聚合氯化鋁的投加混合方法對混凝氣浮法處理廢水效果影響探討

向純海，梁丹，張紅祥

(1.長沙鐵路疾病預(yù)防控制中心懷化工作站，湖南 懷化 418000:2.長沙客運段懷化片區(qū)，湖南 懷化 418000)

1 問題的提出

氣浮法廢水處理和給水處理技術(shù)已得到迅速發(fā)展，有關(guān)文獻和教材對氣浮法原理、工藝流程、常用設(shè)備及應(yīng)用范圍作了詳細闡述［1-6］。筆者在廢水處理工作實踐中發(fā)現(xiàn)不同種類廢水效果差異很大，有待進一步探討。

1995 年用雙級氣浮凈水器處理懷化客運段洗衣廢水，污水泵前加入混凝劑聚合氯化鋁(下稱泵前投藥)，進入雙級氣浮凈水器，再注入溶氣水，經(jīng)兩次氣浮處理，再經(jīng)過快濾，進入回水池外排和用來制作溶氣水，結(jié)果處理后COD 超標(biāo)。觀察氣浮區(qū)無礬花上浮，處理后廢水有大量殘余礬花，水質(zhì)渾濁。廠家多次調(diào)試失敗而放棄。筆者經(jīng)過近一年現(xiàn)場反復(fù)靜態(tài)模擬實驗研究，于1996年下半年改為泵后加入混凝劑(下稱泵后投藥)，處理后污染物濃度達標(biāo)［6］。2010 年下半年更新雙級氣浮凈水器，新雙級氣浮凈水器混凝劑投藥位置在廢水泵和廢水流量計之間，通過計量泵泵入混合反應(yīng)裝置而進入雙級氣浮凈水器(下稱混合反應(yīng)裝置投藥)。結(jié)果處理后COD 又超標(biāo)，氣浮區(qū)依然無礬花上浮，出水水質(zhì)依然渾濁。改為泵后投藥，處理后各污染物濃度才達標(biāo)。其后廠家設(shè)計人員進行進一步改進，使廢水、混凝劑、溶氣水同步從一級氣浮區(qū)加入，處理效果進一步提高，處理后水質(zhì)清澈透明，凈水器出口的清水池中水清澈見底。

鐵路多數(shù)新建廢水處理場大多采用混凝氣浮法，工藝流程一般先通過調(diào)節(jié)沉淀池或其他設(shè)施預(yù)處理，再進行混凝氣浮凈水器處理，最后進入清水池儲存排放或回用?；炷龤飧羲骰炷齽┚酆下然X的投加混合方法除了泵前投藥和混合反應(yīng)裝置投藥外，還有的將混凝劑先通過混合反應(yīng)槽(下稱混合反應(yīng)槽投藥)，混凝劑與廢水充分混合反應(yīng)，再進入氣浮區(qū)氣浮。采用上述工藝機務(wù)車輛部門含油(礦物油)廢水易于處理，而客運部門洗衣廢水卻不易處理，必須將混凝劑投加混合方法改為泵后投藥才能達標(biāo)。說明混凝氣浮法處理不同種類廢水效果差異很大，混凝劑投加混合方法上有設(shè)計缺陷，有待進一步探討完善。

2 模擬實驗和分析

2.1 實驗方法和結(jié)果

1996 年采用雙級氣浮凈水器處理懷化客運段洗衣廢水不達標(biāo)，為了查明原因，對雙級氣浮凈水器進行了改進，并進行聚合氯化鋁的投加混合方法現(xiàn)場靜態(tài)模擬實驗。取1000 ml 細口無色玻璃瓶6 只，分別編號，實驗在設(shè)施運行1 h后進行，方法與結(jié)果見表1 中序號1 至6。表1中序號1 至6 實驗結(jié)果說明，無論是混凝沉淀還是混凝氣浮，混凝劑投加混合方法都不宜采用泵前投藥;而應(yīng)采用泵后投藥［6］。2010 年下半年對洗衣廢水處理場雙級氣浮凈水器進行更新時，重復(fù)作現(xiàn)場靜態(tài)模擬試驗，其結(jié)果基本一致。廠家設(shè)計人員也進行了該實驗，也得到一致的結(jié)果。同時，筆者還加作了補充實驗，見表1 中序號7。

