鋼鐵總排廢水混凝過程的動態監測
導讀:：利用PDA2000對鋼鐵總排廢水的混凝過程進行動態監測，分析了動態監測曲線，討論了檢測值和沉后水余濁的關系。動態監測曲線能直觀地反映出總排廢水混凝過程中絮體逐漸聚集成長的變化過程。在PAM最優投加量范圍內，檢測值和沉后水余濁具有單調相關關系，生產中自動投藥控制系統可根據設定的檢測值自動控制PAM投加量。
關鍵詞：總排廢水，混凝過程，動態監測
鋼鐵企業是耗水大戶，也是廢水排放大戶，對鋼鐵廢水進行處理后資源化綜合利用可降低企業能耗，適應國家節能減排的要求;廢水達標后排放可控制水體污染和改善水流域環境，因此鋼鐵廢水的處理具有重要意義。鋼鐵企業總排放口廢水中污染物的性質及其含量和生產過程緊密相關，一般以懸浮物和油類等污染物為主混凝是總排廢水處理工藝的重要環節之一，但由于總排廢水污染物濃度變化大、水質不穩定，且浮油較多，其混凝過程的在線監測較難實現，相關試驗研究內容基本處于空白[1~5]。
光散射顆粒分析技術采用透射光檢測連續流水樣的方式，光源與待測水樣不發生直接接觸，并且檢測值FI為比值形式，不受透光壁面粘污的影響[6]。因此該技術能有效地避免原水中復雜成分對檢測儀的影響，將其應用于鋼鐵總排廢水混凝過程的動態監測具有明顯的優勢。
總排廢水混凝過程中投加PAM可起到顯著的助凝效果，既可以保證沉后水濁度達標，減輕后續過濾單元的負荷，還可以減少污泥量，降低污泥處理成本，因此實現PAM最優投加量的自動控制具有重要意義。
利用PDA2000(PhotometricDispersion Analyzer)光散射顆粒分析儀對國內某大型鋼鐵公司總排廢水的混凝過程進行動態監測，試驗得出PAM的最優投加量范圍，并對監測曲線進行分析，研究了檢測值和沉后水余濁的相關關系，為生產中PAM自動投藥控制系統的運行提供指導。
1 試驗裝置與方法
1.1 水樣與藥液
水樣直接從總排污水處理廠的進水總渠中取出，現取現用。
藥液為污水廠生產中使用的聚合硫酸鐵(PFS)和聚丙烯酰胺(PAM)溶液，均從生產用儲液罐中取出，所取藥液供當天使用。PFS原液為紅褐色粘稠液體，比重為1.47左右，pH值為0.6~1.0范文。使用時配制成10%的稀溶液，實測pH值為1.70~1.75;PAM溶液為固體聚丙烯酰胺通過自動投藥系統溶解而成，濃度為0.05%。
1.2 試驗裝置
試驗分為兩部分，第一部分為PFS靜態混凝沉淀試驗，第二部分為PFS和PAM聯用時混凝過程動態監測試驗。靜態試驗采用常規燒杯攪拌試驗裝置，含燒杯、六聯攪拌器和濁度儀等。動態試驗采用如圖1所示的試驗裝置，采用動態連續運行方式，水樣經蠕動泵進入PDA檢測儀，動態監測混凝效果。主要操作方法：①預熱PDA10min后根據需要調節好儀器增益;②調節蠕動泵轉速使取樣流速控制在0.07m/s左右(取樣管直徑為3mm);③攪拌器快攪速度設定為300rpm/min，攪拌1min;慢攪速度設定為80rpm/min，攪拌4min;④每30s記錄一次檢測值;⑤動態監測結束后，水樣靜沉20min，在水面下約30mm處真空取樣測定余濁。
2 結果與討論
2.1 PFS靜態混凝試驗
將不同原水濁度下沉后水余濁和PFS投加量的關系曲線繪于同一坐標中，得到如圖2所示的結果。圖2表明PFS的最優投加量在20~50mg/L之間，當投加量小于20mg/L時，PFS的混凝效果不明顯環境保護，當投加量超過50mg/L后，增加PFS投加量不能有效提高藥劑對水中濁質的去除率，過量的藥劑反而使得混凝效果變差，余濁也略有升高。
2.2 PFS和PAM聯用混凝過程動態監測
根據PFS靜態混凝試驗結果，在進行PFS和PAM聯用混凝試驗時，將PFS投加量固定在其最優投量之內，本試驗取值20mg/L，然后在0~0.375mg/L范圍內改變PAM的投加量，進行混凝過程動態監測試驗。
2.2.1 混凝過程動態監測曲線分析
圖3混凝過程動態監測曲線顯示，檢測值較快地增加至最大值后基本穩定，直觀地反映出總排廢水混凝過程中絮體逐漸聚集成長變大然后穩定的過程。濁度較低時，投加PAM能明顯縮短檢測值達到最大值的時間，說明PAM的助凝作用加快了絮體的成長過程;檢測值隨PAM投加量增加而增大，說明PAM的助凝作用使得絮體顆粒粒徑增大。
