探究聚氯化鋁凈水效果的影響因素及使用環(huán)境

目前，在自來(lái)水生產(chǎn)工藝流程中，大多數自來(lái)水廠(chǎng)以聚氯化鋁(pAC）作為混凝劑，PAC可有效降低原水的濁度，使出廠(chǎng)水達到國家標準。然而，鑒于我國國情，目前PAC的投加仍以經(jīng)驗為主，沒(méi)有根據具體水質(zhì)情況進(jìn)行定量控制，過(guò)量投加PAC不僅增加了生產(chǎn)成本，而且對人體有害。為了降低生產(chǎn)成本和減少企業(yè)安全風(fēng)險，進(jìn)一步加強自動(dòng)化控制，筆者以長(cháng)江蕪湖段水源水為試驗原水，以沉淀出水的濁度作為檢測指標，通過(guò)單因素試驗研究原水濁度、溫度、pH值、反應時(shí)間、PAC投加量等因素的影響，在此基礎上進(jìn)行響應面分析優(yōu)化并進(jìn)行試驗驗證，以期為實(shí)際生產(chǎn)提供依據，為加藥系統的自動(dòng)化程序控制提供理論基礎。

1試驗材料與方法

1.1試驗材料

試驗原水采用長(cháng)江蕪湖段水源水，其濁度為35—75NTU、pH值為6.5~8.5、水溫為12~26℃。

試驗儀器：六聯(lián)程控混凝試驗攪拌儀；散射式濁度儀。

1.2試驗方法

試驗以某市自來(lái)水廠(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)情況、混凝劑投加量與該廠(chǎng)沉淀池出水濁度標準(1—8NTU)作為參考，通過(guò)混凝攪拌試驗確定與實(shí)際生產(chǎn)較為吻合的研究條件。在一組燒杯中加入1000mL水樣并置于六聯(lián)混凝攪拌儀中，加入混凝劑PAC，在400r/min下快速攪拌1min、在120r/min下中速攪拌5min、在30r/min下低速攪拌10min，靜置30min，然后于液面下2cm處取上清液測定其濁度，即為沉淀出水濁度。

2結果與討論

2.1單因素試驗結果與討論

2.1.1原水溫度對沉淀出水濁度的影響

原水溫度對水中雜質(zhì)的種類(lèi)、微生物的生長(cháng)有著(zhù)密切的影響，同時(shí)在不同溫度下PAC的反應速度有著(zhù)明顯的差異。試驗中，隨著(zhù)原水溫度由14℃逐漸升高到26℃，PAC的混凝效果越來(lái)越好，沉淀出水濁度由7NTU逐漸降至3NTU。

2.1.2原水pH值對沉淀出水濁度的影響

原水pH值對沉淀出水濁度的影響見(jiàn)圖1。pH值對水中雜質(zhì)及顆粒的存在形態(tài)等有著(zhù)重要影響，故而與混凝劑的混凝作用有著(zhù)密切關(guān)聯(lián)。在pH值偏酸性時(shí)，混凝劑水解受到一定的限制，其化合物中高分子物質(zhì)存在較少，混凝作用較差；在偏弱堿性條件下混凝劑的混凝效果較好，能有效降低出水濁度；而堿性過(guò)高時(shí)，會(huì )生成帶負電荷的絡(luò )合離子，也不能發(fā)揮很好的混凝作用。

2.1.3原水濁度對沉淀出水濁度的影響

試驗結果表明，原水濁度直接影響PAC的混凝效果，在長(cháng)江原水水質(zhì)正常濁度變化范圍內，沉淀出水濁度隨原水濁度的增加而線(xiàn)性增加。

2.1.4攪拌速度對沉淀出水濁度的影響

攪拌速度（中速攪拌）對沉淀出水濁度的影響見(jiàn)圖2。適度的攪拌能使PAC與懸浮顆粒物充分混勻，混凝沉淀效果更加明顯；但是過(guò)度的攪拌產(chǎn)生的剪切力較大，導致絮體發(fā)生破碎現象，難以沉淀，處理效果也降低，故而應選擇合適的轉速進(jìn)行試驗。

