混凝渾液面沉速與混凝劑投加量的關系研究
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，節約藥劑（PAM）的投加量達到多出清水是高濁度水處理的主要目標。然而混凝過程極其復雜，影響渾液面沉速的因素有高濁度水的性質、PAM投加量、速度梯度C、攪拌時間T等。因為高濁度水自然沉淀沉速與原水的性質密切相關。在實際處理一定組成的高濁度水時，可以借助實驗得到的經驗關系，根據渾液面的自然沉速以及所希望達到的渾液面沉速來確定PAM的投加量。本文先采用正交實驗的方法確定混凝過程的混合、反應的最佳水力條件，然后在此基礎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系。
1 實驗方法
1.1 自然沉降實驗
高濁度水采用鄭州上街段黃河泥沙配制而成。試驗過程中所有水樣水溫15±1℃。用NSY－1光電顆分儀測泥沙粒度，其當量直徑dm由下式計算：
dm=1／（∑（△pi／di））
式中di——顆粒粒徑，Pi——粒徑di顆粒占所有顆粒質量百分數。選出dm相近的幾組水樣用比重瓶測定其含沙量，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驗，根據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，當量直徑dm，見表1：
表1 試樣情況
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表2 各試樣實測渾液面沉速與計算值對照
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1.2 加藥混凝實驗
實驗所選的藥劑為江蘇南天生產的陽離子型PAM，陽離子度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的轉速攪拌5min，然后投加PAM，再調整轉速和時間確定混凝的水力條件：筆者通過對攪拌速度。攪拌時間、PAM投加量做正交實驗得出具有最大渾液面沉速時的最佳的速度梯度與攪拌時間乘積，即（CT）umax為2180，這與崔俊華驗證的（CT）umax為1900－2000[1]相近。在此基礎上每次取1.5L上述配制的水樣置于2L的燒杯中，先以600r/s轉速攪拌5min，然后投加不同量PAM，以D（mg／L）表示PAM投加量，達到要求的CT值（2180）混凝后，緩慢注入沉降筒做沉淀實驗，測定渾液面沉速（同自然沉速測定方法），以U（mm/s）表示。同時把擬合的渾液面的沉速以U計算（mm/s）表示，結果如表2。
2 試驗結果分析
研究表明，在高濁度水處理中，自然沉速Uo、PAM投加量D與泥沙顆粒總表面積及含量有如下關系：
U0=f2（得出最佳S0，Cw），D＝f1（S0，Cw）
式中S0——質量比表面積，m2／kg。
于是可以推測U0與D有相關性。而高濁度水混凝渾液面沉速不僅與含沙量有關，而且與顆粒因素有關。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），從而在實際處理一定組成的高濁度水時可以借助試驗得到的經驗關系，根據渾液面自然沉速以及所期望達到的渾液面沉速來確定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出明顯的相關性。如圖 1，圖2所示（其中у表示logU，x表示logD）。
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綜合含沙量和U0于是可以假定logU=k1logUO+k2logC+k3logD+k4進行線性回歸，求得經驗式。
通過MATLAB編程運算，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=71.12，當置信度α=0.01時，查F分布表，F0.01（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。計算得出的渾液面沉速和相對誤差見表2。
3 結論
在大量的實驗數據基礎卜進行回歸分析，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筑物設計和參數選取提供一定的依據；同樣在給定產水量的情況下，為達到預定的渾液面沉速此式也可作為投藥量的參考。
參考文獻：
[1] 崔俊華 高濁度混凝最優GT值研究(一)[J]河北建筑科技學 院學報，1998，15（4）：7－10
[2] 韓芝隆 概率論與數理統計[M]. 北京：化學工業出版社，2000
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