表1 靜態(tài)模擬實驗方法與結(jié)果［6］

2.2 實驗結(jié)果分析

實驗結(jié)果表明，聚合氯化鋁的投加混合方法影響氣浮效果?；炷恋磉^程分為混合和反應(yīng)兩個階段，混凝氣浮也分為混合和氣浮兩個階段，混合階段時間約為10～30 s［4，7，8］，首先通過布朗運動形成10 μm 的初級礬花，然后形成約40 μm 的小礬花［7］。據(jù)此認(rèn)為，在混合階段攪拌作用的強度要適度，既要保證混凝劑與廢水充分混合，又不能破壞初級礬花和小礬花的形成，才能保證進入反應(yīng)階段或氣浮階段后沉淀或氣浮的良好效果。如果采用泵前投藥和混合反應(yīng)裝置投藥，期間劇烈攪拌和在管道內(nèi)污水高速流動，破壞了初級礬花和小礬花的形成，其后將難以實現(xiàn)氣?。?］。所以，聚合氯化鋁的投加混合方法必須滿足在混合階段適度攪拌，充分混合，保證初級礬花、小礬花形成是混凝氣浮的前提。

實驗結(jié)果還說明了在混凝氣浮過程中氣泡顆粒粘附形式，以顆粒吸附和氣泡裹夾為主。顆粒吸附即混合階段形成了初級礬花和小礬花，微氣泡便可在其表面析出，上升的微氣泡也可碰撞粘附其表面［5］。氣泡裹夾初級礬花和小礬花進一步形成大礬花，也就是混凝劑使懸浮顆粒或膠體物質(zhì)脫穩(wěn)凝聚成體積較大的絮凝體過程中，粘附于初級礬花和小礬花表面的微氣泡和顆粒表面析出的微氣泡便被裹攜于絮凝體內(nèi)部或表面［5］，同時大礬花表面還可進一步析出微氣泡?？梢?，顆粒吸附和氣泡裹夾貫于整個氣浮階段過程，只有大礬花即絮凝體內(nèi)部或表面結(jié)合了的更多的微氣泡，才能獲得更好的氣浮效果。

補充實驗結(jié)果還說明，如果先加入混凝劑并充分反應(yīng)，過了反應(yīng)階段后再加入溶氣水，則在混凝過程中無顆粒吸附和氣泡裹夾，只存在氣泡頂托，即上升的微氣泡從大礬花即絮凝體下表面頂托絮凝體上?。?］。充分反應(yīng)也導(dǎo)致礬花體積過大，重量過重，氣泡頂托作用有限，氣浮效果差。

綜上所述，混凝氣浮法處理廢水的混合階段，初級礬花和小礬花形成并同時與微氣泡進行顆粒吸附;在反應(yīng)和氣浮階段，絮凝體形成并同時與微氣泡進行氣泡裹夾作用形成顆粒-氣泡復(fù)合體上浮分離，氣泡頂托只起次要作用。

3 討論

依據(jù)不同類型廢水處理實踐和改造經(jīng)驗，結(jié)合聚合氯化鋁的投加混合方法處理效果模擬實驗和分析，可以看出，目前混凝氣浮法處理廢水理論是成熟完善的，但指導(dǎo)實踐不夠，甚至在某些環(huán)節(jié)上簡單套用混凝沉淀理論和方法，最明顯地表現(xiàn)在混凝劑投加混合方法的設(shè)計上，導(dǎo)致廢水處理效果差。主要表現(xiàn)在以下三個方面:

3.1 忽視廢水污染物顆粒親水性與憎水性對氣浮效果的影響

相同的混凝氣浮設(shè)備處理不同種類的廢水效果不同，有的甚至無效。在調(diào)試過程中往往不斷更換混凝劑，有的還試用助凝劑，均得不到滿意的效果。這首先是污染物顆粒親水性與憎水性差異造成的。親水性顆粒不易與微氣泡粘附，不易用氣浮法去除，而憎水性顆粒易與微氣泡粘附，宜用氣浮法去除［5］。

