王立哲

[摘 要]本文针对我司多年来在黄河原水 3000H TU 以下投加二甲基二烯丙基氯化饺高分子阳离子混凝剂，造成投加药剂费用高、生产成本大的现状。从生产实际出发，根据我司水质中心实验室实验结果，将实验数据换算为具体的生产数据，通过生产性实验，分析比较聚合氯化铝铁与二甲基二烯丙基氯化按两种药剂投加后的水质效果和经济比较，确定科学合理的药剂投加对照表，指导实际生产。

中图分类号： V263.3      文献标志码：A

l 概述

黄河发源于青海省巴颜喀拉山，在山东省垦利县流入渤海，全长5464公里。黄河流域属大陆性气候。流域内石山区占29%，黄土和丘陵占46%，风沙区占11%，平原区占14%。多年平均气温最高地区大于14℃，最低地区小于-4℃。气温的地区分布特点是由南向北、由东向西逐渐降低。黄河的流域面积、长度居全国第二，水量在全国八大江河中居第五位[1]。黄河泥沙主要来自中上游黄土高原地区，而径流则主要来自上游。黄河上游贵德以上，地处青藏高原，植被较好，暴雨少，河流含沙量小，青海省唐乃亥站平均含沙量仅有0.55kg/m3，平均年输沙量为1.1×107t。贵德站年平均含沙量增至1.11 kg/m3，平均输沙量仅有 1.1×107t。贵德以下进入黄土高原地区，泥沙逐渐逐渐增多，循化站年平均输沙量为4.1×107t。兰州站年平均输沙量达1.13×108t，兰州至安宁渡区间有著名的多沙河流祖历河等汇入，该河靖远站年平均含沙量为457 kg/m3，平均年输沙量6.4×107t，是黄河安宁渡站年平均输沙量达到2.23×108t。黄河泥沙的年季变化幅度达，干流占最大、最小输沙比值在4—10倍之间，年输沙量变差系数CV值在0.4—0.55之间。支流年季变化更悬殊，多数站年输沙量是最小的十几倍至几十倍，变差系数CV值一般在0.8左右，个别站达到了1.0以上。所以，黄河水浊度变化大，高含沙量主要发生在汛期。

黄河形成大量泥沙的原因主要有二：人为原因和自然原因。人为原因是：破坏大量的森林植被，造成水土流失严重。自然原因是：黄河中游地区主要流经黄土高原为主的粉沙质土壤，土质疏松。夏季多暴雨，将大量泥沙带入黄河。

混凝沉淀是以含沙量大的地表水为水源的水处理工艺中不可或缺的水处理工艺，能够有效降解原水中的胶体粒子和微小悬浮物，其中对混凝剂的选择 和投药量的确定是影响其处理效果的关键因素。兰州西固取水厂以黄河为水源，多年来一直采用投加聚丙烯酰胺和二甲基 二烯丙基氯化铁两种混凝剂，投加效果良好，但费用较为昂贵。因此，需要研 究和尝试能否采用一种费用较低且处理效果相同或相近的新药剂进行投加处理，以求适应企业节能降耗，节约生产成本的目的。首先，我司水质中心在实验室通过混凝试验对聚合氯化铝铁药剂进行了大量实验，根据实验数据，结合加药间现有生产设备换算出进行生产试验所需投加药量对照表，然后利用水质条件符合该药剂投加的工艺时期进行生产性试验，分析研究药剂投加效果，确定合理投加药量，并进行经济比较。

2 兰州黄河取水厂混凝工艺

制水一厂于1957年9月开始投产供水，日供水能力51万m3，后经1974年、1998年两次工程扩建项目，达到150万 m3/日的取水能力和138万 m3/日的供水能力。制水一厂工艺功能是将黄河高浊度水经引流预沉、泵房取水后，投加聚丙烯酰胺  （HPAM）或聚二甲基二烯丙基氯化铵（原水浊度﹤3000HTU投加0.5%聚二甲基二烯丙基氯化铵混凝剂;原水浊度﹥3000HTU投加1%聚丙烯酰胺混凝剂）高分子混凝剂在100米辐流式沉淀池中进行一级混凝沉淀处理，供出一次沉淀水至西固热电厂和第二水厂两个用户。一水厂主要净水构筑物有上下游斗槽式预沉池、上下游加药间、上下游一级泵站、上下游操纵室、配水室、二级泵站、18组辐流式沉淀池和自流沟渠等组成。

