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(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150090；
2.中國(guó)北辰化工集團(tuán)公司黑龍江分公司，黑龍江哈爾濱150032；
3.淮南市自來(lái)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(chǎn)生的原因，指出水泵摻氣可能是含氣水流產(chǎn)生的重要原因，并提出了解決該問(wèn)題的工程辦法和工藝方案。
　　關(guān)鍵詞：混凝沉淀；氣體；水泵摻氣
　　中圖分類號(hào)：TU991.22
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)07-0049-03

　　水中含有氣體是很普遍的現(xiàn)象，水中氣體按存在形態(tài)可分為溶解性氣體和非溶解性氣體。在混凝沉淀過(guò)程中，自然狀態(tài)下的溶解性氣體對(duì)水處理基本沒(méi)有影響，少量的非溶解性氣體的影響也可以忽略不計(jì)。但是在工程上，非自然狀態(tài)的少量氣體進(jìn)入水處理工藝流程，就會(huì)對(duì)混凝沉淀產(chǎn)生很壞的影響。

1 工程現(xiàn)象

　　昆山水司玉峰山水廠的工藝流程見(jiàn)圖1。

　　該廠原處理水量為2.5×10⁴m³/d，建于20世紀(jì)80年代初期，供水能力已不能滿足城市發(fā)展的需要。同時(shí)，由于化肥和殺蟲劑的大量使用，原水水質(zhì)惡化，每年夏季都出現(xiàn)藻類爆發(fā)現(xiàn)象，水廠出水水質(zhì)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(dòng)沉淀給水處理技術(shù)”進(jìn)行了工藝改造，改造目標(biāo)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(diào)試期間發(fā)現(xiàn)極少量的氣體以微氣泡的形態(tài)存在于水中，對(duì)混凝沉淀產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)為大量細(xì)碎的礬花顆粒在沉淀池上浮，間有大塊礬花團(tuán)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(zhì)惡化；同時(shí)，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(shù)隨之增加，濾池表面需頻繁清理。發(fā)生上述問(wèn)題的時(shí)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(gè)/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(diǎn)，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(shù)氣泡的粒徑接近0.1mm。氣泡在礬花上的附著很穩(wěn)定，很少有氣泡的合并和破裂現(xiàn)象發(fā)生。對(duì)1 L燒杯中的懸浮礬花層進(jìn)行攪拌處理，強(qiáng)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(shí)間攪拌不能完全去除氣泡。筆者曾經(jīng)在反應(yīng)池末端用1L燒杯取樣，進(jìn)行30min靜沉試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)礬花顆粒輕，多呈懸浮狀態(tài)，不易沉降去除，20min后，懸浮礬花開(kāi)始上浮，部分已沉降至燒杯底部的礬花也會(huì)上浮。上浮的礬花表面粘附大量的氣泡，并可觀察到氣泡長(zhǎng)大并吸附在礬花表面的全過(guò)程。將試樣靜置1d后，燒杯上部的浮渣未見(jiàn)減少。生產(chǎn)實(shí)際產(chǎn)生的上浮渣集中在反應(yīng)區(qū)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(chǎn)生的浮渣層厚度可達(dá)20cm。根據(jù)前面的靜置試驗(yàn)，假設(shè)無(wú)氣體逸出，浮渣層全部由氣體組成，則氣體體積為20m3，即氣量?jī)H占進(jìn)水量的0.1%。由此可得出結(jié)論：氣量與構(gòu)筑物的處理水量相比很小，但對(duì)混凝沉淀過(guò)程影響極壞。
　　 如此少量的氣體源于何處呢?分析認(rèn)為可能有以下幾種來(lái)源：①水體所含水生生物產(chǎn)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(yīng)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(fā)生這一現(xiàn)象時(shí)，藻類含量為9×10⁶個(gè)/L。如果水體中藻類呼吸作用強(qiáng)烈，可觀測(cè)到產(chǎn)氣的現(xiàn)象，但在取水頭部取樣進(jìn)行燒杯試驗(yàn)，沒(méi)有礬花上浮現(xiàn)象發(fā)生，這個(gè)原因可以排除，確定問(wèn)題出在取水至混合器前端的工藝過(guò)程中。在混合器前端設(shè)有開(kāi)口的穩(wěn)壓井，水流在其中紊動(dòng)強(qiáng)烈，一開(kāi)始懷疑是穩(wěn)壓井摻氣，封 閉穩(wěn)壓井上部的開(kāi)口空間后，問(wèn)題仍然存在。水泵至混合器部分的管路處于正壓狀態(tài)，基本沒(méi)有可能進(jìn)氣，因此推斷是水泵及泵前真空部分密封不嚴(yán)，可能的進(jìn)氣原因可分為三個(gè)：①水泵吸入口水面與吸入口距離太?。虎诒梦苈仿?；③泵體本身漏氣。以上三點(diǎn)均是由于水泵泵前負(fù)壓吸入氣體引起的，可歸結(jié)為水泵摻氣。
　　 在混合器前端設(shè)有開(kāi)口部分，反應(yīng)池中也有足夠的時(shí)間使氣體釋放出來(lái)，氣體仍然能夠進(jìn)入沉淀池，說(shuō)明原水中有使氣體穩(wěn)定存在的內(nèi)在因素。筆者認(rèn)為可能有以下幾點(diǎn)：①溶氣釋放機(jī)制。在處理工藝流程中，原水經(jīng)一級(jí)泵站提升，水泵出口壓力較大，氣體在水中溶解度高，在反應(yīng)器前端，壓力突然減小，氣體溶解度降低，不能在水中繼續(xù)穩(wěn)定存在而釋放出來(lái)，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(tài)和形成條件上一致。由于此時(shí)正處于絮凝劑在水中形成礬花及礬花長(zhǎng)大的過(guò)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(wěn)定存在。觀察氣泡的形態(tài)和存在狀態(tài)，小氣泡極為穩(wěn)定，其中的氣體不易通過(guò)氣泡破裂而釋放出來(lái)。水的粘度是影響氣泡穩(wěn)定存在的重要因素，粘度越大，氣泡存在越穩(wěn)定。該廠原水中含有較多種類的農(nóng)藥及化學(xué)物質(zhì)，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(duì)氣泡的產(chǎn)生和存在產(chǎn)生影響。

