为减少传统侧向流斜板浮沉池(图1)暴露出的缺陷，改进池体结构、优化布置，形成新型气浮-沉淀工艺(图2)。工艺优化的内容包括：1)分别设置独立的气浮和沉淀出水集水系统，以保证气浮和沉淀出水的最优水力条件，气浮和沉淀不同模式时单独出水、互不干扰，保证出水水质稳定；2)采用单折结构斜板，以减轻运行沉淀工艺时斜板的积泥程度、优化运行气浮工艺时的水力条件；3)设置机械刮泥结构和装置，用以提高排泥效率，避免因池底部积泥引起的水质恶化问题；4)增加接触区挡墙高度，使溶气水与絮体颗粒充分接触，形成状态良好的浮渣，有利于气浮出水的水质提升。

气浮模式的运行条件：1)运行沉淀工艺处理效果较差，从而影响供水水质时；2)对供水水质要求提高时；3)在春秋季节原水藻含量较高(>3×10⁶个·L⁻¹)或浊度较低(<40 NTU)时。沉淀模式的运行条件：1)当运行气浮工艺处理效果较差，从而影响供水水质时；2)考虑节省运行电费、操作简单时；3)在夏季暴雨原水浊度较高(≥40 NTU)时^[8]。

气浮模式工艺(图3)中，絮凝后的水流经配水穿孔花墙后进入接触区，与溶气释放器注入的溶气水充分混合^[9]；溶气水释放的微小气泡与原水中的絮凝体等颗粒充分黏附，形成微气泡与絮凝体的聚集体颗粒，即带气絮粒；颗粒随水流向上漂浮，一部分上浮至水面形成浮渣，一部分进入侧向流斜板模组内，沿斜板滑动上浮至水面形成浮渣；刮渣机定期将水面浮渣刮至排渣槽排出；杂质颗粒上浮分离后，澄清的水沿斜板缝隙流向池底部，经过气浮穿孔集水管进入气浮出水渠，并通过气浮出水管流入滤池^[10]。

沉淀模式工艺(图4)中絮凝后的水流经配水穿孔花墙后进入接触区，然后进入侧向流斜板模组；进入模组后，絮凝体等杂质颗粒沉降到斜板上，沿斜板下滑至积泥区，由刮泥机刮至集泥斗后，通过管道排出；絮凝体等杂质颗粒沉淀分离后，澄清的水沿斜板缝隙流出侧向流斜板模组，经过上部末端的沉淀出水穿孔花墙，依次进入沉淀集水槽、沉淀出水渠，最后通过沉淀出水管流入滤池。

1)进出水设计要点：①为减少絮凝体破碎，进水配水穿孔花墙过孔流速宜小于0.1 m·s⁻¹；②为保证配水均匀，同时降低沿程水头损失，气浮穿孔集水管内流速不宜超过0.5 m·s⁻¹；③为避免沉淀后絮凝颗粒被带出，沉淀出水穿孔花墙水流速度宜小于0.1 m·s⁻¹；④为应对处理水量的波动，沉淀出水集水槽溢流率不宜超过200 m³·(m·d)⁻¹。

2)气浮模式工艺设计要点：①为使释放器在最佳性能范围内运行，溶气压力宜采用0.3~0.45 MPa；为实现气浮工艺运行的经济性，回流比宜选取8%~10%；②为保证溶气水与絮体颗粒物有足够的接触时间，形成形态较好的带气絮粒，气浮接触区水流上升速度宜采用10~20 mm·s⁻¹，接触区内停留时间不宜少于60 s；③为保障气浮工艺具有较强的抗冲击负荷能力，分离区表面负荷率宜为2.88~5.4 m³·(m²·h)⁻¹；④为提高气浮溶气效率，压力溶气罐宜采用阶梯环为填料，填料层高度宜采用1.0~1.5 m，罐高度宜为2.5~3.5 m^[11]；⑤为实现出水水质和工程投资之间较好的平衡，气浮分离区的长度宜采用15~20 m。

3)沉淀模式工艺设计要点：①考虑到水库水絮体沉降速度较小，颗粒沉降速度μ宜采用0.8~0.15 mm·s⁻¹，斜板间水流流速v宜采用5~10 mm·s⁻¹；②考虑到应对水质和水量的冲击，斜板需保证一定的富余量，有效系数η宜选用0.7~0.8；③综合考虑不同水质情况下斜板的处理效果，侧向流斜板(气浮与沉淀填料装置)模组，斜板倾斜角宜采用50°~60°、斜板间距宜采用50~80 mm^[12]；④为实现最优水力条件，应在侧向流斜板(气浮与沉淀填料装置)模组底部设置阻流墙、进出处设置缓冲区；⑤为确保排泥效果，宜采用刮泥机排出沉淀污泥；为确保排渣效果，宜采用刮渣机排除气浮浮渣。

本研究中，以珠海三灶水厂改造作为工程应用实例，评估新型气浮-沉淀工艺的运行效果及建设成本。该厂原采用重力式单阀滤池直接过滤工艺，但随着原水水质的变化和国家饮用水标准的提高，其出厂水质已不能满足供水水质要求。经过多次论证，改造主体工艺确定为新型气浮-沉淀工艺(见图5)。水厂净水工艺流程见图6，改造后的处理规模为2×10⁴ m³·d⁻¹。

