1.前言

　　高濁度水絮凝研究，過(guò)去都是以渾液面沉速為指標(biāo)進(jìn)行的，即以清渾水界面的沉速代表絮凝體的沉速來(lái)研究絮凝過(guò)程。不過(guò)渾液面沉速測(cè)定過(guò)程復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，特別是當(dāng)高濁度水含沙量較低時(shí)，渾液面模糊不清，難以準(zhǔn)確測(cè)量。因此高濁度水絮凝研究非常需要一個(gè)能夠簡(jiǎn)捷、快速測(cè)量，準(zhǔn)確反映高濁度水絮凝程度的指標(biāo)。

　　用Coulter計(jì)數(shù)器或依據(jù)光阻塞原理的Hiac計(jì)數(shù)器以及各種樣的光散射計(jì)數(shù)器來(lái)跟蹤高濁度水絮凝過(guò)程中粒徑的變化，可以獲得有價(jià)值的資料，不過(guò)這些方法都存在問(wèn)題。例如，在很多情況下須對(duì)水樣進(jìn)行一的稀釋，以避免顆粒重疊的影響，及減少絮凝體在通過(guò)Coulter孔口或Hiac計(jì)數(shù)器的檢測(cè)區(qū)時(shí)被打碎的可能性。另外這些方法一般測(cè)量時(shí)間比較長(zhǎng)，并且不能實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)檢測(cè)。新近Gregory和Nelson研制了一種新的光學(xué)絮凝檢測(cè)裝置，它是基于流動(dòng)懸濁液的透光率脈動(dòng)值為反映顆粒的聚集程度，與前面提到的光散射計(jì)數(shù)器和Ditter等人的透光分析方法有本質(zhì)區(qū)別，后者受光照射的水樣體積很小，檢測(cè)的是單個(gè)粒子的行為，并需進(jìn)行脈沖高度分析處理。Gregory的方法可以同時(shí)在光路內(nèi)檢測(cè)在量顆粒，并且儀器測(cè)量、處理的是透過(guò)光的脈動(dòng)成份。

　　本文擬對(duì)新型絮凝光學(xué)檢測(cè)方法作簡(jiǎn)略介紹，而后嘗試用該方法監(jiān)測(cè)在各種條件下高濁度水的絮凝過(guò)程，試圖提出一種新的高濁度水絮凝研究方法。

2.絮凝光學(xué)檢測(cè)原理

　　取樣管（透明）以一定的流速投取待測(cè)水樣，一狹窄光束照射取樣管的橫斷面，透過(guò)光由光敏元件檢測(cè)。由于懸濁液中顆粒分布的不均勻性再加上自身存在的布朗運(yùn)動(dòng)，所以光路內(nèi)顆粒數(shù)目是隨機(jī)變化的（可用泊松分布描述）使透光強(qiáng)度也產(chǎn)生機(jī)波動(dòng)，引起相應(yīng)電壓信號(hào)的隨機(jī)波動(dòng)（檢測(cè)儀作光電轉(zhuǎn)換）。水樣中濁質(zhì)顆粒的這種變化，通常用電壓。

　　此文曾刊載于1996年第3期的《給水排水》雜志波動(dòng)值的均方根反映。故絮凝檢測(cè)儀有二個(gè)輸出值，一個(gè)是脈動(dòng)電壓的均方根（VR）；另一個(gè)是VR與其相應(yīng)的直流電壓V的比值R（VR/V）。后一下指標(biāo)R的意義在于它的大小基本不受光學(xué)表面污染及電子漂移的影響，因?yàn)檫@兩項(xiàng)對(duì)VR和V有幾乎相同的影響。這在實(shí)際應(yīng)用中意義很大，因?yàn)樗幚碇�，取樣管受污染很�(chē)?yán)重。

