1．前言

高濁(zhuo)(zhuo)度(du)(du)(du)水(shui)(shui)絮(xu)(xu)凝研究，過(guo)(guo)去都是以(yi)渾(hun)液面(mian)(mian)沉(chen)速(su)(su)為指標(biao)進(jin)行(xing)的(de)，即以(yi)清渾(hun)水(shui)(shui)界面(mian)(mian)的(de)沉(chen)速(su)(su)代表(biao)絮(xu)(xu)凝體的(de)沉(chen)速(su)(su)來研究絮(xu)(xu)凝過(guo)(guo)程(cheng)。不(bu)過(guo)(guo)渾(hun)液面(mian)(mian)沉(chen)速(su)(su)測(ce)定過(guo)(guo)程(cheng)復雜，費時(shi)費力，特別是當高濁(zhuo)(zhuo)度(du)(du)(du)水(shui)(shui)含沙量(liang)較低(di)時(shi)，渾(hun)液面(mian)(mian)模(mo)糊不(bu)清，難以(yi)準確(que)測(ce)量(liang)。因此高濁(zhuo)(zhuo)度(du)(du)(du)水(shui)(shui)絮(xu)(xu)凝研究非(fei)常(chang)需要一個能夠(gou)簡捷、快速(su)(su)測(ce)量(liang)，準確(que)反映(ying)高濁(zhuo)(zhuo)度(du)(du)(du)水(shui)(shui)絮(xu)(xu)凝程(cheng)度(du)(du)(du)的(de)指標(biao)。

用Coulter計(ji)數器(qi)(qi)﹝1﹞或(huo)依(yi)據光(guang)(guang)阻塞(sai)原(yuan)理的(de)(de)(de)Hiac計(ji)數器(qi)(qi)以(yi)及(ji)各種(zhong)樣(yang)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)散射計(ji)數器(qi)(qi)來跟蹤高(gao)濁(zhuo)度水絮凝過(guo)(guo)程中(zhong)粒徑的(de)(de)(de)變化，可以(yi)獲得(de)有價值(zhi)的(de)(de)(de)資料，不(bu)過(guo)(guo)這些方法都存在(zai)問題(ti)。例如，在(zai)很(hen)多情況下須對(dui)水樣(yang)進行一(yi)的(de)(de)(de)稀釋，以(yi)避(bi)免顆粒重疊的(de)(de)(de)影響(xiang)，及(ji)減(jian)少絮凝體在(zai)通過(guo)(guo)Coulter孔口或(huo)Hiac計(ji)數器(qi)(qi)的(de)(de)(de)檢測(ce)(ce)區(qu)時被打碎的(de)(de)(de)可能(neng)性(xing)。另外這些方法一(yi)般測(ce)(ce)量(liang)時間比較長，并(bing)且(qie)不(bu)能(neng)實現在(zai)線連續檢測(ce)(ce)。新近Gregory和Nelson研制(zhi)了一(yi)種(zhong)新的(de)(de)(de)光(guang)(guang)學絮凝檢測(ce)(ce)裝置(zhi)[2]，它是基于流動懸濁(zhuo)液(ye)的(de)(de)(de)透光(guang)(guang)率脈動值(zhi)為反(fan)映顆粒的(de)(de)(de)聚集程度，與前面提到的(de)(de)(de)光(guang)(guang)散射計(ji)數器(qi)(qi)和Ditter[1]等人的(de)(de)(de)透光(guang)(guang)分析(xi)方法有本質區(qu)別，后(hou)者受光(guang)(guang)照(zhao)射的(de)(de)(de)水樣(yang)體積很(hen)小，檢測(ce)(ce)的(de)(de)(de)是單個粒子的(de)(de)(de)行為，并(bing)需進行脈沖(chong)高(gao)度分析(xi)處(chu)(chu)理。Gregory的(de)(de)(de)方法可以(yi)同時在(zai)光(guang)(guang)路內檢測(ce)(ce)在(zai)量(liang)顆粒，并(bing)且(qie)儀(yi)器(qi)(qi)測(ce)(ce)量(liang)、處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)是透過(guo)(guo)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)脈動成(cheng)份。

