黃驍，席風(fēng)祥，賈澍，艾勇

（1. 撫順市環(huán)保局順城分局，遼寧 撫順 113006； 2. 沈陽建筑大學(xué)環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽 110168；3. 遼寧省污水處理管控中心，遼寧 沈陽 110000； 4. 錦州水務(wù)集團(tuán)，遼寧 錦州121000）

發(fā)展中國家由于資金和技術(shù)等多方面限制，普遍面臨兩個(gè)矛盾：新增加污水廠的速度無法應(yīng)對(duì)日益增長的城市污水量的矛盾和老舊污水廠無法滿足新時(shí)代下出水水質(zhì)要求的矛盾。近年來，不斷成熟的強(qiáng)化一級(jí)處理技術(shù)特別適用于那些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)且水環(huán)境不佳的地區(qū)，因其有著低投入，且對(duì)污染物的去除率較高，在很多發(fā)展中國家得到了推廣。

化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理工藝是強(qiáng)化一級(jí)處理工藝中比較重要的工藝，也是四個(gè)主流強(qiáng)化處理工藝之一。化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理工藝又稱為CEPT工藝[1]。該工藝主要研究絮凝劑的開發(fā)和利用和對(duì)污泥的處理，很少對(duì)絮凝攪拌方式進(jìn)行研究。高效的絮凝攪拌不僅能加快絮凝劑的擴(kuò)散和增加顆粒的碰撞速率，而且還對(duì)處理水質(zhì)和沉淀分離效果產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的攪拌方式主要是機(jī)械攪拌和水力攪拌，上述兩種技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。但是在實(shí)際中，機(jī)械絮凝攪拌設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本高，水力攪拌占地面積大。因此有學(xué)者提出氣動(dòng)絮凝攪拌，目前尚未有實(shí)例。由于對(duì)氣動(dòng)絮凝理論研究較少，缺乏可供參考的依據(jù)，實(shí)際應(yīng)用中，人們對(duì)影響控制絮凝的因素了解也不足，因此得到的優(yōu)化參數(shù)差別很大。本試驗(yàn)旨在對(duì)氣動(dòng)絮凝攪拌中對(duì)投藥量進(jìn)行研究，以尋求投藥量的最優(yōu)值。

1 氣動(dòng)絮凝的原理、現(xiàn)狀

氣動(dòng)絮凝的原理是將壓縮的空氣通過微孔擴(kuò)散裝置輸送到水中，絮凝攪拌的動(dòng)力主要依靠氣泡上升產(chǎn)生的摩擦力，同時(shí)密度差引起的水流動(dòng)力也會(huì)成為一個(gè)動(dòng)力，使顆粒之間相互產(chǎn)生碰撞，從而絮凝沉淀。

20世紀(jì)80年代，Al-Hiary[2]率先開展了氣動(dòng)絮凝的研究。1995年Kazi[3]建立一個(gè)氣動(dòng)反應(yīng)模型，經(jīng)過試驗(yàn)并結(jié)合前人關(guān)于絮凝動(dòng)力學(xué)的相關(guān)成果，基本搭建了氣動(dòng)絮凝動(dòng)力學(xué)模型[4，5]。國內(nèi)也有一部分學(xué)者對(duì)氣動(dòng)絮凝開展研究。姜應(yīng)和等[6]首先建立模型裝置，并在其中用氣動(dòng)絮凝處理技術(shù)，處理由篩分黏土配制的低濁度水, 結(jié)果表明, 氣動(dòng)絮凝對(duì)去除水中污染物有顯著絮凝效果。張海豐等[7]對(duì)首先壓縮空氣攪拌方式進(jìn)行研究，然后對(duì)機(jī)械攪拌方式研究的基礎(chǔ)上，對(duì)兩種工藝進(jìn)行比較，研究不同絮凝攪拌方式對(duì)絮凝效果影響。因此得出氣動(dòng)絮凝在攪拌效果上顯著，在混凝時(shí)間和藥劑投加量上也優(yōu)于機(jī)械攪拌。

2 試驗(yàn)基礎(chǔ)

2.1 試驗(yàn)用水來源

試驗(yàn)用水取自沈陽某凈水廠，取樣點(diǎn)位于曝氣沉砂池后。水溫介于20～26 ℃，pH介于7.5～7.9。其水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 試驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)

試驗(yàn)用水呈黃灰色，沒有明顯臭味，無大顆粒物質(zhì)，水質(zhì)穩(wěn)定。

2.2 絮凝劑選取

試驗(yàn)選用目前應(yīng)用廣泛的兩種絮凝劑：具體參數(shù)如下：

（1）聚合氯化鐵鋁簡稱PFAC，該絮凝劑絮凝速度快，顆粒大,對(duì)處理低溫高濁度污水效果顯著。本實(shí)驗(yàn)選取長春某凈水廠生產(chǎn)的液體 PFAC，顏色為黃褐色，氧化鋁氧化鐵的含量約為10%～12%，密度為1.2 kg/L，試驗(yàn)時(shí)配成120 mg/L。

（2）陽離子聚丙烯酰胺簡稱PAM，易溶于水，難溶于有機(jī)溶劑，陽離子型PAM主要的反應(yīng)機(jī)理是通過吸附架橋和吸附電中和，使帶負(fù)電的膠體顆粒和其他的污染物脫穩(wěn)沉淀。它在城市飲用水凈化，城鎮(zhèn)污水、工業(yè)廢水處理中得到了廣泛的推廣應(yīng)用。