　　比值R與濁質(zhì)顆粒的個(gè)數(shù)濃度、尺寸及光路內(nèi)水樣體積有關(guān)，對(duì)非單一粒徑組成的懸濁，R值表達(dá)式為。

　　式中：L─光路（cm）；
　　　　 A─光柱的效橫斷面面積（cm²）；
　　　　 N──光散射橫斷面以Ci的顆粒個(gè)數(shù)濃度（1/cm³）；

　�。�1）式中，對(duì)特定的檢測(cè)儀而言，L、A是常數(shù)，這時(shí)R值只跟Ni，Ci有關(guān)，而Ci隨顆粒的大小、形式變化。對(duì)于某水樣而方，濁質(zhì)顆粒凝聚時(shí)，顆粒數(shù)目（Ni）減小，粒徑增大，顆粒光散射截面（Ci）增大，這兩種變化對(duì)R值是相反的，但綜合結(jié)果仍然是R值隨著顆粒的凝聚迅速增大，因?yàn)轭w粒個(gè)數(shù)濃度的變化比聚集狀態(tài)的變化對(duì)R值的影響要小得多（參見(jiàn)式1）。高濁度水絮凝處理中，形成的絮凝體相對(duì)比較粗大，是必R值可以有效和靈敏地反映其變化過(guò)程。

3.實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)介

　　高濁度水絮凝是在190×190×250mm的方槽中進(jìn)行的（見(jiàn)圖1）。試驗(yàn)時(shí)取6.8L高濁度水水樣于如凝槽內(nèi)，加一定量的絮凝劑，以一定的G值及其分布使高濁度水絮凝，自水面下100mm處吸取水樣至絮凝檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，取樣流速0.094m/s。絮凝檢測(cè)儀系英國(guó)RANKBROTHERS LTD出品。

　　檢測(cè)值R直接在檢測(cè)儀的數(shù)碼板上顯示，記錄儀同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行記錄。渾液面沉速直接在絮凝槽中測(cè)定，方法是對(duì)某高濁度水水樣進(jìn)行絮凝時(shí)，在某時(shí)刻停止攪拌，記下此時(shí)R值，同時(shí)開(kāi)始沉降歷時(shí)曲線（H～t曲線），求渾液面沉速。

　　試驗(yàn)水樣系哈爾濱市自來(lái)水和蘭州自來(lái)水公司一水廠輻沉池自然沉淀積泥配制而成。母液含沙量100.6kg/m³，D50＝0.008mm，D90＝0.035mm，試驗(yàn)時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行稀釋。

　　絮凝劑使用陰離子型聚丙衡酰胺（3＃），水解度30%，分子量大于300萬(wàn)。配制的溶液濃度為0.1%（SW/LW），投加時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行稀釋。

4.R值與渾液面沉速的相關(guān)性

　　按上述方法進(jìn)行高濁度水的絮凝試驗(yàn)，同時(shí)測(cè)定R值和渾液面沉速�？刂茥l件為每組試驗(yàn)只測(cè)定最大R值（峰值）及其相應(yīng)的渾液面沉速。對(duì)含沙量為30，40，60，70kg/m³，的高濁度水分別進(jìn)行了試驗(yàn)。對(duì)相同含沙量通過(guò)改變投藥量來(lái)獲得Rmax及其相應(yīng)的渾液面沉速。試驗(yàn)時(shí)G為46s-1(80r/min)，水溫13.5℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖2。

　　結(jié)果表明，含沙量相同的高濁度水，R值跟渾液面沉速正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.975～0.998；含沙量不同時(shí)，相關(guān)性變差。當(dāng)含沙量相同時(shí)，R值和渾液面沉速一樣可以很好地反映高濁水的絮凝程度。當(dāng)含沙量不同時(shí)，圖3中的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)較散亂，可能由于泥沙濃度對(duì)渾液面沉速產(chǎn)生了影響。

