姜應和¹，陳昱²
( 1.中國地質大學工程學院，湖北武漢430074；2.武漢理工大學土木工程與建筑學院，湖北武漢　430070)

　　摘　要：采用以篩分粘土配制的水樣進行了氣動反應模型試驗。結果表明，氣動絮凝反應具有良好的促進絮凝的效果；曝氣強度宜控制在0.015～0.05m³/(m³·min)；曝氣裝置擴散的氣泡直徑越 小則反應效果越好。
　　關鍵詞：氣動絮凝；混凝；曝氣強度；曝氣裝置?
　　中圖分類號：TU991.2
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)11-0041-02

　　國內外常見的絮凝反應池可分為水力絮凝池和機械絮凝池兩大類，前者土建結構較為復雜且不能適應流量的變化，后者雖然能適應流量的變化，但其維修工作量較大_[1]。為此筆者提出氣動絮凝反應池，即向水中鼓入一定直徑的空氣泡，以氣泡在上升過程中所產生的摩擦力以及由密度差所形成的水流動力作為絮凝反應的攪拌動力。

1 模型系統設計

　　氣動反應模型試驗裝置如圖1所示。?

　　在模型試驗系統中，所有管道、閥門材料均為ABS工程塑料；反應沉淀筒為有機玻璃筒，尺寸為D×H=150mm×2000mm；曝氣擴散裝置分別采用孔徑為3～4mm的穿孔曝氣管和微孔曝氣頭。

2　試驗部分

2.1　水樣配制
　　試驗水樣采用篩分后的粘土配制。
　　粘土制備：在先期氣動反應模型試驗階段，采用40目平篩篩分粘土并配制試驗水樣，粘土粒徑＜0.6mm；在后續氣動反應模型試驗階段，采用160目平篩篩分粘土并配制試驗水樣，粘土粒徑＜0.098mm。
　　水樣配制：將一定量的篩分后的粘土投入水中并攪拌均勻，配成一定質量濃度的水樣。
　　由于篩分后的粘土顆粒分布較均勻，所配制的水樣濁度與粘土質量濃度具有良好的相關性。當配制水樣的粘土質量濃度相等時，其粒徑越小則顆粒數量越多，在水中對光的散射作用也越強，相應的濁度就越高。此外濁度還與用粘土配制水樣時的攪拌強度、攪拌時間有關，強度越大、時間越長則濁度越高，因此在配制水樣時應采用相同的配制條件。
2.2　試驗方法
　　在反應沉淀筒內裝入配制的水樣，并向該筒內投加一定量的聚鋁，曝氣裝置分別采用孔徑為3～4mm的穿孔管和微孔曝氣頭，大氣量用于曝氣混合，小氣量用于曝氣反應。反應時間分為三個階段,反應氣量逐級減少。反應結束后，在模型裝置內靜止沉淀，測定水中的剩余濁度并計算濁度去除率。依此方法進行一系列試驗，通過調整曝氣量、改變曝氣裝置的形式判斷氣動絮凝反應的效果并確定可滿足反應要求的曝氣量范圍和較佳的曝氣裝置形式。水中剩余濁度以在模型裝置上的第3個取樣口所測得的數據表示。

3　結果與討論

　　 以粗顆粒(d＜0.6mm)和細顆粒(d＜0.098mm)粘土配制水樣所進行的試驗結果見表1。

表1　曝氣絮凝反應模型試驗數據 項目 粗顆粒粘土水樣(d＜0.6mm) 細顆粒粘土水樣(d＜0.098mm) 粘土溶液質量濃度(mg/L) 1000 1000 1000 　 試驗水樣條件 　 配制原液 原液靜沉后的上清液* 原水濁度(NTU) 68 52.5 57 56 61 54 169 173 62 55 63 66 聚鋁投加量(mg/L) 5.0 　 15.0 5 10 15 20 曝氣裝置類型 穿孔管，8×3〖 4×￠3 2×￠4 微孔曝氣頭 混合時曝氣量(m³/h) 　 1.5 1.5 1.5 1.2 1.2 　 1.2 混合時間(s) 　 60 60 60 60 60 　 60 反應時曝氣量(m³/h) 第1級 　 0.5 0.4 0.3 0.15 0.15 　 0.014 第2級 　 0.35 0.3 0.2 0.1 0.10 　 0.03 第3級 　 0.25 0.2 0.15 0.05 0.05 　 0.02 各級反應時間(min) 第1級 　 2.5 2.5 2.5 1.5 1.5 　 1.0 第2級 　 2.0 2.0 2.0 1.5 1.5 　 2.0 第3級 　 2.0 2.0 2.0 3.0 3.0 　 3.0 上清液剩余濁度(NTU) 15min 51 8.8 8.0 7.5 5.7 10.5 122 32.3 37.1 29.8 22.3 12.3 30min 30 5.5 5.8 5.9 　 7.4 95 12.0 26.6 18.4 12.9 7.7 濁度去除率(%) 55.88 89.52 89.92 89.46 90.65 86.30 43.79 93.06 57.1 66.55 79.52 88.33 注：*將200g粘土(未篩分)投入50L水中，充分攪拌均勻后靜止沉淀45min，取其上清液(約20L)加到模型裝置內，再加清水達設計水位。

　　從表1可知，氣動絮凝工藝具有良好的促絮凝效果。對于膠體含量大、粘土顆粒細小的水樣，可以通過增加絮凝劑投加量的方法提高對濁度的去除率。
　　試驗中發現，采用微孔曝氣頭曝氣時，氣泡分布比較均勻，反應效果明顯好于穿孔管。就穿孔管而言，孔徑越大則反應效果越差。因此，曝氣裝置所產生的氣泡直徑越小則反應效果越好。當然氣泡也不宜過小(1～2mm為宜)以免產生氣浮現象。
　　氣動反應曝氣強度的選用范圍較廣，試驗中采用的不同曝氣強度均具有較好的絮凝效果，從經濟角度出發，曝氣強度宜控制在0.015～0.05m³/(m³·min)。

參考文獻：

　　[1]鐘淳昌.簡明給水設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1993.

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　　電　　話：(027)87651112(H)87651786(O)?
　　收稿日期：2002-04-27