不同水处理工艺的混凝效果比较
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净水技术 2014，33（ 2） ： 57-60
净水技术 WATEＲ PUＲIFICATION TECHNOLOGY
Vol． 33，No． 2，2014 Water PurifAicparitli2o5nthT，e2c01h4nology
不同水处理工艺的混凝效果比较
蒋海燕1 ，王彦文1 ，杜彦鹏1 ，徐 慧2
Jiang Haiyan1 ，Wang Yanwen1 ，Du Yanpeng2 ，Xu Hui2 （ 1． Ningdong Water Co． ，Ltd． ，Yinchuan 640100，China； 2． State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry，Ｒesearch Center for Eco-Environmental Sciences，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100085，China）
Abstract Performances of different coagulation processes （ traditional folding plates flocculator，micro-vortexes flocculator，folding plates flocculator with back washing water recycling） were compared． The results indicate that （ 1） micro-vortexes flocculation can improve the coagulation effects． The settlement ability of flocs is improved． The particle content in micro-vortexes flocculator decreases compared with traditional folded plate flocculator and the turbidity also decreases． （ 2） The recycling of filter backwashing water can improve the removal efficiency of turbidity and settle ability of flocs，and the particle content decreases compared with micro-vortexes flocculator． （ 3） Micro-vortexes flocculation and return of back wash water can increase the fractal dimension． Keywords micro-vortexes recycling of filter backwashing settle ability of flocs fractal dimension conventional process
折板絮凝池
微涡旋絮凝池
一 4 12 117
二 4 10 986
三 5 3 081
一 5 16 275
二 5． 2 10 848
三 5． 5 3 081
滤池反冲洗水回流絮凝池
一 4 13 215
二 4． 2 10 342
三 5． 2 3 081
2 试验结果与讨论
2． 1 出水浊度
由图 2 可知在试验周期的 20 d 运行时间中，滤 池反冲洗水回流絮凝池具有最低的出水浊度，经过 微涡旋改造之后出水浊度得到较好的改善。由于水 中杂质颗粒数量较少，颗粒间发生碰撞的机会少，混 凝效果不好。虽然可以通过提高搅拌强度来增加颗 粒间碰撞的几率，但这会产生很高的水流剪切强度， 使形成的颗粒 破 碎。 反 冲 洗 水 回 流 增 加 了 原 水 浊 度，促进了颗粒之间的碰撞概率。在原水中加入少 量的药剂后，在搅拌叶片的作用下，进行充分混合、 反应，生成的颗粒被紧密地吸附在颗粒物表面上，形 成较大的絮凝体，达到除浊净化的效果。
善，“跑矾”现象得到缓解，絮体颗粒数目较折板絮凝池减少，沉淀池出水浊度明显降低； 滤池反冲洗水回流技术可以有效地提
高浊度的去除率以及改善絮体的沉降性能，且絮体颗粒数目较微涡旋絮凝池有明显减少，说明增加水体中颗粒数目可以有效
地提高混凝效果； 由分形维数的数据可以看出，微涡旋改造和反冲洗水回流可以明显提高絮体的分形维数，改善了絮体的沉
指标
Ala
Alb
Alc
比例 /%
31． 14
35． 34
33． 52
1． 5 运行工艺与水力学条件
图 1 为运行工艺与改造示意图。
— 58 —
