膜法海水淡化预处理中藻类处理技术之强化气浮法

膜法海水淡化预处理中藻类处理技术之强化气浮法

詹向东

珠海市江河海水处理科技股份有限公司 广东省珠海市 519000

摘要：膜法海水淡化预处理中采用强化气浮法处理藻类，有利于节省投入成本，提升藻类处理效率，故而需予以重视。在此之上，本文简要分析了气浮法的特征及膜法海水淡化预处理必要性，并通过强化固液分离能力、优化气浮设备性能、设置抑藻工艺模块、引进红外光谱加热等要点，为气浮法的推广奠定基础。

关键词：膜法海水淡化；预处理；藻类处理技术；强化气浮法；絮凝剂

前言：在淡化海水中，海水中藻类物质的处理，是净化过程中重要内容。含藻海水的妥善处理，有利于增加淡水储备量。据统计：世界上仅有2%可用淡水，这表明针对海水进行净化具备一定的迫切性，有助于维护水资源均衡性，解决可用水源短缺问题。因此，需积极创新海水淡化中藻类处理技术，便于优化淡化效果。

一、气浮法的特征及膜法海水淡化预处理必要性

在海水淡化过程中，还需针对海水中富含的各种褐藻、绿藻等成分进行预处理，以此达到水质净化的目的。而在藻类处理技术中，气浮法的应用范围较为广泛，它主要是以浮力指标差异，对藻类进行去除。结合相关实践结果，在具体应用中，经由气浮法最高能实现99%去除率，故而它具备高效特征。然而，从传统气浮法应用环节，在带来可靠的除藻保障外，也产生了相应的负面影响。尤其是采用传统气浮法去除海水中藻类物质时，易形成藻渣，且不易清理，致使积攒大量的藻渣后破坏气浮法操作条件，甚至污染水质。因此，本文提出强化气浮法，对传统技法进行改善。此外，关于膜法海水淡化预处理的应用，实则是从省本、污染防控视角提高膜法利用率。考虑到以往常更换反渗透法维持净化效率，促使反渗透膜更换成本加剧。此时若能采取全新的处理方式净化海水，有利于提高海水净化效率。其中需参照（表一）所示的要求完善反渗透膜预处理系统。海水淡化预处理中关于气浮法的优化与改进，是为了在原有基础上提高去藻效率，也是为了维护海水淡化质量，在提升水质前提下，帮助相关单位节省去藻成本。

表一 膜法海水淡化预处理系统最佳净化要求

表一中的淤泥密度指数（SDI值）可按照 公式予以计算，式中Ti、Tf分别代表第一次/第二次500ml水样采集时间。

二、膜法海水淡化预处理中藻类处理技术的强化气浮法要点

（一）强化固液分离能力

强化气浮法是在传统气浮法基础上提出的一种改进措施，它在实际使用中主要是通过强化固液分离能力的方式，促使含藻海水经过排泥系统、刮泥系统、溶气系统后，逐渐成为分布着均匀气泡的海水，并为藻类物质以及海水提供良好的分离环境，最终优化净化效果。

一般情况下，在藻类处理技术中的强化气浮法操作下，含藻海水将以微气泡、絮体颗粒的状态出现在固液混合体中，之后经过絮体颗粒同液体的有效分离，保证含藻海水中的藻类物质得以去除。关于微气泡的具体形成，它是含藻海水进入溶气系统后，随着物理反应的出现，导致物质形态在改变中出现零散分布情况。尤其在加压条件下，气体的不同浓度也会导致含藻海水的溶气系统条件有所改善，特别是系统中进入的空气成分，仅需0.1s即可完成溶解任务，经过溶解后，混合体中将以5μm的直径分布各种气泡。而絮体颗粒是源于含藻海水经过处理后与絮凝剂发生反应，便于上述形成的小气泡出现聚集现象，继而形成颗粒物质。考虑到絮状物未超过水的密度，造成絮状物浮于表面，这样可对其实施有效处理。在其通往过滤层后，能够直接将絮状物滤出，便于在固液分离后形成无藻海水。基于此，在强化气浮法中应增加固液分离的稳定性，改善净化率^[1]。

