高效凝聚/絮凝-DAF集成系统的初步研究

王毅力² 李大鹏³ 郭瑾珑¹ 汤鸿霄¹
1.中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室，北京100085；
2. 北京林业大学资源与环境学院建筑与环境工程系，北京100083，e-mail: wangyilinet@sina.com；
3. 北京航天航空大学环境工程系，北京

前　言

　　絮凝-DAF(dissolved air floatation)是与絮凝-沉淀对应的“advanced”工艺，其对凝聚絮凝反应后形成的絮体特性的要求和沉淀不同，目前DAF工艺对絮体特性的要求方面是有争议的；经过絮凝-DAF中试工艺的研究，认为较大粒度的密实絮体能够与微气泡发生充分的接触粘附的异相絮凝作用^[1-9]。
　　汤鸿霄先生于1995年提出以无机高分子絮凝剂为基础的高效絮凝技术集成系统(FRD)，该系统是由高效能絮凝剂聚合氯化铝PACl、高效率絮凝反应器和高经济自动投药三部分组成^[10、11]。本研究将对微涡旋理论的凝聚/絮凝集成反应器与竖流、逆流或静态DAF组合进行研究，并探讨流动电流SC自动投药过程。

1．实验装置和材料

　　在小试实验中，可组成旋流混合/折板絮凝(有网格或无网格)/竖流气浮或逆流气浮、管式静态混合/逆流气浮等不同的工艺过程。另外，将絮凝反应器各取样孔与静态实验柱连接。
　　此实验采用中试实验的搅拌凝聚/絮凝/平流气浮池工艺的设备和操作参数^[6]，将流动电流控制仪器接入数字式变速蠕动泵的远程控制接口，研究流动电流SC投药自动控制。

2．结果与讨论

2.1 流动电流自动控制投药
　　实验结果表明，在流动电流自动控制投药的过程中，SC的控制点设置在某一固定值，对于浊度分别在1.3ntu左右微小波动、7-21ntu左右变化的原水；流动电流对水中的颗粒物的表面电荷的变化会作出一定的响应，通过调整投药量的变化，在SC曲线上出现了波动，但SC值仍旧控制在这一固定值左右，从而可以保持比较稳定的出水浊度。但流动电流的探头仍需改进，从而提高其对低浊水波动时作出更及时和灵敏的响应。

2.2 高效凝聚/絮凝/竖流气浮或逆流气浮的组合动态小试工艺的研究
　　图3表明，尽管旋流混合/无网格的折板絮凝/竖流气浮在低投药范围内除浊效果好于另外两种形式，但其投药范围很窄，缓冲性能不好；旋流混合/网格絮凝/竖流气浮与旋流混合/无絮凝反应/竖流气浮的除浊效果在30 mg/L以下相近，而且后者的投药范围比前者窄些。
　　见图4结果表明，旋流混合/无絮凝反应/逆流气浮和管式静态混合/无絮凝反应/逆流气浮这两种组合工艺的除浊效果相近，旋流混合/网格絮凝反应/逆流气浮比旋流混合/无网格的折板絮凝/逆流气浮组合工艺的除浊效果好，但它们在很低投药量时均比前两种组合工艺的除浊效果稍好些，但随着投药量的逐渐增加，它们的效果反而下降以至于比前两种组合工艺低得多，而且投药范围很窄，缓冲性能不好。

2.3高效凝聚/絮凝反应器与静态气浮的组合
　　高效凝聚/絮凝反应器与静态气浮的组合实验结果见图5，带网格絮凝较不设网格的折板絮凝的除浊效果好。这与前两节中的结论相同，这也说明网格对水流涡旋的切割、G值调整和絮体的形状、强度的规整有利于其与气泡的粘附作用。在低投药量时，5分钟的絮凝时间方可满足去除浊的要求；而在稍高的投药量时，2分钟的絮凝时间已足以达到除浊要求；投药量越高，要求的絮凝时间越少。

3．结论

　　(1) 流动电流SC可以对投药量变化进行调整，但流动电流的探头仍需改进，提高其对低浊水波动时作出更及时和灵敏的响应。
　　(2) 高效的旋流混合与管式静态混合均可达到比较好的效果，不同的气浮单元因其反应器水力学条件不同，对絮体特征和的要求是不同的，从而出现了竖流式气浮与逆流气浮单元之间的差异。
　　(3) 气浮是絮体与气泡的碰撞和粘附两个过程组成；以电性脱稳和粘附架桥为絮凝机理的投药范围内与网捕机理为主投药量范围内，气泡与絮体之间的物理化学作用力是不同的。投药量与絮凝时间之间存在某种联系；在气浮工艺中，对于一定结构的絮体存在某一尺寸范围，在此范围内，絮体与气泡的碰撞与粘附总的结果是发生突跃而接近某一极值，在除浊效果上表现为接近曲线的平台区。