图 1 运行工艺与改造示意图 Fig． 1 Layout of Treatment Process
净水技术 WATEＲ PUＲIFICATION TECHNOLOGY
1． 1 试验仪器
pH 计； 浊度仪（ HACH 2100AN TUＲBIDIMETEＲ） ； 絮体沉降柱； 颗粒计数仪（ IBＲ Versa Count） ； 显微镜 （ BMM-430） 。
1． 2 试验方法
颗粒计数仪： 在采用浊度对出厂水进行表征的 同时，采用颗粒计数法进行更直观和科学的判断水 的纯净度［7，8］。
— 57 —
蒋海燕，王彦文，杜彦鹏，等． 不同水处理工艺的混凝效果比较
Vol． 33，No． 2，2014
淀池出水浊度等。 本文采用颗粒计数仪、絮体沉降柱、分形维数以
及沉淀池出水浊度对三种工艺运行情况进行了对比 研究，对解决我国西北地区水厂夏季大水量运行时 出水水质变差的问题具有重要的指导意义。
1 试验仪器与方法
试验过程中用取样桶取样，把水样缓慢倒入烧 杯中，利用激光器作为光源，通过内置泵的抽吸把烧 杯中的水循环抽入仪器中，经过设计的高灵敏度光 电探测器件逐个测量被测颗粒的散光度，从而获得 微米级颗粒物的数目与相关参数。
絮体沉降体积与上覆水浊度测定方法： 采样 桶 在 各 段 沉 淀 池 中 取 水 ，缓 慢 倒 入 絮 体 沉 降 柱 内 ， 每隔 30 min 测定沉降柱内絮体沉降体积和上覆水 浊度。
1． 4 混凝剂的表征
根据混凝剂与 Ferron 反应的动力学差异可将铝
形态分为 3 种： 短时间内立刻反应的是 Ala； 在较长 时间内反应的是 Alb； 不反应的是 Alc。
样品铝形态分析方法： 移取 5． 5 mL 比色液置
于 25 mL 比色管中，加入纯水至刻度，用微量注射器
将 40 μL 样品注入比色液中，混合后迅速移入 1 cm
比色皿中，在 366 nm 处测定样品吸光度，记录wenku.baidu.com加
样后 1 和 120 min 时的吸光度值。1 min 内反应的是
Ala ，1
～ 120
min
内反应的是
Alb ，其 余 的 是
Al
。 ［10］
c
分析结果如表 2 所示。
表 2 混凝剂铝形态分析 Tab． 2 Analysis of Aluminum Forms
降性。
关键词 微涡旋 反冲洗水回流 絮体沉降性 分形维数 常规工艺
中图分类号： TU991
文献标识码： B
文章编号： 1009-0177（ 2014） 02-0057-04
Comparison of Effects of Different Coagulation Processes in Water Treatment
分形维数测定方法： 利用一次性塑料胶头滴管 将水样滴于载玻片上，利用与显微镜相连接的计算 机的图像分析软件，寻找和测定絮体的直径和面积， 获得絮体的投影面积 S 和最大长度 L 的参数。利用 两者的函数关系 （ ln s = D2 ln L + A） ，在双对数坐标 轴上求得直线的斜率，此直线的斜率就是絮体的二
维分形维数 D2 ［9］。
1． 3 水源水性质
表 1 为水源水的性质。
表 1 水源水性质 Tab． 1 Quality of Experimental Water
指标
水温 /℃
浊度 / NTU
pH
UV254
CODMn / （ mg·L － 1 ）
溶解氧 / （ mg·L － 1 ）
2 ～ 2． 12 ～ 数值 6． 5 7． 30 8． 4 0． 045 2． 4 ～ 2． 6 11． 2 ～ 13． 5
图 3 3 种工艺絮体的沉降体积和上覆水浊度对比 Fig． 3 Settling Volume and Turbidity of Overlying Water
图 2 试验周期内各工艺出水浊度 Fig． 2 Turbidity of Effluent in Experiment Period
2． 2 3 种工艺过渡区絮体沉降性
（ 1． 宁夏宁东水务有限责任公司，宁夏银川 640100； 2． 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室，北京 100085）
摘 要 该文以宁夏宁东地区黄河水为研究对象，考察了不同混凝条件（ 常规混凝沉淀池、微涡旋混凝沉淀池、反冲洗水回流
沉淀池） 下三种水处理工艺对混凝效能的影响。结果表明微涡旋改造有助于提高絮凝池的混凝效果，絮体的沉降性得到改
［收稿日期］ 2013 -09 -02 ［作者简介］ 蒋海 燕 （ 1987— ） ，从 事 化 学 实 验 室 工 作。 电 话：
15202694640。 ［通讯作者］ 徐慧，电话： 13581969507； E-mail： xhwan_1985@ aliyun．
com。
