随着工业化的发展和人类物质生活的提高,水环境污染已是当今世界普遍存在的问题。水是人类生活和生产活动中不可缺少的重要物质,又是不可替代的重要自然资源。我国的淡水资源严重短缺,而且时、空分布很不均匀。天津市是个水资源极度匮乏的城市,水危机已成为制约天津市社会经济发展的重要因素。水源水质的普遍污染已成为水环境污染控制与水资源保护领域的突出问题。我国城市供水行业面临水源水质污染、供水水质标准提高的双重压力。天津地区原水存在季节性藻类高发和低温低浊现象,随着污染的加重,传统的以沉淀为主的处理工艺越来越难以满足饮用水水质标准。为了改善日益恶化的水源水质,满足日益提高的水质标准,必须对现有传统工艺进行优化和改进,有效去除污染物,满足越来越高的水质要求。研究表明气浮工艺适合低温低浊水和含藻水等典型北方微污染原水的处理,并在很多国家得到了广泛应用,因此,本文采用混凝气浮工艺处理典型北方微污染水源水,具有重大的理论意义和迫切的现实意义。本文通过中试模型,研究了混凝气浮和混凝沉淀工艺对污染物的去除效果,确定了适合华北地区典型水质的处理工艺及其对污染物的去除规律。中试实验在天津某水厂进行,中试装置用不锈钢做成,处理水量均为120 m3/d。本文还针对天津市出现的常温常浊水、低温低浊水、高温高藻水,进行了强化混凝气浮和强化混凝沉淀处理,发现混凝气浮工艺对浊度、有机物、藻类、细菌等都有着明显的优势。中试试验证明混凝气浮工艺适合对天津市微污染水源水的处理,出水效果忧于混凝沉淀工艺。试验还确定了各个时期的混凝气浮工艺运行参数和对污染物的去除规律。常温常浊期,混凝剂投量为10~15 mg/L,回流比为9%,浊度去除率为85~95%,CODMn、UV254去除率为15~35%,TOC去除率为10~30%,细菌去除率为80~95%,THMs去除率为18%;低温低浊期,混凝剂投量为15~20 mg/L,回流比为10%,浊度去除率为80~90%,CODMn、UV254、TOC去除率为10~25%,细菌去除率为60~90%,THMs去除率为16%;高温高藻期,混凝剂投量为20~30 mg/L,回流比为12%,浊度去除率为80~98.5%,CODMn、UV254、TOC去除率为15~65%,细菌去除率为80~95%,THMs去除率为20%。在深入分析前人研究成果的基础上,本文提出了气泡-颗粒碰撞效率模型及气泡-颗粒上升速率模型。模型分别以气泡、颗粒为捕集体,对气泡、颗粒的碰撞效率建立了相应的模型。根据建立的模型分析发现:气泡-颗粒的碰撞效率随气泡或颗粒的直径增大而减小,以气泡为捕集体,颗粒粒径应该越小越好,并且适当大的气泡更有利于捕集颗粒;同样以颗粒为捕集体,气泡应该越小越好,并且适当大的颗粒更有利于捕集气泡;层流状态有利于气泡-颗粒的碰撞捕集,而紊流状态最不利于气泡-颗粒的碰撞捕集,因此气浮池接触区设计时应尽量减小水流的扰动;气泡-颗粒碰撞效率模型还证明其碰撞效率与水温成正比,水温越高,气泡-颗粒的碰撞效率越大;气泡-颗粒的上升速率模型表明其上升速率跟絮体大小及粘附的气泡大小及其数量有关,粘附到絮体上的气泡数量与絮体和气泡大小有关。对于小絮体,减少气泡的尺寸或者增加空气的量对提高气泡和絮体的比例有限,唯一的选择就是严格限制絮体的大小。对于大絮体,由于气泡、絮体的数量比已远超过了要求,因此合适的絮凝程度显得并不重要。本文还利用BP神经网络(Back Propagation Neural Network)建立了气浮工艺对污染物的处理效果预测模型,神经网络模型可以很好的预测气浮工艺对浊度、UV254等的去除效果,并能预测混凝剂投量,从而达到指导生产的目的。本文还针对难于处理的气浮池浮渣,进行了浓缩脱水研究,确定了浮渣产量与混凝剂投加量、原水浊度与SS去除量相关,并找出了它们的关系式。气浮池浮渣含水率在99.5%以上,经过初步浓缩,添加混凝剂调理,然后离心脱水,可以使浮渣含水率降到86%。