水質(zhì)安全的動(dòng)態(tài)超聲波強(qiáng)化混凝除藻水處理試驗(yàn)研究

孫　華　巫麗俊　李　潔

（1南京國(guó)環(huán)科技股份有限公司江蘇南京2100422南京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院江蘇南京210013）

水質(zhì)安全的動(dòng)態(tài)超聲波強(qiáng)化混凝除藻水處理試驗(yàn)研究

孫華1巫麗俊1李潔2

（1南京國(guó)環(huán)科技股份有限公司江蘇南京2100422南京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院江蘇南京210013）

目前，動(dòng)態(tài)超聲波技術(shù)顯示出足夠的有事，在基于水質(zhì)安全的除藻水處理研究中有不可替代的作用，本文基于上述背景，對(duì)動(dòng)態(tài)超聲波強(qiáng)化的具體實(shí)施步驟和試驗(yàn)進(jìn)行了分析，以期能為水污染治理提供技術(shù)借鑒。

動(dòng)態(tài)超聲波；強(qiáng)化混凝除藻；水處理試驗(yàn)

從目前情況來(lái)看，水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要表現(xiàn)為水體中的藍(lán)藻細(xì)胞增多，由于藍(lán)藻細(xì)胞內(nèi)有氣囊生成，可增加藻類浮力，因此藍(lán)藻可漂浮在水面上獲得更多的繁殖機(jī)會(huì)。由于浮力作用，在水廠進(jìn)行混凝沉淀處理時(shí)很難將藍(lán)藻去除，因此給水污染處理帶來(lái)了一定難度，導(dǎo)致處理成本上漲［1］。此外，藍(lán)藻細(xì)胞內(nèi)還帶有大量的藻毒素有機(jī)物等有害物質(zhì)，若藻細(xì)胞破裂則藻毒素會(huì)釋放到水中，對(duì)供水安全造成威脅。因此探求一種去除藻類物質(zhì)的有效方法意義重大，以下將從動(dòng)態(tài)超聲波的概述入手，對(duì)超聲波混凝除藻試驗(yàn)進(jìn)行分析。

1　超聲波原理和在水處理中的應(yīng)用

超聲波是指評(píng)論為20kHz～106kHz的機(jī)械波，波速通常在1500m/s左右，波長(zhǎng)0.01cm～10cm，若超聲強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)會(huì)影響到傳播介質(zhì)，例如使傳播介質(zhì)的組分、功能、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)變化，即通常所謂的超聲效應(yīng)［2］。

當(dāng)在混凝處理過(guò)程中應(yīng)用超聲波時(shí)，可有效提高混凝效果，由于在穿透帶有絮狀顆粒的液體時(shí)，在超聲波影響下，絮狀顆粒會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，顆粒大小不同，振動(dòng)頻率也不一樣，這樣就會(huì)產(chǎn)生相互碰撞、粘結(jié)，逐漸聚集成大塊的絮狀物并沉淀在水體中，因此在混凝處理時(shí)加入超聲波，最終效果要優(yōu)于單獨(dú)混凝，去除污染物的效率也可得到大幅度提高。

由于超聲波處理所需的反應(yīng)條件溫和、容易滿足，且操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)速度快，在水處理中得到了廣泛應(yīng)用，在飲用水深度凈化、工業(yè)廢水處理、除藻處理等方面均適用。例如在抑藻除藻處理過(guò)程中，超聲波可促進(jìn)有機(jī)物降解，破壞藍(lán)藻氣囊，加速沉淀［3］。

2　混凝除藻水處理試驗(yàn)

2.1材料和試劑

2.1.1水體樣品

本次研究所選用的水體樣品優(yōu)勢(shì)藻種為銅綠微囊藻，占樣品的95%以上，在樣品中加入藍(lán)藻，配制成藍(lán)藻濃度為65%的水樣，經(jīng)檢測(cè)，水樣葉綠素a濃度Wie100ug/L-1左右，濁度90NUT。

2.1.2混凝劑

在水處理實(shí)際過(guò)程中，原水水質(zhì)可對(duì)混凝劑的選擇造成很大影響，由于原水以及污水水質(zhì)會(huì)隨季節(jié)和處理工藝變化而改變，因此在選擇混凝劑時(shí)，既要考慮到堿度、硬度以及色度的變化，又要對(duì)濁度、溫度以及pH值等因素進(jìn)行考慮，因此本次水處理試驗(yàn)所選用的混凝劑為水廠常用的聚合氯化鋁（PAC）。

