聚合氯化铝的投加混合方法对混凝气浮法处理废水效果影响探讨

向纯海，梁丹，张红祥

(1.长沙铁路疾病预防控制中心怀化工作站，湖南 怀化 418000:2.长沙客运段怀化片区，湖南 怀化 418000)

1 问题的提出

气浮法废水处理和给水处理技术已得到迅速发展，有关文献和教材对气浮法原理、工艺流程、常用设备及应用范围作了详细阐述［1-6］。笔者在废水处理工作实践中发现不同种类废水效果差异很大，有待进一步探讨。

1995 年用双级气浮净水器处理怀化客运段洗衣废水，污水泵前加入混凝剂聚合氯化铝(下称泵前投药)，进入双级气浮净水器，再注入溶气水，经两次气浮处理，再经过快滤，进入回水池外排和用来制作溶气水，结果处理后COD 超标。观察气浮区无矾花上浮，处理后废水有大量残余矾花，水质浑浊。厂家多次调试失败而放弃。笔者经过近一年现场反复静态模拟实验研究，于1996年下半年改为泵后加入混凝剂(下称泵后投药)，处理后污染物浓度达标［6］。2010 年下半年更新双级气浮净水器，新双级气浮净水器混凝剂投药位置在废水泵和废水流量计之间，通过计量泵泵入混合反应装置而进入双级气浮净水器(下称混合反应装置投药)。结果处理后COD 又超标，气浮区依然无矾花上浮，出水水质依然浑浊。改为泵后投药，处理后各污染物浓度才达标。其后厂家设计人员进行进一步改进，使废水、混凝剂、溶气水同步从一级气浮区加入，处理效果进一步提高，处理后水质清澈透明，净水器出口的清水池中水清澈见底。

铁路多数新建废水处理场大多采用混凝气浮法，工艺流程一般先通过调节沉淀池或其他设施预处理，再进行混凝气浮净水器处理，最后进入清水池储存排放或回用。混凝气浮净水器混凝剂聚合氯化铝的投加混合方法除了泵前投药和混合反应装置投药外，还有的将混凝剂先通过混合反应槽(下称混合反应槽投药)，混凝剂与废水充分混合反应，再进入气浮区气浮。采用上述工艺机务车辆部门含油(矿物油)废水易于处理，而客运部门洗衣废水却不易处理，必须将混凝剂投加混合方法改为泵后投药才能达标。说明混凝气浮法处理不同种类废水效果差异很大，混凝剂投加混合方法上有设计缺陷，有待进一步探讨完善。

2 模拟实验和分析

2.1 实验方法和结果

1996 年采用双级气浮净水器处理怀化客运段洗衣废水不达标，为了查明原因，对双级气浮净水器进行了改进，并进行聚合氯化铝的投加混合方法现场静态模拟实验。取1000 ml 细口无色玻璃瓶6 只，分别编号，实验在设施运行1 h后进行，方法与结果见表1 中序号1 至6。表1中序号1 至6 实验结果说明，无论是混凝沉淀还是混凝气浮，混凝剂投加混合方法都不宜采用泵前投药;而应采用泵后投药［6］。2010 年下半年对洗衣废水处理场双级气浮净水器进行更新时，重复作现场静态模拟试验，其结果基本一致。厂家设计人员也进行了该实验，也得到一致的结果。同时，笔者还加作了补充实验，见表1 中序号7。

表1 静态模拟实验方法与结果［6］

2.2 实验结果分析

实验结果表明，聚合氯化铝的投加混合方法影响气浮效果。混凝沉淀过程分为混合和反应两个阶段，混凝气浮也分为混合和气浮两个阶段，混合阶段时间约为10～30 s［4，7，8］，首先通过布朗运动形成10 μm 的初级矾花，然后形成约40 μm 的小矾花［7］。据此认为，在混合阶段搅拌作用的强度要适度，既要保证混凝剂与废水充分混合，又不能破坏初级矾花和小矾花的形成，才能保证进入反应阶段或气浮阶段后沉淀或气浮的良好效果。如果采用泵前投药和混合反应装置投药，期间剧烈搅拌和在管道内污水高速流动，破坏了初级矾花和小矾花的形成，其后将难以实现气浮［6］。所以，聚合氯化铝的投加混合方法必须满足在混合阶段适度搅拌，充分混合，保证初级矾花、小矾花形成是混凝气浮的前提。

实验结果还说明了在混凝气浮过程中气泡颗粒粘附形式，以颗粒吸附和气泡裹夹为主。颗粒吸附即混合阶段形成了初级矾花和小矾花，微气泡便可在其表面析出，上升的微气泡也可碰撞粘附其表面［5］。气泡裹夹初级矾花和小矾花进一步形成大矾花，也就是混凝剂使悬浮颗粒或胶体物质脱稳凝聚成体积较大的絮凝体过程中，粘附于初级矾花和小矾花表面的微气泡和颗粒表面析出的微气泡便被裹携于絮凝体内部或表面［5］，同时大矾花表面还可进一步析出微气泡。可见，颗粒吸附和气泡裹夹贯于整个气浮阶段过程，只有大矾花即絮凝体内部或表面结合了的更多的微气泡，才能获得更好的气浮效果。