3　解決方案

　　 由于找到了工程問(wèn)題的癥結(jié)是水泵摻氣，因此，解決問(wèn)題的途徑可以歸結(jié)為兩點(diǎn)：①?gòu)母瓷先コ龘綒鈾C(jī)制；②從工藝流程上解決問(wèn)題，使氣體不能進(jìn)入反應(yīng)沉淀池而在其前端釋放出來(lái)。由于水泵摻氣的氣量較少，尋找水泵及吸水管路系統(tǒng)漏氣點(diǎn)非常困難。曾經(jīng)兩次檢修水泵，第一次沒(méi)有找到漏氣點(diǎn)，第二次檢修水泵及管路系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)水泵密封圈封閉不好，換用新密封圈并加油后，沉淀池內(nèi)不再有礬花上浮，似乎問(wèn)題已經(jīng)解決。但幾天后，沉淀池上部出現(xiàn)少量浮渣，問(wèn)題又開(kāi)始輕微出現(xiàn)，并逐漸加重，10d后又恢復(fù)至原有狀態(tài)，可見(jiàn)單純靠檢修水泵難以解決問(wèn)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(wèn)題，并進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)情況如下：
　　 取混合器前端未加混凝劑的原水，分置于6個(gè)1L燒杯內(nèi)，對(duì)燒杯內(nèi)的水樣用不同方法處理，如靜置、攪拌、模擬曝氣(將兩個(gè)燒杯杯口相距10cm，對(duì)折其中的水樣)。然后對(duì)經(jīng)過(guò)不同 處理的原水水樣進(jìn)行燒杯攪拌試驗(yàn)，燒杯攪拌程序見(jiàn)表1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1　燒杯試驗(yàn)程序 項(xiàng)目 混合攪拌 第一級(jí) 第二級(jí) 第三級(jí) 轉(zhuǎn)速(r/min) 220～240 140～160 60～80 15～30 時(shí)間(min) 1 2 2 4

表2　　燒杯試驗(yàn)結(jié)果 前處理方法 靜置1 d 原水水樣 攪拌2 min(200 r/min) 對(duì)折1次 對(duì)折5次 對(duì)折10次 靜置沉淀結(jié)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(wú)礬花上浮 注：礬花上浮的比例為估算體積比。

　　 試驗(yàn)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(duì)混凝沉淀產(chǎn)生不利影響。因此，在加藥點(diǎn)前設(shè)置曝氣工藝吹脫原水中氣體的效果是比較理想的，但這會(huì)增加基建投資。另一個(gè)可行的辦法是結(jié)合混合過(guò)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(shè)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(jīng)混合后的水進(jìn)入反應(yīng)池時(shí)有跌水措施，不存在這個(gè)問(wèn)題，說(shuō)明這一辦法也是可行的。

4　結(jié)語(yǔ)

　?、俸瑲馑髦袣怏w對(duì)混凝沉淀的影響程度可能與原水的性質(zhì)及組分有關(guān)，粘度大的水產(chǎn)生影響的可能性較大。
　?、谒幚碇?，導(dǎo)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(guān)，泵壓越大，發(fā)生這一現(xiàn)象的可能性也隨之增大。
　?、郯l(fā)生泵摻氣問(wèn)題應(yīng)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(guò)檢修這些設(shè)備可方便快捷地解決問(wèn)題。
　?、軝z修設(shè)備后還找不到原因的，可通過(guò)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。

---

　　電　話：(0451)2373279
　　傳　真：(0451)6282109
　　E-mail：dxzx@fm365.com
　　收稿日期：2001-01-13