在运用强化气浮法去除海水中的藻类物质时，还应当在其固液分离阶段投放适量的絮凝剂。关于絮凝剂类型的选择，常需要通过多种絮凝剂的絮凝效果比对结果，判断在强化气浮法中具体选用哪一种絮凝剂。此处设置研究实验，将两种絮凝剂分别置于同一种实验条件下，经过观察它的粒子去除率等指标衡量其效果。例如选择聚合氯化铝、硫酸铝两种絮凝剂。经过相关实验结果：将两种不同絮凝剂分别置于21℃左右的海水中，将气浮法中的气泡体积控制在4600mg/L，且聚合氯化铝絮凝剂的浓度控制在每升1mg，硫酸铝浓度为每升10mg，分别放入同种性质的海水中，可发现两种絮凝剂中，粒子去除率相差不大，聚合氯化铝可达到99.8%，硫酸铝可达到97%，甚至99%。因此，在强化气浮法实践应用中，可从上述两种絮凝剂中选择任何一种，且均能产生显著的去藻效果。

（二）优化气浮设备性能

强化气浮法的应用还需搭配高性能气浮设备。结合相关研究成果，可在气浮设备上对其原有结构进行改造，以此满足高效去藻需求。考虑到强化气浮法下将形成多个气泡，此时需利用高压设备，对含藻海水溶气进行净化，促使至少有95%的海水实现溶气操作，也能就此杜绝大气泡，造成海水中藻类成分的净化范围减小。在设备性能优化中，还可按照它的具体功能逐步实施改善。

例如在固液分离区，可利用过滤技术，经过对滤膜精度的调整，过滤掉更多藻类物质及其它杂质。而在接触区，作为分离前用于承载待净化海水的模块，可为其设置分配槽以及分配板，保证所有物质能够实现精准分类，其中还需对其流动速度予以控制，避免流速过快，造成分类接触范围减小。只有分离后，还需对海水中大量的淤泥成分进行处理。因部分藻类物质也会藏匿于淤泥中，故而此处还可快速将淤泥中的残留藻类、藻渣进行排放，继而解决了传统气浮法的藻渣污染问题，并且还可适当节约排泥成分。在此部分若能提前去除淤泥，可减缓后续工序负担，最后将进入回收区，对净化后的淡水进行回收，使其成为储备水源进行二次利用。

在反渗透膜淡化海水项目中，关于藻类物质的处理，要想保证气浮法发挥出最大化效用，还需在强化气浮法工艺中注重设备性能的优化。一般情况下，涉及的设备包括微滤机、反渗透超滤设备以及氯化装置。其中在强化气浮法工艺中常以反渗透超滤设备为主，因气浮法多以絮凝剂作为固液分离试剂，此时还需要借用对应的设备将絮粒物质进行有效去除，与常规过滤装置比较，选用反渗透超滤设备更能展现出过滤效果。一方面，相关人员需定期对操作设备进行维修保养，避免出现堵塞或者运行异常问题。另一方面，需安排专职人员对设备的反渗透过滤操作步骤进行管理，一旦出现设备故障或者隐患问题，可立即联系维修人员进行处理，还可联合先进的远程监控系统，对整个海水淡化去藻操作流程进行全方位监管，而且还可通过系统的预警信息，及时掌握设备运行动态，避免在海水淡化中受设备性能因素的不良影响，破坏去藻处理效率。在海水淡化中实则是为了将盐分高的海水处理成生活用水，继而满足当代人用水需求。而藻类物质的存在不但会造成淡化后的海水出现臭味，而且因藻类属于大比重物质，不易通过混凝沉淀方式对其进行去除，这就导致在海水淡化池中，不及时处理藻类物质，也会增加海水淡化中设备的使用效果。据此，在改进原有的气浮法中，还需在强化气浮法中加强去藻管理，除了需要考虑去藻设备的性能外，对于淡化装置的运行效率也需做好把控工作。只有强化气浮法具备性能优良的设备保障，才能对后续去藻率以及海水淡化率的提高产生积极影响。

为了保证设备性能稳定，相关人员还需编制设备管理清单，对每一种使用中的设备进行准确记录，以免后续使用的设备类型繁多，造成设备管理员出现管理不到位问题。如根据某单位编制的仪器清单，其中包含电子天平、离心机、光照强度计、光生物反应器、接触角测量仪以及干燥箱等设备，并明确记录其型号、厂家、功能等内容，经由此种清晰化设备清单，可为相关人员提供更加明确的优化方向。同时，还需准备好故障记录表，对于频繁出现故障的设备，需由管理者定期对其进行检查，必要时还可重新选择设备合作厂商，便于设备在去藻处理技术应用中展现出显著价值。

