汙水處理廠的二級處理工藝一般為生化池+二沉池。其中，生化池汙泥混合液經過二沉池澄清後流入下一級處理工藝，沉澱下來的生化汙泥一部分迴流至生化池，其餘排入汙泥重力濃縮池進行汙泥濃縮。重力濃縮池佔地面積大、濃縮後汙泥含水率高、濃縮效果不穩定，且過長的停留時間容易造成汙泥的厭氧發酵，釋放出H₂S等氣體，引起汙泥上浮。
已知氣浮技術可用於濃縮生化汙泥，澄清水質，兼具二沉池和重力濃縮池的功能。氣浮濃縮還能有效阻止含磷汙泥重新釋放磷，同時，氣浮工藝具有佔地少、處理速度快、濃縮後汙泥含固率高、能夠去除油脂等優點。本文采用新型“U”型板溶氣氣浮進行濃縮生化汙泥的中試試驗，主要分析研究新型“U”型板溶氣氣浮對生化汙泥的濃縮效果。
Part 1 試驗裝置和方法
1.1 試驗裝置
新型“U”型板溶氣氣浮裝置如圖所示。
“U”型板溶氣氣浮裝置
中試試驗裝置包括以下4個系統。(1)進水系統：進水區；(2)混凝系統：加藥裝置；(3)溶氣系統：增壓泵、空壓機、溶氣反應器；(4)固液分離系統：“U”型板、浮選區、刮泥機。
“U”型板溶氣氣浮裝置的尺寸為2 500 mm × 2 000 mm × 4 000 mm，最大設計流量為8 m³/h。汙水混合著溶氣水從“U”型板底部進入，水流沿著“U”型板外側向上爬升，並且順著“U”型板內側流入清水出口處。在上下流動的過程中，增加了微氣泡與懸浮顆粒的接觸反應時間，強化了顆粒物的混凝效果。溶氣水中的微氣泡可以快速附著在懸浮顆粒表面，然後將其拖至氣浮區表面。因此，“U”型板溶氣氣浮裝置具有較高的水力負荷，極大減小了氣浮池的佔地面積。
“U”型板示意圖
溶氣反應器(ADR)是溶氣系統的核心設備。ADR內部具有特殊的導流結構，經過加壓的迴流水從ADR上端切向進水，在反應器裡面進行螺旋運動。同時，壓縮空氣也沿著ADR上端側面進氣，與進水充分接觸混合。進水在導流結構的作用下進行劇烈的湍流，能夠極大程度地溶解氣體
KWI溶氣系統與傳統溶氣系統的參數比較
1.2 試驗方法
該汙水處理廠設計有隔油池預處理工藝，好氧池生化汙泥表觀沒有浮油，呈黃褐色，氣味為土腥味，與普通城鎮汙水廠的汙泥類似。“U”型板溶氣氣浮中試裝置放在二沉池的西邊，緊鄰二沉池構築物，汙水經過“U”型板溶氣氣浮達到汙泥濃縮以及出水澄清的目的。在試驗現場製備1‰的陽離子聚丙烯酰胺(PAM)溶液以及10%的聚合氯化鋁(PAC)溶液。
通過進水泵抽吸好氧池中的混合液至氣浮池中，依次加入PAC、PAM藥劑，在機械攪拌下進行混凝絮凝反應生成絮狀物。絮體和溶氣水在氣浮浮選區發生反應，微氣泡吸附在汙泥絮體表面，一起上浮到氣浮區表面被刮泥機刮掉，清水從“U”型板內側流入清水出口處。分別取原水水樣、氣浮出泥泥樣、氣浮出水水樣送至化驗室分析化驗。
Part 2 試驗結果與討論
試驗採用新型“U”型板溶氣氣浮濃縮生化汙泥，溶氣壓力為0.6 MPa。氣浮中試設備在現場連續運行一個月，每天運作10 h，每隔2 h採集一次氣浮出泥以及氣浮出水樣品進行檢測分析，並記錄試驗情況。在試驗過程中，主要分析在不同的汙泥負荷、溶氣迴流比、PAC以及PAM加藥量的條件下，新型“U”型板溶氣氣浮濃縮生化汙泥的效果。通過單因素試驗，得到“U”型板溶氣氣浮濃縮生化汙泥時的最佳運行參數：汙泥負荷為57 kg/(m²·h)、迴流比為35%、PAC加藥量為30 mg/L、PAM加藥量為8 mg/L。
2.1 穩定性試驗
為了考察新型“U”型板溶氣氣浮對汙泥濃縮效果的穩定性，在最佳的試驗條件下進行連續性試驗。在最佳的試驗條件下，氣浮出泥的汙泥含固率保持穩定，維持在5.55%左右，極大減少了汙泥的體積，有利於汙泥的後續處理。同時，氣浮的出水濁度也保持穩定，維持在5.10 NTU附近，出水水質很好。
氣浮穩定性試驗
2.2 KWI氣浮濃縮與二沉池、重力濃縮的性能比較
從噸水電耗、噸水藥耗、水力負荷、汙泥固體負荷、佔地面積、汙泥含固率、維護管理的方便程度7個方面分析比較KWI氣浮濃縮、二沉池、重力濃縮的優缺點。
KWI氣浮濃縮與二沉池、重力濃縮的參數比較
KWI氣浮濃縮噸水電耗和噸水藥耗分別為0.08 kW·h/t、0.22 元/t，高於二沉池、重力濃縮的噸水電耗和噸水藥耗。對比KWI氣浮濃縮和二沉池的水力負荷可知，KWI氣浮濃縮的佔地面積大約為二沉池面積的1/10，非常適用於用地緊張的汙水處理廠。KWI氣浮濃縮的汙泥含固率為5%～6%，比重力濃縮汙泥體積削減了60%～67%，對於後續汙泥脫水非常有利，可以減少汙泥脫水系統的費用。
Part 3 結論
分析研究了新型“U”型板溶氣氣浮對生化汙泥濃縮的效果，根據汙泥濃縮氣浮中試試驗的結果，可以得到“U”型板溶氣氣浮濃縮生化汙泥時的最佳運行參數：汙泥負荷為57 kg/(m²·h)、迴流比為35%、PAC加藥量為30 mg/L、PAM加藥量為8 mg/L。
在最佳的試驗條件下連續運行7 d，在運行期間，氣浮出泥的汙泥含固率保持穩定，維持在5.55%左右。相比較傳統的汙泥重力濃縮池的出泥汙泥含固率2%，“U”型板溶氣氣浮出泥體積減少了64%，汙泥體積極大減少，非常有利於汙泥的後續處理。同時，氣浮的出水濁度也很低，維持在5.10 NTU左右，出水水質很好。因此，新型“U”型板溶氣氣浮對生化汙泥有一個很好的濃縮效果，這對實際生產中氣浮工藝取代二沉池以及重力濃縮池提供了現實可行的指導意義。
(上海巴安水務股份有限公司，上海 201799)
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排版：曹澄瑩
校對：黃如詩
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