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溶气气浮法和沉淀法的比较

时间:2009-04-14 15:25来源:作者:
关键词:气浮,溶气气浮
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]
  

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[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5~15 min;表面负荷率为5~12m3/(m2·h),处理饮用水时溶气压力范围为200~600kPa,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200mm×200mm×200mm,反应池尺寸为300mm×300mm×800mm,沉淀 工艺的沉淀池尺寸为450mm×1200 mm×800mm,气浮池的尺寸为450mm×200mm×800mm,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200×1500mm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60~80NTU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50μm,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0.75~1.6m3/(m2·h),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178μm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245μm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20~30min。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020
pH值6.77.1
TOC(mg/L)8.4~10.79.2~13.3
CODMn(mg/L)4.4~5.95.3~6.4
UV254(cm-1)0.15~0.210.17~0.24

   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(℃)TOCCODMn UV254
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 ~7.536.683.1~3.733.270.12~0.1720.23
207.3~10.228.474.3~4.925.740.13 ~0.1922.53
沉淀工艺06. 3~7.734.763.3~4.031.640.13~0.1815.68
207.2~10.328.834.4~5.024.960.13 ~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O‘Melia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

  ① 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。
  ② 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。
  ③ 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。
  ④ 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。