強(qiáng)化混凝去除水源水中天然有機(jī)物研究進(jìn)展

1、綜述文章（）強(qiáng)化混凝去除水源水中天然有機(jī)物研究進(jìn)展肖輝煌，向仁軍，徐春生，易靜知湖南省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，長(zhǎng)沙摘要水源水中存在的天然有機(jī)物（）會(huì)嚴(yán)重影響飲用水的質(zhì)量。強(qiáng)化混凝能經(jīng)濟(jì)有效地去除水源水中的，但對(duì)溶解態(tài)消毒副產(chǎn)品（）前驅(qū)物的去除率不高?；趶?qiáng)化混凝去除水源水中的新方法研究成為了熱點(diǎn)。本文論述了吸附、預(yù)氧化、從技術(shù)原理、工藝條件、處理效果、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性磁技術(shù)、生物降解種方法分別與強(qiáng)化混凝聯(lián)合去除水源水中的研究進(jìn)展，等方面對(duì)其各自優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用前景進(jìn)行了對(duì)比和展望。關(guān)鍵詞強(qiáng)化混凝；水源水；天然有機(jī)物；飲用水中圖分類號(hào)文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼文章編號(hào)（），；在水廠常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上，利用強(qiáng)化混凝方法，即通

2、過增加混凝劑的用量、改善混凝條件等，可有效地去除水中的天然有機(jī)物（，）。該方法可利用水廠原有處理過程，故投資較省。目前強(qiáng)化混凝研究已取得一定進(jìn)展，由于其經(jīng)濟(jì)有效等特點(diǎn)被美國環(huán)保局（）推薦為控制水中的優(yōu)先采用方法。但隨著飲用水水源污染的日益嚴(yán)重及飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，強(qiáng)化混凝在實(shí)際應(yīng)用過程中暴露出一系列問題。近年來，基于強(qiáng)化混凝去除水源水中的新方法研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。（），；水體中天然有機(jī)物的特征及危害作為最重要飲用水水源的地表水中含有大量，主要包括腐殖質(zhì)、微生物分泌物、溶解的動(dòng)物組織、動(dòng)物廢棄物等。其中以腐殖質(zhì)為主，占的，一般表現(xiàn)為無定型、棕色或黑色，有親水、酸性等特性，分子量范圍為。按照在酸堿

3、溶液中溶解度的差異，腐殖質(zhì)在水中的主要，）和富里酸（，形態(tài)可分為腐殖酸（）。通常情況下，可用和衡量水體中的含量。表示水體中芳香烴等有機(jī)物在紫外光區(qū)波長(zhǎng)它不但與有關(guān)，而且與色度、三鹵甲烷處的吸收值，（，）的前驅(qū)物有較好的相關(guān)性。水源水中的會(huì)參與水中重金屬的遷移和轉(zhuǎn)化，增強(qiáng)膠體顆粒的負(fù)電性、穩(wěn)定性和分散性，促進(jìn)管網(wǎng)系統(tǒng)的腐蝕、微生物的再生長(zhǎng)及消毒副產(chǎn)物（，）的產(chǎn)生等，從而嚴(yán)重影響飲用水的質(zhì)量。鑒于收稿日期：作者簡(jiǎn)介：肖輝煌，長(zhǎng)沙市井圭路號(hào)湖南省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，助理工程師，：，（）綜述文章（）對(duì)人體健康的潛在危害，美國環(huán)保局于年月頒布了控制飲用水中的新標(biāo)準(zhǔn)，年月又頒布標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其重大偏移峰值進(jìn)行了限

4、制。聯(lián)用深度處理黃浦江微污染水進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，的投加順序?qū)μ幚硇Ч幸欢ㄓ绊懀炷齽┡c同時(shí)投加可取得更好的處理效果；與聯(lián)合使用，對(duì)、的去除率比單獨(dú)使用平均高出倍；使出水水質(zhì)達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行藥劑費(fèi)為元，具有良好的應(yīng)用前景。劉帥霞等利用預(yù)處理，聚合氯化鋁鐵與聚合硫酸鐵聯(lián)用強(qiáng)化混凝對(duì)冬季黃河水進(jìn)行的生產(chǎn)性研究發(fā)現(xiàn)，該工藝可充分發(fā)揮、聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸鐵三者的優(yōu)勢(shì)，最大限度地去除水體的色度和濁度，對(duì)全國黃河段混凝工藝具有一定的參考價(jià)值。沸石是一族架狀構(gòu)造的含水鋁硅酸鹽礦物，具有比表面積大、吸附能力強(qiáng)、表面粗糙等特點(diǎn)，通常要通過改性來彌補(bǔ)天然沸石因礦物種屬所限導(dǎo)致的性能不足。目前對(duì)沸石去除

