混凝一微气泡气浮法处理含藻废水的研究
发布日期：2022/2/14 16:43:10 访问次数：278
摘 要：采用日本菊池环保株式会社生产的新型TCRI一17微气泡气浮装置混凝气浮处理北京某富营养化景观水体的含藻废水，其结果表明，当混凝剂用量分别为PAC40mg/L和PAM2mg/L，混凝2 min，气浮2 min时，SS和COD去除率分别达到98.4％和85.7％。与混凝沉降相比，可减少PAC用量1/3，且节省处理时间。由于微小气泡停留时间长，气浮效率高，且有增加水中溶解氧的作用，可促进水体的净化，具有较强的技术优势。
关键词：混凝 微气泡气浮 SS去除率 COD去除率
目前含藻废水的处理方法主要有物理法、化学法、生物法以及各种方法的联合应用。生物法处理含藻废水所需时间长，若用植物修复，则需及时将生长过量的植物从水体中清除，若用微生物修复，投放的菌种稍有不当，就会引起其他的生态污染。同时，生物修复技术是一个系统的工程，当不具备生物修复工程条件的景观水体急需除藻和净化处理时，具有速效性的物理或化学法(如混凝气浮、投加化学除藻剂等)是一种适宜的应急措施。
混凝-气浮法是一种应用广泛的除藻技术，加入絮凝剂后，藻体絮凝成团，可以很好地粘附在气泡上随之浮上水面而被去除。赵志伟等采用溶气气浮工艺强化除藻，能使藻去除率达到80％以上；吴玉宝等 同样采用溶气气浮工艺处理某含藻废水，藻去除率达90％左右；宫磊等采用新型CAF气浮设备，取得了良好的净化效果。景观水体的富营养化现象一般在夏季表现得最为显著，本研究针对不具备生物修复工程条件的某景观水体，采用混凝一微气泡气浮法进行了4个月左右的处理(2006年6～9月)。首先通过静态混凝沉降试验，确定复配混凝剂种类和用量，并考察PH对混凝试验的影响。然后采用日本菊池环保株式会社生产的新型TCRI-17微气泡气浮装置，将所选混凝剂用于实际富营养化景观水体的处理，比较了混凝沉降法和混凝一微气泡气浮法2种工艺的处理效果，以期获得较适宜的工艺条件，为其在后续实际工程中的应用奠定基础。
1 试验装置与方法
1．1 废水来源与水质
试验水样采用北京某富营养化景观水体中的含藻废水，其水质详见表1。
1．2 试验方法与装置
1．2．1 静态混凝沉降小试试验
在几个1 L烧杯中各加入1 L原水，再分别加入一定浓度的混凝剂或助凝剂或两者复配溶液，采用MY3000-6六联智能搅拌仪进行搅拌、混凝、沉降，待絮体沉降10min后取上清液测定SS和COD浓度。
1．2．2 实际富营养化景观水体含藻废水的现场处理
(1)混凝沉降试验：用潜水泵将含藻的池水泵入100L蓄水槽中，湿式投加静态混凝沉降小试试验所确定的混凝剂溶液，经搅拌、混凝、沉降，待絮体沉降后取上清液测定SS和COD浓度。加药混凝处理2 min(有2种混凝剂和絮凝剂时各处理1min),再慢速沉降1～5min后取出水水样分析。
(2)混凝一微气泡气浮试验：用潜水泵将含藻的池水泵入100L的气浮槽中，湿式投加一定浓度的混凝剂溶液，采用与混凝沉降试验相同的搅拌条件，使混凝剂与藻絮体充分絮凝，然后开启TCRI一17型微气泡发生器，100L蓄水槽中的清水(或处理后回流的含藻废水)和空气因负压被吸入泵里，气水在泵内高速混合，经气泡剪切器及高效布气器进入气浮槽，形成大量雾状微气泡，它与水中藻类等杂质颗
粒相粘附而一起浮出水面，最后通过刮除浮渣而实现除藻的目的。加药混凝处理2min，再经气浮1～5 min后取出水水样分析。其工艺流程见图1。
1．3 分析方法
