淺層氣浮除藻工藝中試試驗(yàn)

黃 慧，王梅芳，王長(zhǎng)平，陳文杰，張國(guó)強(qiáng)，高 雪

(1．深圳市深水寶安水務(wù)集團(tuán)有限公司，廣東深圳 518100;2．中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北武漢430010)

長(zhǎng)流陂水廠位于深圳市寶安區(qū)，設(shè)計(jì)規(guī)模為35萬(wàn)m3/d，分四期建設(shè)，采用“混凝-沉淀-過(guò)濾-消毒”常規(guī)凈水工藝。原水主要取自東江，經(jīng)石巖水庫(kù)調(diào)蓄后供給。原水中藻類一直較高，春夏季異常高企，常規(guī)混凝沉淀工藝對(duì)藻類的去除率為60%～70%，出水水質(zhì)受此影響不僅不穩(wěn)定，而且存在相關(guān)消毒副產(chǎn)物超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

氣浮技術(shù)是利用物理方法強(qiáng)化去除原水中藻類的有效手段之一［1，2］。傳統(tǒng)的氣浮為“深層”氣浮，采用靜態(tài)進(jìn)水動(dòng)態(tài)出水，有效水深為2．0～2．5 m［3］，很多水廠構(gòu)筑物已建成，池深不夠，無(wú)法進(jìn)行傳統(tǒng)氣浮池改造。淺層氣浮技術(shù)［4-7］在傳統(tǒng)氣浮理論的基礎(chǔ)上，采用了“零速度”和“淺池理論”原理，與傳統(tǒng)氣浮相比，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)進(jìn)水靜態(tài)出水，使浮選體在相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)中垂直浮至水面，實(shí)現(xiàn)固液分離，且有效水深僅需0．6 m左右，停留時(shí)間可降至3～5 min?；陂L(zhǎng)流陂水廠存在的問(wèn)題，開(kāi)展淺層氣浮強(qiáng)化除藻中試試驗(yàn)，旨在為水廠工藝改造提供技術(shù)參考。

1 原水水質(zhì)

試驗(yàn)用原水為石巖水庫(kù)水，原水水質(zhì)如表1所示。

表1 原水水質(zhì)Tab．1 Quality of Raw Water

對(duì)原水中浮游生物進(jìn)行詳細(xì)分析，鏡檢檢出的代表性藍(lán)藻有平裂藻屬、小尖頭藻屬、束球藻屬;硅藻有針桿藻屬、直鏈藻屬;綠藻有柵藻屬、扁鼓藻屬。在數(shù)量上，藍(lán)藻是優(yōu)勢(shì)種群，其次是硅藻。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2．1 試驗(yàn)規(guī)模

試驗(yàn)規(guī)模為65～105 m3/h。

2．2 試驗(yàn)工藝流程

試驗(yàn)工藝流程如圖1所示。

首先，進(jìn)水由提升泵提升至淺層氣浮池，在水泵進(jìn)水管道上投加 PAC(0～10 mg/L，以 Al2O3計(jì)，下同)，經(jīng)泵充分混合后，在運(yùn)輸管道中發(fā)生絮凝反應(yīng);在淺層氣浮進(jìn)水管口處投加PAM(0～0．4 mg/L)，與經(jīng)氣浮池底部混合管與提升上來(lái)的水充分混合，緊接著與溶氣系統(tǒng)產(chǎn)生的回流溶氣水(回流比為10% ～23%)混合，使微小氣泡與絮凝體、水中的藻類進(jìn)行吸附、橋聯(lián)，進(jìn)入氣浮布水系統(tǒng)。

圖1 淺層氣浮工藝流程Fig．1 Process of Shallow Dessolving Air-Floatation

2．3 分析方法

濁度:采用哈希便攜式儀器(型號(hào)—2100Q)檢測(cè);pH:采用哈希便攜式pH計(jì)(型號(hào)—HQ11d)檢測(cè);CODMn:根據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 有機(jī)物綜合指標(biāo)》［8］中的方法進(jìn)行;藻類和UV254:根據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》［9］中的方法進(jìn)行。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3．1 淺層氣浮工藝參數(shù)優(yōu)化

調(diào)節(jié)氣浮工藝的各項(xiàng)參數(shù)，考察加藥量、溶氣罐出口壓力、水力負(fù)荷、回流比等參數(shù)對(duì)除藻效果的影響。每個(gè)工況穩(wěn)定運(yùn)行1 h，檢測(cè)氣浮進(jìn)出水濁度，另取水樣1 L測(cè)定浮游生物密度。

