浅层气浮除藻工艺中试试验

黄 慧，王梅芳，王长平，陈文杰，张国强，高 雪

(1．深圳市深水宝安水务集团有限公司，广东深圳 518100;2．中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉430010)

长流陂水厂位于深圳市宝安区，设计规模为35万m3/d，分四期建设，采用“混凝-沉淀-过滤-消毒”常规净水工艺。原水主要取自东江，经石岩水库调蓄后供给。原水中藻类一直较高，春夏季异常高企，常规混凝沉淀工艺对藻类的去除率为60%～70%，出水水质受此影响不仅不稳定，而且存在相关消毒副产物超标风险。

气浮技术是利用物理方法强化去除原水中藻类的有效手段之一［1，2］。传统的气浮为“深层”气浮，采用静态进水动态出水，有效水深为2．0～2．5 m［3］，很多水厂构筑物已建成，池深不够，无法进行传统气浮池改造。浅层气浮技术［4-7］在传统气浮理论的基础上，采用了“零速度”和“浅池理论”原理，与传统气浮相比，实现动态进水静态出水，使浮选体在相对静止状态中垂直浮至水面，实现固液分离，且有效水深仅需0．6 m左右，停留时间可降至3～5 min。基于长流陂水厂存在的问题，开展浅层气浮强化除藻中试试验，旨在为水厂工艺改造提供技术参考。

1 原水水质

试验用原水为石岩水库水，原水水质如表1所示。

表1 原水水质Tab．1 Quality of Raw Water

对原水中浮游生物进行详细分析，镜检检出的代表性蓝藻有平裂藻属、小尖头藻属、束球藻属;硅藻有针杆藻属、直链藻属;绿藻有栅藻属、扁鼓藻属。在数量上，蓝藻是优势种群，其次是硅藻。

2 试验方案设计

2．1 试验规模

试验规模为65～105 m3/h。

2．2 试验工艺流程

试验工艺流程如图1所示。

首先，进水由提升泵提升至浅层气浮池，在水泵进水管道上投加 PAC(0～10 mg/L，以 Al2O3计，下同)，经泵充分混合后，在运输管道中发生絮凝反应;在浅层气浮进水管口处投加PAM(0～0．4 mg/L)，与经气浮池底部混合管与提升上来的水充分混合，紧接着与溶气系统产生的回流溶气水(回流比为10% ～23%)混合，使微小气泡与絮凝体、水中的藻类进行吸附、桥联，进入气浮布水系统。

图1 浅层气浮工艺流程Fig．1 Process of Shallow Dessolving Air-Floatation

2．3 分析方法

浊度:采用哈希便携式仪器(型号—2100Q)检测;pH:采用哈希便携式pH计(型号—HQ11d)检测;CODMn:根据《生活饮用水标准检验方法 有机物综合指标》［8］中的方法进行;藻类和UV254:根据《水和废水监测分析方法》［9］中的方法进行。

3 试验结果与分析

3．1 浅层气浮工艺参数优化

调节气浮工艺的各项参数，考察加药量、溶气罐出口压力、水力负荷、回流比等参数对除藻效果的影响。每个工况稳定运行1 h，检测气浮进出水浊度，另取水样1 L测定浮游生物密度。

3．1．1 加药量

(1)PAM投加量

在进水量为65 m3/h、回流水量为15 m3/h、PAC投加量为3 mg/L和5 mg/L(以Al2O3计)的条件下，研究当 PAM 投加量分别为0、0．1、0．2、0．4 mg/L 时的净水效果，具体如图2所示。

图2 PAM投加量对藻类去除率和出水浊度的影响Fig．2 Effect of PAM Dosage on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

由图2可知PAM对净水效果有一定的优化作用，但幅度不显著。由于PAM成本较高，建议生产上PAM投加量为0．1 mg/L。

(2)PAC投加量

在进水量为65 m3/h、回流水量为15 m3/h、PAM投加量为0．1 mg/L的条件下，研究当PAC投加量为0～10 mg/L时的净水效果，具体如图3所示。

图3 PAC投加量对藻类去除率和出水浊度的影响Fig．3 Effect of PAC Dosage on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

由图3可知藻类去除率为40% ～82%。当PAC投加量大于2 mg/L时，去除率迅速上升至74%以上。而出水浊度随PAC投加量增加而降至2 NTU以下。建议生产时投加2～3 mg/L PAC。

3．1．2 溶气罐出口压力

在进水量为65 m3/h、回流水量为15 m3/h、PAC投加量为3 mg/L、PAM投加量为0．1 mg/L的条件下，通过减压阀调整溶气罐出口压力，研究出口压力为0．1～0．5 MPa范围内的净水效果，具体如图4所示。

图4 溶气罐出口压力对藻类去除率和出水浊度的影响Fig．4 Effect of Inlet Pressure on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

由图4可知当出口压力为0．3 MPa时，藻类最大去除率约82%。随出水压力继续上升，藻类去除率减小。浊度的变化趋势与藻类去除率相反，随出口压力上升先减小后增大。建议生产时最佳出口压力为0．3 ～0．4 MPa。

