張海豐，孫寶盛，齊庚申
（天津大學 環(huán)境科學與工程學院，天津 3000072）

　　摘要：針對壓縮空氣攪拌混凝工藝在污水處理上的廣泛應用，用模型試驗來確定壓縮空氣攪拌反應的最優(yōu)條件；通過該模型試驗與機械攪拌下的燒杯試驗進行比較，對試驗結果進行分析得出兩類攪拌方式的優(yōu)缺點。試驗結果表明，空氣攪拌試驗三階段的最優(yōu)反應條件為混合時間、一級反應時間和二級反應時間分別為1，3和5min，曝氣量為0.4，0.04和0.02 m³/h。在空氣攪拌試驗的混合階段，大的曝氣量并沒有改善出水的剩余濁度。空氣攪拌試驗在混凝時間、藥劑用量上具有優(yōu)勢，但在沉淀性能上機械攪拌要優(yōu)于空氣攪拌。與燒杯試驗相比，該模型試驗對壓縮空氣攪拌混凝工藝的工程設計與生產(chǎn)運行更有針對性。
　　關鍵詞：壓縮空氣；混凝工藝；模型試驗；燒杯試驗
　　中圖分類號：TU991．22　　 文獻標識碼：A　　 文章編號：1004—2455(2004)05

Comparisons between Compressed Air—Agitated Coagulation and Mechanically—Agitated Coagulation
ZHANG Hai-feng,SUN Bao-sheng,QI Geng-shen
(School of Environmental Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072，China)

　　Abstract：In View of the wide application of the process of compressed air-agitated coagulation in wastewater treatment, a model test was made to determine the optimum conditions for compressed air-agitated reaction．Comparisons between the said model test and the beaker test using mechanical agitation were made and the test results were analyzed to find the advantages and disadvantages of each of the two types of agitation methods．It was shown by the results of the test that the optimum reaction conditions in the three stages of the air-agitated coagulation test were such that the times for mixing, primary reaction and secondary reaction were 1 min, 3 min and 5 min respectively，and the aerating capacities were 0.4，0.04 and 0.02 m³／h respectively．In the mixing stage of the air agitation test，bigger aerating capacity did not improve the residual turbidity in the effluent water．Air agitation was more advantageous than mechanical agitation in terms of coagulation time and consumption of chemical agent，while mechanical agitation was better than air agitation in term of sedimentation performance．Compared with beaker test， the model test was more pertinent to the engineering design and productive operation using the process of compressed air-agitated coagulation.
　　key words: compressed air；coagulation process；model test；beaker test

　　在工業(yè)廢水處理中，絮凝(混凝)過程是應用最普遍的關鍵環(huán)節(jié)之一^[1]，對混凝過程有指導意義的試驗結果對廢水構筑物設計與生產(chǎn)運行至關重要。機械攪拌下的燒杯試驗(jar test)已被美國材料試驗學會(ASTM)于1983年正式列為標準試驗^[2]，引，該實驗對機械攪拌水處理構筑物的設計參數(shù)、混凝劑的投加量及混凝處理工況的判斷有指導意義；隨著壓縮空氣攪拌在廢水處理混凝過程中的廣泛應用[3]，機械攪拌下的燒杯試驗結果往往與該工藝的實際工程應用相差甚遠，但目前人們?nèi)匝赜脽囼灲Y果指導空氣攪拌下的混凝過程，這對生產(chǎn)和研究均帶來不利的影響。
　　壓縮空氣攪拌混凝是壓縮氣泡在上升過程中所產(chǎn)生的剪切力以及由密度差所形成的渦流作為混凝反應的動力，由于在混凝過程中有氣相的介入，因而空氣攪拌與機械攪拌下的混凝過程之間存在差異，造成兩種攪拌下的混凝效果不同。大量水處理文獻報道壓縮空氣攪拌混凝工藝應用于制革廢水、印染廢水、高氮磷廢水等處理上都優(yōu)于機械攪拌混凝效果^[4]。本文用模型試驗確定壓縮空氣攪拌下混凝的最優(yōu)反應條件，并對兩種攪拌方式的混凝實驗結果進行比較。

