混凝气浮除藻工艺中絮凝方式选择及参数优化

长期的研究和工程实践表明，混凝-气浮工艺对藻类的去除具有显著的效果。絮凝是混凝阶段的重要过程，絮凝方式的选择对出水效果和运行成本都有很大的影响。本文通过试验研究，选择出效果较好的絮凝方式，并对此方式下的工艺参数进行优化，得出最优的运行参数组合，对实践和自来水水厂运行提供参考和指导。1材料与方法1.1试验装置及试验步骤试验装置由反应器以及溶气系统构成。混凝及气浮过程都在反应器内进行，反应器为有机玻璃粘结而成，尺寸为100mm×100mm×300mm，有效容积2L，底部有取样口及溶气水进水口。采用武汉恒岭TA2-Ⅰ程控混凝搅拌仪控制搅拌时间、转速。溶气系统由空压机（型号ZW-0.05/7，宁波制造）、高压泵（台州泵业有限公司）、溶气罐（自制不锈钢罐）等组成。试验步骤：向反应器注入2L富藻水；启动搅拌程序，并同时加入PAC（程序依次为快速混合、共聚气浮或一级絮凝或二级絮凝、通溶气、静置）；絮凝完毕后向反应器内通入溶气水（溶气罐压力0.402MPa），通气完毕，静置5min后在取样口处取清水样，测定各项水质指标。共聚气浮：投药混合后的初级反应水，也就是微絮粒刚要形成而尚未形成时的水，充分搅拌后，使颗粒以微气泡为核成长，即超微气泡与微絮粒同时形成并结合一起，进而共同成长为带气絮体，这样的带气絮体再与助凝剂相互作用，形成更大的带气絮体“群”、“团”或“片”等，此过程为共聚气浮。絮凝反应条件的设计：本研究分别采用共聚气浮（无絮凝）、一级絮凝（恒速絮凝）和二级絮凝（降速絮凝）3种絮凝反应方式，在相同絮凝反应时间内，比较气浮去除效果，根据搅拌功率（P）和水力速度梯度（G，衡量快速混凝强度和气浮紊动强度的指标）来确定絮凝反应条件，计算公式如式（1）和式（2）[1]：P=CDρω3ZebR04408g（1）G=PμV!（2）式中：CD为阻力系数，0.2～0.5；ρ为水的密度，1000kg·m-3；ω为搅拌器旋转角速度，r·s-1；Z为搅拌器桨叶数；e为搅拌器层数；b为搅拌器桨叶宽度，m；混凝-气浮除藻工艺中絮凝方式选择及参数优化吴玉宝1，石大安2，谢常艳3（1.黄山市环境科学研究所，安徽黄山245000；2.黄山市环境临测站，安徽黄山2450003.南通市港闸开发区污水处理厂，江苏南通226003）摘要:研究采用聚合氯化铝(PAC)作为混凝药剂,利用混凝-气浮技术去除水中铜绿微囊藻。试验对共聚气浮、一级絮凝、二级絮凝3种絮凝方式的出水效果和能耗进行比较,选择出共聚气浮为较好的絮凝方式,并进一步对整个工艺的参数进行优化,得出最优参数组合:混合G值为80s-1、混合时间90s、溶气水回流比10%、气浮接触时间75s、气浮紊动强度G值9.5s-1时,出水效果最好。关键词:共聚气浮;一级絮凝;二极絮凝;参数优化中图分类号:TQ991.22文献标识码:A文章编号:1000-3770(2008)07-043-03收稿日期：2007-10-30基金项目：国家高技术研究发展计划（863）项目（2002AA601140）作者简介：吴玉宝（1983-），女，硕士研究生，研究方向为水资源与水污染控制技术联系电话：13920519675；E-mail：wyubao2004@yahoo.com.cn。第34卷第7期2008年7月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.34No.7Jul.,200843R0为搅拌器外缘半径，m；g为重力加速度，9.81m·s-2；μ为动力粘度系数，N·S·m-2；V为溶液体积，L。对于本研究，CD值取0.5，Z=2，e=1，b=0.06m,R0=0.025m，μ=1.0×10-6N·S·m-2，V=2L。将以上各数值代入式（1）和式（2）化简得式（3）～式（5）：P=6.7246n3×10-9（3）式中：n为搅拌器转速，r·min-1。G=(3.3623×10-3n3)1/2（4）在一定的絮凝反应时间t内，搅拌器输出的总功W（J）：W=Pt(5)恒速絮凝反应中采用的搅拌器转速为116r·min-1；降速絮凝反应采用两级絮凝，一级和二级的絮凝反应时间相同，搅拌器转速分别为144r·min-1和49r·min-1。利用式（3）、（4）和（5）计算得到的P、G和W如表1。从表1可以看出，一级絮凝、二级絮凝，在相同的时间内，搅拌器输出的总功是基本相同的。这样可以考察在相同的能耗下，两种絮凝条件的气浮去除效果。1.2试验试剂与原水絮凝剂：聚合氯化铝（PAC），天津乐泰化工试剂厂，黄色树脂状固体，Al2O3含量为28%，碱化度为65%～85%，使用时配制成10mg·mL-1的溶液。原水：利用BG11培养基培养高浓度纯种铜绿微囊藻后，用经静置暴晒1～2d的自来水（除氯）稀释后作为试验原水，水质见表2。1.3检测指标与方法浊度：