3．1．3 浅层离子气浮池水力负荷

在PAC投加量为3 mg/L、PAM投加量为0．1 mg/L、回流水量为15 m3/h、溶气罐出口压力为0．36～0．38 MPa的条件下，调整气浮池的进水量，研究不同水力负荷时的净水效果。试验进水量分别为65、75、85、95、105 m3/h，对应水力负荷为 5．2、6．0、6．8、7．6、8．4 m3/m2·h，结果如图 5 所示。随着水力负荷的增大，藻类去除率由83%降至72%，出水浊度由2．2升至2．9 NTU。

图5 水力负荷对藻类去除率和出水浊度的影响Fig．5 Effect of Hydraulic Loading on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

此外，增大水力负荷时，气浮的水位上升，水位上升导致撇渣中带出的水量多，造成藻渣含水率上升，增大了藻渣处理的负荷，因此需严格控制气浮池内液面，提高排渣效果。

3．1．4 回流比

当PAC投加量为3 mg/L、PAM投加量为0．1 mg/L、固定溶气罐出口压力为 0．36 ～0．38 MPa时，分别在进水量为65 m3/h和超负荷为95 m3/h的条件下，研究不同回流比的净水效果，结果如图6所示。

由图6可知藻类去除率随回流比的增加逐渐增大。额定负荷下，回流比为23%时的藻类去除率约85%;回流比为16%时，额定负荷条件下的去除率与超负荷条件下相当，约82%。出水浊度随回流比的增加逐渐降低，当回流比大于12%时，出水浊度保持在2．8 NTU以下;当回流比小于12%时，随着回流比的增大，出水浊度快速降低，这是由于回流比小于12%时，进水中的微气泡量不足以承托絮体上浮。考虑到回流比的选择直接影响气浮的能耗，回流比宜设置为16%。亦可根据原水藻类及除藻目标适当提高回流比。

图6 回流比对藻类去除率和出水浊度的影响Fig．6 Effect of Reflux Ratio on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

3．1．5 进气量

在固定气浮进水流量为65 m3/h的条件下，调节溶气罐进气量为 0．4、0．3、0．2、0．1 m3/min，气水比分别为37%、28%、18%和9%，研究额定进水流量下不同气水比的净水效果。同理，固定气浮进水流量为 95 m3/h，调节溶气罐进气量为 0．4、0．3、0．2、0．1 m3/min，气水比分别为 25%、19%、13% 和6%，研究超负荷工况下不同气水比的净水效果。

由图7可知进气量(气水比)对额定流量工况下，出水藻类、浊度的影响小;对超负荷工况下气浮的处理效果影响较大。气浮对藻类的去除率随着进气量(气水比)的增大而增大，出水浊度随进气量增大而降低。在实际运行中，为保证形成足够量的微气泡，建议进气量不小于0．2 m3/min。

3．2 浅层气浮工艺效能综合分析

3．2．1 适宜工况下除藻效能分析

图7 进气量对藻类去除率和出水浊度的影响Fig．7 Effect of Inlet Volume on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

由以上试验可知浅层气浮的适宜工况条件:PAC投加量为2～3 mg/L、PAM投加量为0．1 mg/L、溶气罐进口压力为 0．30 ～0．4 MPa、回流比为16%、水力负荷不大于7．6 m3/m2·h、进气量不小于0．2 m3/min。在最优工况下，连续运行，多次检测的平均值显示以藻类集团计时，气浮出水的藻类密度约5．0×106个/L，去除率约80%;以藻细胞个数计时，气浮出水的藻类密度约5．1×106个/L，去除率达90%左右。不同计数法的出水藻类密度相当，根据气浮工艺除藻的基本原理，说明多细胞基团的藻类已被基本去除，难以去除的藻类为单个或少量藻细胞基团。

3．2．2 藻渣

适宜工况下，处理每方水产生约1 kg(折合体积1．32 L)的藻渣，设备排渣含水率为99．3%，气浮池上层浮渣含水率为93%。

对于气浮排渣，可考虑混凝沉淀、二次气浮、厌氧消化等方式进行后续处理。

4 结论

(1)浅层气浮工艺除藻的较优(藻类去除率大于75%)工艺参数:PAC投加量为2～3 mg/L，PAM投加量为0．1 mg/L，溶气罐进口压力为0．30～0．4 MPa，回流比为16%，水力负荷不大于7．6 m3/m2·h，进气量不小于 0．2 m3/min。

(2)适宜工况下，藻类去除率达80%以上。藻渣的产量为1 kg/m3原水，排渣含水率为99．3%。

(3)浅层除藻工艺对藻类去除效果显著，可以替代传统的混凝沉淀工艺。针对长流陂水厂现状，可采用与传统工艺串联运行的方式，提高水质，同时降低单个工艺单元的处理负荷。

［1］上海市政工程设计研究院．给水排水设计手册［M］．第三册．北京:中国建筑工业出版社，2006．

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［3］李德生，张金萍，王应林．浅层气浮的理论及其应用研究［J］．环境工程，1998，16(6):24-25．

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