珠海三灶水厂原水为水库水。水质特点为：春秋季节藻类高、浊度低；冬季浊度低；夏季暴雨导致浊度高；春秋与冬季铁锰高。当春秋季节原水藻类高、浊度低，或者浊度低、运行沉淀工艺处理效果较差，影响供水水质时，则切换运行气浮工艺，以满足供水水质要求；当夏季降雨或暴雨、原水浊度较高，气浮工艺运行效果差影响供水水质时，则切换运行沉淀工艺，以满足供水水质要求；另外，采用锰砂滤料滤池，解决原水铁锰含量高问题。改造后的工艺处理效果如下文所述。

当原水藻含量超过3×10⁶个·L⁻¹时，运行气浮模式，溶气压力0.35~0.4 MPa，回流比8%。由图7数据可知，系统运行较为稳定，进水藻含量为940×10⁴~7 798×10⁴个·L⁻¹，出水藻含量为32×10⁴~112×10⁴个·L⁻¹，除藻率为94.70%~99.14%，锰砂滤料V型滤池滤后水藻含量9.61×10⁴~25.98×10⁴个·L⁻¹。

当原水浊度低于40 NTU时，运行气浮模式除浊，溶气压力0.35~0.4 MPa，回流比8%。由图8可知，系统运行较为稳定，进水浊度5.12~24.50 NTU，出水平均浊度为0.5 NTU，除浊率为90.23%~97.95%，锰砂滤料V型滤池滤后水浊度为0.03~0.14 NTU。

当进水浊度高于40 NTU时，尤其当汛期时原水浊度急剧升高时，则运行沉淀模式。由图9数据可知，系统运行较为稳定，进水浊度174~220 NTU，出水平均浊度为3 NTU，除浊率为98.36%~98.60%，锰砂滤料V型滤池滤后水浊度小于0.5 NTU。

在系统运行气浮和沉淀2种模式时，分别监测了进出水中的高锰酸盐指数。该指标可反映系统对有机物的去除效果。运行气浮模式时(见图10(a))，进水COD_Mn为2.45~7.04 mg·L⁻¹，出水COD_Mn为1.26~3.00 mg·L⁻¹，COD_Mn去除率为29.49%~72.35%。运行沉淀模式时(见图10(b))，进水COD_Mn为2~7.22 mg·L⁻¹，出水COD_Mn为1.3~4.3 mg·L⁻¹，COD_Mn去除率为18.1%~72.35%。运行结果表明，气浮模式对COD_Mn的去除效果比沉淀工艺模式更加稳定。

在系统分别运行气浮和沉淀2种模式时，监测了进出水的氨氮含量。该指标可反映系统对引起水体富营养化的有机物去除效果。运行气浮模式时(见图11(a))，进水氨氮含量为0.02~0.34 mg·L⁻¹，出水氨氮含量0~0.06 mg·L⁻¹，氨氮去除率为82.35%~100%；运行沉淀模式时(见图11(b))，进水氨氮含量为0.03~1.15 mg·L⁻¹，出水氨氮含量为0~0.49 mg·L⁻¹，氨氮去除率为44.58%~100%。运行结果表明，气浮模式对氨氮的去除效果比沉淀模式稳定。

济南玉清水厂与珠海三灶水厂的源水特征比较类似。两个水厂源水均为水库水，常年低浊，藻类、有机物、嗅味物质呈季节性升高^[13-14]。表1为珠海三灶水厂与济南玉清水厂的除藻、除浊效果对比。通过对比类似水源水质的同类型工艺处理效果可知，运行新型气浮-沉淀工艺，藻类去除率不低于95%，浊度去除率不低于92%，与沉淀串联气浮工艺的处理效果相当。土建费用方面，在相同规模(2×10⁴ m³·d⁻¹)下，同时实现气浮与沉淀2种工艺，新型气浮-沉淀池所需的占地面积最少，仅为309 m²；而“絮凝+平流沉淀+气浮”组合池的占地面积为713 m²，是新型气浮-沉淀池的2.31倍^[15]。通过对比可知，在保证相同处理效果的前提下，新型气浮-沉淀工艺可减少用地面积，降低工程造价，还可减少构筑物的闲置。

新型气浮-沉淀工艺经过多年的发展，已在全国多地应用，主要有珠海三灶水厂(2×10⁴ m³·d⁻¹)、中山长坑水库水厂(0.6×10⁴ m³·d⁻¹)、韶关市演山水厂(在建，6×10⁴ m³·d⁻¹)、廉江市九洲江水厂(在建，10×10⁴ m³·d⁻¹)。新型气浮-沉淀工艺相比原侧向流斜板浮沉池工艺，改进了出水集水系统、斜板结构及布置方式、刮泥方式和接触区高度。珠海三灶水厂的生产运行实践表明，新型气浮-沉淀工艺对于地表水源水季节性水质变化适应性较强，在除藻和除浊方面均表现出较高的去除效率，同时占地面积较小，节约工程造价。