本文擬對(dui)新型(xing)絮(xu)凝光學檢測方(fang)法作(zuo)簡略介紹，而后(hou)嘗試(shi)用該方(fang)法監測在(zai)各種條(tiao)件下高濁度(du)水(shui)的絮(xu)凝過程(cheng)，試(shi)圖提出一種新的高濁度(du)水(shui)絮(xu)凝研究方(fang)法。

2．絮凝光學(xue)檢測原理(li)

取樣管（透(tou)明）以(yi)一(yi)定的(de)(de)流速投取待測水樣，一(yi)狹窄光(guang)束照射取樣管的(de)(de)橫(heng)斷面，透(tou)過光(guang)由光(guang)敏元(yuan)件檢測。由于(yu)懸濁液中(zhong)顆粒(li)(li)(li)分布(bu)的(de)(de)不均勻性再加上自身存在(zai)的(de)(de)布(bu)朗運動，所以(yi)光(guang)路(lu)內顆粒(li)(li)(li)數目是隨(sui)機(ji)變(bian)化的(de)(de)（可用泊(bo)松分布(bu)描述(shu)[3]）使透(tou)光(guang)強度也產生機(ji)波(bo)動，引起相(xiang)應電(dian)壓信(xin)號(hao)的(de)(de)隨(sui)機(ji)波(bo)動（檢測儀作光(guang)電(dian)轉換）。水樣中(zhong)濁質顆粒(li)(li)(li)的(de)(de)這(zhe)種變(bian)化，通常用電(dian)壓。

此文曾(ceng)刊(kan)載(zai)于(yu)1996年第3期的(de)(de)《給水(shui)排水(shui)》雜志波動值(zhi)的(de)(de)均(jun)方(fang)(fang)根反映。故絮凝(ning)檢測儀有二個輸(shu)出值(zhi)，一個是脈動電(dian)壓的(de)(de)均(jun)方(fang)(fang)根（VR）；另(ling)一個是VR與其相(xiang)應的(de)(de)直流電(dian)壓V的(de)(de)比值(zhi)R（VR/V）。后一下指標(biao)R的(de)(de)意(yi)義在(zai)于(yu)它(ta)的(de)(de)大小基本不(bu)受光學表面污(wu)染及電(dian)子(zi)漂移的(de)(de)影(ying)響，因(yin)(yin)為(wei)這兩項對VR和V有幾(ji)乎相(xiang)同的(de)(de)影(ying)響。這在(zai)實際應用中意(yi)義很(hen)大，因(yin)(yin)為(wei)水(shui)處理中，取樣管(guan)受污(wu)染很(hen)嚴重。

比值R與濁(zhuo)質(zhi)顆粒的(de)個數濃度、尺寸及光路內水樣體積(ji)有(you)關，對非單一粒徑組成的(de)懸濁(zhuo)，R值表達(da)式為[3]。

式中：L─光路（cm）；
　　　　 A─光柱的效橫斷面面積（cm2）；
　　　　 N──光散射橫斷面以Ci的顆粒個數濃度（1/cm3）；
（１）式(shi)中，對(dui)(dui)特定的(de)檢測儀而言(yan)，L、A是(shi)常數，這(zhe)(zhe)時R值只跟(gen)Ni，Ci有關，而Ci隨(sui)顆(ke)(ke)粒(li)的(de)大小、形式(shi)變化。對(dui)(dui)于某水樣而方，濁質(zhi)顆(ke)(ke)粒(li)凝(ning)聚(ju)時，顆(ke)(ke)粒(li)數目（Ni）減小，粒(li)徑增(zeng)大，顆(ke)(ke)粒(li)光散射(she)截面(mian)（Ci）增(zeng)大，這(zhe)(zhe)兩(liang)種變化對(dui)(dui)R值是(shi)相反(fan)的(de)，但綜合結果仍然是(shi)R值隨(sui)著顆(ke)(ke)粒(li)的(de)凝(ning)聚(ju)迅速增(zeng)大，因為(wei)顆(ke)(ke)粒(li)個數濃度的(de)變化比聚(ju)集(ji)狀(zhuang)態的(de)變化對(dui)(dui)R值的(de)影響要(yao)小得多（參見式(shi)1）。高濁度水絮(xu)凝(ning)處(chu)理中，形成(cheng)的(de)絮(xu)凝(ning)體相對(dui)(dui)比較(jiao)粗大，是(shi)必(bi)R值可以有效和靈敏地(di)反(fan)映(ying)其變化過(guo)程。

