淺層氣浮除藻工藝中試試驗

黃 慧，王梅芳，王長平，陳文杰，張國強，高 雪

(1．深圳市深水寶安水務集團有限公司，廣東深圳 518100;2．中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北武漢430010)

長流陂水廠位于深圳市寶安區，設計規模為35萬m3/d，分四期建設，采用“混凝-沉淀-過濾-消毒”常規凈水工藝。原水主要取自東江，經石巖水庫調蓄后供給。原水中藻類一直較高，春夏季異常高企，常規混凝沉淀工藝對藻類的去除率為60%～70%，出水水質受此影響不僅不穩定，而且存在相關消毒副產物超標風險。

氣浮技術是利用物理方法強化去除原水中藻類的有效手段之一［1，2］。傳統的氣浮為“深層”氣浮，采用靜態進水動態出水，有效水深為2．0～2．5 m［3］，很多水廠構筑物已建成，池深不夠，無法進行傳統氣浮池改造。淺層氣浮技術［4-7］在傳統氣浮理論的基礎上，采用了“零速度”和“淺池理論”原理，與傳統氣浮相比，實現動態進水靜態出水，使浮選體在相對靜止狀態中垂直浮至水面，實現固液分離，且有效水深僅需0．6 m左右，停留時間可降至3～5 min。基于長流陂水廠存在的問題，開展淺層氣浮強化除藻中試試驗，旨在為水廠工藝改造提供技術參考。

1 原水水質

試驗用原水為石巖水庫水，原水水質如表1所示。

表1 原水水質Tab．1 Quality of Raw Water

對原水中浮游生物進行詳細分析，鏡檢檢出的代表性藍藻有平裂藻屬、小尖頭藻屬、束球藻屬;硅藻有針桿藻屬、直鏈藻屬;綠藻有柵藻屬、扁鼓藻屬。在數量上，藍藻是優勢種群，其次是硅藻。

2 試驗方案設計

2．1 試驗規模

試驗規模為65～105 m3/h。

2．2 試驗工藝流程

試驗工藝流程如圖1所示。

首先，進水由提升泵提升至淺層氣浮池，在水泵進水管道上投加 PAC(0～10 mg/L，以 Al2O3計，下同)，經泵充分混合后，在運輸管道中發生絮凝反應;在淺層氣浮進水管口處投加PAM(0～0．4 mg/L)，與經氣浮池底部混合管與提升上來的水充分混合，緊接著與溶氣系統產生的回流溶氣水(回流比為10% ～23%)混合，使微小氣泡與絮凝體、水中的藻類進行吸附、橋聯，進入氣浮布水系統。

圖1 淺層氣浮工藝流程Fig．1 Process of Shallow Dessolving Air-Floatation

2．3 分析方法

濁度:采用哈希便攜式儀器(型號—2100Q)檢測;pH:采用哈希便攜式pH計(型號—HQ11d)檢測;CODMn:根據《生活飲用水標準檢驗方法 有機物綜合指標》［8］中的方法進行;藻類和UV254:根據《水和廢水監測分析方法》［9］中的方法進行。

3 試驗結果與分析

3．1 淺層氣浮工藝參數優化

調節氣浮工藝的各項參數，考察加藥量、溶氣罐出口壓力、水力負荷、回流比等參數對除藻效果的影響。每個工況穩定運行1 h，檢測氣浮進出水濁度，另取水樣1 L測定浮游生物密度。

3．1．1 加藥量

(1)PAM投加量

在進水量為65 m3/h、回流水量為15 m3/h、PAC投加量為3 mg/L和5 mg/L(以Al2O3計)的條件下，研究當 PAM 投加量分別為0、0．1、0．2、0．4 mg/L 時的凈水效果，具體如圖2所示。

圖2 PAM投加量對藻類去除率和出水濁度的影響Fig．2 Effect of PAM Dosage on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

由圖2可知PAM對凈水效果有一定的優化作用，但幅度不顯著。由于PAM成本較高，建議生產上PAM投加量為0．1 mg/L。

(2)PAC投加量

在進水量為65 m3/h、回流水量為15 m3/h、PAM投加量為0．1 mg/L的條件下，研究當PAC投加量為0～10 mg/L時的凈水效果，具體如圖3所示。

圖3 PAC投加量對藻類去除率和出水濁度的影響Fig．3 Effect of PAC Dosage on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

由圖3可知藻類去除率為40% ～82%。當PAC投加量大于2 mg/L時，去除率迅速上升至74%以上。而出水濁度隨PAC投加量增加而降至2 NTU以下。建議生產時投加2～3 mg/L PAC。

3．1．2 溶氣罐出口壓力

在進水量為65 m3/h、回流水量為15 m3/h、PAC投加量為3 mg/L、PAM投加量為0．1 mg/L的條件下，通過減壓閥調整溶氣罐出口壓力，研究出口壓力為0．1～0．5 MPa范圍內的凈水效果，具體如圖4所示。

圖4 溶氣罐出口壓力對藻類去除率和出水濁度的影響Fig．4 Effect of Inlet Pressure on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

由圖4可知當出口壓力為0．3 MPa時，藻類最大去除率約82%。隨出水壓力繼續上升，藻類去除率減小。濁度的變化趨勢與藻類去除率相反，隨出口壓力上升先減小后增大。建議生產時最佳出口壓力為0．3 ～0．4 MPa。