5、地表水中的研究不多。婁濤等進(jìn)行的沸石粉與混凝劑（殼聚糖和復(fù)合鋁鐵）復(fù)合使用去除微污染水源水中有機(jī)物的研究表明，沸石粉與混凝劑復(fù)合，在混凝劑投加，即慢速攪拌后投加沸石粉，可取得較好的混凝效果。這是由于，在該投加點(diǎn)投加沸石粉，可避免沸石粉對(duì)水中有機(jī)物的競(jìng)爭(zhēng)吸附，反應(yīng)后段的水流梯度和反應(yīng)時(shí)間也能滿足沸石粉對(duì)水體中的吸附要求。此外，沸石粉與混凝劑復(fù)合使用對(duì)有機(jī)物的去除效果比單獨(dú)投加復(fù)合鋁鐵、殼聚糖分別提高、以上。沸石粉能夠吸附水中沒有被絮凝的懸浮有機(jī)物顆粒，也可被吸附在絮體上，從而增加絮體的密度和比重，有利于固液分離。中國沸石儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，作為水處理材料具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但在實(shí)際應(yīng)用中需考慮

6、其改性、再生等技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。預(yù)氧化強(qiáng)化混凝基于強(qiáng)化混凝的化學(xué)預(yù)氧化指依靠氧化劑的氧化能力，破壞水中膠體顆粒表面的有機(jī)涂層或污染物的結(jié)構(gòu)，從而對(duì)后續(xù)混凝階段產(chǎn)生影響。氯是最早應(yīng)用于水處理的預(yù)氧化劑，但預(yù)氯化會(huì)產(chǎn)生危害人體健康的氯化副產(chǎn)物。目前研究較多的氧化劑主要有高錳酸鹽復(fù)合藥劑（，）、高鐵酸鹽、臭氧等?；陬A(yù)氧化的強(qiáng)化混凝去除水源水中的研究已取得一定進(jìn)展。以高錳酸鉀為主劑，多種化合物為輔劑復(fù)配而成，其在飲用水預(yù)處理中的作用機(jī)理主要包括以下個(gè)方面：氧化可破壞膠體顆粒表面的有機(jī)涂層，降低膠體顆粒表面負(fù)電荷和雙電層排斥作用，使水中膠體顆粒易于脫穩(wěn)；新生態(tài)水合二氧化錳對(duì)水中的吸附和催化氧化

7、作用；高錳酸鉀與其他組劑的協(xié)同作用。高錳酸鉀在去除大量有毒、有害有機(jī)物時(shí)，會(huì)有一定量新物質(zhì)生成，但這些新物質(zhì)無毒無害，且不具有生物毒性。低溫、低濁的地表水是較難處理的水體。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)低溫、低濁原水具有促進(jìn)強(qiáng)化混凝去除先質(zhì)、藻類等功效，且效率優(yōu)于傳統(tǒng)預(yù)氯化及預(yù)投加高錳酸鉀的工藝。梁恒等考察了強(qiáng)化混凝處理低溫、低濁、低有機(jī)物污染的黃河水的效果。結(jié)果表明，預(yù)處理效果明顯優(yōu)于預(yù)氯化，強(qiáng)化混凝去除水體中天然有機(jī)物的原理及其局限美國環(huán)保局認(rèn)為，強(qiáng)化混凝和顆?；钚蕴课绞强刂魄膀?qū)物最好的可利用技術(shù)，強(qiáng)化混凝被列為控制水中的最佳方法。混凝是通過投加化學(xué)藥劑使水中帶電膠體顆粒脫穩(wěn)，導(dǎo)致絮體成長(zhǎng)，最終去除這些污

