1.本发明属于自来水处理技术领域，特别涉及自来水供水中的一种用于混凝药剂筛选的试验方法，弥补了现有的标准试验方法的不足，能有效的筛选出最有效的厂家药剂。
背景技术：2.混凝沉淀是在混凝剂的作用下，使水体中的胶体、细小悬浮物凝聚成絮凝体，然后通过重力作用使其从水体中分离开来的工艺，其有适用范围广、处理效果稳定、处理成本低的特点，该工艺被绝大多数自来水厂所采用。
3.混凝搅拌试验是以制水厂待处理水为对象，以制水生产工艺条件为基础，以小试试验为手段，利用相似性原理，使用“混凝沉淀试杯试验方法”模拟制水过程中的混合、絮凝和沉淀的水质处理过程。混凝搅拌试验，在相对简单的设备、操作条件下，就能模拟自来水厂混凝沉淀工艺过程，避免动辄开展生产性试验影响生产的问题，所以一直是研究或控制混凝沉淀工艺的最主要方法。具体来说，混凝搅拌试验有以下的试验应用场景：第一是比较各种混凝剂的混凝效果；第二是确定最佳的混凝剂投加量；第三是优化混合条件；第四是优化絮凝条件；第五是探求混合、絮凝、沉淀的合理组合。
4.国标《水的混凝、沉淀试杯试验方法》（gb/t16881-2008）、《混凝沉淀烧杯试验方法》（cecs 130:2001）对混凝搅拌试验具体的操作仪器装置、仪器操作步骤、结果计算及重复性均作了一定的要求。但是，在实际应用中发现，国标未对具体应用场景分门别类的做有针对性的使用、案例说明，导致在应用的过程中仍然有一定的难度。比如，水厂通过混凝搅拌试验比较不同厂家生产的同类混凝药剂的混凝效果，以选择混凝剂，但是就发现使用过程中有以下障碍：不同厂家的混凝剂虽然都能满足国标的指标要求，但是因为生产工艺、添加剂的不一样，对不同制水厂的原水处理效果还是存在一定的差异性；自来水厂原水浊度在一年四季是在变化的，有高、中、低之分，直接取原水水样难以做到覆盖不同浊度的原水质，也就无法对不同厂家的混凝剂对对不同浊度原水浊度的适应性进行试验分析。
5.目前在筛选同类最佳混凝剂时，往往通过设置加药量梯度，只能得到某一浊度时的最佳药剂投加量区间，难以得到某一浊度所需药剂的准确数值。但是，不同厂家的药剂在满足国标范围内时，差异不会过大，通过此方法也就难以做出准确的比较。
6.因此，有必要在满足国标的要求下，进一步细分出应用于判断和筛选不同厂家同类药剂使用效果的方法。
技术实现要素：7.本发明的目的是通过提供一种用于混凝药剂筛选的试验方法，能有效的筛选出最有效的厂家药剂，为自来水厂的制水生产经营提供了有力的技术支持。
8.本发明是通过以下技术方案来实现的：一种用于混凝药剂筛选的试验方法，包括以下步骤：
a、确定混凝沉淀试验条件。
9.b、试样的配置：配制 p 个梯级浊度值的标准试样以备用，p 的数量为 3-12个。
10.c、确定参照加药量：以 b 步骤中浊度值最低的标准试样作为参照试样，向n 个试杯中倒入相同体积的参照试样，并在参选的药剂中任意选一款参照药剂，按照设定的加药量梯度向 n 个试杯中分别加入参照药剂，并以步骤 a 所确定的说明书试验条件进行絮凝沉淀试验，然后测定每个试杯沉淀后的残余浊度，当残余浊度达到设定的标准值，此时的最低加药单耗量即为通过参照药剂所确定的参照加药量。
11.d、全系对比试验：以步骤 a 所确定的试验条件，根据参选药剂的数量 m，进行 m 组全系标准试样的絮凝沉淀试验；每组试验均同时对所述的 p 个标准试样进行，每组试验中各个标准试样加入相同的参选药剂，且加入药剂的有效成分单耗量均与参照加药量相同，并测定每个试杯沉淀后的残余浊度。所述有效成分单耗量是指每升标准试样的水中所加入的混凝剂有效成分的质量 。