2.3 試驗(yàn)裝置及工藝流程

試驗(yàn)裝置見圖1 。選用由有機(jī)玻璃制作的氣動(dòng)絮凝柱。半徑為8 cm, 高度為180 cm, 容積為36 L；設(shè)置等距取樣口的數(shù)量為4個(gè)，實(shí)驗(yàn)時(shí)倒入25 L污水，水面高度 1.2 m，最高取樣口和液面的距離為15 cm, 水樣和絮凝劑由人工加入，混合和絮凝所需的充氣強(qiáng)度由兩種規(guī)格的玻璃流量計(jì)控制。

圖1 試驗(yàn)裝置圖

3 投藥量優(yōu)化試驗(yàn)

3.1 聚合氯化鐵鋁的最佳投加量

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)如下：（1）氣動(dòng)絮凝時(shí)間為1 min，混合充氣量為1.2 m3/h；（2）絮凝沉淀分為三個(gè)過程，時(shí)間分別設(shè)置為 2、3、4 min；（3）充氣量設(shè)置為三個(gè)過程，分別為0.16、0.12、0.08 m3/h, 控制PAM投藥量穩(wěn)定不變，設(shè)置為1.2 mg/L。記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出圖2、圖3。

結(jié)合圖2和圖3，可以推斷：

（1）150 mg/L是PFAC的最佳投加量，它能使水中存在的大部分CODcr的污染物被去除。當(dāng)投加量小于150 mg/L，投藥量增加，污染物的去除率也增加，這說明投藥量還無法滿足去除水中膠體和懸浮顆粒的要求；

圖2 PFAC投加量不同時(shí)對(duì)濁度的影響

圖3 PFAC投加量不同時(shí)對(duì)CODcr的影響

當(dāng)投藥量大于150 mg/L，濁度的去除率并沒有明顯的波動(dòng)，說明對(duì)于去除濁度而言，150 mg/L就是其臨界值，150 mg/L就可以完全滿足去除水中形成濁度的這部分物質(zhì)。當(dāng)投藥量大于 150 mg/L，CODcr去除率表現(xiàn)為先下降再上升的勢頭，下降的主要原因可以歸結(jié)為部分絮體未能逐步沉淀，當(dāng)水質(zhì)較為穩(wěn)定時(shí)，CODcr的去除率又恢復(fù)正常水平。

（2）當(dāng)投藥量過大，大于250 mg/L時(shí)，即使在氣動(dòng)絮凝過程中，這兩個(gè)指標(biāo)的去除率都表現(xiàn)的不理想。強(qiáng)烈的水體絮動(dòng)，產(chǎn)成了更多的微絮體，在沉淀階段分離變得更加困難。投藥量的增加也使得處理費(fèi)用提高。因此說明在該水質(zhì)的情況下 150 mg/L是PFAC的最佳投加量。

3.2 陽離子聚丙烯酰胺的最佳投加量

PAM的優(yōu)選試驗(yàn)采用和PFAC同樣的充氣量和充氣時(shí)間。設(shè)定PFAC投藥量為150 mg/L。分析數(shù)據(jù)得出圖4、圖5。

分析圖4、圖5可得以下結(jié)論：

（1） 0.5 mg/L為PAM的最佳投藥量。在0.5 mg/L的投藥量時(shí)，去除率最好。

圖4 PAM投加量不同時(shí)對(duì)濁度的影響

圖5 PAM投加量不同時(shí)對(duì)CODcr的影響

當(dāng)PAM的投藥量增加時(shí)，濁度和CODcr卻表現(xiàn)出反轉(zhuǎn)的趨勢，去除率不增反降。而后當(dāng)濁度為0.8 mg/L時(shí)為其最低值，之后略有提升，但依然達(dá)不到0.5 mg/L時(shí)的去除效果。CODcr的的去除效果在0.5 mg/L時(shí)表現(xiàn)的更為明顯，在0.5 mg/L時(shí)達(dá)到去除最高值，而后去除率逐漸降低，說明該水質(zhì)污水PAM的最佳劑量為0.5 mg/L。

（2）當(dāng)PAM投加量過多時(shí)，會(huì)使得產(chǎn)生的絮體比較松散，在向裝置沖入空氣后，會(huì)形成更多的微絮體，變得更加不容易沉淀，影響水處理效果。

4 結(jié)束語

在氣動(dòng)絮凝試驗(yàn)中，助凝劑是影響氣動(dòng)絮凝的一個(gè)主要因素，在投加時(shí)應(yīng)控制好量，過多的投加量不僅會(huì)帶來成本的升高，還會(huì)使去除效率變低。經(jīng)試驗(yàn)確定了在該水質(zhì)的情況下PFAC的最佳投加量為150 mg/L，PAM的最佳投加量為0.5 mg/L。

[1]陳煜,姜應(yīng)和,李玲玲.城市污水強(qiáng)化以及處理技術(shù)評(píng)析[J].給水排水，2000，26（12）: 26-28.

[2]Al-Hiary S.M. Pneumatic flocculation. M.Sc. Eng. Thesis, Department of Civil Engineering, University of Jordan,1988.

[3]Kazi N.M. Pneumatic flocculation in water treatment. Ph.D. thesis,The Nottingham Trent University, U.K.,1955.

[4]SHOLJI,N.M.KAZI. Kinetics of Pneumatic Flocculation[J]. Wat.Res,1997, 31(12): 2979-2988.

[5]SHOLJI,N.M.KAZI. Comment on “Kinetics of Pneumatic Flocculation[J]. Wat.Res.1998, 32 (9): 2870-287.

[6]姜應(yīng)和，陳昱．氣動(dòng)絮凝反應(yīng)模型試驗(yàn)[J]. 中國給水排水，2002，18 (11): 41-42.

[7]張海豐，孫寶盛，齊庚申．壓縮空氣攪拌與機(jī)械攪拌混凝的比較[J].工業(yè)用水與廢水，2004，35 (5): 51-53.