3．1．3 淺層離子氣浮池水力負荷

在PAC投加量為3 mg/L、PAM投加量為0．1 mg/L、回流水量為15 m3/h、溶氣罐出口壓力為0．36～0．38 MPa的條件下，調整氣浮池的進水量，研究不同水力負荷時的凈水效果。試驗進水量分別為65、75、85、95、105 m3/h，對應水力負荷為 5．2、6．0、6．8、7．6、8．4 m3/m2·h，結果如圖 5 所示。隨著水力負荷的增大，藻類去除率由83%降至72%，出水濁度由2．2升至2．9 NTU。

圖5 水力負荷對藻類去除率和出水濁度的影響Fig．5 Effect of Hydraulic Loading on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

此外，增大水力負荷時，氣浮的水位上升，水位上升導致撇渣中帶出的水量多，造成藻渣含水率上升，增大了藻渣處理的負荷，因此需嚴格控制氣浮池內液面，提高排渣效果。

3．1．4 回流比

當PAC投加量為3 mg/L、PAM投加量為0．1 mg/L、固定溶氣罐出口壓力為 0．36 ～0．38 MPa時，分別在進水量為65 m3/h和超負荷為95 m3/h的條件下，研究不同回流比的凈水效果，結果如圖6所示。

由圖6可知藻類去除率隨回流比的增加逐漸增大。額定負荷下，回流比為23%時的藻類去除率約85%;回流比為16%時，額定負荷條件下的去除率與超負荷條件下相當，約82%。出水濁度隨回流比的增加逐漸降低，當回流比大于12%時，出水濁度保持在2．8 NTU以下;當回流比小于12%時，隨著回流比的增大，出水濁度快速降低，這是由于回流比小于12%時，進水中的微氣泡量不足以承托絮體上浮。考慮到回流比的選擇直接影響氣浮的能耗，回流比宜設置為16%。亦可根據原水藻類及除藻目標適當提高回流比。

圖6 回流比對藻類去除率和出水濁度的影響Fig．6 Effect of Reflux Ratio on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

3．1．5 進氣量

在固定氣浮進水流量為65 m3/h的條件下，調節溶氣罐進氣量為 0．4、0．3、0．2、0．1 m3/min，氣水比分別為37%、28%、18%和9%，研究額定進水流量下不同氣水比的凈水效果。同理，固定氣浮進水流量為 95 m3/h，調節溶氣罐進氣量為 0．4、0．3、0．2、0．1 m3/min，氣水比分別為 25%、19%、13% 和6%，研究超負荷工況下不同氣水比的凈水效果。

由圖7可知進氣量(氣水比)對額定流量工況下，出水藻類、濁度的影響小;對超負荷工況下氣浮的處理效果影響較大。氣浮對藻類的去除率隨著進氣量(氣水比)的增大而增大，出水濁度隨進氣量增大而降低。在實際運行中，為保證形成足夠量的微氣泡，建議進氣量不小于0．2 m3/min。

3．2 淺層氣浮工藝效能綜合分析

3．2．1 適宜工況下除藻效能分析

圖7 進氣量對藻類去除率和出水濁度的影響Fig．7 Effect of Inlet Volume on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

由以上試驗可知淺層氣浮的適宜工況條件:PAC投加量為2～3 mg/L、PAM投加量為0．1 mg/L、溶氣罐進口壓力為 0．30 ～0．4 MPa、回流比為16%、水力負荷不大于7．6 m3/m2·h、進氣量不小于0．2 m3/min。在最優工況下，連續運行，多次檢測的平均值顯示以藻類集團計時，氣浮出水的藻類密度約5．0×106個/L，去除率約80%;以藻細胞個數計時，氣浮出水的藻類密度約5．1×106個/L，去除率達90%左右。不同計數法的出水藻類密度相當，根據氣浮工藝除藻的基本原理，說明多細胞基團的藻類已被基本去除，難以去除的藻類為單個或少量藻細胞基團。

3．2．2 藻渣

適宜工況下，處理每方水產生約1 kg(折合體積1．32 L)的藻渣，設備排渣含水率為99．3%，氣浮池上層浮渣含水率為93%。

對于氣浮排渣，可考慮混凝沉淀、二次氣浮、厭氧消化等方式進行后續處理。

4 結論

(1)淺層氣浮工藝除藻的較優(藻類去除率大于75%)工藝參數:PAC投加量為2～3 mg/L，PAM投加量為0．1 mg/L，溶氣罐進口壓力為0．30～0．4 MPa，回流比為16%，水力負荷不大于7．6 m3/m2·h，進氣量不小于 0．2 m3/min。

(2)適宜工況下，藻類去除率達80%以上。藻渣的產量為1 kg/m3原水，排渣含水率為99．3%。

(3)淺層除藻工藝對藻類去除效果顯著，可以替代傳統的混凝沉淀工藝。針對長流陂水廠現狀，可采用與傳統工藝串聯運行的方式，提高水質，同時降低單個工藝單元的處理負荷。

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［8］GB/T 5750．7—2006，生活飲用水標準檢驗方法 有機物綜合指標［S］．

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