水质安全的动态超声波强化混凝除藻水处理试验研究

孙　华　巫丽俊　李　洁

（1南京国环科技股份有限公司江苏南京2100422南京市环境保护科学研究院江苏南京210013）

水质安全的动态超声波强化混凝除藻水处理试验研究

孙华1巫丽俊1李洁2

（1南京国环科技股份有限公司江苏南京2100422南京市环境保护科学研究院江苏南京210013）

目前，动态超声波技术显示出足够的有事，在基于水质安全的除藻水处理研究中有不可替代的作用，本文基于上述背景，对动态超声波强化的具体实施步骤和试验进行了分析，以期能为水污染治理提供技术借鉴。

动态超声波；强化混凝除藻；水处理试验

从目前情况来看，水体富营养化的主要表现为水体中的蓝藻细胞增多，由于蓝藻细胞内有气囊生成，可增加藻类浮力，因此蓝藻可漂浮在水面上获得更多的繁殖机会。由于浮力作用，在水厂进行混凝沉淀处理时很难将蓝藻去除，因此给水污染处理带来了一定难度，导致处理成本上涨［1］。此外，蓝藻细胞内还带有大量的藻毒素有机物等有害物质，若藻细胞破裂则藻毒素会释放到水中，对供水安全造成威胁。因此探求一种去除藻类物质的有效方法意义重大，以下将从动态超声波的概述入手，对超声波混凝除藻试验进行分析。

1　超声波原理和在水处理中的应用

超声波是指评论为20kHz～106kHz的机械波，波速通常在1500m/s左右，波长0.01cm～10cm，若超声强度达到一定值时会影响到传播介质，例如使传播介质的组分、功能、状态、结构变化，即通常所谓的超声效应［2］。

当在混凝处理过程中应用超声波时，可有效提高混凝效果，由于在穿透带有絮状颗粒的液体时，在超声波影响下，絮状颗粒会产生振动，颗粒大小不同，振动频率也不一样，这样就会产生相互碰撞、粘结，逐渐聚集成大块的絮状物并沉淀在水体中，因此在混凝处理时加入超声波，最终效果要优于单独混凝，去除污染物的效率也可得到大幅度提高。

由于超声波处理所需的反应条件温和、容易满足，且操作简单、反应速度快，在水处理中得到了广泛应用，在饮用水深度净化、工业废水处理、除藻处理等方面均适用。例如在抑藻除藻处理过程中，超声波可促进有机物降解，破坏蓝藻气囊，加速沉淀［3］。

2　混凝除藻水处理试验

2.1材料和试剂

2.1.1水体样品

本次研究所选用的水体样品优势藻种为铜绿微囊藻，占样品的95%以上，在样品中加入蓝藻，配制成蓝藻浓度为65%的水样，经检测，水样叶绿素a浓度Wie100ug/L-1左右，浊度90NUT。

2.1.2混凝剂

在水处理实际过程中，原水水质可对混凝剂的选择造成很大影响，由于原水以及污水水质会随季节和处理工艺变化而改变，因此在选择混凝剂时，既要考虑到碱度、硬度以及色度的变化，又要对浊度、温度以及pH值等因素进行考虑，因此本次水处理试验所选用的混凝剂为水厂常用的聚合氯化铝（PAC）。

2.1.3超声反应器

超声波反应器由江苏省昆山市超声仪器有限公司生产，频率为40kHz的功率可调式动态超声波装置。

2.2试验方法

2.2.1静置试验

取2L的含藻水样加入到超声波水槽当中，以60W的功率和10kHz的频率对含藻水样进行辐射，缓慢搅拌2h后用0.45um孔径的薄膜进行滤过，对水中的藻毒素进行测定，其余水样用于混凝试验。取1L辐射后的水样加入烧杯当中，加入30Mg的混凝剂分析纯，200r/min搅拌1min后100r/min搅拌10min，最后60r/min搅拌10min，静置30min，虹吸上层800mL水样，混匀后对叶绿素a浓度进行测定。

2.2.2动态超声波强化混凝除藻试验

开启水泵，流量调整为700L/h，流经超声波装置的时间为12s，功率调整为150W，对应超声能量密度为64W/L，投入20mg/L的混凝，每隔1h取原水、沉淀水和过滤水1L，对藻类数量进行测定，并0.45um孔径的薄膜进行滤过后对水中溶解性有机碳（DOC）进行测定。

2.3结果与分析

原水浊度为104.2NTU，叶绿素a浓度为198.1ug/L，结果表明，当超声频率为120kHz，超声持续时间10s以上，且能量密度在64W/L～196.6W/L区间时除藻效果最佳，混合藻类去除率在97%以上。对藻毒素浓度的检验结果显示，经动态超声波处理后，水样中的藻毒素减少了19.5%～31.5%，且随着超声强度上升、持续时间延长，藻毒素减少幅度增加。

动态混凝沉淀除藻结果显示，原水浊度在270 NTU～300NTU，藻细胞个数3.97～5.01亿个/L时，DOC为6.0 mg/L～6.2mg/L，投入20mg/L的混凝剂，能量密度不变，动态超声作用持续10s～30s时，处理效果明显优于原水直接混凝处理，此时水样藻类细胞个数为原水的35.7%，此外，动态超声波作用后，DOC去除效率也远远高于原水直接处理，提示动态超声波处理蓝藻水质具备安全性，原因分析为：超声波作用于水体，所产生的局部高压高温会导致有机物化学键位断裂，水中的部分有机物分解挥发，因此DOC减少。

3　结语

综上，在水处理试验过程中，对原水进行动态超声预处理可有效提高混凝处理的效果，一方面可减少混凝剂投入量，节省成本，另一方面可减少水中的藻类和有机物的去除率，保证水质安全。在试验结果中表明：（1）超声频率为120kHz，超声持续时间10s以上，且能量密度在64W/L～196.6W/L时除藻效果最佳；（2）频率和能量密度不变，动态超声持续10s～30s时，对DOC也可起到显著的去除效果，从而保证水质安全。

［1］朱宸，丁凯耘，丛海兵，等.水质安全的动态超声波强化混凝除藻水处理试验研究［J］.环境科学学报，2015，35（8）：2429-2434.

［2］倪金春.超声波强化混凝沉淀安全除藻水处理试验研究［D］.扬州大学，2014，5-6.

［3］蒋新跃，栾清，丛海兵，等.压力强化混凝除藻工艺中藻毒素安全性研究［J］.环境科学，2014（11）：4171-4175.

孙华（1981—），女，硕士，江苏，中级，主要从事环境影响评价等环保咨询工作。