王毅力1，李大鵬2，郭瑾瓏3，湯鴻霄3?
（1.北京林業大學資源與環境學院，北京100083；
2.北京航空航天大學環境工程系，北京100083；3.中國科學院生態環境研究中心，北京 100085）

　　摘　要：采用絮凝—溶氣氣浮(DAF)工藝處理密云水庫低溫、低濁水的中試結果表明，堿化度B值越高的PAC，其電中和能力越強，而且在相同的除濁效果下絮凝劑投量也越少。該工藝對于不同濁度的原水可達到70%～85%的除濁率，且原水濁度越高，除濁率也越高，此外該工藝對濁度為100NTU的排洪水有足夠的緩沖能力。
　　關鍵詞：DAF工藝；低溫、低濁水；中試?
　　中圖分類號：TU991.2
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2002)11-0009-04

Use of Flocculation-Air Floatation Process for Treatment of Reservoir Water of Low Temperature and Low Turbidity
WANG Yi-li¹,LI Da-peng²,GUO Jin-long³，TANG Hong-xiao³

(1.School of Resource and Environment,Beijing Forestry University,Beijing 100083, China;2.Dept of Environmental Engineering,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing 100083,China;3.Research Center for Eco-Environmental Science,?Chinese Academy of Sciences,Beijing 100085,China)

　　Abstract：A pilot study was made on the treatment of Miyun reservoir water with low temperature and low turbidity by using flocculation-dissolved air floatation (DAF) process.The result showed that Polyaluminum Chloride with higher basicity has stron ger charge neutralization capability with less flocculant dosage needed at the same effect of turbidity removal.By using the process,the turbidity removal rate can reach 70%～85% for raw water with different turbidity,and the higher turbidity the raw water has,the higher the removal rate is.In addition,the process has enough buffer capacity in treatment of discharged flood with turbidity of 100 NTU.?
　　Keywords: dissolved air floatation process;low temperature and low turbidity water;pilot test

1　試驗材料和方法

　　北京市第九水廠的源水取自密云水庫，原水中藻類和天然有機物含量較少，堿度很高，溶解性氣體含量高，而溫度、濁度、色度都較低。中試原水的濁度變化范圍為1.20～3.20 NTU，溫度變化范圍為8.4～14.8℃。密云水庫常年水質統計數據參見表1。
1.1　絮凝劑
　　試驗所采用的絮凝劑其特性的具體參數參見表2。

表1　密云水庫的水質 水質參數 范圍 平均值 溫度(℃) 2.5～15.0 7.3 濁度(NTU) 0.84～6.6 1.96 堿度(mg/L,以CaCO₃計) 114～146 132 pH 7.4～8.1 7.8 無機碳(mg/L) 27.15～40.88 36.86 總有機碳(mg/L) 1.05～4.48 2.92 總碳(mg/L) 30.66～42.47 39.58 藻類濃度(10⁵ 個/L) 0.94～21.0 7.47

表2　絮凝劑的特性 絮凝劑 名稱 堿化度B(%) Al₂O₃含量(%) 體積質量(g/mL) PACTL 液體聚鋁 78.20 11.60 1.230 PACZL 液體聚鋁 46.50 10.30 1.290 PACTS 固體聚鋁 35.9 29.60 　 AS 硫酸鋁 　 11.60 　

1.2 工藝流程?
　　試驗裝置中的混合池、絮凝池、氣浮池均為有機玻璃池體，采用機械攪拌；溶氣系統包括不銹鋼溶氣罐和空壓機，釋氣系統為MMJ、CH14和CH24型釋放器；投藥單元采用流動電流控制器，投藥泵為數字式變速蠕動泵，有遠程自動控制接口。采用低量程在線濁度儀進行原水和出水濁度的在線檢測。
　　絮凝—DAF工藝流程見圖1。?