3．實驗方法簡介

高濁(zhuo)度水(shui)(shui)絮(xu)凝是在190×190×250mm的方槽中進行(xing)的（見圖1）。試驗時取(qu)6．8L高濁(zhuo)度水(shui)(shui)水(shui)(shui)樣于如凝槽內(nei)，加(jia)一定量(liang)的絮(xu)凝劑，以一定的G值(zhi)及其(qi)分布(bu)使(shi)高濁(zhuo)度水(shui)(shui)絮(xu)凝，自水(shui)(shui)面下100mm處吸取(qu)水(shui)(shui)樣至(zhi)絮(xu)凝檢測儀進行(xing)檢測，取(qu)樣流速0．094m/s。絮(xu)凝檢測儀系英國RANKBROTHERS LTD出品。

檢(jian)測值R直(zhi)接(jie)在(zai)檢(jian)測儀(yi)的數碼板上(shang)顯示，記(ji)錄儀(yi)同時(shi)自動(dong)進(jin)行(xing)記(ji)錄。渾(hun)液面(mian)沉速直(zhi)接(jie)在(zai)絮凝槽(cao)中測定，方法是對某高(gao)濁度水水樣進(jin)行(xing)絮凝時(shi)，在(zai)某時(shi)刻停止攪(jiao)拌，記(ji)下此時(shi)R值，同時(shi)開始沉降歷時(shi)曲(qu)(qu)線（H～t曲(qu)(qu)線），求(qiu)渾(hun)液面(mian)沉速。

試驗水(shui)樣系哈爾濱市自來(lai)(lai)水(shui)和蘭州自來(lai)(lai)水(shui)公司一水(shui)廠輻沉池自然(ran)沉淀積泥配制而成。母液含(han)沙量100．6kg/m3，D50＝0．008mm，D90＝0．035mm，試驗時可根據需要進行稀(xi)釋。

絮凝劑(ji)使用陰離(li)子(zi)型(xing)聚(ju)丙衡(heng)酰胺（3＃），水解度30％，分子(zi)量大于300萬。配制(zhi)的溶液濃度為0．1％（SW／LW），投加(jia)時可根據需要進(jin)行稀釋(shi)。

4．R值與渾液面(mian)沉速(su)的相關(guan)性(xing)

按(an)上述方(fang)法進(jin)行(xing)高濁度水(shui)的(de)絮(xu)凝試驗(yan)，同時測(ce)定(ding)R值(zhi)和渾液(ye)面沉(chen)速。控制條件為(wei)每組試驗(yan)只測(ce)定(ding)最大(da)R值(zhi)（峰值(zhi)）及其(qi)相(xiang)應的(de)渾液(ye)面沉(chen)速。對含沙(sha)量為(wei)30，40，60，70kg/m3，的(de)高濁度水(shui)分(fen)別進(jin)行(xing)了試驗(yan)。對相(xiang)同含沙(sha)量通過改變投(tou)藥量來獲得Rmax及其(qi)相(xiang)應的(de)渾液(ye)面沉(chen)速。試驗(yan)時G為(wei)46s-1(80r/min)，水(shui)溫(wen)13．5℃。實驗(yan)結果(guo)示于(yu)圖(tu)2。

結果表明，含沙(sha)量(liang)相(xiang)同(tong)的高濁度(du)(du)水，R值跟渾(hun)液面沉(chen)速正(zheng)相(xiang)關，相(xiang)關系數(shu)為0．975～0．998；含沙(sha)量(liang)不同(tong)時，相(xiang)關性變差。當含沙(sha)量(liang)相(xiang)同(tong)時，R值和渾(hun)液面沉(chen)速一樣可(ke)以很好(hao)地反映高濁水的絮(xu)凝程度(du)(du)。當含沙(sha)量(liang)不同(tong)時，圖3中的實驗點(dian)較散亂，可(ke)能由于泥沙(sha)濃度(du)(du)對渾(hun)液面沉(chen)速產生(sheng)了(le)影(ying)響。

5．高濁度水(shui)不同絮(xu)凝條件R值(zhi)的變化(hua)