12.e、制定坐标图，确定最优药剂：以试样的初始浊度值为横坐标，以试样沉淀后的残余浊度值为纵坐标，在同一个坐标系中做出每组试验中每一个标准试样所对应的坐标；并将每组试验的坐标连成曲线，共形成 m 条曲线；根据实际水源水的浊度值找到其在该坐标系下的横坐标位置，然后在该横坐标处向上引出横坐标轴的垂线，该垂线与前述的 m 条曲线均有交点，在所有交点中纵坐标值最小的交点所在的曲线代表的参选药剂即为该浊度值下选定的最优药剂。
13.在步骤 b 中，当水源为河流时，取上游河道岸边底泥配置标准试样；当水源为水库时，取水库四周底泥配置标准试样；并以取水口水样为溶剂，加入所取得泥样搅拌配制不同浊度值的试样；当配制出的试样与目标值不一致时，采取加水稀释或继续加入泥样，直至达到所需调配的浊度。
14.标准试样的梯级浊度值的确定方法为：将水原最近 1 年内至 3 年内监测的日浊度值从低到高进行排序，按序号比值（即排序中序号值与数据总数之比）为 0.25、0.5、0.75、0.95 的日浊度值分别配置标准试样。
15.步骤 c 中，以序号比值为 0.25 的日浊度值为参照试样，并设置加药量单耗梯度；以步骤 a 所定的试验条件，开展混凝沉淀试验；以试验后残余浊度值高于 10ntu，且最近接 10ntu 时的加药量为参照加药量。
16.步骤 a 中，包括确定搅拌时间和搅拌强度的步骤；搅拌时间分为混合时间和絮凝时间，并以实际的混合池和絮凝池通过公式 t=v/q 分别确定；搅拌强度分为混合搅拌强度和絮凝搅拌强度，并根据混合池和絮凝池的实际速度梯度 g值分别确定。
17.混合池一般采用机械搅拌模式， g 值计算方法为：式中：
絮凝池一般使用水力搅拌模式，g 值计算方法为：式中：可使用塔尺现场实测絮凝池起始和末端位置的水位，二者水位高差即为 h。
18.步骤 b 中还包括按公式 t=h/u 确定沉淀时间的步骤；其中 h 为：试杯取样口距离试杯液面的高度，u 为：为沉淀池实际的表面负荷。
19.还包括金属离子残留安全性筛选的步骤：在 r 个试杯中分别取用相同量的参照试样，将已经选定的最优药剂按照预定加药梯度分别加入到试杯中，以 a步骤的试验条件开展混凝沉淀试验，并测定沉淀后各个试杯中的残余浊度，以低于且最接近 4ntu 残余浊度的加药量为各最优加药量；测其上清液中残留金属离子浓度，比较金属离子浓度，当离子浓度低于国标 gb5749 要求的上限时，则筛选有效；如高于所述上限值，则不合格，并排除掉该参选药剂，同时将 e 步骤所确定的次优药剂当做最优药剂重复金属离子残留安全性筛选的步骤，直到满足国标要求。
20.本发明所述的用于混凝药剂筛选的试验方法，在步骤 d 中，还设置有一组空白标样，所述空白标样采用步骤 a 所确定的试验条件，全过程不加入任何参选药剂，待沉淀完后仍然测定其残余浊度值；在 e 步骤所制定的坐标图中做出每一个空白标样所对应的坐标，并将改组空白标样的坐标连成曲线，以作为药剂筛选的对照。
21.本发明通过创新的混凝药剂筛选的试验方法，实现了对不同混凝药剂的对比试验，对标准试验方法进行了进一步的改进，使得各参选药剂的试验过程对比性更强，更加直观和准确。弥补了现有的标准试验方法的不足，能有效的筛选出效果最好的 pac 药剂，为自来水厂的生产经营提供了有力的技术支持。
附图说明
22.图 1 为本发明实施例一中的有两个低位交点时的示意图；图 2 为本发明实施例一中的有一个低位交点时的示意图；图 3 为本发明实施例二中采用做图法确定参照加药量时的示意图；
