溶氣式氣浮法（DAF）中氣泡和顆粒的特性會影響氣泡與顆粒之間的碰撞效率，以及懸浮物的去除率。在本篇論文中，氣泡和顆粒的碰撞效率因數（αbp）是根據軌跡分析計算。認為在DAF中最重要的參數是氣泡和顆粒兩者的表面特性(Z)電位）。另一個重要因素是氣泡和顆粒的大小。根據顆粒和氣泡的大小，顆粒密度對abp有正或負的影響。溶液的離子強度對αbp稍有影響。這—理論得出的結論可以用來對DAF工藝洲與當前實際生產運行中存在的某些問題作一解釋。

前言：

　　溶氣式氣浮工藝的有效性已在眾多領域的應用中得到證實，也包括在飲用水處理工藝的應用。但是，對氣泡和顆粒基本特性的您并不多。九十年代的種群平衡紊流模型和單收集碰撞模型，雖可用來作些解釋，但均未能說明DAF設計運行中氣泡和顆粒大小和表面電荷對其產生的影響。
　　在本篇論文中，氣泡和顆粒的碰撞效率（αbp）劇在DAF工藝應用中遇到的大量運行參數，運用軌跡分析計算得出。

　　方法：
　　在低雷諾數流態下，上升氣泡和下沉顆粒的運動與碰撞，可用流體動力學和顆粒（粒間）作用力的等式來說明。

　　 氣泡與顆粒之間的碰撞效率因數(αbp)如圖1所示，其內容與1991年所用的不同沉淀中碰撞效率因數的定義相似。主要區別是：αbp的定義有兩種情況：（1）當氣泡大于顆粒時；（2）當顆粒大于氣泡時。而在不同沉淀情況下，僅第一種情況被認為較大的顆粒落在較小顆粒的上方。這個區別是由數學簡化形成的。因為此方式中使用的是大小比率。兩種情況的理論定義相同。
　　軌跡分析的主要方程式見式（1）

　　式中L、G和M為流體動力學函數，是依據中心與中心的分離距離（S）和顆粒與氣泡（或氣泡和顆粒）的大小比值（λ）求出。r和θ是在極坐標上的位置，V是顆粒速度，D是擴散系數，k是波爾茲曼常數，T是絕對溫度序，Φ是粒間作用力。
　　用DLVO理論可詳細描述兩個帶電荷膠體顆粒之間的反應。通常以勢能WT表示總干擾，以范德華能引力VA和電干擾VR的總合計算，見式（2），（3）

　　A為哈梅克常數，在水系統，其范圍在3.5×10-13－8.0 ×10-13爾格。
　　對于兩個表面電位不同的不相等的顆粒Φ1和Φ2來說，它們間的電干擾可用等式（4）描述

　　這里ε相對介電常數，A1是較大顆粒的半徑，x是德拜——休克耳互補長度系數。
　　總干擾能量VT取決于DAF工藝中氣泡與顆粒溶液中的各種理化參數。
　　結果與討論
　　在αbp的計算中，對氣泡—顆粒—溶液系統的基礎特性作了調查，其中包括氣泡的大小及表面電荷，顆粒的大小及表面電荷和密度，溶液的離子強度。如表1所示，對每一參數作了一組軌道分析。
　　普通DAF采用表中的標準數值，其它數值則視這些參數對αbp的影響而作變動。

表1 αbp計算中使用的各種參數 標準實例 1.氣泡大小 2.氣泡Z電位 3.顆粒大小 4.顆粒Z電位 5.顆粒密度 6.離子強度 氣泡大小（μm） 60 20-120 - - 60,90 - - Zeta電位（mV) -25 - -150～+10 - - - - 顆粒大小（μm） 15，60，150 - - 12～150 15,150 - - zeta電位（mV) 0-30 - - - -30～+10 - - 密度（g/cm³) 1.2 - - 1.2,2.0 - 1.01～2.65 - 溶液離子強度（M） 0.001 - - - - - 0.00001-0.1

　　顆粒大小和顆粒的Z電位均取決于原水特性和混凝條件，如藥劑投加量和絮凝時間。
　　氣泡大小的影響
　　氣泡大小對αbp的影響如圖2所示。
　　混凝狀態對DAF所起作用是很大的。在穩定條件下（ξp=-30m＼mV），碰撞效率非常低而在不穩定條件下（ξp=0mV）則會較其高出1－2個數量級。能獲得最高碰撞效率的最佳氣泡大小取決于顆粒的大小。對較小顆粒來說，只需要較小的氣泡即可達到較高碰撞效率。同樣，較大顆粒，則需要較大氣泡。顆粒與氣泡大小的最佳比值大約在2－1之間。

　　 氣泡Z電位對αbp的影響如圖3所示，其中以3種大小的顆粒（dp=15 一15μm，60μm，150μm）、穩定和不穩定顆粒以及按表1所注明的所有其它條件舉例。在不穩定狀態下，碰撞效率高。在穩定狀態，隨氣泡Z電位的變化會出現非常明顯的變化。
　　顆粒大小的影響
　　顆粒大小對碰撞效率參數的影響如圖4所示，其以兩種顆粒密度（Qp＝1.2g/cm³和2g／cm³）為例。其余群同前。同樣，按照顆粒的混凝條件，碰撞效率存在很大差異。
　　在DAF的實際運行中。顆粒的大小是依絮凝時間，混合條件而定。與傳統水處理工藝相比，DAF不要求或很少要求有絮凝時間郵對于如何能根據顆粒特性來選擇最佳絮凝時間這點，目前尚未有標準提出。
　　顆粒Z電位的影響
　　顆粒Z電位測撞效率參數的影響示于圖5，以兩種顆粒和兩種氣泡為例。按照顆粒Z電位，碰撞效率分為兩個區域。負Z電位，碰撞效率非常低；反之，則急劇上升，大顆粒更明顯。
　　在DAF運行中，欲達到較好的碰撞效率，建議使用藥劑稍微過量些。
　　顆粒密度的影響
　　顆粒密度的影響示于圖6。同樣，在不穩定狀態下，其影響很明顯。建議，按照礬花大小和絮凝時間，預處理的目標應根據要進附理的顆粒的強度來選擇。

　　溶液離子強度的影響
　　溶液離子強度的影響示于圖7。對于穩定條件下，離子強度不會有影響。在不穩定條件下，當顆粒電荷為零，同時氣泡電荷為負值時，碰撞效率αbp隨離子強度的增加，稍有減少。

結論

　　DAF中顆粒與氣泡碰撞效率因數，流體動力學和粒間作用力的關系，根據軌道分析計算。每一參數對αbp的影響本文已作了計算和討論。
　　控制DAF碰撞效率的最為明顯的參數是氣泡和顆粒的靜電狀態。對氣泡攜帶相反電荷的氣泡與顆粒碰撞時，可以得到最大的碰撞效率。最佳氣泡大小取決于顆粒大小。最佳顆粒大小隨顆粒密度而變化。溶液的離子強度對碰撞效率的影響不大。

　　用本研究的結論可以解釋DAF設計運行中當前的問題。另外，可按照絮凝時間和礬花的Z電位，有目的的調整預處理，可最有效地達到DAF凈水效果。本文主張不僅通過改變水中顆粒特性，還要通過改變顆粒和氣泡的特性，才能達到這一目標。

摘譯自 AQUA，2002-1
（何玲 譯 馮新校）