高(gao)(gao)濁(zhuo)度(du)(du)水(shui)絮凝(ning)(ning)(ning)，當投(tou)(tou)(tou)藥(yao)量(liang)超過(guo)起(qi)動劑量(liang)后(hou)(hou)，在很(hen)大(da)(da)(da)投(tou)(tou)(tou)量(liang)范(fan)圍內(nei)，投(tou)(tou)(tou)藥(yao)量(liang)越大(da)(da)(da)絮凝(ning)(ning)(ning)效果越好，渾液(ye)面(mian)沉速越大(da)(da)(da)。圖3（a）是用絮凝(ning)(ning)(ning)檢測儀(yi)含沙量(liang)為34kg/m3，投(tou)(tou)(tou)藥(yao)量(liang)分別為0．68，1．02，1．36，1．71，1．87mg/L的高(gao)(gao)濁(zhuo)度(du)(du)水(shui)絮凝(ning)(ning)(ning)過(guo)程(cheng)得到的R值(zhi)(zhi)隨(sui)絮凝(ning)(ning)(ning)時間的變化情況。試驗(yan)時的水(shui)溫13．5℃，控制G值(zhi)(zhi)62s-1。試驗(yan)結果表(biao)明(ming)，高(gao)(gao)濁(zhuo)度(du)(du)水(shui)加(jia)藥(yao)后(hou)(hou)，R值(zhi)(zhi)迅速增大(da)(da)(da)，經過(guo)20多S后(hou)(hou)達到最大(da)(da)(da)值(zhi)(zhi)，之后(hou)(hou)開(kai)始(shi)減(jian)小(xiao)，最后(hou)(hou)趨于穩定(ding)。加(jia)藥(yao)初(chu)期以絮凝(ning)(ning)(ning)為主，顆(ke)粒不(bu)斷成長，隨(sui)著絮凝(ning)(ning)(ning)體(ti)的增大(da)(da)(da)，破(po)碎作用加(jia)劇，當絮凝(ning)(ning)(ning)體(ti)的增長和破(po)碎達到某種(zhong)平衡，R值(zhi)(zhi)趨于穩定(ding)。投(tou)(tou)(tou)藥(yao)量(liang)愈大(da)(da)(da)，R值(zhi)(zhi)愈大(da)(da)(da)，最大(da)(da)(da)投(tou)(tou)(tou)藥(yao)量(liang)時的最大(da)(da)(da)R值(zhi)(zhi)是最小(xiao)投(tou)(tou)(tou)量(liang)的近(jin)7倍(bei)（1．3～8．8）。說明(ming)高(gao)(gao)濁(zhuo)度(du)(du)水(shui)的絮凝(ning)(ning)(ning)程(cheng)度(du)(du)隨(sui)投(tou)(tou)(tou)藥(yao)增加(jia)而提高(gao)(gao)。

圖(tu)3（b）、（c）是對含沙量為(wei)45．2kg/m3，投(tou)藥量分別為(wei)1．35mg/L和0．88mg/L的(de)高(gao)濁度水絮(xu)(xu)凝(ning)時(shi)，混合時(shi)間(jian)不同，R值絮(xu)(xu)凝(ning)時(shi)間(jian)的(de)變化情況。試驗時(shi)水溫(wen)13．5℃。

混(hun)合(he)時(shi)(shi)G1＝106s－1，反應時(shi)(shi)G2＝23s－1。圖中試驗結果(guo)表(biao)明(ming)，當(dang)混(hun)合(he)時(shi)(shi)間(jian)(jian)小于5s時(shi)(shi)，R值(zhi)隨混(hun)合(he)時(shi)(shi)間(jian)(jian)增大，當(dang)混(hun)合(he)時(shi)(shi)間(jian)(jian)小于5s時(shi)(shi)，隨混(hun)合(he)時(shi)(shi)間(jian)(jian)增長，R值(zhi)減(jian)(jian)小。即在其(qi)它條件一(yi)定的條件，高(gao)濁度水絮凝(ning)存在一(yi)個最佳(jia)混(hun)合(he)時(shi)(shi)間(jian)(jian)，此時(shi)(shi)得(de)到的絮凝(ning)體最大。因為(wei)混(hun)合(he)時(shi)(shi)間(jian)(jian)若太短，絮凝(ning)劑不能(neng)在水樣中均勻(yun)混(hun)合(he)，其(qi)絮凝(ning)作用不能(neng)充(chong)分發揮；反之若混(hun)合(he)時(shi)(shi)間(jian)(jian)太長，易把已(yi)成(cheng)長的絮凝(ning)體破碎(sui)，圖3（c）的規律跟(gen)圖4（b）相似，只是(shi)由于投藥(yao)量小，R值(zhi)相就減(jian)(jian)小。

