钢铁总排废水混凝过程的动态监测
导读:：利用PDA2000对钢铁总排废水的混凝过程进行动态监测，分析了动态监测曲线，讨论了检测值和沉后水余浊的关系。动态监测曲线能直观地反映出总排废水混凝过程中絮体逐渐聚集成长的变化过程。在PAM最优投加量范围内，检测值和沉后水余浊具有单调相关关系，生产中自动投药控制系统可根据设定的检测值自动控制PAM投加量。
关键词：总排废水，混凝过程，动态监测
钢铁企业是耗水大户，也是废水排放大户，对钢铁废水进行处理后资源化综合利用可降低企业能耗，适应国家节能减排的要求;废水达标后排放可控制水体污染和改善水流域环境，因此钢铁废水的处理具有重要意义。钢铁企业总排放口废水中污染物的性质及其含量和生产过程紧密相关，一般以悬浮物和油类等污染物为主混凝是总排废水处理工艺的重要环节之一，但由于总排废水污染物浓度变化大、水质不稳定，且浮油较多，其混凝过程的在线监测较难实现，相关试验研究内容基本处于空白[1~5]。
光散射颗粒分析技术采用透射光检测连续流水样的方式，光源与待测水样不发生直接接触，并且检测值FI为比值形式，不受透光壁面粘污的影响[6]。因此该技术能有效地避免原水中复杂成分对检测仪的影响，将其应用于钢铁总排废水混凝过程的动态监测具有明显的优势。
总排废水混凝过程中投加PAM可起到显著的助凝效果，既可以保证沉后水浊度达标，减轻后续过滤单元的负荷，还可以减少污泥量，降低污泥处理成本，因此实现PAM最优投加量的自动控制具有重要意义。
利用PDA2000(PhotometricDispersion Analyzer)光散射颗粒分析仪对国内某大型钢铁公司总排废水的混凝过程进行动态监测，试验得出PAM的最优投加量范围，并对监测曲线进行分析，研究了检测值和沉后水余浊的相关关系，为生产中PAM自动投药控制系统的运行提供指导。
1 试验装置与方法
1.1 水样与药液
水样直接从总排污水处理厂的进水总渠中取出，现取现用。
药液为污水厂生产中使用的聚合硫酸铁(PFS)和聚丙烯酰胺(PAM)溶液，均从生产用储液罐中取出，所取药液供当天使用。PFS原液为红褐色粘稠液体，比重为1.47左右，pH值为0.6~1.0范文。使用时配制成10%的稀溶液，实测pH值为1.70~1.75;PAM溶液为固体聚丙烯酰胺通过自动投药系统溶解而成，浓度为0.05%。
1.2 试验装置
试验分为两部分，第一部分为PFS静态混凝沉淀试验，第二部分为PFS和PAM联用时混凝过程动态监测试验。静态试验采用常规烧杯搅拌试验装置，含烧杯、六联搅拌器和浊度仪等。动态试验采用如图1所示的试验装置，采用动态连续运行方式，水样经蠕动泵进入PDA检测仪，动态监测混凝效果。主要操作方法：①预热PDA10min后根据需要调节好仪器增益;②调节蠕动泵转速使取样流速控制在0.07m/s左右(取样管直径为3mm);③搅拌器快搅速度设定为300rpm/min，搅拌1min;慢搅速度设定为80rpm/min，搅拌4min;④每30s记录一次检测值;⑤动态监测结束后，水样静沉20min，在水面下约30mm处真空取样测定余浊。
2 结果与讨论
2.1 PFS静态混凝试验
将不同原水浊度下沉后水余浊和PFS投加量的关系曲线绘于同一坐标中，得到如图2所示的结果。图2表明PFS的最优投加量在20~50mg/L之间，当投加量小于20mg/L时，PFS的混凝效果不明显环境保护，当投加量超过50mg/L后，增加PFS投加量不能有效提高药剂对水中浊质的去除率，过量的药剂反而使得混凝效果变差，余浊也略有升高。
2.2 PFS和PAM联用混凝过程动态监测
根据PFS静态混凝试验结果，在进行PFS和PAM联用混凝试验时，将PFS投加量固定在其最优投量之内，本试验取值20mg/L，然后在0~0.375mg/L范围内改变PAM的投加量，进行混凝过程动态监测试验。
2.2.1 混凝过程动态监测曲线分析
图3混凝过程动态监测曲线显示，检测值较快地增加至最大值后基本稳定，直观地反映出总排废水混凝过程中絮体逐渐聚集成长变大然后稳定的过程。浊度较低时，投加PAM能明显缩短检测值达到最大值的时间，说明PAM的助凝作用加快了絮体的成长过程;检测值随PAM投加量增加而增大，说明PAM的助凝作用使得絮体颗粒粒径增大。
