王毅力1，李大鵬2，郭瑾瓏3，湯鴻霄3?
（1.北京林業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100083；
2.北京航空航天大學(xué)環(huán)境工程系，北京100083；3.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)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(kù)低溫、低濁水的中試結(jié)果表明，堿化度B值越高的PAC，其電中和能力越強(qiáng)，而且在相同的除濁效果下絮凝劑投量也越少。該工藝對(duì)于不同濁度的原水可達(dá)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(duì)濁度為100NTU的排洪水有足夠的緩沖能力。
　　關(guān)鍵詞：DAF工藝；低溫、低濁水；中試?
　　中圖分類號(hào)：TU991.2
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：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(yàn)材料和方法

　　北京市第九水廠的源水取自密云水庫(kù)，原水中藻類和天然有機(jī)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(kù)常年水質(zhì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)參見(jiàn)表1。
1.1　絮凝劑
　　試驗(yàn)所采用的絮凝劑其特性的具體參數(shù)參見(jiàn)表2。

表1　密云水庫(kù)的水質(zhì) 水質(zhì)參數(shù) 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(jì)) 114～146 132 pH 7.4～8.1 7.8 無(wú)機(jī)碳(mg/L) 27.15～40.88 36.86 總有機(jī)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(gè)/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(zhì)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(yàn)裝置中的混合池、絮凝池、氣浮池均為有機(jī)玻璃池體，采用機(jī)械攪拌；溶氣系統(tǒng)包括不銹鋼溶氣罐和空壓機(jī)，釋氣系統(tǒng)為MMJ、CH14和CH24型釋放器；投藥單元采用流動(dòng)電流控制器，投藥泵為數(shù)字式變速蠕動(dòng)泵，有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制接口。采用低量程在線濁度儀進(jìn)行原水和出水濁度的在線檢測(cè)。
　　絮凝—DAF工藝流程見(jiàn)圖1。?

　　原水經(jīng)進(jìn)水管流入混合池進(jìn)行投藥快速混合后，一部分進(jìn)入三級(jí)機(jī)械攪拌絮凝反應(yīng)池，另一部分則用作流動(dòng)電流控制儀的供水或排入集水渠。經(jīng)絮凝反應(yīng)后的水流進(jìn)入氣浮池接觸區(qū)與釋放器釋出的氣泡進(jìn)行混合反應(yīng)，繼而進(jìn)入氣浮池的分離區(qū)，氣泡與絮體的聚集體上浮成為浮渣層，清水則經(jīng)集水管流出，其中原水和出水均分流至在線濁度儀進(jìn)行濁度監(jiān)測(cè)。溶氣釋氣系統(tǒng)是將空氣由空壓機(jī)、自來(lái)水由離心泵同時(shí)打入溶氣罐，然后經(jīng)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(shí)會(huì)變化)。?

2　結(jié)果與討論

2.1　絮凝劑和原水溫度對(duì)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(jiàn)圖2。?

　　

　　由圖2可知，在原水溫度為5.9℃與10.0℃時(shí)，PACTL的除濁效果都優(yōu)于PACTS，但兩者在溫度較低時(shí)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(dāng)原水溫度為10.0℃時(shí)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(shí)，其流動(dòng)電流響應(yīng)值(SC)的比較見(jiàn)圖3。
　　堿化度B值越高則流動(dòng)電流的響應(yīng)值越大，不同堿化度B值的PAC在達(dá)到SC的等電點(diǎn)(SC=0)時(shí)，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(shí)與相應(yīng)絮凝劑有關(guān)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(dòng)電流的檢測(cè)結(jié)果均表明降低溫度對(duì)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(duì)其影響程度越大，這主要有以下幾方面的原因^[1]：低溫對(duì)Al(Ⅲ)離子的水解過(guò)程不利，而堿化度越低的絮凝劑，其投入水中越不穩(wěn)定
　　而易趨向于水解，故受低溫的影響越嚴(yán)重；再者低溫時(shí)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(shí)變大也使得絮體的成長(zhǎng)受到抑制。另從圖2可見(jiàn)，投藥量大時(shí)除濁效果并沒(méi)有下降，這與以往DAF的除濁效果對(duì)投藥過(guò)量較為敏感^[2～4]的結(jié)論不一致，究其原因是由于密云水庫(kù)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(chǎn)生的酸量，使得絮凝過(guò)程一直處于中性偏堿的范圍；再者貢獻(xiàn)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(guò)量的正電荷，從而有可能抵消因絮凝劑過(guò)量引起的顆粒表面電荷變正的過(guò)程，推遲了處理效果下降情況的出現(xiàn)。?
　　密云水庫(kù)水屬于低溫、低濁水，含顆粒物較少，投加絮凝劑量較低時(shí)形成的絮體細(xì)、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(shí)質(zhì)是通過(guò)引入大量的微氣泡強(qiáng)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(duì)于低溫、低濁水的處理達(dá)到較好效果時(shí)的流動(dòng)電流變化值較小，這也初步證明了絮凝—DAF工藝對(duì)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(fù)，只要保證經(jīng)絮凝后能產(chǎn)生數(shù)十微米級(jí)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(duì)處理效果的影響
　　原水濁度對(duì)絮凝—DAF工藝處理效果的影響見(jiàn)圖4。
　　圖4表明，對(duì)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(wěn)(除濁率＞70%)。該工藝對(duì)原水濁度為8.9～11.3NTU的除濁率最低，對(duì)原水濁度為73～88NTU的除濁率最高?？梢?jiàn)，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(shí)產(chǎn)生的氣泡數(shù)量足以與較高濁度原水所生成的絮體進(jìn)行異相絮凝反應(yīng)，從而使之被去除。高濁度的原水會(huì)在投藥后產(chǎn)生更多的絮體，會(huì)增加與微氣泡的碰撞幾率而有利于對(duì)濁度的去除。試驗(yàn)表明，正常情況下和排洪期間絮凝—DAF工藝的出水濁度波動(dòng)很小，而且該工藝對(duì)于濁度＜100NTU的高濁原水有充分的緩沖能力，出水濁度可達(dá)0.5NTU以下。這表明絮凝—DAF工藝不僅處理效能好且適應(yīng)性也很強(qiáng)，可用于處理低溫、低濁水。
　　圖4混凝—DAF工藝對(duì)不同濁度原水的處理效果
2.3　釋放器類型對(duì)除濁效果的影響
　　采用CH24時(shí)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(shí)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(jié)構(gòu)更為優(yōu)化，試驗(yàn)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。由于該試驗(yàn)的原水為低溫、低濁的水庫(kù)水，這會(huì)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(duì)原水中藻類的處理效果
　　絮凝—DAF工藝對(duì)原水中藻類的處理效果見(jiàn)表3。