图 4 为本发明实施例二中全系对比试验时的示意图；图 5 为本发明实施例二中残余铝效率评估中确定 a 药剂和 b药剂的有效成分投加量时的示意图。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.实施例一：用于混凝药剂筛选的试验方法，包括以下步骤：a、确定混凝沉淀试验条件。
25.b、试样的配置：配制 p 个梯级浊度值的标准试样以备用，p 的数量为 3-12个。
26.c、确定参照加药量：以 b 步骤中浊度值最低的标准试样作为参照试样，向n 个试杯中倒入相同体积的参照试样，并在参选的药剂中任意选一款参照药剂，按照设定的加药量梯度向 n 个试杯中分别加入参照药剂，并以步骤 a 所确定的试验条件进行絮凝沉淀试验，然后测定每个试杯沉淀后的残余浊度，当残余浊度达到设定的标准值，此时的最低加药单耗量即为通过参照药剂所确定的参照加药量。
27.d、全系对比试验：以步骤 a 所确定的试验条件，根据参选药剂的数量 m，进行 m 组全系标准试样的絮凝沉淀试验；每组试验均同时对所述的 p 个标准试样进行，每组试验中各个标准试样加入相同的参选药剂，且加入药剂的有效成分单耗量均与参照加药量相同，并测定每个试杯沉淀后的残余浊度。所述有效成分单耗量是指每升标准试样的水中所加入的混凝剂有效成分的质量 。
28.e、制定坐标图，确定最优药剂：以试样的初始浊度值为横坐标，以试样沉淀后的残余浊度值为纵坐标，在同一个坐标系中做出每组试验中每一个标准试样所对应的坐标；并将每组试验的坐标连成曲线，共形成 m 条曲线；根据实际水源水的浊度值找到其在该坐标系下的横坐标位置，然后在该横坐标处向上引出横坐标轴的垂线，该垂线与前述的 m 条曲线均有交点，在所有交点中纵坐标值最小的交点所在的曲线代表的参选药剂即为该浊度值下选定的最优药剂。
29.还应当知道，在形成的所述 m 条曲线中，当观察到坐标系最下方的曲线在任何浊度下的纵坐标均为最小值时，则可直接判断最下方的曲线所对应的药剂在任何浊度的水源中都可选为最优药剂。
30.当 m 条曲线相互之间有交点的时候，可以先选定出低位交点，再进行分段优化选择。所谓低位交点的判断方法为：当从该交点向横坐标轴方向引出横坐标轴的垂线，该垂线和任何其他曲线再没有任何其它交点时，则可判断该交点为低位交点。当有 q（q 大于 1）个低位交点时，则可将横坐标的所代表的浊度值分成 q+1 段，即从坐标原点到最小低位交点横坐标的“低位段”，大于最大低位交点横坐标的“高位段”，以及位于两个低位交点横坐标之间的“中位段”。
31.如图1所示,a点和b点都属于低位交点，并将横坐标所代表的浊度值分成3段 ，其中，原水浊度范围在 0-ax属于“低位段”，ax-bx属于“中位段”，大于 bx属于“高位段”。当只
有一个低位交点时，则没有“中位段”，如图 2 所示，只有一个交点，即 c 点，将浊度值分成了 2 段。这样横坐标所代表的浊度值被分成了q+1 段，且每段均对应着坐标系中一条位于最下方的曲线，那么该段曲线所对应的参选药剂就为这段浊度值范围内选定的最优药剂。而实际水源浊度值刚好位于低位交点所对应的浊度值时，则可择一选择形成交点的两曲线所代表的参选药剂作为最优药剂。
32.在步骤 b 中，当水源为河流时，取上游河道岸边底泥配置标准试样；当水源为水库时，取水库四周底泥配置标准试样；并以取水口水样为溶剂，加入所取得泥样搅拌配制不同浊度值的试样；当配制出的试样与目标值不一致时，采取加水稀释或继续加入泥样，直至达到所需调配的浊度。