2.1.3超聲反應(yīng)器

超聲波反應(yīng)器由江蘇省昆山市超聲儀器有限公司生產(chǎn)，頻率為40kHz的功率可調(diào)式動(dòng)態(tài)超聲波裝置。

2.2試驗(yàn)方法

2.2.1靜置試驗(yàn)

取2L的含藻水樣加入到超聲波水槽當(dāng)中，以60W的功率和10kHz的頻率對(duì)含藻水樣進(jìn)行輻射，緩慢攪拌2h后用0.45um孔徑的薄膜進(jìn)行濾過(guò)，對(duì)水中的藻毒素進(jìn)行測(cè)定，其余水樣用于混凝試驗(yàn)。取1L輻射后的水樣加入燒杯當(dāng)中，加入30Mg的混凝劑分析純，200r/min攪拌1min后100r/min攪拌10min，最后60r/min攪拌10min，靜置30min，虹吸上層800mL水樣，混勻后對(duì)葉綠素a濃度進(jìn)行測(cè)定。

2.2.2動(dòng)態(tài)超聲波強(qiáng)化混凝除藻試驗(yàn)

開(kāi)啟水泵，流量調(diào)整為700L/h，流經(jīng)超聲波裝置的時(shí)間為12s，功率調(diào)整為150W，對(duì)應(yīng)超聲能量密度為64W/L，投入20mg/L的混凝，每隔1h取原水、沉淀水和過(guò)濾水1L，對(duì)藻類數(shù)量進(jìn)行測(cè)定，并0.45um孔徑的薄膜進(jìn)行濾過(guò)后對(duì)水中溶解性有機(jī)碳（DOC）進(jìn)行測(cè)定。

2.3結(jié)果與分析

原水濁度為104.2NTU，葉綠素a濃度為198.1ug/L，結(jié)果表明，當(dāng)超聲頻率為120kHz，超聲持續(xù)時(shí)間10s以上，且能量密度在64W/L～196.6W/L區(qū)間時(shí)除藻效果最佳，混合藻類去除率在97%以上。對(duì)藻毒素濃度的檢驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)動(dòng)態(tài)超聲波處理后，水樣中的藻毒素減少了19.5%～31.5%，且隨著超聲強(qiáng)度上升、持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，藻毒素減少幅度增加。

動(dòng)態(tài)混凝沉淀除藻結(jié)果顯示，原水濁度在270 NTU～300NTU，藻細(xì)胞個(gè)數(shù)3.97～5.01億個(gè)/L時(shí)，DOC為6.0 mg/L～6.2mg/L，投入20mg/L的混凝劑，能量密度不變，動(dòng)態(tài)超聲作用持續(xù)10s～30s時(shí)，處理效果明顯優(yōu)于原水直接混凝處理，此時(shí)水樣藻類細(xì)胞個(gè)數(shù)為原水的35.7%，此外，動(dòng)態(tài)超聲波作用后，DOC去除效率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原水直接處理，提示動(dòng)態(tài)超聲波處理藍(lán)藻水質(zhì)具備安全性，原因分析為：超聲波作用于水體，所產(chǎn)生的局部高壓高溫會(huì)導(dǎo)致有機(jī)物化學(xué)鍵位斷裂，水中的部分有機(jī)物分解揮發(fā)，因此DOC減少。

3　結(jié)語(yǔ)

綜上，在水處理試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)原水進(jìn)行動(dòng)態(tài)超聲預(yù)處理可有效提高混凝處理的效果，一方面可減少混凝劑投入量，節(jié)省成本，另一方面可減少水中的藻類和有機(jī)物的去除率，保證水質(zhì)安全。在試驗(yàn)結(jié)果中表明：（1）超聲頻率為120kHz，超聲持續(xù)時(shí)間10s以上，且能量密度在64W/L～196.6W/L時(shí)除藻效果最佳；（2）頻率和能量密度不變，動(dòng)態(tài)超聲持續(xù)10s～30s時(shí)，對(duì)DOC也可起到顯著的去除效果，從而保證水質(zhì)安全。

［1］朱宸，丁凱耘，叢海兵，等.水質(zhì)安全的動(dòng)態(tài)超聲波強(qiáng)化混凝除藻水處理試驗(yàn)研究［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35（8）：2429-2434.

［2］倪金春.超聲波強(qiáng)化混凝沉淀安全除藻水處理試驗(yàn)研究［D］.揚(yáng)州大學(xué)，2014，5-6.

［3］蔣新躍，欒清，叢海兵，等.壓力強(qiáng)化混凝除藻工藝中藻毒素安全性研究［J］.環(huán)境科學(xué)，2014（11）：4171-4175.

孫華（1981—），女，碩士，江蘇，中級(jí)，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)等環(huán)保咨詢工作。