补充实验结果还说明，如果先加入混凝剂并充分反应，过了反应阶段后再加入溶气水，则在混凝过程中无颗粒吸附和气泡裹夹，只存在气泡顶托，即上升的微气泡从大矾花即絮凝体下表面顶托絮凝体上浮［5］。充分反应也导致矾花体积过大，重量过重，气泡顶托作用有限，气浮效果差。

综上所述，混凝气浮法处理废水的混合阶段，初级矾花和小矾花形成并同时与微气泡进行颗粒吸附;在反应和气浮阶段，絮凝体形成并同时与微气泡进行气泡裹夹作用形成颗粒-气泡复合体上浮分离，气泡顶托只起次要作用。

3 讨论

依据不同类型废水处理实践和改造经验，结合聚合氯化铝的投加混合方法处理效果模拟实验和分析，可以看出，目前混凝气浮法处理废水理论是成熟完善的，但指导实践不够，甚至在某些环节上简单套用混凝沉淀理论和方法，最明显地表现在混凝剂投加混合方法的设计上，导致废水处理效果差。主要表现在以下三个方面:

3.1 忽视废水污染物颗粒亲水性与憎水性对气浮效果的影响

相同的混凝气浮设备处理不同种类的废水效果不同，有的甚至无效。在调试过程中往往不断更换混凝剂，有的还试用助凝剂，均得不到满意的效果。这首先是污染物颗粒亲水性与憎水性差异造成的。亲水性颗粒不易与微气泡粘附，不易用气浮法去除，而憎水性颗粒易与微气泡粘附，宜用气浮法去除［5］。

烷烃、油、脂肪和多数含有油脂的物质是憎水性物质。含油废水中的分散油粒具有极强的憎水性，而且其中的悬浮颗粒与油份相互作用结合，也增强了悬浮物的憎水性。所以，机务车辆部门含油废水和客运部门洗车废水宜用混凝气浮法处理。

而洗衣废水处理有很大难度，原因是合成洗涤剂增大了废水中悬浮颗粒的亲水性。在洗涤过程中，合成洗涤剂分子的憎水基就插入油滴中，而其亲水基在油滴外面插入水中。这样油滴及其与油滴结合的颗粒物等被合成洗涤剂分子包裹起来。再经摩擦、振动，污垢就被分散脱离纤维织品，而分散到水中形成乳浊液，从而达到洗涤目的。由此可见，洗衣废水中的污染物颗粒是被合成洗涤剂分子包裹的，外表面被合成洗涤剂分子的亲水基覆盖，从而具有了极强的亲水性，增加了气浮处理难度。

3.2 对混凝反应过程水力条件认识偏差

聚合氯化铝的投加混合方法采用泵前投药，或混合反应装置投药，均导致气浮效果差，是因为混凝过程中水力条件对絮凝体形成影响极大［5］。采用泵前投药或混合反应装置投药，虽然在混合阶段混凝剂与废水充分混合，但破坏了混合阶段初级矾花、小矾花形成的物理化学过程。

混凝过程的反应阶段，搅拌强度和水流速度应随着絮凝体结大而逐渐降低，以免结大的絮凝体被打碎［5］。如果混合阶段或反应阶段搅拌作用过强，正常混凝物理化学过程均被破坏，就不能以颗粒吸附和气泡裹夹的方式来实现良好气浮效果。

所以，适度搅拌，充分混合，避免剧烈搅拌，保证初级矾花、小矾花形成和絮凝体形成，是混凝气浮的混凝反应过程水力条件。

3.3 忽视混凝反应与气浮过程的关联性

简单套用混凝沉淀理论和方法，在聚合氯化铝的投加混合方法上采用混合反应槽投药，结果降低了气浮效果。其实如果化学混凝后不经沉淀处理而是直接进行接触过滤或是气浮处理，反应阶段可以省去［5］。

混凝剂和溶气水应同步加入，初级矾花和小矾花形成和絮凝体形成的过程与气浮过程是同步进行的，颗粒吸附和气泡裹夹贯于整个混凝反应阶段的反应过程，通过颗粒吸附和气泡裹夹，使絮凝体内部或表面结合了的更多的微气泡，才会有良好的气浮处理效果。

如果先加入混凝剂经反应阶段充分反应，再加入溶气水，则无颗粒吸附和气泡裹夹，只存在气泡顶托，气浮效果差。

4 结论

目前混凝气浮法废水处理实践问题是水力条件不合理，割裂混凝反应与气浮过程的关联性。

用混凝气浮法处理废水，要考虑污染物颗粒亲水性与憎水性;要设计良好的水力条件;要保证混凝反应和气浮过程同步。

特别是处理含亲水性污染物的废水，混凝剂只能采用泵后投药。

混凝剂和溶气水应同步加入，混凝过程和气浮过程才能同步，才会有良好的气浮处理效果。

处理洗涤污水不宜采用泵前投药、混合反应装置投药和混合反应槽。

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