影响，最终将PAM投加量确定在1.50ml。PAM固定在1.50ml的条件下，再改变聚氯化铝投加量。通过试验得知，投加量超过0.4~0.5ml会出现过投加现象，最终确定聚氯化铝投加量为0.40ml。

  取4个搅拌杯各取1L原水，，搅拌开始前分别添加1.00ml、2.00ml、3.00ml、4.00ml、5.00ml的PAM，搅拌30s后每个试杯添加0.40ml聚氯化铝，再按之前的搅拌速度设定继续搅拌，40r/min运行7min,然后沉淀15min。模拟絮凝开始前添加PAM，然后在絮凝中前段投加聚氯化铝，水处理后的浊度分别为34NTU、27NTU、23NTU、17NTU、17NTU（表3）。

  先使用PAM再投加聚氯化铝的过程中，搅拌前段PAM与水中的泥尘结合定型，再加入聚铝后矾花大颗而密实，在后段的搅拌中泥水分离明显，有很大成效避免了矾花破碎，是搅拌试验中效果最明显的投加方式（见图3）。

  今年，全国两会将“加快发展新质生产力”写入《政府工作报告》，加快发展新质生产力，是新时代国内国际环境下，实现经济和社会高水平发展的必然要求，是逐步推动生产力和生产关系变革的基础。而水处理行业的新质生产力，除了水处理技术材料和自动化智慧化的创新以外，通过实验优化现有工艺流程，增强絮凝沉淀工艺，减少药剂耗用，大大降低副产物影响，亦能达到提高生产力的目的。

  本次混凝搅拌试验，对约2000NTU的高浊度原水做处理，可以从试验的数据看出单独使用聚氯化铝作为絮凝剂时，小于0.25ml/L的投加量，试杯上层矾花量明显不足，大于0.50ml/L的聚氯化铝投加量矾花量过大，混凝搅拌后期沉淀过程中矾花不能完全沉淀，易引起跑矾。单独使用PAM作为絮凝剂时，投加量达到1ml/L才慢慢的出现沉淀效果，大于4ml/L才能有较理想沉淀效果。利用聚氯化铝和PAM一起处理高浊度原水，先投加聚氯化铝再投加PAM，形成的矾花颗粒少，处理效果极差。应在混合前投加PAM，絮凝阶段中投加聚氯化铝，此投加方式PAM混凝后的分子结构稳定，混凝后期能更好地与聚氯化铝发生絮凝。根据混凝搅拌试验结果，突发高浊度原水时，在相应的进水点加入PAM，将聚氯化铝投加点后移，根据实际的矾花反应和水质变化，能降低PAM的投加，快速、高效处理高浊度原水，提升高浊度原水的解决能力，以此响应国家“发展新质生产力”的号召。

  在此次混凝搅拌过程中，还发现加快搅拌速度或是延长搅拌时间，聚氯化铝产生的矾花能达到更理想效果。由此推断，在水厂的实际生产的基本工艺流程中，要充分注意絮凝池的混合强度和时间，设法通过提前投加，增加管道混合器，改造折板絮凝池等方法，加强现有絮凝池的絮凝效果，达到节约和降低絮凝剂耗用的效果。

  [1]起草人朱传俊，郭文礼，王勤等.《水处理剂阴离子和非离子型聚丙烯酰胺》（GB/T17514-2017）.2017.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会发布.

  [2]]起草人李润生，何青峰，俞明华等.《水处理剂 聚氯化铝》（GB/T 22627-2022）.2022国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会发布.