徐立群¹，史東明²，胡秀頂³，蔡文寧⁴，黃臣向⁴
(1.哈爾濱工業大學市政環境工程學院，黑龍江哈爾濱150090；
2.中國北辰化工集團公司黑龍江分公司，黑龍江哈爾濱150032；
3.淮南市自來水公司，安徽淮南232007；
4.?？谑忻卒佀畯S，海南?？?70203)

　　摘　要：分析了水處理工程中含氣水流產生的原因，指出水泵摻氣可能是含氣水流產生的重要原因，并提出了解決該問題的工程辦法和工藝方案。
　　關鍵詞：混凝沉淀；氣體；水泵摻氣
　　中圖分類號：TU991.22
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)07-0049-03

　　水中含有氣體是很普遍的現象，水中氣體按存在形態可分為溶解性氣體和非溶解性氣體。在混凝沉淀過程中，自然狀態下的溶解性氣體對水處理基本沒有影響，少量的非溶解性氣體的影響也可以忽略不計。但是在工程上，非自然狀態的少量氣體進入水處理工藝流程，就會對混凝沉淀產生很壞的影響。

1 工程現象

　　昆山水司玉峰山水廠的工藝流程見圖1。

　　該廠原處理水量為2.5×10⁴m³/d，建于20世紀80年代初期，供水能力已不能滿足城市發展的需要。同時，由于化肥和殺蟲劑的大量使用，原水水質惡化，每年夏季都出現藻類爆發現象，水廠出水水質也不能保證。因此，在1998年4月—1999年9月采用“渦旋混凝低脈動沉淀給水處理技術”進行了工藝改造，改造目標是使水廠處理能力提高至5×10⁴m³/d，沉后水濁度＜3NTU。水廠改造完成后，在調試期間發現極少量的氣體以微氣泡的形態存在于水中，對混凝沉淀產生的影響主要表現為大量細碎的礬花顆粒在沉淀池上浮，間有大塊礬花團上浮，在沉淀池上部形成懸浮礬花層，呈黃綠色，類似氣浮池上部的浮渣層，部分帶有氣泡的礬花顆粒隨出水流出沉淀池，使沉淀池出水水質惡化；同時，大量的夾氣礬花懸浮在普快濾池上部和沙層表面，使濾池反沖洗次數隨之增加，濾池表面需頻繁清理。發生上述問題的時間為春季和夏季，水溫為20℃，pH值為6.9，藻類含量為(0.8～3)×10⁷個/L。

2　原因分析

　　在沉淀池上部懸浮礬花層取樣，肉眼觀察，礬花上粘附有大量的白點，用放大鏡或顯微鏡觀察，看到大量的氣泡附著在礬花上，氣泡的粒徑在0.01～1mm之間，多數氣泡的粒徑接近0.1mm。氣泡在礬花上的附著很穩定，很少有氣泡的合并和破裂現象發生。對1 L燒杯中的懸浮礬花層進行攪拌處理，強烈攪拌1min后，上浮的礬花有所減少，證明攪拌可以使部分氣泡析出，但短時間攪拌不能完全去除氣泡。筆者曾經在反應池末端用1L燒杯取樣，進行30min靜沉試驗，發現礬花顆粒輕，多呈懸浮狀態，不易沉降去除，20min后，懸浮礬花開始上浮，部分已沉降至燒杯底部的礬花也會上浮。上浮的礬花表面粘附大量的氣泡，并可觀察到氣泡長大并吸附在礬花表面的全過程。將試樣靜置1d后，燒杯上部的浮渣未見減少。生產實際產生的上浮渣集中在反應區的末段和沉淀池的上部，用高壓水槍沖也不易去除。
　　玉峰山水廠的沉淀面積為10m×10m，處理能力為2×10⁴m³/d，將池面浮渣清理干凈，一天后新產生的浮渣層厚度可達20cm。根據前面的靜置試驗，假設無氣體逸出，浮渣層全部由氣體組成，則氣體體積為20m3，即氣量僅占進水量的0.1%。由此可得出結論：氣量與構筑物的處理水量相比很小，但對混凝沉淀過程影響極壞。
　　 如此少量的氣體源于何處呢?分析認為可能有以下幾種來源：①水體所含水生生物產氣；②水泵及泵前摻氣；③泵后輸水管路及混合器摻氣。首先考慮的應是原水中的藻類。水廠的原水取自一條小河，水體中藻類含量較高，發生這一現象時，藻類含量為9×10⁶個/L。如果水體中藻類呼吸作用強烈，可觀測到產氣的現象，但在取水頭部取樣進行燒杯試驗，沒有礬花上浮現象發生，這個原因可以排除，確定問題出在取水至混合器前端的工藝過程中。在混合器前端設有開口的穩壓井，水流在其中紊動強烈，一開始懷疑是穩壓井摻氣，封 閉穩壓井上部的開口空間后，問題仍然存在。水泵至混合器部分的管路處于正壓狀態，基本沒有可能進氣，因此推斷是水泵及泵前真空部分密封不嚴，可能的進氣原因可分為三個：①水泵吸入口水面與吸入口距離太??；②泵吸水管路漏氣；③泵體本身漏氣。以上三點均是由于水泵泵前負壓吸入氣體引起的，可歸結為水泵摻氣。
　　 在混合器前端設有開口部分，反應池中也有足夠的時間使氣體釋放出來，氣體仍然能夠進入沉淀池，說明原水中有使氣體穩定存在的內在因素。筆者認為可能有以下幾點：①溶氣釋放機制。在處理工藝流程中，原水經一級泵站提升，水泵出口壓力較大，氣體在水中溶解度高，在反應器前端，壓力突然減小，氣體溶解度降低，不能在水中繼續穩定存在而釋放出來，形成大量小尺度的氣泡，其原理和溶氣氣浮相同。這樣形成的氣泡顆粒粒度小且均勻，與觀察到的氣泡在形態和形成條件上一致。由于此時正處于絮凝劑在水中形成礬花及礬花長大的過程，氣泡粘附在礬花表面，使礬花上浮。②粘度影響氣泡，使氣泡穩定存在。觀察氣泡的形態和存在狀態，小氣泡極為穩定，其中的氣體不易通過氣泡破裂而釋放出來。水的粘度是影響氣泡穩定存在的重要因素，粘度越大，氣泡存在越穩定。該廠原水中含有較多種類的農藥及化學物質，水的粘度較大，這可能是重要的影響因素之一。③原水中含有較多的藻類等 水生生物，它們本身及其分泌物可能對氣泡的產生和存在產生影響。