1 壓縮空氣攪拌混凝的最優(yōu)反應條件確定

1．1 模型實驗裝置
　　模型實驗裝置見圖1。

　　針對污水處理壓縮空氣攪拌混凝工藝的模型裝置按照六聯(lián)攪拌設計，反應容器采用1000mL標準量筒，曝氣量由流量計控制調(diào)節(jié)，曝氣頭設計為圓錐型，剖面底角α=45°；曝氣微孑L直徑1.5mm，材質(zhì)為有機玻璃；曝氣頭距杯底1cm，保證氣泡沿45°角射向器底與器壁，使大量氣泡沿反應容器內(nèi)壁均勻上升。
1．2 水樣配置
　　將一定量的篩分后粘土投入水中并攪拌均勻，靜止沉淀10h，取上清液，作為實驗水樣。實驗水樣在配置過程中攪拌強度、攪拌時間、沉淀時間上都相同，保證了實驗水樣的穩(wěn)定性。
1．3 實驗方法
　　混凝過程可分為混合和反應兩階段：其中在反應階段，按所需要條件的不同，將其分為兩級反應。在參考文獻^[5]基礎上，確定混合時間為1min，一級反應時間3 min，二級反應時間5 min；實驗對各階段分別調(diào)整曝氣量，水樣經(jīng)反應容器內(nèi)靜止沉淀后，測定水中剩余濁度，確定出最優(yōu)值，從而得出空氣攪拌混凝反應的最優(yōu)攪拌條件。
　　混凝劑采用三氯化鐵，質(zhì)量分數(shù)分別為1％和0.1％；原水濁度為49.7 mg／L，水溫16℃，pH=7.8，濁度采用光電式濁度儀(HACH2100P)測定。
1．4 各階段最佳曝氣量的確定
　　實驗分為三階段，在確定各段反應時間1rain，3 min，5 min基礎上，調(diào)整曝氣量，測定沉淀后水樣的剩余濁度，各水樣混凝劑投加量均為3.5 mg／L。實驗結果見表1。

表1 各階段氣量的調(diào)節(jié)對剩余濁度的變化

　　實驗中各水樣經(jīng)20min靜止沉淀后，均在水面下8cm處取樣測定剩余濁度。由表1混合階段可看出大的曝氣量并未取得最佳的效果，說明劇烈攪拌一定要在短時間內(nèi)完成，在本模型實驗中，超過0.5m³／h的曝氣量，混合時間應小于1 min；而小的曝氣量未到達混合應“快速劇烈”的要求，本模型混合階段曝氣量選定0.4m³／h較理想。
　　混凝反應的兩個階段是為了方便研究氣動混凝的操作條件而提出的，在實際的混凝反應中兩過程的間隔是瞬間的，幾乎是同步的^[6]。反應階段是創(chuàng)造最大程度的脫穩(wěn)與碰撞機會的過程，當絮體形成之后，為防止其破碎，反應曝氣量應漸小，便于絮體顆粒穩(wěn)定并逐漸增大，從而完成反應階段；由表1反應階段的實驗數(shù)據(jù)，本模型最佳的曝氣量為—級反應0.04m³／h，二級反應0.02m³／h。

2 兩種攪拌方式下混凝效果的比較

2．1 最優(yōu)試驗條件的比較
　　現(xiàn)科研中廣泛采用章非娟、張玉先^[7](簡稱章法)關于機械攪拌條件下燒杯試驗的最優(yōu)攪拌條件。表2是兩類攪拌方式下最優(yōu)攪拌條件的比較。

