氣浮工藝中混凝運行參數(shù)優(yōu)化研究

劉艷艷， 巴如虎， 韓正雙， 劉園園， 閆慧敏

(天津市公用事業(yè)設計研究所，天津300100)

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氣浮工藝中混凝運行參數(shù)優(yōu)化研究

劉艷艷， 巴如虎， 韓正雙， 劉園園， 閆慧敏

(天津市公用事業(yè)設計研究所，天津300100)

通過中試確定了混凝池的攪拌強度為G1=50 s-1、G2=50-1時，氣浮工藝出水水質(zhì)較好、能耗較低。在低溫低濁水質(zhì)期，混凝劑投量FeCl3=1 mg/L、PAC=3.5 mg/L時，氣浮池出水效果較好，濁度平均值為0.385 NTU，平均去除率為88.30%，COD平均值為2.71 mg/L，平均去除率為45.52%。

氣浮工藝； 給水處理； 低溫低濁

目前氣浮工藝被廣泛應用于給水處理中，它對低溫、低濁、富藻水體及城市污水和工業(yè)廢水有較好的處理效果。氣浮法是利用高度分散的微小氣泡作為載體粘附于水中污染物上，使其浮力大于重力和上浮阻力，從而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣設備自水面刮除泡沫，實現(xiàn)固液或液液分離的過程[1]。

天津地區(qū)水源存在季節(jié)性藻類高發(fā)和低溫低濁現(xiàn)象，目前天津某水廠長期的運行經(jīng)驗顯示，氣浮工藝對低溫低濁水和高藻水有較好的去除效果。但該工藝的運行參數(shù)較多，參數(shù)的選擇是否恰當對水廠出水水質(zhì)、運行成本等產(chǎn)生很大的影響。本文通過中試裝置進行了混凝對氣浮工藝的影響研究，以期找出最佳的混凝運行參數(shù)，提高氣浮出水水質(zhì)，保障供水安全。

1 試驗材料和檢測方法

1.1 試驗裝置

中試裝置建在天津市某水廠內(nèi)，試驗裝置采用不銹鋼制成。原水為水廠原水進水。試驗水量為5 m3/h。裝置有A、B兩套系統(tǒng)，均采用二級混凝。溶氣灌為間歇式進氣、連續(xù)式進水，回流比10%。預氧化劑采用次氯酸鈉。混凝劑采用FeCl3和PAC(Al2O3含量為10%)聯(lián)合投加。試驗裝置見圖1所示。

圖1 中試工藝流程Fig.1 Flow chart of pilot test

1.2 檢測方法

濁度采用HACH2100N濁度儀測定；COD采用酸性高錳酸鉀滴定法測定。

2 試驗水質(zhì)

試驗期間原水水質(zhì)見表1。

表1 原水水質(zhì)

3 結(jié)果與討論

3.1 混凝池攪拌強度對氣浮處理效果的影響

在進行混凝池攪拌強度試驗前，通過實驗室小試研究，并結(jié)合水廠實際運行情況，確定混凝劑FeCl3投加量為2 mg/L、PAC投加量為4 mg/L，預氧化劑(次氯酸鈉)投加量為3 mg/L，溶氣壓力為0.35～0.4 MPa，回流量為0.5 m3/h。

混凝采用二級混凝，一級混凝攪拌強度和二級混凝攪拌強度組合參數(shù)見表2。

表2 攪拌強度組合參數(shù)

由表2可知，試驗采用6個攪拌強度組合，其中組合1～4是一級混凝和二級混凝采取相同的G值，組合5和6采用G值逐級遞減的攪拌方式。

圖2 不同攪拌強度對氣浮出水濁度及其去除率影響(一)Fig.2 Influence of different agitation intensities on turbidity and removal rate of air flotation outflow(Ⅰ)

圖3 不同攪拌強度對氣浮出水COD及其去除率影響(一)Fig.3 Influence of different agitation intensities on COD and removal rate of air flotation outflow (Ⅰ)

由圖2可以看出，在一級混凝和二級混凝采用相同的攪拌強度的情況下，組合2(G1=G2=50 s-1)的氣浮池出水濁度值明顯優(yōu)于其它組合，濁度范圍為0.238～0.284 NTU，平均值為0.266 NTU；組合2的濁度去除率也較高，去除率為75.49%～83.51%，平均去除率為79.56%。由圖3可以看出，組合2(G1=G2=50 s-1)的氣浮出水COD值低于其他組合情況，為1.52～2.37 mg/L，平均值為1.97；并且其去除率也略高，為38.28～57.53%，平均值為46.2%。

由此可知，攪拌強度G為50 s-1時，氣浮處理效果最好。當G值過低時，絮凝效果不好，尚未形成有利于氣浮過程的足夠大的絮體。當G值過高時，則會進一步打碎水中部分大尺寸絮體，導致氣浮效果變差。

為了進一步考察混凝池攪拌強度對氣浮池處理效果的影響，本研究進行了第二階段攪拌強度試驗。第二階段選用一級混凝和二級混凝攪拌強度逐級遞減的方式。

圖4是對組合2、5、6進行的比較分析，其中組合2是第一階段試驗中選出的處理效果較好的組，組合5和6是設定的攪拌強度逐級遞減方式。由圖4可看出，組合2、5、6的氣浮出水濁度差別不大，其中組合2氣浮出水濁度平均值為0.252 NTU，組合5的平均值為0.261 NTU，組合6的平均值0.238 NTU。由圖4還可看出，3個組合的氣浮出水濁度去除率差別也不大，組合2氣浮出水濁度平均去除率為86.95%，組合5為86.52%，組合6為87.5%。