　　原水經進水管流入混合池進行投藥快速混合后，一部分進入三級機械攪拌絮凝反應池，另一部分則用作流動電流控制儀的供水或排入集水渠。經絮凝反應后的水流進入氣浮池接觸區與釋放器釋出的氣泡進行混合反應，繼而進入氣浮池的分離區，氣泡與絮體的聚集體上浮成為浮渣層，清水則經集水管流出，其中原水和出水均分流至在線濁度儀進行濁度監測。溶氣釋氣系統是將空氣由空壓機、自來水由離心泵同時打入溶氣罐，然后經由管道至釋放器減壓釋放，容器罐的壓力和回流比分別保持在32.34kPa和10.5%(有時會變化)。?

2　結果與討論

2.1　絮凝劑和原水溫度對除濁效果的影響?
　　不同堿化度(B值)絮凝劑的除濁效果比較見圖2。?

　　

　　由圖2可知，在原水溫度為5.9℃與10.0℃時，PACTL的除濁效果都優于PACTS，但兩者在溫度較低時的除濁率都有所下降，而且堿化度B值越低則除濁率下降得越多，當原水溫度為10.0℃時聚鋁類的出水最低濁度均為0.24NTU。?
　　不同堿化度B值的絮凝劑在溫度為5.5℃和7.5℃時，其流動電流響應值(SC)的比較見圖3。
　　堿化度B值越高則流動電流的響應值越大，不同堿化度B值的PAC在達到SC的等電點(SC=0)時，需投加的鋁鹽量隨著堿化度B值的增大而減少，且較低溫度時與相應絮凝劑有關的SC值都有所降低，但堿化度越高降低的程度越小。

　　除濁效率和流動電流的檢測結果均表明降低溫度對絮凝—DAF工藝有不利影響，所用絮凝劑的堿化度B值越低，溫度對其影響程度越大，這主要有以下幾方面的原因^[1]：低溫對Al(Ⅲ)離子的水解過程不利，而堿化度越低的絮凝劑，其投入水中越不穩定
　　而易趨向于水解，故受低溫的影響越嚴重；再者低溫時氣泡與絮體的粘附作用也受到了不利的影響，水的粘度在低溫時變大也使得絮體的成長受到抑制。另從圖2可見，投藥量大時除濁效果并沒有下降，這與以往DAF的除濁效果對投藥過量較為敏感^[2～4]的結論不一致，究其原因是由于密云水庫水的堿度較高(平均碳酸鹽堿度＞130mg/L)，其緩沖能力足以抵消因絮凝劑水解產生的酸量，使得絮凝過程一直處于中性偏堿的范圍；再者貢獻堿度的離子在水解中生成的OH-加速了絮凝劑向形成三羥化鋁膠體方向的水解，中和了絮凝劑和絮體過量的正電荷，從而有可能抵消因絮凝劑過量引起的顆粒表面電荷變正的過程，推遲了處理效果下降情況的出現。?
　　密云水庫水屬于低溫、低濁水，含顆粒物較少，投加絮凝劑量較低時形成的絮體細、少、輕，從而使絮體之間的碰撞幾率小、難于沉淀^[5]；而采用氣浮工藝的實質是通過引入大量的微氣泡強化了其與絮體的碰撞，提高了處理效果。從圖2、3可以看出，絮凝—DAF工藝對于低溫、低濁水的處理達到較好效果時的流動電流變化值較小，這也初步證明了絮凝—DAF工藝對顆粒電中和程度的要求小于沉淀工藝，即并不需要沉淀所需的Zeta電位為零或稍微偏負，只要保證經絮凝后能產生數十微米級的顆粒即可^{[2、3、6、7、8]}，因此絮凝劑的電中和能力只是影響絮凝—DAF工藝的條件之一。
2.2 原水濁度對處理效果的影響
　　原水濁度對絮凝—DAF工藝處理效果的影響見圖4。
　　圖4表明，對于不同濁度的原水，隨著投藥量的增加，絮凝—DAF工藝的除濁率逐漸升高而后趨于平穩(除濁率＞70%)。該工藝對原水濁度為8.9～11.3NTU的除濁率最低，對原水濁度為73～88NTU的除濁率最高。可見，隨著原水濁度的增加，盡管回流比保持不變，但濁度去除率在升高，這表明10%的回流比時產生的氣泡數量足以與較高濁度原水所生成的絮體進行異相絮凝反應，從而使之被去除。高濁度的原水會在投藥后產生更多的絮體，會增加與微氣泡的碰撞幾率而有利于對濁度的去除。試驗表明，正常情況下和排洪期間絮凝—DAF工藝的出水濁度波動很小，而且該工藝對于濁度＜100NTU的高濁原水有充分的緩沖能力，出水濁度可達0.5NTU以下。這表明絮凝—DAF工藝不僅處理效能好且適應性也很強，可用于處理低溫、低濁水。
　　圖4混凝—DAF工藝對不同濁度原水的處理效果
2.3　釋放器類型對除濁效果的影響
　　采用CH24時的除濁效果最好，采用CH14的效果次之，而采用MMJ的效果最差，但在最佳投藥量時該工藝的除濁率都大于70%。其中CH14、CH24釋放器是新型釋放器，而且CH24比CH14結構更為優化，試驗結果也證明了這一點。由于該試驗的原水為低溫、低濁的水庫水，這會部分抵消釋放器的性能差異，因此使得采用這三種釋放器的除濁率差別不很顯著。
2.4 對原水中藻類的處理效果
　　絮凝—DAF工藝對原水中藻類的處理效果見表3。

