溶气气浮法与沉淀法的处理效果比较

溶气气浮法与沉淀法的处理效果比较气浮法(DAF)是在水中通入大量微细气泡，使其粘附于杂质颗粒上造成整体密度1的状态，靠浮力使其上升至水面而使固液分离的一种净水法。作为过滤工艺的预处理，对于低浊度的原水，溶气气浮工艺要优于沉淀工艺，而当原水浊度100NTU时，则不宜 采用气浮法1。DAF工艺的主要设计参数包括停留时间、表面负荷率、回流比、溶气压力等。气浮池的水力停留时间大致为515 min；表面负荷率为512m3/(m2h)，处理饮用水时溶气压力范围为200600kPa，回流比为5%10%。优化溶气压力和回流比 能够有效地降低水厂的运行和维护费用。此外由于停留时间短，气浮池的基建费用比沉淀池少，但却能获得更好的处理效果。 1试验流程与设备 试验原水为松花江水。快速混合池尺寸为200mm200mm200mm，反应池尺寸为300mm300mm800mm，沉淀 工艺的沉淀池尺寸为450mm1200 mm800mm，气浮池的尺寸为450mm200mm800mm，均用有机玻璃材质加工制成。试验采用的空压机为Z-0.29/7型，溶气罐为2001500mm的钢制罐体，内装高度为800mm的阶梯环填料。采用的工艺流程如图1、2所示。浊度检测采用2100A型浊度仪。UV254和TOC检测分别采用752紫外光栅分光光度计和TOC测定仪。2结果及讨论2.1 水温对除浊效果的影响每年的11月中旬至第二年的4月中旬间松花江水质具有低温、低浊的特点(水温为0、浊度为10NTU左右、pH值在6.8左右)，在6、7月间水温在20左右，浊度为70NTU左右。试验期间投加的混凝剂为硫酸铝，低温期投加量经小试确定为40mg/L，采用活化硅酸作为助凝剂，投量为5mg/L。在较高温度和浊度下的混凝剂投量为25mg/L。为了对比气浮与沉淀工艺对固液分离的效果，两套工艺流程中对混合池、反应池、投药量及混合强度等前续工艺采用了相同的运行参数。混合池中的快速混合时间为2min，G值为420s-1,反应池反应时间为20min，G值为10s-1,气浮池水力停留时间为10min，回流比采用8% ，沉淀池中水力停留时间为1h，表面负荷率为气浮池的1/6。不同水温下两种工艺对浊度的去除效果见图3、4。如图3、4所示，在低温、低浊期间沉淀池对浊度的去除率不高，平均在50%左右，出水浊度维持在5NTU左右；而气浮池对浊度的去除率则高达90%左右，出水浊度可降至1NTU左右。 当水温为20、进水浊度在6080NTU时，沉淀工艺的出水浊度在4NTU左右，平均去除率为95%；DAF的出水浊度在2NTU左右，平均去除率为97%，效果优于沉淀工艺。 对两种工艺的处理效果差异分析如下：根据斯托克斯公式2，假定一个絮凝颗粒的直径为50m，密度为1.01g/mL，则在20时此颗粒的沉降速度为0.05m/h，沉淀池的表面负荷率一般在0.751.6m3/(m2h)，所以该颗粒不会被沉淀去除。如果颗粒要得到0.75m/h的沉速，则颗粒需要成长到178m的直径才能被去除。在0时水的动力粘度系数为20时的1.8倍，对于同样状况的絮凝颗粒，0时在沉淀池中的沉速为0.03m/h。要使颗粒得到0.75m/h的沉降速度，则该颗粒需长到245m的直径。在考察水温对处理效果的影响时，必须考虑温度对絮凝颗粒的稳定性、颗粒与颗粒以及颗粒与气泡之间结合性能的影响。在低温时由于水的粘度较大，颗粒周围的水化膜较厚，颗粒的亲水性加强，从而使得颗粒能够在水中稳定地存在。尤其在低浊度时，由于水中胶体颗粒物数量较少，因而与混凝剂有效碰撞脱稳的机会也少，在实际生产中往往不得不采用加大投药量的方法来提高处理效果。采用DAF工艺时，由于通入空气，气泡和颗粒相互碰撞粘附几率增大，使颗粒的密度变小而更容易浮至水面被去除。2.2 反应时间对除浊效果的影响无论在低温或高温，对于沉淀工艺而言，要想获得较高的浊度去除率，反应池中的反应时间应不少于20min。而对于气浮工艺而言，只需要5min的反应时间就能获得很高的去除率，这是因为沉淀法是依靠絮凝颗粒不断长大而下沉，在低浊度时颗粒有效碰撞几 率降低因而使得颗粒成长的时间较为缓慢，据有关资料介绍为2030min。气浮法则借助于微气泡的粘附作用，从而使得反应时间比沉淀法短。试验结果见图5、6。2.3 对有机物的去除效果原水水质见表1。表1 原水水质项 目范 围水温020pH值6.77.1TOC(mg/L)8.410.79.213.3CODMn(mg/L)4.45.95.36.4UV254(cm-1)0.150.210.170.24 试验结果见表2。表2两种工艺对有机物的去除效果比较方法温度()TOCCODMnUV254范围(mg/L)平均去除率(%)范围(mg/L)平均去除率(%)范围(mg/L)平均去除率(%)DAF工艺06.2 7.536.683.13.733.270.120.1720.23207.310.228.474.34.925.740.13 0.1922.53沉淀工艺06. 37.734.763.34.031.640.130.1815.68207.210.328.834.45.024.960.13 0.1821.18 从表2可见，在0和20时，两种工艺对有机物的去除率均较低，对TOC和CODMn的处理效果相差无几，而对UV254的去除率在0时则相差了4.55%，这是由于两种工艺的出水浊度不同所引起的，DAF出水浊度平均为5NTU,而沉淀池的出水浊度在1NTU左右。在20时，对UV254处理效率的差异降至1.35%，这也是由于二者出水浊度的差异变小所造成的。两种工艺在0时对水中有机物的去除率高于20时，这是由于前续的混凝工艺采用了不同的投药量所造成的。可见对有机物的去除效果取决于混凝工艺，而与DAF或沉淀等固液分离步骤关系不大，这与OMelia等的研究结果相符3。因此要想提高对水中有机物质的去除效果，重点应对混凝工艺进行探讨。3 结论 对于浊度100NTU的原水，DAF工艺要优于常规的沉淀工艺，特别是对低温、低浊水，其优势更为明显。 DAF工艺的反应时间只需要5min就能获得较高的处理效率，而对常规的沉淀工艺而言，至少需要20min的反应时间才能较为充分地发挥沉淀工艺的沉淀能力。 水中有机物质的去除效果取决于混凝工艺，而与DAF或沉淀等固液分离步骤无关。 在我国北方城市新建低温、低浊水质的处理厂或对已有水厂进行改造时，可优先考虑采用气浮工艺。