5.高濁度水不同絮凝條件R值的變化

　　高濁度水絮凝，當(dāng)投藥量超過(guò)起動(dòng)劑量后，在很大投量范圍內(nèi)，投藥量越大絮凝效果越好，渾液面沉速越大。圖3（a）是用絮凝檢測(cè)儀含沙量為34kg/m3，投藥量分別為0.68，1.02，1.36，1.71，1.87mg/L的高濁度水絮凝過(guò)程得到的R值隨絮凝時(shí)間的變化情況。試驗(yàn)時(shí)的水溫13.5℃，控制G值62s-1。試驗(yàn)結(jié)果表明，高濁度水加藥后，R值迅速增大，經(jīng)過(guò)20多S后達(dá)到最大值，之后開(kāi)始減小，最后趨于穩(wěn)定。加藥初期以絮凝為主，顆粒不斷成長(zhǎng)，隨著絮凝體的增大，破碎作用加劇，當(dāng)絮凝體的增長(zhǎng)和破碎達(dá)到某種平衡，R值趨于穩(wěn)定。投藥量愈大，R值愈大，最大投藥量時(shí)的最大R值是最小投量的近7倍（1.3～8.8）。說(shuō)明高濁度水的絮凝程度隨投藥增加而提高。

　　圖3（b）、（c）是對(duì)含沙量為45.2kg/m3，投藥量分別為1.35mg/L和0.88mg/L的高濁度水絮凝時(shí)，混合時(shí)間不同，R值絮凝時(shí)間的變化情況。試驗(yàn)時(shí)水溫13.5℃。

　　混合時(shí)G1＝106s－1，反應(yīng)時(shí)G2＝23s－1。圖中試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)混合時(shí)間小于5s時(shí)，R值隨混合時(shí)間增大，當(dāng)混合時(shí)間小于5s時(shí)，隨混合時(shí)間增長(zhǎng)，R值減小。即在其它條件一定的條件，高濁度水絮凝存在一個(gè)最佳混合時(shí)間，此時(shí)得到的絮凝體最大。因?yàn)榛旌蠒r(shí)間若太短，絮凝劑不能在水樣中均勻混合，其絮凝作用不能充分發(fā)揮；反之若混合時(shí)間太長(zhǎng)，易把已成長(zhǎng)的絮凝體破碎，圖3（c）的規(guī)律跟圖4（b）相似，只是由于投藥量小，R值相就減小。

　　圖3（b）是在其它條件一定的情況下，改變投藥濃度時(shí)，用絮凝檢測(cè)高濁度水絮凝過(guò)程得到的結(jié)果。試驗(yàn)水樣含沙量45.2mg/m3,混合時(shí)G1＝62S-1,混合時(shí)間10s；反應(yīng)時(shí)G2＝23s－1，3＃投量2.64mg/L，水溫14.5℃，藥劑投加濃度0.5～0.002%。圖3（d）表明，相同條件下，絮凝劑投加濃度愈小。R值愈大，R值愈大，反之R值愈小。高濁度水中泥沙濃度,藥劑難以分散，降低藥劑的濃度后，藥液粘性減小，體積增大，有利于其在高濁度水中均勻分散，其絮凝功交發(fā)揮充分。對(duì)含沙量較小的水樣，藥劑投加濃度對(duì)R值影響較小。上述試驗(yàn)結(jié)果與已有結(jié)論相吻合。

6.結(jié)論

　　絮凝檢測(cè)儀用于監(jiān)測(cè)高濁度水的絮凝過(guò)程，是極其靈敏和有效的。相同含沙量的高濁度水，檢測(cè)值R與渾液面沉速正相關(guān)，含沙量不同時(shí)，雖然相關(guān)性變差，但總的趨勢(shì)仍是R值增大渾液面沉速提高，故R值同渾液面沉速一樣都可以很好反映高濁度水的絮凝程度，是高濁度水絮凝研究的重要指標(biāo)。R值可以有效地批示出各種因素對(duì)高濁度水絮凝效果的影響情況，并且絮凝檢測(cè)儀簡(jiǎn)便、快速、可行，可實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)檢測(cè)。
 

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