2.1一級泵站

一级泵站设上游、下游两个泵站。上游安装有流量10800m3/h泵组5台，下游安装有流量10800m3/h泵组5台，流量4700m3/h泵组1台，流量6500m3/h泵组1台。

2.1.1工艺流程

预沉后水体     粗格栅     进水室      旋转格网     吸水井     药剂投加     水泵

2.1.2吸水井主要工艺参数

最低极限水位：4.00 m              最高极限水位：12.05 m

最高警戒水位   10.00 m             最低警戒水位：4.10 m

正常水位：    4.21 m—9.99 m       理想水位：6.00 m—9.99 m

2.1.3旋转格网

每台泵组进水间于吸水井之间设有旋转格网，用来拦截粗格栅未能及时拦截的漂浮物及杂物，旋转格网拦截后的杂物，可及时用冲洗水进行冲洗。旋转格网型号为：

XWZ—2200  2.2*3.0*3.1，进水压差1.5m，启动水位差：300 mm，运行速度3.71 m/min。

2.2加药间

设上游、下游加药间2个，上下游加药间独立运行，即上游加药间投加上游一级泵站药剂，下游加药间投加下游一级泵站药剂。

2.2.1混凝剂

① HCA——   聚二甲基二烯丙基氯化铵阳离子高分子混凝剂。

② HPAM—— 聚丙烯酰胺阴离子高分子混凝剂。

2.2.2混凝剂投加工艺流程

搅拌罐    药剂输送管网     储液池    药剂输送管网    加药泵    水泵进水管

HCA混凝剂投加采用计量泵对应取水泵组进行一对一投加，HPAM混凝剂投加采用隔膜泵对应取水泵组进行一对一投加。两种混凝剂投加点均设在取水泵组吸水井进水管上，通过水泵混合进行泵前投加，经压力水管输送至18座辐流式沉淀池，经混凝沉淀后通过自流沟输送至二水厂和电厂。

2.2.3混凝剂投加

原水浊度大于100HTU小于3000HTU投加HCA混凝剂，配置浓度0.5%，投加浓度0.5%。

原水浊度大于3000HTU投加HPAM混凝剂，投加浓度0.1%—0.2%。

2.3沉淀池共有18座，直径100m，最深处高7.01 m，进水设计含沙量：100kg/m3，进水流量：1.35 m3/s，最大排泥量：0.35 m3/s，浑液面沉速：0.22 mm/s，出水浊度≤100NTU。沉淀池有效容积均为27600 m3，总容积29015 m3，沉淀池环形槽高150 mm。沉淀池环形槽水位控制范围：80—130 m3[29]。

实验

3.1实验时间的确定

为保证实验的正常进行，避免试验期间因新药剂投加影响全厂出水水质， 试验时间的选择采取以下儿种措施：①避开夏季供水高峰，以免影响城市居民用水。②增加沉淀池投产数量，确保实验造成的浊度较高出水与其他沉淀池出水在自流沟均匀混合，保证水质。③制定《黄河源水投加聚合氯化铝铁试验实施方案》，加强工艺纪律，达到了试验的预期目标，确保试验期间的安全供水。试验时间为期 24 天，累计 426 小时，投加药剂1 9637. 26kg。

3.2投加药剂量的确定

本次试验主要是根据室内实验确定的投药量表标准进行换算，前期我们曾    做过多种倍数关系试验 ，在超出 1. 5—2. 0 倍数关系范围以外 ，处理余浊>100

NTU。故剔除 1. 5 -   2. 0 倍数关系以外因素 ，综合考虑，选择1. 8 倍的倍数关系，制定出药量投加关系表确定源水浊度l OOOHTU 以内投机加聚合氯化铝铁药剂，分析对比该药剂的使用效果。