8、染物，是水處理中廣泛采用的一個(gè)操作單元。通常認(rèn)為，混凝去除的機(jī)理主要有兩種：金屬羥基絡(luò)合離子對(duì)帶電大分子有機(jī)物的電中和作用、金屬氫氧化物或金屬氧化物對(duì)的吸附作用。強(qiáng)化混凝一般是通過改善混凝條件，例如通過調(diào)節(jié)值、改良混凝劑、增加混凝劑用量、改善水力條件、投加助凝劑等，進(jìn)一步擴(kuò)大有機(jī)物的去除范圍，提高有機(jī)物的去除率。強(qiáng)化混凝可利用水廠現(xiàn)有的處理過程，減少基建投資，對(duì)于大型水廠來說，仍是最經(jīng)濟(jì)的水處理方法之一。但是，它的應(yīng)用也可能帶來以下問題：投加不同混凝劑會(huì)產(chǎn)生污泥脫水性能差異，可能導(dǎo)致原有污泥脫水系統(tǒng)的能力不足，影響濁度去除率，增加濾池的運(yùn)行負(fù)擔(dān)；總藥耗（包括調(diào)節(jié)混凝值的酸耗、考慮腐蝕問題調(diào)高出

9、廠水值的堿耗等）有所增加；對(duì)雜質(zhì)微粒及病原體的去除不利；對(duì)小分子量有機(jī)物的去除能力有限，影響和的進(jìn)一步提高；針對(duì)某特定的原水特性提出的強(qiáng)化混凝措施，并不一定對(duì)所有水源水質(zhì)都奏效。上述問題的存在在一定程度上制約了強(qiáng)化混凝在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是由于難以有效加大了后續(xù)工序的處理負(fù)荷，對(duì)地去除溶解態(tài)的先質(zhì)，飲用水的安全構(gòu)成了潛在的威脅。因此，在飲用水常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)行基于強(qiáng)化混凝的聯(lián)合預(yù)處理去除水源水中的研究，對(duì)飲用水質(zhì)量的保證和提高，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?；趶?qiáng)化混凝去除水源水中天然有機(jī)物的方法吸附強(qiáng)化混凝應(yīng)用于強(qiáng)化混凝過程的吸附劑通常包括粉末活性炭（，）、沸石等。很早就被用于常規(guī)混凝中強(qiáng)

10、化控制致味、致嗅化合物，它是有機(jī)前驅(qū)物的一種有效吸附劑，對(duì)有機(jī)物特別是對(duì)小分子量有機(jī)物的吸附能力較強(qiáng)。將與強(qiáng)化混凝聯(lián)用，可在很大程度上彌補(bǔ)強(qiáng)化混凝階段對(duì)中小分子量有機(jī)物去除率不高的缺陷，可減少達(dá)標(biāo)去除所需的混凝劑劑量，間接減少后續(xù)污泥量；能提高強(qiáng)化混凝去除時(shí)的最佳值，減少混凝時(shí)用來降低值的酸量，也可減少處理后水值達(dá)標(biāo)所需的堿量。其缺陷是易導(dǎo)致沉淀池的浮泥淤積增多和有效容積減少，需相應(yīng)增加清洗次數(shù)，運(yùn)行管理費(fèi)用有所提高。與強(qiáng)化混凝聯(lián)用去除地表水中的研究已取得一定進(jìn)展。潘碌亭等對(duì)與新型聚硅硫酸鋁（），綜述文章（）可有效降低濾后出水的濁度。較之預(yù)氯化工藝，和的去除率分別提高和。張錦等研究表明，對(duì)給水

11、處理中的混凝工藝有較高的強(qiáng)化效應(yīng)，能有效去除和控制受污染水源水中的致突變物質(zhì)及氯化副產(chǎn)物，在相同水質(zhì)要求下，能大幅度節(jié)省混凝劑投量，降低制水成本，具有較高的使用價(jià)值?；陬A(yù)處理的強(qiáng)化混凝法只需向水中投加少量藥劑，不改變常規(guī)工藝，不增設(shè)大型構(gòu)筑物，經(jīng)濟(jì)有效，簡(jiǎn)便易行，適合中國國情，目前已在中國的幾十個(gè)水廠（站）推廣應(yīng)用。高鐵酸鹽是一種新型的水處理劑，具有氧化（酸性條件下氧化還原電位為）、吸附等多種作用。其分解后產(chǎn)生的氫氧化鐵膠體顆粒是其具有多種水處理功能的主要原因，將其應(yīng)用于強(qiáng)化混凝的預(yù)處理可強(qiáng)化去除原水中的有機(jī)物及藻類。哈爾濱工業(yè)大學(xué)已開發(fā)了高錳酸鹽復(fù)合劑系列，目前正在研制高鐵酸鹽復(fù)合藥劑，已

