1 前言
众所周知，气浮法由于分离效率高，并兼有向水中充氧曝气的作用，所以特别适用于处理低温、低浊、高藻、高色和受有机物污染的原水。工程应用及研究均表明，除分离无机及有机悬浮物外，气浮法对于水中溶解性有机物也有一定的去除效果。
实际上，即使是在含沙量较大的江河水或混凝良好的水中，也还存同样适于为气浮法所去除的小沉速颗粒。更何况随着国内水环境受到日益严重的污染，许多河水兼有了江河水与湖、塘、水库水的水质特征，如含藻量增多、色臭味加重、并呈现季节性变化，增加了混凝-沉淀-过滤工艺的处理难度。因此，将气浮工艺引入传统水处理流程中，可充分发挥气浮法与沉淀法各自的特点，以期获得较好的处理效果。
气浮法用于水厂的改造，主要有三种形式：
1. 简单地将沉淀池改为气浮池；
2. 将沉淀池改为可切换交替运行的沉浮池；
3. 将滤池改为气浮滤池。
第一种方式虽可有效改善低温、低浊、高藻、高色和受有机物污染原水的处理效果，但不适应高浊期水质；第二种方式可根据原水水质，随时将沉浮池切换为沉淀池或气浮池使用，对原水水质有较强的适应性；第三种方式通过将滤池改造为气浮滤池，形成混凝-沉淀-气浮-过滤处理流程，进一步增强了对水质变化的适应性，可有效地改善处理效果。
本文主要以笔者完成的两项工程实例，介绍后两种改造方式。
2 实例一：气浮滤池
河南省某水厂建于1990年，取沙河水(属淮河流域)，处理流程为：
原水–穿孔旋流絮凝池–斜管沉淀池–虹吸滤池–液氯消毒–管网
原设计流量２万吨／日，改造时实际平均日供水量为２.５万吨，高峰期超过３万吨，已处于超负荷运行状态。由于沙河上游工业废水排放增多，水源污染状况日趋严重，极大地干扰了水厂的正常运行。主要表现在：
①枯水期沙河水中污水(由上游排放)所占比例偏大，水质(有机)污染严重，历时较长，加之此时原水水质多处于低温低浊期，原有水处理工艺对此很不适应。
近期统计资料表明，低温低浊期一般在１－３月，原水浊度9-17 度，色度为20－30度，出水分别为3-7NTU和20－25度，采用人工加泥的方法后，分别为1-4度和8-13度；污染(同时也是枯水)期一般在3，4，5，11，12月，原水浊度约20度，色度40－50，臭和味高达5级，处理后分别为5-8度、25－35度和4级，人工加泥后水质有所提高。原水年平均浊度约25－100度，出厂水一般大于5NTU。
②在７、８月高浊期，水中泥沙含量大，浊度最高达30000度，沉淀池浊度负荷过高，大量絮凝体溢流入滤池，堵塞滤料，此时出水水质虽有保证，但过滤周期缩短，处理系统整体性能难以正常发挥；
③由于水中存在大量的营养物质，春、夏季节水中藻类和其他浮游生物增多，腥味极重。镜检表明，藻类以丝藻、硅藻、绿藻和蓝藻(主要是鞘丝藻和鱼腥藻)居多。同时，水生物还在滤料表面繁殖，使过滤周期大为缩短，滤池冲洗频繁，难以洗净。而不良的冲洗又降低了滤池的过滤能力，形成恶性循环，使制水成本增加。
1995年初，在小试的基础上，通过将原虹吸滤池的６个滤格均改造为气浮式虹吸滤池，实现了混凝沉淀－气浮过滤的新工艺，流程如下：
因为采用的是分流式压力溶气气浮系统，所以未增加滤池的水量负荷，亦即无论气浮单元投入运行与否，滤速均未改变，同时，也无须增设新的处理构筑物。
气浮单元的运行方式非常灵活，可通过将气浮单元投入或撤出水处理系统，或调节溶气水回流比的大小等方法，控制滤前水质，以适应原水水质的变化，降低制水成本。因此，非常适用于季节性多变的水源水质，增强系统整体抗冲击负荷的能力。
改造完成后，在不同的溶气水回流比、投矾量及原水水质条件下，共进行了７个过滤周期的测试，表中所列为各周期平均水质、运行操作指标、以及采用气浮滤池后制水成本降低值。其中，滤池周期以滤后水浊度超过3度为限，溶气水压力控制在0.32-0.36MPa。表中，沉淀水、过滤水和气滤水分别表示沉淀池、滤池和气浮滤池出水。试验期间，从第４个周期(４号样)起，天气转晴，气温升高，同时，上游工业废水排放量增大，致使原水水质变坏，有机物污染程度及藻类总数显著增加。
由表１可见，各样本气滤后水水质指标均明显优于过滤水，同时制水成本也大为下降。分析试验所测结果，影响出水水质及水处理系统整体性能的因素主要有：
①悬浮物尺度：与常规气浮系统不同，本试验气浮单元进水不是平缓地由反应池引入，而是经管渠系统而来，其中的悬浮物是破碎细小的矾花。所以，气滤池表面大量浮渣的形成，说明水中悬浮颗粒的大小不是影响气浮效果的主要因素；
②回流比：因为溶气水取自沉淀水，所以确切地说，溶气水与处理水量之比应称为“分流比”，但为便于理解，在此还是按习惯称其为回流比。
回流比在很大程度上控制着气滤水的水质。５，６，７样本中均含回流比相异的两组气浮过滤水测试结果。比较各对照组可见，回流比增加后，过滤周期延长很多。如与５号样，回流比由７％增至１０％后，过滤周期由２小时延至 8.5小时。
增加回流比还可降低投矾量。如２号样与３号样的原水水质差别不大，当回流比由10.5％增到12％，对应投矾量由4.10mg/l降至1.70mg/l后，气滤池周期仅缩短18％，而滤池则缩短39％。