3．1．1 加藥量

(1)PAM投加量

在進(jìn)水量為65 m3/h、回流水量為15 m3/h、PAC投加量為3 mg/L和5 mg/L(以Al2O3計(jì))的條件下，研究當(dāng) PAM 投加量分別為0、0．1、0．2、0．4 mg/L 時(shí)的凈水效果，具體如圖2所示。

圖2 PAM投加量對(duì)藻類去除率和出水濁度的影響Fig．2 Effect of PAM Dosage on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

由圖2可知PAM對(duì)凈水效果有一定的優(yōu)化作用，但幅度不顯著。由于PAM成本較高，建議生產(chǎn)上PAM投加量為0．1 mg/L。

(2)PAC投加量

在進(jìn)水量為65 m3/h、回流水量為15 m3/h、PAM投加量為0．1 mg/L的條件下，研究當(dāng)PAC投加量為0～10 mg/L時(shí)的凈水效果，具體如圖3所示。

圖3 PAC投加量對(duì)藻類去除率和出水濁度的影響Fig．3 Effect of PAC Dosage on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

由圖3可知藻類去除率為40% ～82%。當(dāng)PAC投加量大于2 mg/L時(shí)，去除率迅速上升至74%以上。而出水濁度隨PAC投加量增加而降至2 NTU以下。建議生產(chǎn)時(shí)投加2～3 mg/L PAC。

3．1．2 溶氣罐出口壓力

在進(jìn)水量為65 m3/h、回流水量為15 m3/h、PAC投加量為3 mg/L、PAM投加量為0．1 mg/L的條件下，通過(guò)減壓閥調(diào)整溶氣罐出口壓力，研究出口壓力為0．1～0．5 MPa范圍內(nèi)的凈水效果，具體如圖4所示。

圖4 溶氣罐出口壓力對(duì)藻類去除率和出水濁度的影響Fig．4 Effect of Inlet Pressure on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

由圖4可知當(dāng)出口壓力為0．3 MPa時(shí)，藻類最大去除率約82%。隨出水壓力繼續(xù)上升，藻類去除率減小。濁度的變化趨勢(shì)與藻類去除率相反，隨出口壓力上升先減小后增大。建議生產(chǎn)時(shí)最佳出口壓力為0．3 ～0．4 MPa。

3．1．3 淺層離子氣浮池水力負(fù)荷

在PAC投加量為3 mg/L、PAM投加量為0．1 mg/L、回流水量為15 m3/h、溶氣罐出口壓力為0．36～0．38 MPa的條件下，調(diào)整氣浮池的進(jìn)水量，研究不同水力負(fù)荷時(shí)的凈水效果。試驗(yàn)進(jìn)水量分別為65、75、85、95、105 m3/h，對(duì)應(yīng)水力負(fù)荷為 5．2、6．0、6．8、7．6、8．4 m3/m2·h，結(jié)果如圖 5 所示。隨著水力負(fù)荷的增大，藻類去除率由83%降至72%，出水濁度由2．2升至2．9 NTU。

圖5 水力負(fù)荷對(duì)藻類去除率和出水濁度的影響Fig．5 Effect of Hydraulic Loading on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

此外，增大水力負(fù)荷時(shí)，氣浮的水位上升，水位上升導(dǎo)致撇渣中帶出的水量多，造成藻渣含水率上升，增大了藻渣處理的負(fù)荷，因此需嚴(yán)格控制氣浮池內(nèi)液面，提高排渣效果。

3．1．4 回流比

當(dāng)PAC投加量為3 mg/L、PAM投加量為0．1 mg/L、固定溶氣罐出口壓力為 0．36 ～0．38 MPa時(shí)，分別在進(jìn)水量為65 m3/h和超負(fù)荷為95 m3/h的條件下，研究不同回流比的凈水效果，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知藻類去除率隨回流比的增加逐漸增大。額定負(fù)荷下，回流比為23%時(shí)的藻類去除率約85%;回流比為16%時(shí)，額定負(fù)荷條件下的去除率與超負(fù)荷條件下相當(dāng)，約82%。出水濁度隨回流比的增加逐漸降低，當(dāng)回流比大于12%時(shí)，出水濁度保持在2．8 NTU以下;當(dāng)回流比小于12%時(shí)，隨著回流比的增大，出水濁度快速降低，這是由于回流比小于12%時(shí)，進(jìn)水中的微氣泡量不足以承托絮體上浮?？紤]到回流比的選擇直接影響氣浮的能耗，回流比宜設(shè)置為16%。亦可根據(jù)原水藻類及除藻目標(biāo)適當(dāng)提高回流比。