投加药剂：泽瑞净水剂公司 商品含輩 50% 的聚合 氯化铝铁药剂。

药量控制 ：按照实验室数据的 1. 8 倍药量标准进行投加。

处理范围 ：源水浊度l OOO HTU 以内。

3.3试验期间观测点的选择

根据本厂工艺运行特点，下游沉淀池供电厂做冷却水用，出水浊度要求不高<2 000 NTU， 选择在下游沉淀池投加聚合氯化铝铁混凝剂，即选用9#、11#、15# 沉淀池 为主要观测池 ，投加 药剂后观 测出水 余浊并进行实验分析。

3.3.1实验要求

①沉淀池出水余浊< l OONTU。

②试验期回原水 浊度 <1000 HTU。

③试 验期间原水浊度>1000 HTU， 立即倒换加药工艺，改投二甲基二烯丙基氯化铵。

3.3.2实验控制

①每小时从黄河进水口提取原水水样，采用浊度仪准确测量原水浊度

（HTU）， 根据不同的原水浊度，对照投加表确定的药剂投加量进行投加聚合氯化铝铁药剂。

②记录每小时供水水量、药剂投加量、沉淀池出水余浊，做好记录。

聚合铝铁加药呈泵 <2 号泵>投加衾 为实验数据的 1 8 倍

处理余浊为 30NTU（加药间储药池药剂下降数据   单位：cm）

③对所记录报表进行分析，检测出水余浊是否满足 <1OONTU的规定. 投加量关系见上表

1：上 表所示 1S为小泵 ; B 为开启1台大泵。如 1S 则为开启一小泵。大泵出水量 10800M3/ h 。小泵出水量 7000 M3/ h.

投加药量以加药间储液池药剂下降公分数计量。投加药量=储液池药剂下降公分数*储液池面积。

4.试验结论

据试验期间净化车间生产报表显示：

①源水浊度变化情况 ：试验期间源水浊度大都在1OOOHTU以内，变化范围为最低 70HTU， 最 高 103   3HTU，只 有 7 月 11 日 16 -   17 时为 1033HTU。目前 ，我厂上游河段经盐锅峡、刘家峡、柴家峡等水库的有效拦截，原水浊度大有逐年降低的态势。据 2006、 2007 、 2008 和 2009 近四年的观测来看 ，原水浊度最高   为1530H  TU原水浊度在  1000 H TU以下的时间占夏季工艺运行（沉淀池投运 投加混凝剂）时间的75% 左右。因此在我厂实施聚合氯化铝铁药剂投 加是可行的。

②出水余浊的观测：试 验期间观测池出水余浊一般在 27～52NTU之间，

但特殊 情况如变换药量时观测池浊度变化较大，最大为 87NTU，满足我司规定的沉淀池出水余浊< 1OO NTU的标准 ，不影响下一道工艺衔接。

③三个观测池出水浊度比较： 9#、 11# 、 I 5#三个观测池之间出水浊度

基本保持在相同数值范围内，变化幅度在5NTU左右 ，变化幅度不大，不会引起

因出水余浊变化幅度过大而影响水质变化的情况，能保证水质稳定，保证下一  工艺点的安全运行。

从以上 3 点综合来看，在我厂投加该药剂的方案可行，能满足工艺合理运行，保证水质合格达标。

5.聚合氯化铝铁与HCA药剂的经济比较

①源水浊度在 100～1000范围内采用 HCA和聚合氯化铝铁均可对黄河源水进行有效处理 但 HCA 矶基低于聚合氯化 铝铁.

②经济计算： PAFC药剂 50% 商品单价900 元/吨

HCA 药剂商品单价 26000 元/吨

按PAFC ：3kg/ km3            HCA  0. 05 kg/km    3                          的    礬  基     计  算   ：

则每km3源水药剂成本为：

PAFC 2. 7 元 /km3 （若按密度 I. 15 计算则为 ：3. 105 元/k  m  3 ） HCA 3. 38 元/ km3

实验结果：

在低浊度情况下： 源水浊度 <I OOOHTU 应用较经济（一年中1000 HTU 以内原水占 80% 左右）

源水浊度 >l OOOHTU 应 用 HCA

参考文献1.《兰州城市供水集团混凝剂投加操作规程》

2.《兰州城市供水集团水质中心聚合氯化铝铁实验报告》

3.《兰州城市供水集团水质泽瑞净水剂公司聚合氯化铝铁产品说明书》