微涡旋工艺能有效地促进水中微粒的扩散和碰 撞［2-4］，微涡旋有利于絮凝反应的发生。其优点主要 包括： 混凝效率高，反应时间可以缩短 5 ～ 10 min， 产水量比传统工艺提高 1 ～ 2 倍； 出水质量优，在相 同混凝剂投加量下微涡旋工艺产生的絮体质量明显 优于传统工艺，因而具有很好的沉降性能； 水质、水 量变化适应能力强； 实施简便，在使用老工艺的水厂 升级改造过程中，只需要拆除反应池内原有设施并 适当分隔 和 安 装 微 涡 旋 反 应 器 即 可。 反 冲 洗［5］ 水 由于其自身含有很高的铝、铁类金属氢氧化物以及 悬浮胶体颗粒浓度，所以反冲洗水对处理低温低浊 水起到良 好 的 作 用。 柯 水 州 等［6］ 研 究 了 反 冲 洗 水 与原水一并处理时，反冲洗水的加入强化了混凝沉 淀的效果，并可有效地减小混凝剂的投加量，降低沉
作用在于： 从絮凝池向沉淀区均匀布水； 降低雷 若 数 ，使 絮 凝 区 所 要 求 的 紊 流 过 渡 到 沉 淀 区 所 要 求 的 层 流 ，同 时 降 低 末 端 流 速 。 具 体 数 值 如 表 3 所示。
位置 水力停留时间 / min
GT 值
表 3 水力停留时间和各段 GT 值 Tab． 3 GT and Hydraulic Ｒetention Time
Vol． 33，No． 2，2014
April 25th，2014
由图 1 可知水厂的水源水经过三段絮凝池 处 理 ，然 后 在 沉 淀 池 进 行 沉 淀 后 进 入 滤 池 。 絮 凝池 按 照 水 力 扰 动 分 为 第 一 、第 二 、第 三 段 絮 凝 池 ，在 絮 凝 区 与 沉 淀 池 之 间 设 置 了 过 渡 区 ，主 要
宁夏宁东水厂位于宁夏宁东能源化工基地，水 源取自黄河，原水经过常规的混凝、沉淀、过滤、消毒 等工艺后输 送 到 基 地 各 用 户［1］。 夏 季 水 厂 面 临 大 水量供水的要求，为了解决大水量供水时水处理效 果差、“跑矾 花 ”现 象 严 重 等 问 题，宁 东 水 厂 在 实 际 运行中采用了三种工艺： 常规混凝沉淀工艺、微涡 旋工艺、反冲洗水回流工艺。本文主要对试验周期 （ 20 d） 的运行结果进行了对比，以期找到更好的解 决优化混凝效果的方法。
根据 1． 2 中方法测定过渡区中絮体的沉降性 能，结果如图 3 所示。
由图 3 可知微涡旋改造絮凝池絮体沉降体积增 长速率远高于折板絮凝池的沉降体积增长率，同时 滤池反冲洗回流絮凝池中絮体的沉降性能最高，说 明增加颗粒物浓度，改善原水的性质是改善混凝效 果的有效方法。
2． 3 3 种工艺各段的颗粒总数
净水技术 WATEＲ PUＲIFICATION TECHNOLOGY
Vol． 33，No． 2，2014 Water PurifAicparitli2o5nthT，e2c01h4nology
不同水处理工艺的混凝效果比较
蒋海燕1 ，王彦文1 ，杜彦鹏1 ，徐 慧2
Jiang Haiyan1 ，Wang Yanwen1 ，Du Yanpeng2 ，Xu Hui2 （ 1． Ningdong Water Co． ，Ltd． ，Yinchuan 640100，China； 2． State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry，Ｒesearch Center for Eco-Environmental Sciences，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100085，China）
Abstract Performances of different coagulation processes （ traditional folding plates flocculator，micro-vortexes flocculator，folding plates flocculator with back washing water recycling） were compared． The results indicate that （ 1） micro-vortexes flocculation can improve the coagulation effects． The settlement ability of flocs is improved． The particle content in micro-vortexes flocculator decreases compared with traditional folded plate flocculator and the turbidity also decreases． （ 2） The recycling of filter backwashing water can improve the removal efficiency of turbidity and settle ability of flocs，and the particle content decreases compared with micro-vortexes flocculator． （ 3） Micro-vortexes flocculation and return of back wash water can increase the fractal dimension． Keywords micro-vortexes recycling of filter backwashing settle ability of flocs fractal dimension conventional process