表1 气浮过滤试验综合测试表序号
测试指标
浊度
(度)
色度
(度)
臭味
(级)
CODCr
(mg/L)
氨氮
(mg/L)
藻数，去除率
(万个/L，%)
滤速
(m/h)
周期
(h)
冲洗水比耗
(m3/万m3)
操作条件
气浮电耗
(度/万m3)
成本降低
(万元/万m3)
1
原水
8.6
17.5
3
25.00
0.40
25.4
146.46
312.68
沉淀水
6.6
16.1
3
20.00
0.30
22.3, 12.2
矾5.0mg/L
过滤水
4.1
14.3
2
11.00
0.25
15.7, 29.9
11.6
4.1
984.02
气滤水
1.3
11.6
1
5.00
0.19
8.9, 60.1
11.6
18.8
214.60
回流比 10.0%
2
原水
11.0
17.5
3
27.00
0.55
30.2
矾 4.1mg/L
回流比 10.5%
153.79
168.39
沉淀水
6.3
17.0
3
23.0
0.30
26.4,12.6
过滤水
4.1
12.4
2
15.0
0.05
17.3,34.5
11.0
6.3
675.33
气滤水
1.5
9.9
1
5.00
0.03
8.2,67.0
11.0
20.6
206.53
3
原水
8.0
17.5
3
26.50
0.25
48.0
矾1.7mg/L
回流比12.0%
175.75
346.41
沉淀水
6.6
17.5
3
21.30
0.20
45.0, 6.3
过滤水
3.3
15.3
2
18.50
0.04
42.0, 6.7
11.3
3.8
1089.89
气滤水
1.5
11.6
1
4.00
0.03
14.0,66.9
11.2
16.7
250.21
4
原水
13.5
30.0
4
30.00
3.00
42.0
矾4.0mg/L
回流比7.0%
102.52
880.93
沉淀水
11.2
27.9
4
29.50
3.00
31.2,26.1
过滤水
5.2
21.4
3
25.50
2.90
20.0,35.5
11.4
1.3
3157.89
气滤水
3.3
19.8
2
18.00
1.50
12.8,59.0
11.1
3.5
1204.63
5
原水
15.0
30.7
3
28.00
7.00
148
沉淀水
7.9
30.7
3
24.00
7.00
33.2,77.6
矾 8.0mg/L
过滤水
4.1
22.0
3
20.00
6.00
43.6,
11.7
4.2
952.38
气滤水1
1.8
14.8
2
12.00
3.00
10.8,67.5
11.0
16.0
265.91
回流比12.0%
175.75
199.36
气滤水2
2.5
19.8
2
15.00
4.00
16.8,49.4
11.6
9.6
420.26
7.4%
108.38
272.87
6
原水
70.0
27.5
4
56.00
8.00
150
0.7
沉淀水
12.9
27.5
4
24.00
7.50
41.3,72.5
矾6.6mg/L
过滤水
6.1
20.5
3
20.00
7.50
41.3,0.00
12.0
0.7
5571.43
气滤水1
4.1
18.0
2
16.00
5.50
21.9, 47.0
12.0
2.0
1950.00
回流比7.0%
102.52
1681.45
气滤水2
2.1
15.7
2
12.00
3.50
16.8, 59.3
10.9
8.5
505.13
10.0%
146.46
2375.18
7
原水
51.0
35.0
3
40.00
5.00
105.2
沉淀水
12.7
25.5
3
8.00
4.80
76.8,23.0
矾6.6mg/L
过滤水
4.8
21.2
2
8.00
4.80
28.0,63.5
12.1
0.8
4834.71
气滤水1
3.0
18.0
2
4.00
3.50
12.8,83.3
12.2
5.7
672.99
回流比10.0%
146.46
1940.99
气滤水2
1.8
15
2
4.00
3.50
10.4,87.0
11.5
12.0
339.13
12.0%
175.75
2101.04
除沉淀水水质外，影响回流比的主要因素是滤速。对比现行《室外给水设计规范》(BGJ13-86)规定，气浮池向下流速一般采用5.40－9.00 m/h，回流比为5-10％，溶气压力为0.2-0.4MPa。而本试验中，一般在回流比大于10％的条件下，才能保证气滤水水质以及足够长的过滤周期。其原因除正处于高污染、高藻期外，滤速(等于气浮池向下流速)过大(11-12 m/h)是一个主要原因。过大的滤速一方面减少了气泡释放与浮升的时间，同时会在滤料层中产生气阻现象。另一方面浮渣层由于缺乏足够多的气泡顶托，也不易稳定。再由于气滤池改建施工上的原因，难以保证待滤水与溶气水的均匀分布与有效接触，也使回流比增加。