各项水质指标的测定，均参照《水和废水监测分析方法》 ，其中COD、TN、NH3-N和TP分别采用重铬酸钾法、过硫酸钾消解分光光度法、钠氏试剂分光光度法和钼酸铵分光光度法。
考虑到本研究水样中的固形悬浮物绝大部分是藻类物质，可间接反映藻的去除效果，依据参考文献，采用重量分析法((GB11901—89)测得的固形悬浮物(SS)浓度来代替原水和处理后水样中含藻量)，并以COD和SS为指标考察出水净化效果。
2 结果与讨论
2．1 静态混凝沉降试验(小试)的工艺条件
2．1．1 混凝剂的选择和最佳用量的确定
按1．2．1所述静态混凝沉降的试验步骤，分别向原水投加20、50、80和100mg/L的聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PFS)溶液，混凝、沉降后取上清液测定SS和COD。其结果如图2所示。
采用PAC作混凝剂时，其COD去除率(图2a)和ss去除率(图2b)均比同样条件下PFS的处理效果好，且PAC价格更便宜，所以以下试验均采用PAC作为混凝剂。本试验选用非离子型有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)作为助凝剂，它形成的絮体更大，与PAC复配使用，可产生更好的处理效果 。
为了确定混凝剂和助凝剂的适宜复配用量，首先在含藻废水中，分别投加40、60、80和100mg/L的PAC，然后均投加2mg/L的PAM，观察其混凝效果(见图3a)；然后在PAC用量均为60mg/L的含藻废水中，分别投加1、2、3和4 mg／L时的PAM，其SS和COD去除率见图3b。结果表明PAC与PAM复配时的适宜用量为：PAC 60mg/L，PAM 2mg/L。
2．1．2 pH 对混凝效果的影响
混凝过程中，都有一个相对最佳的pH值存在，使混凝反应速度最快，絮体溶解度最小 。本研究使用NaOH和盐酸溶液调节原水pH值，并投加上述试验中已确定的PAC(60 mg／L)和PAM(2 mg／L)复配用量，在相同混凝条件下进行混凝沉降后的结果如图4所示(原水的pH为7．4)。
结果表明，pH值在7～8时处理效果最佳，而原水的pH也在这个范围，所以处理时不需要调节pH值。
2．2 混凝沉降与混凝．微气泡气浮2种工艺处理效果的比较
按1．2．2所述试验步骤，对混凝沉降法和混凝一微气泡气浮法处理实际富营养化含藻废水的效果进行考察，并从混凝剂用量、处理时间和处理效果等方面进行了对比分析。
2．2．1 混凝剂用量的比较
固定PAM用量为2mg/L，改变PAC用量，分别进行了混凝沉降和混凝一微气泡气浮试验，加药混凝时间均为2min，然后2种工艺分别絮凝沉降、气浮5min，其结果如图5所示。
由图5a可知，要达到同样较高的COD去除率(约85％)，混凝沉降工艺需60mg/L的PAC，而混凝一微气泡气浮工艺只需40mg/L的PAC，即混凝一微气泡气浮工艺可节约混凝剂用量1/3。图5b表明即使增加PAC的用量，混凝沉降工艺的SS去除率始终低于混凝一微气泡气浮工艺。
2．2．2 处理时间的对比
2种工艺均投加40mg/L PAC和2mg/L PAM，分别考察不同处理时间的效果，这里处理时间均为混凝2 min后的絮凝沉降时间和气浮时间。结果如图6所示。
混凝沉降要在4min后才能达到较好的处理效果，而混凝一微气泡气浮只需2min就使SS去除率和COD去除率分别达到98.4％和85.7％ ，均比混凝沉降处理2min时提高10％左右。说明混凝-微气泡气浮工艺不仅节约混凝剂，还能节省处理时间，同时提高去除效果。
2．3 混凝一微气泡气浮协同效应的探讨