在慢攪過程后期，監測曲線平直，這說明PFS和PAM聯用時，在PAM的助凝作用下水中的顆粒聚集形成的絮體較為密實，不易破碎。但圖3a中投藥量為0.375mg/L時和圖3b中投藥量為0.25mg/L和0.375mg/L時檢測曲線局部呈現先下降后上升的波動，圖c中投藥量為0.375mg/L時檢測值呈緩慢增大的趨勢。分析認為，在PAM高投加量下絮體形成過快過大但較松散，在快攪作用下絮體容易破碎，造成檢測值相應減小，隨著慢攪時間的延長，破碎的絮體又重新組合成更大的密實絮體，檢測值也隨之慢慢增大。
從試驗現象來看，肉眼可見絮體成長的速度以及絮體的尺寸隨投藥量的增加而增大。當PAM投加量達到0.25mg/L以上的時候，絮體形成的速度明顯加快，燒杯內清晰可見粒徑較大的絮體;絮體顆粒總數比投藥量小的時候明顯減少，整個懸浮液透光性明顯增強;絮體沉降后污泥堆積在燒杯底部中心較小的范圍內環境保護，和投藥量較低時污泥均勻分布在整個燒杯底部的情況有明顯區別。試驗結果表明，PFS和PAM聯用混凝可顯著減少絮體沉降形成的污泥
量，在生產中可降低污泥處理費用。
2.2.2檢測值和沉后水余濁的關系
圖4中沉后水余濁和投藥量的關系表明，PFS投加量為20mg/L時，總排廢水混凝中PAM的最優投加量為0.10~0.25mg/L。投加量不宜小于0.10mg/L，否則無法保證沉后水濁度達到預期目標;投加量不宜大于0.25mg/L，否則在PAM的助凝作用易快速形成較松散的大顆粒絮體，不利于沉淀，對濁度的去除率沒有明顯提高，因此過高的投藥量會造成不必要的浪費。
對圖3檢測曲線的檢測值FI進行分析整理，將不同PAM投加量下2、3、4min時的檢測值FI和沉后水余濁的關系繪于同一坐標中，得到如圖4所示的檢測值FI和沉后水余濁的關系開題報告范文。
圖4表明，在PAM最優投加量范圍內，2、3、4min時的檢測值FI都能靈敏地反映出投藥量的變化，且檢測值和沉后水余濁具有單調相關關系，檢測值隨著沉后水余濁的降低而增大。在投藥量較小的時候，檢測值隨沉后水余濁變化的趨勢較為明顯，即檢測值的靈敏度較高，隨著投藥量的增大，靈敏度有所降低。
圖4a表明，當原水濁度較低的時候，絮體達到最大尺寸的時間稍長，故反應2min時的檢測值比3、4min時的檢測值偏小;圖4c表明，當濁度較高的時候，一方面大的絮體在長時間的攪拌作用下容易破碎，另一方面絮體達到最大尺寸的時間較短，在4min時部分大的絮體已經開始下沉，故反應4min時的檢測值比2、3min時的檢測值偏小。這說明檢測值存在時間效應，因此在生產應用中有必要通過現場調試選擇一個最佳取樣點環境保護，為自動投藥控制系統提供靈敏準確的檢測值，盡量避免檢測值的時間效應。
試驗結果表明，選取合適的取樣點，自動投藥控制系統能根據設定的檢測值自動控制PAM投加量。但是當投藥量超過最優投加量的時候(如投藥量超過0.25mg/L時)，檢測值和沉后水余濁之間無明顯相關性，此時投藥控制系統將無法正確地控制投藥量，因此在生產中應避免出現投藥量過量的情況。
3 結論
① 本試驗中鋼鐵總排廢水混凝的PFS最優投加量為20~50mg/L，PFS投加量為20mg/L時， PAM的最優投加量為0.10~0.25mg/L。
② 混凝過程動態監測曲線能直觀地反映出總排廢水混凝過程中絮體逐漸聚集成長的變化過程。
③ PFS和PAM聯用時，PAM助凝作用明顯，可縮短絮體形成時間，增大絮體顆粒粒徑，可顯著減少絮體沉降形成的污泥量，降低污泥處理費用。
④ 在PAM最優投加量范圍內，檢測值和沉后水余濁具有單調相關關系，生產中自動投藥控制系統可根據設定的檢測值自動控制PAM投加量，但需選取合適的取樣點，且避免出現投藥量過量的情況。
參考文獻：
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[6]Gregory J, Nelson D W. A New Optical Method for FlocculationMonitoring[M]. Solid-Liquid Separation, Chichester: Ellis Horwood, 1984. 172-182.
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