在慢搅过程后期，监测曲线平直，这说明PFS和PAM联用时，在PAM的助凝作用下水中的颗粒聚集形成的絮体较为密实，不易破碎。但图3a中投药量为0.375mg/L时和图3b中投药量为0.25mg/L和0.375mg/L时检测曲线局部呈现先下降后上升的波动，图c中投药量为0.375mg/L时检测值呈缓慢增大的趋势。分析认为，在PAM高投加量下絮体形成过快过大但较松散，在快搅作用下絮体容易破碎，造成检测值相应减小，随着慢搅时间的延长，破碎的絮体又重新组合成更大的密实絮体，检测值也随之慢慢增大。
从试验现象来看，肉眼可见絮体成长的速度以及絮体的尺寸随投药量的增加而增大。当PAM投加量达到0.25mg/L以上的时候，絮体形成的速度明显加快，烧杯内清晰可见粒径较大的絮体;絮体颗粒总数比投药量小的时候明显减少，整个悬浮液透光性明显增强;絮体沉降后污泥堆积在烧杯底部中心较小的范围内环境保护，和投药量较低时污泥均匀分布在整个烧杯底部的情况有明显区别。试验结果表明，PFS和PAM联用混凝可显著减少絮体沉降形成的污泥
量，在生产中可降低污泥处理费用。
2.2.2检测值和沉后水余浊的关系
图4中沉后水余浊和投药量的关系表明，PFS投加量为20mg/L时，总排废水混凝中PAM的最优投加量为0.10~0.25mg/L。投加量不宜小于0.10mg/L，否则无法保证沉后水浊度达到预期目标;投加量不宜大于0.25mg/L，否则在PAM的助凝作用易快速形成较松散的大颗粒絮体，不利于沉淀，对浊度的去除率没有明显提高，因此过高的投药量会造成不必要的浪费。
对图3检测曲线的检测值FI进行分析整理，将不同PAM投加量下2、3、4min时的检测值FI和沉后水余浊的关系绘于同一坐标中，得到如图4所示的检测值FI和沉后水余浊的关系开题报告范文。
图4表明，在PAM最优投加量范围内，2、3、4min时的检测值FI都能灵敏地反映出投药量的变化，且检测值和沉后水余浊具有单调相关关系，检测值随着沉后水余浊的降低而增大。在投药量较小的时候，检测值随沉后水余浊变化的趋势较为明显，即检测值的灵敏度较高，随着投药量的增大，灵敏度有所降低。
图4a表明，当原水浊度较低的时候，絮体达到最大尺寸的时间稍长，故反应2min时的检测值比3、4min时的检测值偏小;图4c表明，当浊度较高的时候，一方面大的絮体在长时间的搅拌作用下容易破碎，另一方面絮体达到最大尺寸的时间较短，在4min时部分大的絮体已经开始下沉，故反应4min时的检测值比2、3min时的检测值偏小。这说明检测值存在时间效应，因此在生产应用中有必要通过现场调试选择一个最佳取样点环境保护，为自动投药控制系统提供灵敏准确的检测值，尽量避免检测值的时间效应。
试验结果表明，选取合适的取样点，自动投药控制系统能根据设定的检测值自动控制PAM投加量。但是当投药量超过最优投加量的时候(如投药量超过0.25mg/L时)，检测值和沉后水余浊之间无明显相关性，此时投药控制系统将无法正确地控制投药量，因此在生产中应避免出现投药量过量的情况。
3 结论
① 本试验中钢铁总排废水混凝的PFS最优投加量为20~50mg/L，PFS投加量为20mg/L时， PAM的最优投加量为0.10~0.25mg/L。
② 混凝过程动态监测曲线能直观地反映出总排废水混凝过程中絮体逐渐聚集成长的变化过程。
③ PFS和PAM联用时，PAM助凝作用明显，可缩短絮体形成时间，增大絮体颗粒粒径，可显著减少絮体沉降形成的污泥量，降低污泥处理费用。
④ 在PAM最优投加量范围内，检测值和沉后水余浊具有单调相关关系，生产中自动投药控制系统可根据设定的检测值自动控制PAM投加量，但需选取合适的取样点，且避免出现投药量过量的情况。
参考文献：
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[5]张振海,常静,黎蓓.邯钢外排水处理现状浅析[J].工业水处理,2010,30(7):90-92.
[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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