圖3（b）是在其(qi)它條件一定的(de)情況下，改變投(tou)(tou)藥濃(nong)(nong)(nong)度(du)時，用(yong)絮凝檢測高濁度(du)水(shui)絮凝過程得到的(de)結(jie)果。試(shi)驗水(shui)樣含沙量(liang)45．2mg/m3,混(hun)合(he)時G1＝62S-1,混(hun)合(he)時間10s；反應時G2＝23s－1，3＃投(tou)(tou)量(liang)2．64mg/L，水(shui)溫14．5℃，藥劑(ji)(ji)投(tou)(tou)加(jia)濃(nong)(nong)(nong)度(du)0．5～0．002％。　　圖3（d）表明，相(xiang)同條件下，絮凝劑(ji)(ji)投(tou)(tou)加(jia)濃(nong)(nong)(nong)度(du)愈(yu)(yu)小。R值(zhi)(zhi)(zhi)愈(yu)(yu)大，R值(zhi)(zhi)(zhi)愈(yu)(yu)大，反之R值(zhi)(zhi)(zhi)愈(yu)(yu)小。高濁度(du)水(shui)中(zhong)泥沙濃(nong)(nong)(nong)度(du),藥劑(ji)(ji)難以分散(san)，降(jiang)低(di)藥劑(ji)(ji)的(de)濃(nong)(nong)(nong)度(du)后，藥液粘性減小，體積增(zeng)大，有(you)利于其(qi)在高濁度(du)水(shui)中(zhong)均勻(yun)分散(san)，其(qi)絮凝功(gong)交(jiao)發揮充分。對含沙量(liang)較(jiao)小的(de)水(shui)樣，藥劑(ji)(ji)投(tou)(tou)加(jia)濃(nong)(nong)(nong)度(du)對R值(zhi)(zhi)(zhi)影響較(jiao)小。上述試(shi)驗結(jie)果與已有(you)結(jie)論(lun)相(xiang)吻合(he)。

6．結論

絮(xu)(xu)凝檢(jian)(jian)測(ce)儀用于監測(ce)高濁度(du)水(shui)的(de)(de)絮(xu)(xu)凝過程，是極(ji)其(qi)靈敏和有效的(de)(de)。相(xiang)(xiang)同含沙量的(de)(de)高濁度(du)水(shui)，檢(jian)(jian)測(ce)值R與渾(hun)液面(mian)沉速(su)正相(xiang)(xiang)關，含沙量不同時，雖然相(xiang)(xiang)關性變差，但總(zong)的(de)(de)趨勢(shi)仍是R值增大渾(hun)液面(mian)沉速(su)提高，故(gu)R值同渾(hun)液面(mian)沉速(su)一樣都(dou)可以很好反映高濁度(du)水(shui)的(de)(de)絮(xu)(xu)凝程度(du)，是高濁度(du)水(shui)絮(xu)(xu)凝研究(jiu)的(de)(de)重要(yao)指標(biao)。R值可以有效地批示出各種因素對(dui)高濁度(du)水(shui)絮(xu)(xu)凝效果的(de)(de)影響情況，并且絮(xu)(xu)凝檢(jian)(jian)測(ce)儀簡便、快(kuai)速(su)、可行，可實現在線連續檢(jian)(jian)測(ce)。

參考文獻

[1] 于水利，《高濁度水絮凝投藥控制方法研究》，哈爾濱建筑大學博士論文‘);">論文，1993。
[2] RANK BROTHERS LTD . “Photometic Dispersion Analyser PDA 2000 OPERTATING MANUAL”.
[3] Gregory J.Turbidity flctuations in flowing suspensions[J]. J.Colloid Interface Sci.,1985,105(2):357-371.

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