折板絮凝池
微涡旋絮凝池
一 4 12 117
二 4 10 986
三 5 3 081
一 5 16 275
二 5． 2 10 848
三 5． 5 3 081
滤池反冲洗水回流絮凝池
一 4 13 215
二 4． 2 10 342
三 5． 2 3 081
2 试验结果与讨论
2． 1 出水浊度
由图 2 可知在试验周期的 20 d 运行时间中，滤 池反冲洗水回流絮凝池具有最低的出水浊度，经过 微涡旋改造之后出水浊度得到较好的改善。由于水 中杂质颗粒数量较少，颗粒间发生碰撞的机会少，混 凝效果不好。虽然可以通过提高搅拌强度来增加颗 粒间碰撞的几率，但这会产生很高的水流剪切强度， 使形成的颗粒 破 碎。 反 冲 洗 水 回 流 增 加 了 原 水 浊 度，促进了颗粒之间的碰撞概率。在原水中加入少 量的药剂后，在搅拌叶片的作用下，进行充分混合、 反应，生成的颗粒被紧密地吸附在颗粒物表面上，形 成较大的絮凝体，达到除浊净化的效果。
善，“跑矾”现象得到缓解，絮体颗粒数目较折板絮凝池减少，沉淀池出水浊度明显降低； 滤池反冲洗水回流技术可以有效地提
高浊度的去除率以及改善絮体的沉降性能，且絮体颗粒数目较微涡旋絮凝池有明显减少，说明增加水体中颗粒数目可以有效
地提高混凝效果； 由分形维数的数据可以看出，微涡旋改造和反冲洗水回流可以明显提高絮体的分形维数，改善了絮体的沉
指标
Ala
Alb
Alc
比例 /%
31． 14
35． 34
33． 52
1． 5 运行工艺与水力学条件
图 1 为运行工艺与改造示意图。
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图 1 运行工艺与改造示意图 Fig． 1 Layout of Treatment Process
净水技术 WATEＲ PUＲIFICATION TECHNOLOGY
1． 1 试验仪器
pH 计； 浊度仪（ HACH 2100AN TUＲBIDIMETEＲ） ； 絮体沉降柱； 颗粒计数仪（ IBＲ Versa Count） ； 显微镜 （ BMM-430） 。
1． 2 试验方法
颗粒计数仪： 在采用浊度对出厂水进行表征的 同时，采用颗粒计数法进行更直观和科学的判断水 的纯净度［7，8］。
— 57 —
蒋海燕，王彦文，杜彦鹏，等． 不同水处理工艺的混凝效果比较
Vol． 33，No． 2，2014
淀池出水浊度等。 本文采用颗粒计数仪、絮体沉降柱、分形维数以
及沉淀池出水浊度对三种工艺运行情况进行了对比 研究，对解决我国西北地区水厂夏季大水量运行时 出水水质变差的问题具有重要的指导意义。
1 试验仪器与方法
试验过程中用取样桶取样，把水样缓慢倒入烧 杯中，利用激光器作为光源，通过内置泵的抽吸把烧 杯中的水循环抽入仪器中，经过设计的高灵敏度光 电探测器件逐个测量被测颗粒的散光度，从而获得 微米级颗粒物的数目与相关参数。
絮体沉降体积与上覆水浊度测定方法： 采样 桶 在 各 段 沉 淀 池 中 取 水 ，缓 慢 倒 入 絮 体 沉 降 柱 内 ， 每隔 30 min 测定沉降柱内絮体沉降体积和上覆水 浊度。
1． 4 混凝剂的表征
根据混凝剂与 Ferron 反应的动力学差异可将铝
形态分为 3 种： 短时间内立刻反应的是 Ala； 在较长 时间内反应的是 Alb； 不反应的是 Alc。
样品铝形态分析方法： 移取 5． 5 mL 比色液置
于 25 mL 比色管中，加入纯水至刻度，用微量注射器
将 40 μL 样品注入比色液中，混合后迅速移入 1 cm
比色皿中，在 366 nm 处测定样品吸光度，记录wenku.baidu.com加
样后 1 和 120 min 时的吸光度值。1 min 内反应的是
Ala ，1
～ 120
min
内反应的是
Alb ，其 余 的 是
Al
。 ［10］
c
分析结果如表 2 所示。
表 2 混凝剂铝形态分析 Tab． 2 Analysis of Aluminum Forms
降性。
关键词 微涡旋 反冲洗水回流 絮体沉降性 分形维数 常规工艺
中图分类号： TU991
文献标识码： B
文章编号： 1009-0177（ 2014） 02-0057-04