33.标准试样的梯级浊度值的确定方法为：将水原最近 1 年内至 3 年内监测的日浊度值从低到高进行排序，按序号比值（即排序中序号值与数据总数之比）为 0.25、0.5、0.75、0.95 的日浊度值分别配置标准试样。
34.步骤 c 中，以序号比值为 0.25 的日浊度值为参照试样，并设置加药量单耗梯度；以步骤 a 所定的试验条件，开展混凝沉淀试验；以试验后残余浊度值高于 10ntu，且最近接 10ntu 时的加药量为参照加药量。通过实践经验证明,低于10ntu 时，浊度测量的随机误差偏大，可比较性不强，因此这里的值就选择 10ntu。
35.步骤 a 中，包括确定搅拌时间和搅拌强度的步骤；搅拌时间分为混合时间和絮凝时间，并以实际的混合池和絮凝池通过公式 t=v/q 分别确定；搅拌强度分为混合搅拌强度和絮凝搅拌强度，并根据混合池和絮凝池的实际速度梯度 g值分别确定。
36.混合池一般采用机械搅拌模式， g 值计算方法为：式中：絮凝池一般使用水力搅拌模式，g 值计算方法为：式中：
35s，搅拌强度 g 值为 800s-1 ，絮凝时长 13min，搅拌强度 g 值为 45s-1
。
43.试样配置：模拟水厂全年浊度的变化，取稀泥配制不同浊度的标准试样。以 1 年内监测的日浊度值从低到高进行排序，取 p 为 4，并分别取了序号比值（即排序中序号值与数据总数之比）为 0.25、0.5、0.75、0.95 的浊度值作为标准试样浊度值，配置了 4 个梯级浊度值的标准试样，其浊度分别为 25ntu、52ntu、92ntu、294ntu。
44.确定参照加药量：以药剂 a 作为参照药剂，以浊度为 25ntu 的标准试样为参照试样，此时试杯数量 n 设置了 5 个，每个试杯取入浊度为 25ntu 的参照试样 1l，按照从低到高的加药量梯度分别投加参照药剂 a,如表 2 所示。
45.每个试杯沉淀完成后均测定其清水残余浊度值，然后以药剂投加量为横坐标，以测得的残余浊度值为纵坐标，在坐标系里找到各个试验结果的位置，然后连接成曲线。然后以纵坐标为 10ntu 处向右做垂直于纵轴的垂线，通过该垂线与曲线交点处再向下做横轴的垂线，从该垂线与横轴的垂直交点所读出 a 药剂的添加量即为参照加药量（即每升试样中需要加入的药剂有效成分的量），如图 3 所示，图 3 中的 a 点对应的横坐标为参照加药量 0.54mg/l。
46.开展全系对比试验以及制定坐标图：按照 b 步骤确定的投加量，在不同浊度下开展混凝搅拌试验，评估药剂效果。在 0.54mg( al2o3)/l 的参照加药量下，开展混凝搅拌试验，结果如表 3 所示，根据表 3 的结果，做曲线图如图 4 所示。
47.结合表 3 和图 4 可以看出，投加混凝剂，能起到明显的除浊效果。从处理效果上讲，低浊度时，两厂家供应的 pac 样品处理效果相差不大；当浊度增高时，投加 b 厂 pac 的处理效果明显优于 a 厂 pac 的处理效果，所以 b 厂 pac 为初选出最优药剂。
48.残余铝效率评估：由于本次试验只有两个参选药剂，所以对两个参选药剂均作了残余铝的评估。此时，取 r=6，即 a 厂家和 b 厂家的药剂再次做两组 6 个试样的对比试验。两组中均取 6 个试杯，并分别加入浊度值为 25ntu 试样，并按照表 4 的浊度梯度分别进行试验测试 25ntu 原水试验后的残余铝浓度，结果如表 4 所示。
49.需要说明的是，在做 a 药剂的残余铝评估试验时，药剂的有效成分投加量数据中 0.2mg(al2o3)/l、0.4mg(al2o3)/l、0.6mg(al2o3)/l、0.8mg(al2o3)/l、1.0mg(al2o3)/l 的投加量在确定参照加药量步骤时已经做过了，这里不再重复，直接引用前面的实验数据，只是增加做了 1.2mg(al2o3)/l 投加量的试验，相关数据统一到表 4 中。