为了考察混凝-微气泡气浮是气浮和混凝的加和作用还是二者的协同效应，比较了不加混凝剂的单纯微气泡气浮、单纯混凝沉降和混凝一微气泡气浮3种工艺分别处理实际富营养化含藻废水的效果。图7表示在PAC用量40 mg/L、PAM用量2 mg/L、微气泡气浮压力稳定在0.5～0.6 MPa以及混凝时间2min、上浮(或沉降)时间均为2 min时的SS去除率和COD去除率。
从图7中可以看出，单纯混凝沉降和单纯微气泡气浮时的COD去除率分别为78.3％ 和4.6％ ，而混凝——微气泡气浮工艺的COD去除率为85.7％ ，略高于二者之和；前两者的SS去除率分别为88.0％和6.4％ ，而混凝——微气泡气浮的ss去除率为98．4％ ，高于二者之和5个百分点，这表明混凝——微气泡气浮两者之间有一定的协同作用。由于混凝是气浮的一个前处理步骤，用来降低藻颗粒的稳定性,以便微气泡与藻颗粒接触 ，加入混凝剂后，藻絮体、杂质和其他胶体与混凝剂相黏附形成大的絮体，且絮体很轻，在大量超微气泡的作用下很容易浮至水面。
采用动态显微摄像系统拍摄不同压力值下本微气泡发生装置所产生的气泡图像，并通过统计分析气泡粒径的分布，其结果见表2。
由于本研究采用的新型微气泡发生装置，可连续稳定地发生粒径范围在几百纳米到数十微米之间的雾状微气泡，微气泡在水中能停留2 min以上(若水深，则可停留更长时间)，气浮效率高，使COD和SS的去除率均较高，且该装置结构简单，运行费用低，能实现设备的小型化，具有较强的技术优势。
2．4 脱氮除磷效果的考察
此外，本试验还对混凝一微气泡气浮方法处理含藻废水的脱氮除磷效果进行了初步研究，考察处理时间为2.5和10min时的TN、TP和氨氮的去除效果，如图8所示。
结果表明，只需处理2min即可去除很大一部分TP，其去除率达到了74.4％ ，这可能是由于在好氧环境下部分磷被氧化成PO43－：而生成不溶性的磷酸盐沉淀，部分磷被聚磷菌等生物吸收。由于混凝一微气泡工艺能够提供充分的氧气，可将氨氮氧化变成硝态氮，因此，氨氮去除率达到了63.2％ ，但TN基本没被去除，只有与具备反硝化过程的生物法或其他方法组合，才能有效脱氮。
从上述结果和文献报道可知，混凝一微气泡法与混凝沉降法相比具有以下优势：(1)处理时间短，所需混凝剂用量少。浮游生物藻类的密度接近于水的密度，沉淀非常困难，即使暂时沉降，也会因水体流动再次浮出水面。本研究采用的微气泡装置可制造直径几百纳米至几十微米的微气泡，将藻类等杂质凝结成颗粒密度小于1且直径d也迅速加大的带气絮体，使浮上分离速度明显提高；(2)设备小型化，操作简单，运行费用低：实际水体治理时即使混凝沉降使藻类沉在湖底，一般的湖底用卵石铺成，很难用刮泥设备排泥。而且用于湖底排泥比水面刮除浮渣的成本高；(3)增加水中溶解氧，可促进有机污染物的降解、氨氮的氧化和磷的转化；同时抑制厌氧菌的有机质分解过程，减少湖底氮、磷的释放量。
3 结 论
(1)采用日本菊池环保株式会社生产的新型TCRI-17微气泡气浮装置处理某富营养化景观水体的含藻废水，当投加PAC 40 mg／L和PAM 2 mg/L，混凝一微气泡气浮2min后，ss去除率和COD去除率分别达到98.4％ 和85.7％ ，均比混凝沉降处理2min时提高10％左右。另一方面，欲达到同样较高的CODcr去除率(约85％)，混凝一微气泡气浮工艺所需投加的PAC用量比混凝沉降减少1/3。
(2)混凝一微气泡气浮工艺不仅可减少混凝剂用量和处理时间，还可增加水中溶解氧，使含藻废水中有机物、氨氮和磷的去除效果较好，但总氮基本没被去除，需与生物法或其他方法组合，才能有效脱氮。
