水質安全的動態超聲波強化混凝除藻水處理試驗研究

孫　華　巫麗俊　李　潔

（1南京國環科技股份有限公司江蘇南京2100422南京市環境保護科學研究院江蘇南京210013）

水質安全的動態超聲波強化混凝除藻水處理試驗研究

孫華1巫麗俊1李潔2

（1南京國環科技股份有限公司江蘇南京2100422南京市環境保護科學研究院江蘇南京210013）

目前，動態超聲波技術顯示出足夠的有事，在基于水質安全的除藻水處理研究中有不可替代的作用，本文基于上述背景，對動態超聲波強化的具體實施步驟和試驗進行了分析，以期能為水污染治理提供技術借鑒。

動態超聲波；強化混凝除藻；水處理試驗

從目前情況來看，水體富營養化的主要表現為水體中的藍藻細胞增多，由于藍藻細胞內有氣囊生成，可增加藻類浮力，因此藍藻可漂浮在水面上獲得更多的繁殖機會。由于浮力作用，在水廠進行混凝沉淀處理時很難將藍藻去除，因此給水污染處理帶來了一定難度，導致處理成本上漲［1］。此外，藍藻細胞內還帶有大量的藻毒素有機物等有害物質，若藻細胞破裂則藻毒素會釋放到水中，對供水安全造成威脅。因此探求一種去除藻類物質的有效方法意義重大，以下將從動態超聲波的概述入手，對超聲波混凝除藻試驗進行分析。

1　超聲波原理和在水處理中的應用

超聲波是指評論為20kHz～106kHz的機械波，波速通常在1500m/s左右，波長0.01cm～10cm，若超聲強度達到一定值時會影響到傳播介質，例如使傳播介質的組分、功能、狀態、結構變化，即通常所謂的超聲效應［2］。

當在混凝處理過程中應用超聲波時，可有效提高混凝效果，由于在穿透帶有絮狀顆粒的液體時，在超聲波影響下，絮狀顆粒會產生振動，顆粒大小不同，振動頻率也不一樣，這樣就會產生相互碰撞、粘結，逐漸聚集成大塊的絮狀物并沉淀在水體中，因此在混凝處理時加入超聲波，最終效果要優于單獨混凝，去除污染物的效率也可得到大幅度提高。

由于超聲波處理所需的反應條件溫和、容易滿足，且操作簡單、反應速度快，在水處理中得到了廣泛應用，在飲用水深度凈化、工業廢水處理、除藻處理等方面均適用。例如在抑藻除藻處理過程中，超聲波可促進有機物降解，破壞藍藻氣囊，加速沉淀［3］。

2　混凝除藻水處理試驗

2.1材料和試劑

2.1.1水體樣品

本次研究所選用的水體樣品優勢藻種為銅綠微囊藻，占樣品的95%以上，在樣品中加入藍藻，配制成藍藻濃度為65%的水樣，經檢測，水樣葉綠素a濃度Wie100ug/L-1左右，濁度90NUT。

2.1.2混凝劑

在水處理實際過程中，原水水質可對混凝劑的選擇造成很大影響，由于原水以及污水水質會隨季節和處理工藝變化而改變，因此在選擇混凝劑時，既要考慮到堿度、硬度以及色度的變化，又要對濁度、溫度以及pH值等因素進行考慮，因此本次水處理試驗所選用的混凝劑為水廠常用的聚合氯化鋁（PAC）。

2.1.3超聲反應器

超聲波反應器由江蘇省昆山市超聲儀器有限公司生產，頻率為40kHz的功率可調式動態超聲波裝置。

2.2試驗方法

2.2.1靜置試驗

取2L的含藻水樣加入到超聲波水槽當中，以60W的功率和10kHz的頻率對含藻水樣進行輻射，緩慢攪拌2h后用0.45um孔徑的薄膜進行濾過，對水中的藻毒素進行測定，其余水樣用于混凝試驗。取1L輻射后的水樣加入燒杯當中，加入30Mg的混凝劑分析純，200r/min攪拌1min后100r/min攪拌10min，最后60r/min攪拌10min，靜置30min，虹吸上層800mL水樣，混勻后對葉綠素a濃度進行測定。

2.2.2動態超聲波強化混凝除藻試驗

開啟水泵，流量調整為700L/h，流經超聲波裝置的時間為12s，功率調整為150W，對應超聲能量密度為64W/L，投入20mg/L的混凝，每隔1h取原水、沉淀水和過濾水1L，對藻類數量進行測定，并0.45um孔徑的薄膜進行濾過后對水中溶解性有機碳（DOC）進行測定。

2.3結果與分析

原水濁度為104.2NTU，葉綠素a濃度為198.1ug/L，結果表明，當超聲頻率為120kHz，超聲持續時間10s以上，且能量密度在64W/L～196.6W/L區間時除藻效果最佳，混合藻類去除率在97%以上。對藻毒素濃度的檢驗結果顯示，經動態超聲波處理后，水樣中的藻毒素減少了19.5%～31.5%，且隨著超聲強度上升、持續時間延長，藻毒素減少幅度增加。

動態混凝沉淀除藻結果顯示，原水濁度在270 NTU～300NTU，藻細胞個數3.97～5.01億個/L時，DOC為6.0 mg/L～6.2mg/L，投入20mg/L的混凝劑，能量密度不變，動態超聲作用持續10s～30s時，處理效果明顯優于原水直接混凝處理，此時水樣藻類細胞個數為原水的35.7%，此外，動態超聲波作用后，DOC去除效率也遠遠高于原水直接處理，提示動態超聲波處理藍藻水質具備安全性，原因分析為：超聲波作用于水體，所產生的局部高壓高溫會導致有機物化學鍵位斷裂，水中的部分有機物分解揮發，因此DOC減少。

3　結語

綜上，在水處理試驗過程中，對原水進行動態超聲預處理可有效提高混凝處理的效果，一方面可減少混凝劑投入量，節省成本，另一方面可減少水中的藻類和有機物的去除率，保證水質安全。在試驗結果中表明：（1）超聲頻率為120kHz，超聲持續時間10s以上，且能量密度在64W/L～196.6W/L時除藻效果最佳；（2）頻率和能量密度不變，動態超聲持續10s～30s時，對DOC也可起到顯著的去除效果，從而保證水質安全。

［1］朱宸，丁凱耘，叢海兵，等.水質安全的動態超聲波強化混凝除藻水處理試驗研究［J］.環境科學學報，2015，35（8）：2429-2434.

［2］倪金春.超聲波強化混凝沉淀安全除藻水處理試驗研究［D］.揚州大學，2014，5-6.

［3］蔣新躍，欒清，叢海兵，等.壓力強化混凝除藻工藝中藻毒素安全性研究［J］.環境科學，2014（11）：4171-4175.

孫華（1981—），女，碩士，江蘇，中級，主要從事環境影響評價等環保咨詢工作。