表2 兩類攪拌方式下最優(yōu)攪拌條件的比較

　　從表2可以看出，兩類攪拌條件有其相似性都經(jīng)歷了劇烈混合到逐漸溫和的攪拌過程；從試驗的完成時間上，壓縮空氣攪拌下的模型試驗大大節(jié)省了混凝過程的時間，這對混凝池的設計有很強的指導意義。
2. 2 混凝劑投加量的比較
　　混凝劑投加量的控制是混凝的關鍵，它決定了水中膠體的脫穩(wěn)效果及絮體數(shù)量的多少，圖2是兩類攪拌方式下投藥量的改變而引起的水樣濁度去除效率的變化。燒杯試驗采用定時變速六聯(lián)攪拌機，實驗方法采用章法^[7]。

　　圖2的結果說明，兩類攪拌方式下對混凝劑的投加量有共性，低投加量顆粒脫穩(wěn)不充分，顆粒數(shù)量少，沉降性能差，水樣剩余濁度大；過量投加混凝劑會發(fā)生膠體的“再穩(wěn)”現(xiàn)象；對該水樣，壓縮空氣攪拌下模型試驗的最佳投藥量為3.5 mg/L，機械攪拌下燒杯試驗的最佳投藥量為4.5 mg/L，兩類攪拌方式在最佳去除率的投藥用量比較上，表明壓縮空氣攪拌下混凝反應節(jié)省藥劑量。
2. 3 沉淀性能的比較
　　在相同水質(zhì)、溫度、pH值條件下，對兩類混凝攪拌方式下的沉降性能進行比較，結果見表3。

表3 兩類混凝攪拌條件下沉降性能比較

　　從表3中可得出在相同沉淀時間下，在靜沉10 min內(nèi)，機械攪拌顆粒沉降性能要優(yōu)于壓縮空氣攪拌。原因可能由于在壓縮空氣攪拌下絮體顆粒上附有微小氣泡，造成沉降性能差；在靜沉20min后，壓縮空氣攪拌顯出優(yōu)越性，比較而言壓縮空氣攪拌混凝工藝靜沉時間應長些。

3 結論

　　通過以上試驗比較及分析，說明壓縮空氣攪拌方式在混凝時間、藥劑用量上有其優(yōu)勢，尤其對混凝—好氧生物處理工藝，有其特殊意義；但在沉淀性能上，機械攪拌要明顯優(yōu)于壓縮空氣攪拌，因而對于易造成氣浮的水質(zhì)，機械攪拌方式應為首選。
　　此外，本文還得出如下結論：
　?、賶嚎s空氣攪拌下的模型試驗三階段最優(yōu)反應條件分別為：0.4 m³/h(1min),0.04m³/h(3min)，0.02m³／h(5min)；
　?、谠趬嚎s空氣攪拌下的混合階段，大的曝氣量并沒有改善水樣的剩余濁度，這驗證了大量高頻率小渦旋對紊流擴散系數(shù)的影響不大^[8]，因而采用過高的輸入功率是不必要的。

參考文獻：
[1] 袁宗宣．絮凝科學與技術的進展[J]．重慶大學學報，2001，24(2)： 143—147．
[2] 武道吉．燒杯攪拌試驗中需探討的幾個問題IJ]．水處理技術，1998，24(1)：51—53．
[3] 劉珊．制革污水預曝氣處理效果研究[引．西安公路交通大學學報，1998，18(2)：118—120．
[4] 鄭興燦．化學—生物聯(lián)合絮凝的污水強化一級處理丁藝[J]國給水排水，2000，16(7)：29—32．
[5] 姜應和．氣動絮凝反應模型試驗[J)．中國給水排水，2002(11)：41—42．
[6] 李偉英．混凝新釋義及混凝技術[J]．工業(yè)用水及廢水，2001，32(2)：37—39．
[7] 李偉英．燒杯攪拌試驗的規(guī)范化[J]．城市公用事業(yè)，2000，14(4)： 22—24．
[8] AWWA．Coagulation committee report：coagulation as an Integrated water treatment process[J]．Am Warer Works Assoc，1989，81(10)： 71—80．

作者簡介：張海豐(1974—)，男，吉林省吉林市人，天津大學碩 士研究生，主要從事環(huán)境污水處理工程研究，電話(022)81567759?！?/P>