50.以药剂的有效成分投加量为横坐标，分别以 a 厂和 b 厂药剂投加试验后的残余浊度为纵坐标，做两条 a 厂和 b 厂药剂的曲线（如图 5 所示）。然后分别在两条曲线上分别确定对应于残余浊度为 4ntu 时的 a 药剂和 b 药剂的有效成分投加量分别为 1.09mg/l 和 1.2mg/l，并转化成实际的加药量。再次分别以这两个药剂投加量做一次絮凝沉淀试验，测定其上清液的铝离子的残余浓度，结果如表 5 所示。
51.相较于空白样，两厂家样品均会导致残余铝含量增加。残余絮体会引起残余铝含量升高，因 b 药剂此时残余铝不合格，所以最终不能作为最优药剂；而但 a 药剂残余铝低于标准要求上限值，选定为最终的最优药剂。
52.结论：低浊度时，b 厂和 a 厂所送样品的处理效果相当；浊度偏高时，b 厂的 pac 处理效果优于 a 厂的处理效果，初选出 b 药剂为最优药剂；但是经过残余铝离子浓度测试，使用 a 厂药剂的样品，残余铝含量低于使用 b 厂药剂样品，综合判定 a 厂药剂为最优药剂。
53.以上试验为自来水公司在选用不同供应商的 pac 药剂的质量判断提供了有力的技术试验依据，能发挥为自来水供应企业生产经营的重要指导作用。
54.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种用于混凝药剂筛选的试验方法，其特征在于包括以下步骤：a、确定混凝沉淀试验条件；b、试样的配置：根据水源水浊度的统计，配制 p 个梯级浊度值的标准试样以备用，p 的数量为 3-12 个；c、确定参照加药量：以 b 步骤中浊度值最低的标准试样作为参照试样，向n 个试杯中倒入相同体积的参照试样，并在参选的药剂中任意选一款参照药剂，按照设定的加药量梯度向 n 个试杯中分别加入参照药剂，并以步骤 a所确定的试验条件进行絮凝沉淀试验，然后测定每个试杯沉淀后的残余浊度，当残余浊度达到设定的标准值，此时的最低加药单耗量即为通过参照药剂所确定的参照加药量；d、全系对比试验：以步骤 a 所确定的试验条件，根据参选药剂的数量 m，进行 m 组全系标准试样的絮凝沉淀试验；每组试验均同时对所述的 p 个标准试样进行，每组试验中各个标准试样加入相同的参选药剂，且加入药剂的有效成分单耗量均与参照加药量相同，并测定每个试杯沉淀后的残余浊度；e、制定坐标图，确定最优药剂：以试样的初始浊度值为横坐标，以试样沉淀后的残余浊度值为纵坐标，在同一个坐标系中做出每组试验中每一个标准试样所对应的坐标；并将每组试验的坐标连成曲线，共形成 m 条曲线；根据实际水源水的浊度值找到其在该坐标系下的横坐标位置，然后在该横坐标处向上引出横坐标轴的垂线，该垂线与前述的 m 条曲线均有交点，在所有交点中纵坐标值最小的交点所在的曲线代表的参选药剂即为该浊度值下选定的最优药剂。2.根据权利要求 1 所述的用于混凝药剂筛选的试验方法，其特征在于：在形成的所述 m 条曲线中，观察当坐标系最下方的曲线在任何浊度下的纵坐标均权利要求书为最小值时，则可直接判断最下方的曲线所对应的药剂为最优药剂。3.根据权利要求 2 所述的用于混凝药剂筛选的试验方法，其特征在于：当 m 条曲线相互之间有 q 个低位交点的时候，横坐标所代表的浊度值被分成了 q+1段，且每段均对应着坐标系中一条位于最下方的曲线，则该段曲线所对应的参选药剂就为这段浊度值范围内选定的最优药剂；当浊度值刚好位于低位交点所对应的浊度值时，则可择一选择形成交点的两曲线所代表的参选药剂作为最优药剂。