表3　絮凝—DAF工藝對(duì)藻類的處理效果 項(xiàng)目 濁度(NTU) 水溫(℃) pH 堿度(mg/L) 需氧量(mg/L) 硅藻(10⁴ 個(gè)/L) 綠藻(10⁴ 個(gè)/L) 藍(lán)藻(10⁴個(gè)/L) 金藻(10⁴ 個(gè)/L) 角藻(10⁴ 個(gè)/L) 黃藻(10⁴ 個(gè)/L) 進(jìn)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(cè)定時(shí)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(jì))，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(shí)除濁率僅為55%，但對(duì)大部分藻類的去除率達(dá)到了95%以上，這也初步驗(yàn)證了絮凝—DAF工藝對(duì)藻類有較高去除率的結(jié)論^{[2、3、6 ]}。另外原水經(jīng)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(duì)水體有利。

3　結(jié)論

　　①試驗(yàn)結(jié)果表明，堿化度越高的PAC，其電中和能力越強(qiáng)，絮凝劑顆粒的立體結(jié)構(gòu)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?zhǔn)奂Y(jié)構(gòu)特征的初級(jí)絮體微粒，因此在達(dá)到相同處理效果的前提下，絮凝劑投量也較少。?
　?、诘蜏貙?duì)絮凝—DAF工藝不利，所用絮凝劑的堿化度越低，溫度對(duì)其影響程度越顯著，這主要有以下幾方面的原因：低溫對(duì)Al(Ⅲ)離子的水解過(guò)程不利，堿化度越低的絮凝劑，其投入水中越不穩(wěn)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(yán)重；再者，低溫時(shí)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(shí)變大也使得絮 體的成長(zhǎng)受到抑制。?
　?、垡訮AC為絮凝劑時(shí)，絮凝—DAF工藝對(duì)于不同濁度的原水可達(dá)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(wěn)定，對(duì)濁度接近100NTU的高濁水有足夠的緩沖能力；另外，該工藝對(duì)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(jiàn)該工藝對(duì)密云水庫(kù)的低溫、低濁原水有較好的處理效果。?
　?、懿捎眯滦歪尫牌骺色@得性能更為優(yōu)良的氣泡，從而有助于除濁率的提高。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]Klute R,LangerS,et al?.Optimization of coagulation processes prior to DAF[J].Water Sci & Tech,1995,31(3/4):59-62.?
　　[2]Edzwald J K.Principles and applications of dissolved air flotatio n[J].Water Sci& Tech,1995,31(3/4):1-24.?
?　[3]Edzwald J K,Walsh J P,et al?.Flocculation and air requirement for dissolved air flotation[J].J AWWA,1992,84(3):92-100.?
　　[4]Malley J P Jr,Edzwald JK.Laboratory comparison of DAF with conventional treatment[J].J AWWA,1991,83(9):56-61.?
　　[5]霍明昕，劉馨遠(yuǎn).低溫低濁水的特性分析[J].中國(guó)給水排水，1998，14(6)：33-34.
　　[6]Edzwald J K,Toblason JE,et al.Intergrating high?rate DAF technology into plant design[J].J AWWA,1999,91(12):41-53.
　　[7]王毅力，湯鴻霄.絮凝—DAF中試工藝處理密云水庫(kù)低溫低濁水的影響因素[J].環(huán)境科學(xué)，2001，22(1)：27-31.?
　　[8]Vlasˇki A,Breemen van A N,?et al?.The role of particle size and density in dissolove air flotation and sedi mentation[J].Water Sci & Tech,1997,36(4):177-189.

---

　　作者簡(jiǎn)介：王毅力(1972-)，男，陜西乾縣人，博士，主要從事水處理科學(xué)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