2.1.5PAC投加量對沉淀出水濁度的影響

在試驗中，當PAC投加量從6mg/L增至14mg/L時(shí)，沉淀出水濁度先降后升，其中當PAC投加量為12mg/L時(shí)沉淀出水濁度低，此時(shí)混凝效果好。這是因為當混凝劑投加量較少時(shí)，混凝不充分；而當混凝劑投加量較大時(shí)，膠體顆粒由于吸附了過(guò)多的負離子，使得顆粒趨于分散狀態(tài)，不利于顆粒自由沉淀。

2.1.6沉淀時(shí)間對沉淀出水濁度的影響

試驗中，隨著(zhù)沉淀時(shí)間的延長(cháng)，沉淀出水濁度逐漸降低，當沉淀時(shí)間達到120min時(shí)，沉淀出水濁度達到穩定，繼續延長(cháng)沉淀時(shí)間，濁度變化不大。

2.2響應面分析法試驗結果與討論

在單因素試驗的基礎上設計響應面分析，以確定凈水工藝參數。

2.2.1Plackett-Burman試驗

Plackett-Burman試驗對影響沉淀出水濁度的8個(gè)因子（原水濁度、溫度、pH值、反應時(shí)間、PAC投加量、攪拌速度、攪拌時(shí)間、沉淀時(shí)間）進(jìn)行篩選，結果表明，原水溫度、pH值和PAC投加量對沉淀出水的濁度影響較大。為此進(jìn)一步通過(guò)爬坡試驗和響應面試驗進(jìn)行優(yōu)化研究。

2.2.2最陡爬坡試驗

最陡爬坡試驗設計及結果如表1所示�？梢钥闯�，沉淀出水濁度隨著(zhù)關(guān)鍵因素的變化而變化，其最低值出現在第4組，為2.06NTU，說(shuō)明此時(shí)原水溫度、pH值、PAC投加量的值接近最優(yōu)，故選擇第4組作為中心點(diǎn)，進(jìn)一步對凈水工藝進(jìn)行優(yōu)化研究。

2.2.3Box-Behnken設計試驗優(yōu)化

Box-Behnken試驗以沉淀出水濁度為響應值，對原水溫度(X1）、pH值(x2）、PAC投加量(X3）3個(gè)影響因素進(jìn)行優(yōu)化分析。

對此回歸方程的方差分析表明，該模型極顯著(zhù)。在該模型各參數中，X1對沉淀出水濁度有較顯著(zhù)的影響，即原水溫度是對試驗結果影響較大的因子；x12、x22、x32對沉淀出水濁度的影響也達到了顯著(zhù)水平，說(shuō)明原水溫度、原水pH值、PAC投加量的影響也是二次關(guān)系。該模型的相關(guān)系數R2=0.9923，修正決定系數R2adj=0.9785，表明該模型的預測值和實(shí)測值擬合良好，可以很好地解釋響應值的變化。

用軟件對回歸模型進(jìn)行響應面分析，得到各響應面立體分析圖和等高線(xiàn)圖，由圖及軟件分析可知，回歸方程存在穩定點(diǎn)。通過(guò)分析可知，X，、X：、弘的編碼值分別為20．0105、-0.000978、0.009094，即原水溫度、原水pH值、PAC投加量分別為23．0105℃、7.499、12.009094mg/L，此條件下預測得到的沉淀出水濁度為1.5545NTU。

2.2.4試驗結果驗證

根據上述試驗結果，為方便實(shí)際操作及考慮裝置的可操作性，將最優(yōu)參數調整如下：原水溫度為23.0℃、原水pH值為7.5、PAC投加量為12mg/L，進(jìn)行試驗驗證，在此條件下測得的沉淀出水濁度為1.45NTU，與理論值的偏差為6.7%，證明該試驗研究結果較為可靠。

3結論

首先通過(guò)單因素試驗確定攪拌速度、原水溫度、原水pH值、沉淀時(shí)間、PAC投加量等與沉淀出水濁度的關(guān)系。Plackett-Burman試驗結果顯示，原水溫度、原水pH值及PAC投加量對沉淀出水濁度的影響較大，響應面法分析結果顯示，當原水溫度為23.0℃、原水pH值為7.5、PAC投加量為12mg/L時(shí)，沉淀出水濁度最低，其值為1.45NTU。