3　解決方案

　　 由于找到了工程問題的癥結是水泵摻氣，因此，解決問題的途徑可以歸結為兩點：①從根源上去除摻氣機制；②從工藝流程上解決問題，使氣體不能進入反應沉淀池而在其前端釋放出來。由于水泵摻氣的氣量較少，尋找水泵及吸水管路系統漏氣點非常困難。曾經兩次檢修水泵，第一次沒有找到漏氣點，第二次檢修水泵及管路系統，發現水泵密封圈封閉不好，換用新密封圈并加油后，沉淀池內不再有礬花上浮，似乎問題已經解決。但幾天后，沉淀池上部出現少量浮渣，問題又開始輕微出現，并逐漸加重，10d后又恢復至原有狀態，可見單純靠檢修水泵難以解決問題。遂又提出了利用曝氣吹脫方法，釋放由于水泵摻氣裹挾的氣體，從工藝上根本解決這一問題，并進行了試驗，試驗情況如下：
　　 取混合器前端未加混凝劑的原水，分置于6個1L燒杯內，對燒杯內的水樣用不同方法處理，如靜置、攪拌、模擬曝氣(將兩個燒杯杯口相距10cm，對折其中的水樣)。然后對經過不同 處理的原水水樣進行燒杯攪拌試驗，燒杯攪拌程序見表1，試驗結果見表2。

表1　燒杯試驗程序 項目 混合攪拌 第一級 第二級 第三級 轉速(r/min) 220～240 140～160 60～80 15～30 時間(min) 1 2 2 4

表2　　燒杯試驗結果 前處理方法 靜置1 d 原水水樣 攪拌2 min(200 r/min) 對折1次 對折5次 對折10次 靜置沉淀結果 約1/2礬花上浮 幾乎全部礬花上浮 約1/2礬花上浮 約3/4礬花上浮 約1/3礬花上浮 基本無礬花上浮 注：礬花上浮的比例為估算體積比。

　　 試驗表明，曝氣可以有效去除原水中由于水泵摻氣或其他原因混入的氣體，避免氣體對混凝沉淀產生不利影響。因此，在加藥點前設置曝氣工藝吹脫原水中氣體的效果是比較理想的，但這會增加基建投資。另一個可行的辦法是結合混合過程，采用跌水混合的工藝形式，利用一泵站的剩余水頭，在處理工藝前部設置噴泉混合。昆山水司的二水廠和玉峰山水廠均使用同一泵站輸送原水，但二水廠經混合后的水進入反應池時有跌水措施，不存在這個問題，說明這一辦法也是可行的。

4　結語

　　①含氣水流中氣體對混凝沉淀的影響程度可能與原水的性質及組分有關，粘度大的水產生影響的可能性較大。
　?、谒幚碇?，導致含氣水流的直接原因可能是水泵摻氣。它與一泵站的泵出口壓力有關，泵壓越大，發生這一現象的可能性也隨之增大。
　　③發生泵摻氣問題應首先考慮檢查水泵吸水口水位、水泵吸水管路和水泵密封情況，通過檢修這些設備可方便快捷地解決問題。
　?、軝z修設備后還找不到原因的，可通過采用跌水混合及曝氣吹脫的方式釋放水流中的氣體，以改善混凝效果。

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　　收稿日期：2001-01-13