圖6 回流比對(duì)藻類去除率和出水濁度的影響Fig．6 Effect of Reflux Ratio on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

3．1．5 進(jìn)氣量

在固定氣浮進(jìn)水流量為65 m3/h的條件下，調(diào)節(jié)溶氣罐進(jìn)氣量為 0．4、0．3、0．2、0．1 m3/min，氣水比分別為37%、28%、18%和9%，研究額定進(jìn)水流量下不同氣水比的凈水效果。同理，固定氣浮進(jìn)水流量為 95 m3/h，調(diào)節(jié)溶氣罐進(jìn)氣量為 0．4、0．3、0．2、0．1 m3/min，氣水比分別為 25%、19%、13% 和6%，研究超負(fù)荷工況下不同氣水比的凈水效果。

由圖7可知進(jìn)氣量(氣水比)對(duì)額定流量工況下，出水藻類、濁度的影響小;對(duì)超負(fù)荷工況下氣浮的處理效果影響較大。氣浮對(duì)藻類的去除率隨著進(jìn)氣量(氣水比)的增大而增大，出水濁度隨進(jìn)氣量增大而降低。在實(shí)際運(yùn)行中，為保證形成足夠量的微氣泡，建議進(jìn)氣量不小于0．2 m3/min。

3．2 淺層氣浮工藝效能綜合分析

3．2．1 適宜工況下除藻效能分析

圖7 進(jìn)氣量對(duì)藻類去除率和出水濁度的影響Fig．7 Effect of Inlet Volume on Algae Removal and Turbidity Removal of Effluent

由以上試驗(yàn)可知淺層氣浮的適宜工況條件:PAC投加量為2～3 mg/L、PAM投加量為0．1 mg/L、溶氣罐進(jìn)口壓力為 0．30 ～0．4 MPa、回流比為16%、水力負(fù)荷不大于7．6 m3/m2·h、進(jìn)氣量不小于0．2 m3/min。在最優(yōu)工況下，連續(xù)運(yùn)行，多次檢測(cè)的平均值顯示以藻類集團(tuán)計(jì)時(shí)，氣浮出水的藻類密度約5．0×106個(gè)/L，去除率約80%;以藻細(xì)胞個(gè)數(shù)計(jì)時(shí)，氣浮出水的藻類密度約5．1×106個(gè)/L，去除率達(dá)90%左右。不同計(jì)數(shù)法的出水藻類密度相當(dāng)，根據(jù)氣浮工藝除藻的基本原理，說(shuō)明多細(xì)胞基團(tuán)的藻類已被基本去除，難以去除的藻類為單個(gè)或少量藻細(xì)胞基團(tuán)。

3．2．2 藻渣

適宜工況下，處理每方水產(chǎn)生約1 kg(折合體積1．32 L)的藻渣，設(shè)備排渣含水率為99．3%，氣浮池上層浮渣含水率為93%。

對(duì)于氣浮排渣，可考慮混凝沉淀、二次氣浮、厭氧消化等方式進(jìn)行后續(xù)處理。

4 結(jié)論

(1)淺層氣浮工藝除藻的較優(yōu)(藻類去除率大于75%)工藝參數(shù):PAC投加量為2～3 mg/L，PAM投加量為0．1 mg/L，溶氣罐進(jìn)口壓力為0．30～0．4 MPa，回流比為16%，水力負(fù)荷不大于7．6 m3/m2·h，進(jìn)氣量不小于 0．2 m3/min。

(2)適宜工況下，藻類去除率達(dá)80%以上。藻渣的產(chǎn)量為1 kg/m3原水，排渣含水率為99．3%。

(3)淺層除藻工藝對(duì)藻類去除效果顯著，可以替代傳統(tǒng)的混凝沉淀工藝。針對(duì)長(zhǎng)流陂水廠現(xiàn)狀，可采用與傳統(tǒng)工藝串聯(lián)運(yùn)行的方式，提高水質(zhì)，同時(shí)降低單個(gè)工藝單元的處理負(fù)荷。

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