Comparison of Effects of Different Coagulation Processes in Water Treatment
分形维数测定方法： 利用一次性塑料胶头滴管 将水样滴于载玻片上，利用与显微镜相连接的计算 机的图像分析软件，寻找和测定絮体的直径和面积， 获得絮体的投影面积 S 和最大长度 L 的参数。利用 两者的函数关系 （ ln s = D2 ln L + A） ，在双对数坐标 轴上求得直线的斜率，此直线的斜率就是絮体的二
维分形维数 D2 ［9］。
1． 3 水源水性质
表 1 为水源水的性质。
表 1 水源水性质 Tab． 1 Quality of Experimental Water
指标
水温 /℃
浊度 / NTU
pH
UV254
CODMn / （ mg·L － 1 ）
溶解氧 / （ mg·L － 1 ）
2 ～ 2． 12 ～ 数值 6． 5 7． 30 8． 4 0． 045 2． 4 ～ 2． 6 11． 2 ～ 13． 5
图 3 3 种工艺絮体的沉降体积和上覆水浊度对比 Fig． 3 Settling Volume and Turbidity of Overlying Water
图 2 试验周期内各工艺出水浊度 Fig． 2 Turbidity of Effluent in Experiment Period
2． 2 3 种工艺过渡区絮体沉降性
（ 1． 宁夏宁东水务有限责任公司，宁夏银川 640100； 2． 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室，北京 100085）
摘 要 该文以宁夏宁东地区黄河水为研究对象，考察了不同混凝条件（ 常规混凝沉淀池、微涡旋混凝沉淀池、反冲洗水回流
沉淀池） 下三种水处理工艺对混凝效能的影响。结果表明微涡旋改造有助于提高絮凝池的混凝效果，絮体的沉降性得到改
［收稿日期］ 2013 -09 -02 ［作者简介］ 蒋海 燕 （ 1987— ） ，从 事 化 学 实 验 室 工 作。 电 话：
15202694640。 ［通讯作者］ 徐慧，电话： 13581969507； E-mail： xhwan_1985@ aliyun．
com。
微涡旋工艺能有效地促进水中微粒的扩散和碰 撞［2-4］，微涡旋有利于絮凝反应的发生。其优点主要 包括： 混凝效率高，反应时间可以缩短 5 ～ 10 min， 产水量比传统工艺提高 1 ～ 2 倍； 出水质量优，在相 同混凝剂投加量下微涡旋工艺产生的絮体质量明显 优于传统工艺，因而具有很好的沉降性能； 水质、水 量变化适应能力强； 实施简便，在使用老工艺的水厂 升级改造过程中，只需要拆除反应池内原有设施并 适当分隔 和 安 装 微 涡 旋 反 应 器 即 可。 反 冲 洗［5］ 水 由于其自身含有很高的铝、铁类金属氢氧化物以及 悬浮胶体颗粒浓度，所以反冲洗水对处理低温低浊 水起到良 好 的 作 用。 柯 水 州 等［6］ 研 究 了 反 冲 洗 水 与原水一并处理时，反冲洗水的加入强化了混凝沉 淀的效果，并可有效地减小混凝剂的投加量，降低沉
作用在于： 从絮凝池向沉淀区均匀布水； 降低雷 若 数 ，使 絮 凝 区 所 要 求 的 紊 流 过 渡 到 沉 淀 区 所 要 求 的 层 流 ，同 时 降 低 末 端 流 速 。 具 体 数 值 如 表 3 所示。
位置 水力停留时间 / min
GT 值
表 3 水力停留时间和各段 GT 值 Tab． 3 GT and Hydraulic Ｒetention Time
Vol． 33，No． 2，2014
April 25th，2014
由图 1 可知水厂的水源水经过三段絮凝池 处 理 ，然 后 在 沉 淀 池 进 行 沉 淀 后 进 入 滤 池 。 絮 凝池 按 照 水 力 扰 动 分 为 第 一 、第 二 、第 三 段 絮 凝 池 ，在 絮 凝 区 与 沉 淀 池 之 间 设 置 了 过 渡 区 ，主 要
宁夏宁东水厂位于宁夏宁东能源化工基地，水 源取自黄河，原水经过常规的混凝、沉淀、过滤、消毒 等工艺后输 送 到 基 地 各 用 户［1］。 夏 季 水 厂 面 临 大 水量供水的要求，为了解决大水量供水时水处理效 果差、“跑矾 花 ”现 象 严 重 等 问 题，宁 东 水 厂 在 实 际 运行中采用了三种工艺： 常规混凝沉淀工艺、微涡 旋工艺、反冲洗水回流工艺。本文主要对试验周期 （ 20 d） 的运行结果进行了对比，以期找到更好的解 决优化混凝效果的方法。
根据 1． 2 中方法测定过渡区中絮体的沉降性 能，结果如图 3 所示。
由图 3 可知微涡旋改造絮凝池絮体沉降体积增 长速率远高于折板絮凝池的沉降体积增长率，同时 滤池反冲洗回流絮凝池中絮体的沉降性能最高，说 明增加颗粒物浓度，改善原水的性质是改善混凝效 果的有效方法。
2． 3 3 种工艺各段的颗粒总数