（三）设置抑藻工艺模块

经由强化气浮法，既能为传统气浮法指明改进方向，又能减少成本，提高净化率，但从部分海水淡化预处理项目中可发现：部分项目出现藻类复生现象，这主要源于强化气浮法处理后藻类能够得到去除，但并不能完全消除藻类孢子，造成早高温天气里，藻类再次出现在水源中。所以，为了达到持久净化效果，还需对淡化后的海水进行抑藻操作，便于强化去藻效果。所谓的抑藻工艺模块，可设置在反渗透系统的溶气系统之后。具体可选用无水硫酸铜等灭藻剂进行去藻处理。为了彰显出强化气浮法的生态价值，还可选用生物除藻剂，以营养竞争的原理，促使藻类自行竞争互相消除。只有水源中的藻类得到有效控制，才能提高水源开发能力^[2]。

在抑藻工艺实践应用中，还可通过分析海水中藻类与海水的密切关联，找出可行性改进措施。藻类物质之所以能在海水中自然生存，其中较为主要的是海水能够为其提供吸附力。而随着海水淡化阶段，若能在抑藻工艺处新增预热处理，促使已经淡化后的海水再次进入升温环节，可进一步减弱海水对藻类物质的吸附力，此种吸附力的削弱将不利于藻类生长，甚至在其达到70℃情况下，藻类物质表面的水化层厚度将更小，甚至形成的吸附力转化为负值。因此，在强化气浮法的抑藻环节应用预加热步骤，也可起到协助气浮法深度去藻的作用。另外，因强化气浮法中是通过气泡上浮的方式消除藻类絮粒，故而经过二次去藻，可更加全面的处理藻类物质，防止新生藻类干扰去藻率。

（四）引进红外光谱加热

上文提到温度对于藻类具备催生作用。因此，在强化气浮法实践应用中，还可采用加热法提前对其含量进行控制。一般在加热条件下，能够促使藻类可吸收能力有所增强，此时可借助红外光谱技术，研究不同温度下，藻类物质的可吸收能力，之后才能对吸收后的藻类进行去除。根据研究成果，多在90℃情况下，出现835cm红外光谱峰值。此时，相关人员可在强化气浮法中新增加热模块，并严控加热温度，最终可对藻类的蛋白质等物质进行吸收，破坏藻类结构，使其在加热中不断减少藻类含量，这对于气浮法条件下的藻类处理效率，将产生积极影响。基于此，需进一步规范强化气浮法每一项净化步骤。

此外，还可通过对疏水率指标的研究，判断在气浮法工艺背景下新增加热条件，是否能够增强去藻效果。在本文中专门采用对比实验的方式，为强化气浮法的改进指明方向。在此次研究活动中选择二行栅藻与小球藻，将其分别置于同种温度下，然后逐步升温观察其疏水率的变化情况。其中前者在60℃以上的升温条件下，其疏水率由20.37%增至64.7%。后者并未产生强烈的变化趋势，这证明加热处理的确可对部分藻类的疏水率指标产生促进作用，有助于去藻处理过程中部分藻类物质的集中去除。考虑到高温环境下，藻类中的蛋白质成分将处于变性状态，故而经过加热能促使强化气浮法中的藻类去除率得以上升。基于此，从加热因素上针对海水进行去藻处理，既能提升藻类物质的处理效率，又能优化海水淡化预处理效果。只有海水淡化量有所提高，才能为我国民众可用水源储备量的积攒给予保障。尤其对于西北地区，因淡水资源可用量不高，若能充分借助强化气浮法对海水进行有效淡化，可改善现下用水问题。尤其随着海水西调呼声的日益高涨，对于将海水调配到西北缺水区域，然后经过咸水湖的形成，逐步增加当地的自然降雨量。此时也可将强化气浮法应用于西北调配后的咸水湖等海水淡化中，促使在海水西调过程中，西北地区也能在南水北调工程基础上，拥有更多广泛的水源利用渠道。

结论：综上所述，针对海水淡化中藻类处理技术的应用类别较为多样，而本文是以降低膜法净化成本等视角，扩大气浮法的可用范围，便于强化淡化效率。据此，应从固液分离能力、气浮设备性能、抑藻工艺模块、红外光谱加热等方面着手，促使藻类处理技术中的强化气浮法，能为海水淡化工作起到显著效用。

参考文献：

[1]张岩岗,吴礼云,何敏,等.海水淡化预处理方法比较及其特点分析[J].中国设备工程,2018(03):46-50.

[2]任香萤. 基于加热预处理的气浮法采收微藻的试验研究[D].长安大学,2018.