4.根据权利要求 1 所述的用于混凝药剂筛选的试验方法，其特征在于：在步骤b 中，当水源为河流时，取上游河道岸边底泥配置标准试样；当水源为水库时，取水库四周底泥配置标准试样；并以取水口水样为溶剂，加入所取得泥样搅拌配制不同浊度值的试样；当配制出的试样与目标值不一致时，采取加水稀释或继续加入泥样，直至达到所需调配的浊度。5.根据权利要求 3 所述的用于混凝药剂筛选的试验方法，其特征在于：标准试样的梯级浊度值的确定方法为：将水原最近 1 年内至 3 年内监测的日浊度值从低到高进行排序，按序号比值（即排序中序号值与数据总数之比）为 0.25、0.5、0.75、0.95 的日浊度值分别配置标准试样。6.根据权利要求 5 所述的用于混凝药剂筛选的试验方法，其特征在于：步骤 c中，以序号比值为 0.25 的日浊度值为参照试样，并设置加药量单耗梯度；以步骤 a 所定的试验条件，开展混凝沉淀试验；以试验后残余浊度值高于10ntu，且最近接 10ntu 时的加药量为参照加药量。7.根据权利要求 6 所述的用于混凝药剂筛选的试验方法，其特征在于：步骤 a中，包括确定搅拌时间和搅拌强度的步骤；搅拌时间分为混合时间和絮凝时间，并以实际的混合池和絮凝池通过公式 t=v/q 分别确定；搅拌强度分为权利要求书混合搅拌强度和絮凝搅
拌强度，并根据混合池和絮凝池的实际速度梯度 g值分别确定。8.根据权利要求 7 所述的用于混凝药剂筛选的试验方法，其特征在于：步骤 b中还包括按公式 t=h/u 确定沉淀时间的步骤；其中 h 为：试杯取样口距离试杯液面的高度，u 为：为沉淀池实际的表面负荷。9.根据权利要求 8 所述的用于混凝药剂筛选的试验方法，其特征在于：还包括金属离子残留安全性筛选的步骤：在 r 个试杯中分别取用相同量的参照试样，将已经选定的最优药剂按照预定加药梯度分别加入到试杯中，以 a 步骤的试验条件开展混凝沉淀试验，并测定沉淀后各个试杯中的残余浊度，以低于且最接近 4ntu 残余浊度的加药量为各最优加药量；测其上清液中残留金属离子浓度，比较金属离子浓度，当离子浓度低于国标 gb5749 要求的上限时，则筛选有效；如高于所述上限值，则不合格，并排除掉该参选药剂，同时将 e 步骤所确定的次优药剂当做最优药剂重复金属离子残留安全性筛选 的步骤，直到满足国标要求。10.根据权利要求 9 所述的用于混凝药剂筛选的试验方法，其特征在于：在步骤 d 中，还设置有一组空白标样，所述空白标样采用步骤 a 所确定的试验条件， 全过程不加入任何参选药剂，待沉淀完后仍然测定其残余浊度值；在 e 步骤 所制定的坐标图中做出每一个空白标样所对应的坐标，并将改组空白标样的 坐标连成曲线，以作为药剂筛选的对照。
技术总结本发明公开了一种用于混凝药剂筛选的试验方法，包括以下步骤：a、确定混凝沉淀试验条件；b、试验水样的配置：配制P个梯级浊度值的标准试验水样以备用，P的数量为3-12个；c、确定参照加药量；d、全系对比试验；e、制定坐标图，确定最优药剂。实现了对系列但不同规格的混凝药剂的对比，对标准试验方法进行了进一步的补充和完善，使得各参选药剂的试验过程对比性和系统性更强，更加直观和准确。弥补了现有的标准试验方法的单一性，能有效的筛选出效果最好的絮凝药剂，为自来水厂的生产经营提供了有力的技术支持。术支持。术支持。
技术研发人员：曾扬 沈悦 何仕强
受保护的技术使用者：北控彭州自来水有限公司
技术研发日：2022.06.21
技术公布日：2022/11/1