表3　絮凝—DAF工藝對藻類的處理效果 項目 濁度(NTU) 水溫(℃) pH 堿度(mg/L) 需氧量(mg/L) 硅藻(10⁴ 個/L) 綠藻(10⁴ 個/L) 藍藻(10⁴個/L) 金藻(10⁴ 個/L) 角藻(10⁴ 個/L) 黃藻(10⁴ 個/L) 進水 1.64 14.0 7.6 133 1.80 14.11 2.94 2.35 10.58 1.18 1.76 出水 0.72 14.6 7.6 133 1.45 0.59 0.59 0 0 0 0 注：測定時間為1998年12月8日，采用的絮凝劑為PACTL ，投量為1.580 mg/L(以Al₂O₃計)，壓力為32.34 kPa，回流比為5.2%。

　　由表3可以看出，該工藝在低投藥量和低回流比時除濁率僅為55%，但對大部分藻類的去除率達到了95%以上，這也初步驗證了絮凝—DAF工藝對藻類有較高去除率的結論^{[2、3、6 ]}。另外原水經處理后的堿度和pH值變化很小，而且出水中的DO含量增加，這對水體有利。

3　結論

　　①試驗結果表明，堿化度越高的PAC，其電中和能力越強，絮凝劑顆粒的立體結構越顯著，有利于其壓縮顆粒表面的水化層面與顆粒間的粘附架橋，迅速形成具有較大尺度、球狀鏈束聚集結構特征的初級絮體微粒，因此在達到相同處理效果的前提下，絮凝劑投量也較少。?
　　②低溫對絮凝—DAF工藝不利，所用絮凝劑的堿化度越低，溫度對其影響程度越顯著，這主要有以下幾方面的原因：低溫對Al(Ⅲ)離子的水解過程不利，堿化度越低的絮凝劑，其投入水中越不穩定而易趨向于水解，因而硫酸鋁中Al(Ⅲ)離子的水解所受影響更為嚴重；再者，低溫時氣泡與絮體的粘附作用也受到了不利的影響，水的粘度在低溫時變大也使得絮 體的成長受到抑制。?
　　③以PAC為絮凝劑時，絮凝—DAF工藝對于不同濁度的原水可達到70%～85%的除濁率，且隨著濁度的增加，除濁率也有所提高；出水較為穩定，對濁度接近100NTU的高濁水有足夠的緩沖能力；另外，該工藝對原水所含的藻類去除率大都在95%以上，而且出水中的ＤＯ含量增加，可見該工藝對密云水庫的低溫、低濁原水有較好的處理效果。?
　　④采用新型釋放器可獲得性能更為優良的氣泡，從而有助于除濁率的提高。

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　　作者簡介：王毅力(1972-)，男，陜西乾縣人，博士，主要從事水處理科學與工程的研究。
　　電　　話：(010)62337917(O)62337978(H)
　　E-mail:wangyilinet@sina.com
　　收稿日期：2002-03-03