烷烴、油、脂肪和多數(shù)含有油脂的物質(zhì)是憎水性物質(zhì)。含油廢水中的分散油粒具有極強的憎水性，而且其中的懸浮顆粒與油份相互作用結(jié)合，也增強了懸浮物的憎水性。所以，機務(wù)車輛部門含油廢水和客運部門洗車廢水宜用混凝氣浮法處理。

而洗衣廢水處理有很大難度，原因是合成洗滌劑增大了廢水中懸浮顆粒的親水性。在洗滌過程中，合成洗滌劑分子的憎水基就插入油滴中，而其親水基在油滴外面插入水中。這樣油滴及其與油滴結(jié)合的顆粒物等被合成洗滌劑分子包裹起來。再經(jīng)摩擦、振動，污垢就被分散脫離纖維織品，而分散到水中形成乳濁液，從而達到洗滌目的。由此可見，洗衣廢水中的污染物顆粒是被合成洗滌劑分子包裹的，外表面被合成洗滌劑分子的親水基覆蓋，從而具有了極強的親水性，增加了氣浮處理難度。

3.2 對混凝反應(yīng)過程水力條件認(rèn)識偏差

聚合氯化鋁的投加混合方法采用泵前投藥，或混合反應(yīng)裝置投藥，均導(dǎo)致氣浮效果差，是因為混凝過程中水力條件對絮凝體形成影響極大［5］。采用泵前投藥或混合反應(yīng)裝置投藥，雖然在混合階段混凝劑與廢水充分混合，但破壞了混合階段初級礬花、小礬花形成的物理化學(xué)過程。

混凝過程的反應(yīng)階段，攪拌強度和水流速度應(yīng)隨著絮凝體結(jié)大而逐漸降低，以免結(jié)大的絮凝體被打碎［5］。如果混合階段或反應(yīng)階段攪拌作用過強，正?；炷锢砘瘜W(xué)過程均被破壞，就不能以顆粒吸附和氣泡裹夾的方式來實現(xiàn)良好氣浮效果。

所以，適度攪拌，充分混合，避免劇烈攪拌，保證初級礬花、小礬花形成和絮凝體形成，是混凝氣浮的混凝反應(yīng)過程水力條件。

3.3 忽視混凝反應(yīng)與氣浮過程的關(guān)聯(lián)性

簡單套用混凝沉淀理論和方法，在聚合氯化鋁的投加混合方法上采用混合反應(yīng)槽投藥，結(jié)果降低了氣浮效果。其實如果化學(xué)混凝后不經(jīng)沉淀處理而是直接進行接觸過濾或是氣浮處理，反應(yīng)階段可以省去［5］。

混凝劑和溶氣水應(yīng)同步加入，初級礬花和小礬花形成和絮凝體形成的過程與氣浮過程是同步進行的，顆粒吸附和氣泡裹夾貫于整個混凝反應(yīng)階段的反應(yīng)過程，通過顆粒吸附和氣泡裹夾，使絮凝體內(nèi)部或表面結(jié)合了的更多的微氣泡，才會有良好的氣浮處理效果。

如果先加入混凝劑經(jīng)反應(yīng)階段充分反應(yīng)，再加入溶氣水，則無顆粒吸附和氣泡裹夾，只存在氣泡頂托，氣浮效果差。

4 結(jié)論

目前混凝氣浮法廢水處理實踐問題是水力條件不合理，割裂混凝反應(yīng)與氣浮過程的關(guān)聯(lián)性。

用混凝氣浮法處理廢水，要考慮污染物顆粒親水性與憎水性;要設(shè)計良好的水力條件;要保證混凝反應(yīng)和氣浮過程同步。

特別是處理含親水性污染物的廢水，混凝劑只能采用泵后投藥。

混凝劑和溶氣水應(yīng)同步加入，混凝過程和氣浮過程才能同步，才會有良好的氣浮處理效果。

處理洗滌污水不宜采用泵前投藥、混合反應(yīng)裝置投藥和混合反應(yīng)槽。

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