气浮工艺中，如何提高微气泡与微絮粒的共聚粘附效果
随着给水水源富营养化现象不断加重，传统净水工艺面临极大的挑战。溶气气浮工艺(DAF)作为一种传统的固液分离技术，对于低浊、高藻水源具有独特优势。气浮接触区是微气泡与絮体颗粒碰撞、粘附的主要场所，其运行效果好坏直接影响气浮净水的效果。针对传统DAF工艺气浮接触区泡絮体粘附效率较低、捕集效果不理想、粘附不稳定等问题，基于泡絮碰撞粘附理论，研发了集逆向流与同向流于一体的DAF工艺(CCDAF)，以高藻高有机物水源为原水，深入开展了工艺特性、除污染效能和机理研究;以同向絮凝相关理论为基础，进行了泡絮粘附动力学研究;在此基础上构建共聚气浮-炭... 展开 随着给水水源富营养化现象不断加重，传统净水工艺面临极大的挑战。溶气气浮工艺(DAF)作为一种传统的固液分离技术，对于低浊、高藻水源具有独特优势。气浮接触区是微气泡与絮体颗粒碰撞、粘附的主要场所，其运行效果好坏直接影响气浮净水的效果。针对传统DAF工艺气浮接触区泡絮体粘附效率较低、捕集效果不理想、粘附不稳定等问题，基于泡絮碰撞粘附理论，研发了集逆向流与同向流于一体的DAF工艺(CCDAF)，以高藻高有机物水源为原水，深入开展了工艺特性、除污染效能和机理研究;以同向絮凝相关理论为基础，进行了泡絮粘附动力学研究;在此基础上构建共聚气浮-炭砂过滤一体化工艺，并进行中试研究。
CCDAF气浮池内微气泡与絮粒依次经过逆流碰撞和同向流粘附，显著提高了微气泡的粘附效率，增强了泡絮体的稳定性。利用Fluent对气浮池进行计算流体力学(CFD)单相、两相流流场特性数值模拟，模拟结果表明，池体结构合理，流场特征良好，工艺可行;随着进水负荷增大，流场紊动程度增强;随着气含率的增加，回旋现象明显减弱，分离区形成较厚微气泡滤层，有利于泡絮体粘附上升。泡絮体受力分析表明，提高底部集水的均匀度、扩大底部出流面积和池体横截面，有助于促进泡絮体上浮效果。通过投加填料、控制溶气罐停留时间，溶气效率、微气泡粒径均达到理想效果，溶气效果明显高于传统设备。
CCDAF工艺混凝-气浮过程优化研究结果表明，优选混凝剂PAFC，絮凝方式采用二级絮凝，絮凝时间8min。利用响应曲面设计方法(RSM)建立以浊度、CODMn为响应值的4因素多元二次回归模型方程，方程拟合度较好，明确了回流比、投药量、G1、G2对响应值影响的显著程度，确定了CCDAF工艺共聚气浮运行参数。CCDAF工艺除污染效能研究结果表明，工艺对浊度平均去除率达到96.4％，气浮分离区中上部存在微气泡层过滤及粘附作用，致使工艺沿程出水逐渐降低。有机物去除效能表明气浮更易于去除大分子、疏水性有机物，尤其对于分子量大于30kDa的有机物去除效果更为显著。DOM荧光特性表明，气浮去除腐殖类有机物优于蛋白质类有机物。CCDAF工艺对藻类的平均去除率达到96.50％，气浮前后藻胞内物质及细胞形态未发生显著变化。虽然混凝搅拌引起藻胞内微囊藻毒素-LR(MC-LR)、2-甲基异莰醇(2-MIB)、土臭素(GSM)少量释放，但在气浮过程中能得到显著去除，与其他除藻工艺对比，有效避免了藻类胞内物质的释放。CCDAF工艺比同向流及逆向流DAF工艺除污染效能更加显著。
CCDAF工艺污染物去除机理研究表明，逆流碰撞区主导粘附机制为碰撞粘附、共聚作用，同向流接触区主导粘附机制为碰撞粘附，及网捕、包卷和架桥作用。有机物主导去除机制为电中和脱稳和吸附作用。氨氮去除途径主要为凝聚吸附、挥发逸出和氧化还原。以局部各向同性紊流理论为基础，提出泡絮体浓度随时间变化的动力学模型，模型基本符合右偏态分布，模型得出气泡-颗粒粘附受气泡粒径(db)、絮体粒径(df)、微气泡浓度(nb)、泡絮体浓度(nf)、温度(T)等参数影响，对工艺运行具有较好的指导意义。 将CCDAF工艺与炭砂双层过滤有机结合，构建了共聚气浮-炭砂过滤一体化工艺。中试研究结果表明，浊度总去除率达到98.84％，气浮单元去除UV254略优于CODMn，过滤单元去除CODMn优于UV254。滤层内有机物去除主要发生在炭层，原因是生物量主要分布在炭层中上部。
DOM荧光特性表明，对于腐殖类有机物去除，气浮优于炭砂过滤，对于蛋白质类有机物去除，炭砂过滤优于气浮。炭砂滤层沿程氨氮去除显著，硝酸盐氮略有升高，亚硝酸盐氮在滤层内出现先升高后降低的规律，滤层内氨化细菌和硝化菌为优势菌群。由于气浮后充足的溶氧条件，浮滤工艺出水优于直接过滤，随着进水污染物负荷增加，优势更加明显。藻主要通过气浮单元去除，去除率达到97.0％，过滤单元对藻的去除贡献较小。藻细胞在滤池内沉积导致滤后出水出现MC-LR、GSM升高现象，但是2-MIB去除效果良好。与传统浮滤池对比试验结果表明，在一个过滤周期内共聚气浮滤池出水更加稳定，过滤周期比传统浮滤池明显延长
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