混凝沉淀是黃河高濁度水處理常用的方法。提高渾液面沉速，節(jié)約藥劑（PAM）的投加量達(dá)到多出清水是高濁度水處理的主要目標(biāo)。然而混凝過程極其復(fù)雜，影響渾液面沉速的因素有高濁度水的性質(zhì)、PAM投加量、速度梯度C、攪拌時(shí)間T等。因?yàn)楦邼岫人匀怀恋沓了倥c原水的性質(zhì)密切相關(guān)。在實(shí)際處理一定組成的高濁度水時(shí)，可以借助實(shí)驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，根據(jù)渾液面的自然沉速以及所希望達(dá)到的渾液面沉速來(lái)確定PAM的投加量。本文先采用正交實(shí)驗(yàn)的方法確定混凝過程的混合、反應(yīng)的最佳水力條件，然后在此基礎(chǔ)上研究渾液面沉速與PAM投加量及高濁度自然沉速之間的關(guān)系。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 自然沉降實(shí)驗(yàn)

高濁度水采用鄭州上街段黃河泥沙配制而成。試驗(yàn)過程中所有水樣水溫15±1℃。用NSY－1光電顆分儀測(cè)泥沙粒度，其當(dāng)量直徑dm由下式計(jì)算：

dm=1／（∑（△pi／di））

式中di——顆粒粒徑，Pi——粒徑di顆粒占所有顆粒質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。選出dm相近的幾組水樣用比重瓶測(cè)定其含沙量，以Cw（kg／m3）表示。然后用直徑62mm，高500mm，有效體積1500mL的自制沉降筒做靜置沉降實(shí)驗(yàn)，根據(jù)沉降曲線求得等速沉降段混液面沉降速度作為自然沉速，以從（mm／s）表示。

試樣的含沙量Cw，渾液面自然沉速U0，當(dāng)量直徑dm，見表1：

表1  試樣情況

表2  各試樣實(shí)測(cè)渾液面沉速與計(jì)算值對(duì)照

1.2 加藥混凝實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)所選的藥劑為江蘇南天生產(chǎn)的陽(yáng)離子型PAM，陽(yáng)離子度30％，配制成0.5％溶液。

取1.5L上述配制的水樣置于2L的燒杯中，以600r/s的轉(zhuǎn)速攪拌5min，然后投加PAM，再調(diào)整轉(zhuǎn)速和時(shí)間確定混凝的水力條件：筆者通過對(duì)攪拌速度。攪拌時(shí)間、PAM投加量做正交實(shí)驗(yàn)得出具有最大渾液面沉速時(shí)的最佳的速度梯度與攪拌時(shí)間乘積，即（CT）umax為2180，這與崔俊華驗(yàn)證的（CT）umax為1900－2000[1]相近。在此基礎(chǔ)上每次取1.5L上述配制的水樣置于2L的燒杯中，先以600r/s轉(zhuǎn)速攪拌5min，然后投加不同量PAM，以D（mg／L）表示PAM投加量，達(dá)到要求的CT值（2180）混凝后，緩慢注入沉降筒做沉淀實(shí)驗(yàn)，測(cè)定渾液面沉速（同自然沉速測(cè)定方法），以U（mm/s）表示。同時(shí)把擬合的渾液面的沉速以U計(jì)算（mm/s）表示，結(jié)果如表2。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

研究表明，在高濁度水處理中，自然沉速Uo、PAM投加量D與泥沙顆?？偙砻娣e及含量有如下關(guān)系：

U0=f2（得出最佳S0，Cw），D＝f1（S0，Cw）

式中S0——質(zhì)量比表面積，m2／kg。

于是可以推測(cè)U0與D有相關(guān)性。而高濁度水混凝渾液面沉速不僅與含沙量有關(guān)，而且與顆粒因素有關(guān)。用UO可以部分地表征高濁度水的顆粒因素（從表1也可反映出來(lái)），從而在實(shí)際處理一定組成的高濁度水時(shí)可以借助試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，根據(jù)渾液面自然沉速以及所期望達(dá)到的渾液面沉速來(lái)確定PAM的投藥量。

分析表2中試樣6－10以及14－18在該兩種泥沙顆粒組成下投藥量與渾液面沉速表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。如圖 1，圖2所示（其中у表示logU，x表示logD）。

綜合含沙量和U0于是可以假定logU=k1logUO+k2logC+k3logD+k4進(jìn)行線性回歸，求得經(jīng)驗(yàn)式。

通過MATLAB編程運(yùn)算，得出k1=0.82，k2= -1.532，k3=1.732,k4＝1.849

總偏差S總=2.245，S回＝2.228，S殘=0.198，F(xiàn)=71.12，當(dāng)置信度α=0.01時(shí)，查F分布表，F(xiàn)0.01（3，19）＝5.01[2]。而F＝71.12＞F0.01（3，19）＝5.01，可見回歸方程是顯著的。計(jì)算得出的渾液面沉速和相對(duì)誤差見表2。

3 結(jié)論

在大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)卜進(jìn)行回歸分析，得出在黃河高濁度水處理中混凝渾液面沉速由下式計(jì)算：

logU＝0.821logUo+1.732logD－1.532logC+1.849，具有較高的置信度。這可為高濁度水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)和參數(shù)選取提供一定的依據(jù)；同樣在給定產(chǎn)水量的情況下，為達(dá)到預(yù)定的渾液面沉速此式也可作為投藥量的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 崔俊華 高濁度混凝最優(yōu)GT值研究(一)[J]河北建筑科技學(xué) 院學(xué)報(bào)，1998，15（4）：7－10
[2] 韓芝隆 概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000

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