圖4 不同攪拌強度對氣浮出水濁度及其去除率影響(二)Fig.4 Influence of different agitation intensities on turbidity and removal rate of air flotation outflow (Ⅱ)

圖5 不同攪拌強度對氣浮出水COD及其去除率影響(二)Fig.5 Influence of different agitation intensities on COD and removal rate of air flotation outflow (Ⅱ)

由圖5可知，組合2、5、6氣浮出水的COD值差別也較小，其中組合2氣浮出水COD平均值為1.84 mg/L，組合5的平均值為1.92 mg/L，組合6的平均值為1.87 mg/L，并且三組之間的去除率也沒有較明顯的差別。

由此可知，攪拌強度采用逐級遞減的方式對氣浮處理效果影響不大，而逐級遞減的方式增加了實際運行的復雜性。因此，綜合考慮處理效果和運行管理實際情況，采用攪拌強度G1=G2=50 s-1較為合理。

3.2 混凝攪拌能耗分析

在進行了混凝池攪拌強度對氣浮工藝出水水質(zhì)的影響分析之后，還從混凝攪拌的能耗方面進行了分析。電費以0.79元/(kw·h)計。

表3 混凝攪拌能耗分析

從表3分析看出，混凝池的攪拌強度越大則電耗越大，當G1=G2=30 s-1時，電耗最低為0.028 kW·h/m3，但其混凝效果較差，氣浮池處理效果不理想；當G1=G2=100 s-1時的電耗最大為0.051 kW·h/m3；由此可見，一、二級混凝攪拌強度為G1=G2=50 s-1時，不但處理效果好，并且能耗也低。

3.3 混凝劑對氣浮處理效果的影響

針對天津低溫低濁水質(zhì)期，試驗進行了混凝劑對氣浮處理效果的影響研究。試驗采用混凝池攪拌強度G1=G2=50 s-1，預氧化劑投加量為3 mg/L，溶氣壓力為0.35～0.4 MPa，回流量為0.5 m3/h，回流比R=8%。

圖6 低溫低濁期混凝劑對氣浮出水濁度及其去除率的影響Fig.6 Influence of low temperature and low turbidity coagulant on turbidity and removal rate of air flotation outflow

由圖6和圖7可知，當FeCl3=5 mg/L、PAC=0時，氣浮出水的濁度和COD都較大、去除率較低；當FeCl3=0、PAC=5 mg/L時，氣浮池處理效果較好，但單獨使用PAC會使出水中的Al3+含量增加，出水難以達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)中規(guī)定的Al3+<0.2 mg/L的要求。此外，由于PAC價格較高，單獨使用PAC使水廠制水成本增加。

圖7 低溫低濁期混凝劑對氣浮出水COD及其去除率的影響Fig.7 Influence of low temperature and low turbidity coagulant on COD and removal rate of air flotation outflow

當FeCl3=1 mg/L、PAC=3.5 mg/L時，氣浮出水水質(zhì)較好，隨著混凝劑的投量繼續(xù)增大，當FeCl3=2 mg/L、PAC=4 mg/L時，濁度和COD的去除率反而降低。這一結(jié)論與Kiuru和Gergory等人[2-3]的研究結(jié)果一致，氣浮工藝中絮體顆粒在幾十至100 μm時，絮體顆粒尺寸與微氣泡尺寸接近，此時二者的粘附效率最大，處理效果最佳。因此，當增大混凝劑的投量時，絮體顆粒尺寸增大，濁度和COD的去除率反而降低。

4 結(jié)論

① 混凝-氣浮工藝混凝池攪拌強度G1=50 s-1、G2=50 s-1時，氣浮池出水效果較好，且能耗較低。此時，濁度平均值為0.266 NTU，平均去除率為79.56%，COD平均值為1.97 mg/L，平均去除率為46.2%，電耗為0.033 kW·h/m3。

② 在低溫低濁水質(zhì)期，混凝劑采用FeCl3和PAC的混合液要優(yōu)于FeCl3和PAC單獨使用的處理效果，混合液的投量為FeCl3=1 mg/L、PAC=3.5 mg/L。此時，氣浮池出水濁度平均值為0.385 NTU，平均去除率為88.30%，COD平均值為2.71，平均去除率為45.52%。

[1] 張玉先，張曉健. 給水工程[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[2] Kiuru H J. Development of dissolved air flotation technology from the first generation to the newest ( third)one(DAF in turbulent flow conditions) [J]. Water Sci Technol,2001,43(18):1-7.

[3] Gergory R, Zabel T F. Sedimentation and flotation[M]. New York:McGraw Hill,2000.

Parameter optimization of coagulation in air flotation process

Liu Yanyan， Ba Ruhu， Han Zhengshuang， Liu Yuanyuan， Yan Huimin

(TianjinPublicUtilityDesign&ResearchInstitute,Tianjin300100,China)

Through a pilot test, the outflow water quality by the air flotation was improved and the energy consumption was lower when the agitation intensity, whichG1=50 s-1andG2=50 s-1. For low temperature and low turbidity water, the outflow water quality by the air flotation was good when coagulant FeCl3was dosaged 1 mg/L and PAC was 3.5 mg/L, and the average of turbidity was 0.385 NTU, the average removal rate was 88.30%, the average of COD was 2.71 mg/L, the average removal rate was 45.52%.

air flotation process; water treatment; low temperature and low turbidity

TU991.22

A

1673-9353(2016)05-0012-04

10.3969/j.issn.1673-9353.2016.05.003

劉艷艷(1979- )， 女， 高級工程師， 主要從事飲用水處理方面研究工作。E-mail：meimeilyy@126.com

2016-05-23