12、在不少水廠運(yùn)用。目前關(guān)于臭氧氧化對(duì)混凝過程影響的機(jī)理尚未明確。但研究發(fā)現(xiàn)，的臭氧化產(chǎn)物中包含不少醛類物質(zhì)，一些醛類如甲醛、乙醛、乙二醛等的毒性問題已引起關(guān)注。等在研究預(yù)臭氧化對(duì)混凝劑和的相互作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，增加臭氧量將導(dǎo)致鐵鹽、鋁鹽混凝劑的金屬殘余量增加。另外，在采用臭氧法處理時(shí)，如果有溴離子存在，會(huì)生成三鹵甲烷、鹵代乙酸（，）和溴酸根離子，所以當(dāng)原水中溴離子濃度較高時(shí)，不宜采用預(yù)臭氧化的強(qiáng)化混凝法。雖然目前臭氧作為預(yù)氧化劑愈來愈多地被國外使用，但隨著飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，其安全性和經(jīng)濟(jì)性將成為各水廠選擇該工藝時(shí)必須考慮的首要因素。磁技術(shù)強(qiáng)化混凝應(yīng)用于給水處理的傳統(tǒng)磁技術(shù)主要是高梯度磁濾技術(shù)，與傳

13、統(tǒng)工藝不同，它在投加混凝劑時(shí)須投加磁鐵粉，在沉淀之前進(jìn)行預(yù)磁化處理，再用高梯度磁濾器取代傳統(tǒng)的砂濾工藝。其優(yōu)越性突出體現(xiàn)在兩方面：由于加入的磁粉在攪拌下呈懸浮狀態(tài)，提高了懸浮粒子的磁化率，增加了膠體顆粒間的碰撞幾率，從而促進(jìn)了絮體的形成；磁粉因吸附在絮體內(nèi)，形成的磁性共聚體結(jié)合牢固緊湊，沉降時(shí)間縮短，在提高設(shè)備處理能力的同時(shí)使污泥致密性增加，利于后續(xù)磁濾分離。該技術(shù)對(duì)飲用水的消毒已經(jīng)取得一定效果。近年來，磁技術(shù)在給水處理中的應(yīng)用已從單一的磁場(chǎng)處理、磁濾裝置向各種藥劑與磁場(chǎng)協(xié)同作用的方向發(fā)展。郭麗燕等通過添加以粉末活性炭（）、磁粉為原料制得的賦磁活性炭粉來強(qiáng)化混凝去除飲用水源中的有機(jī)物。結(jié)果表明

14、，利用賦磁活性炭粉的強(qiáng)化混凝可使原水濁度降至以下，對(duì)、和的去除率也可平均提高左右。賦磁活性炭粉可將的良好凈化作用與磁性粒子的分離功能結(jié)合起來，既強(qiáng)化了有機(jī)物的去除效果又便于回收利用，而且制作和操作過程簡(jiǎn)單，具有良好的應(yīng)用前景。但的性能及賦磁工藝條件等的差異會(huì)對(duì)有機(jī)物吸附造成一定影響，其機(jī)理有待進(jìn)一步研究。，）磁性離子交換樹脂（是近年的研究熱點(diǎn)。它是將磁性物質(zhì)（通常是鐵的氧化物）加入常規(guī)制劑中，使其均勻分布于離子交換劑網(wǎng)絡(luò)而制得的磁性交換劑，是一種既有普通樹脂的交換效果又能實(shí)現(xiàn)固液快速分離的新型離子交換樹脂。目前主要采用共混法、單體聚合法和化學(xué)轉(zhuǎn)化法等方法制備。將離子交換與高梯度磁分離技術(shù)相結(jié)合

15、，利用其所帶的磁性，加速樹脂的沉降，提高交換速度和分離速度，促進(jìn)大面積動(dòng)態(tài)交換與吸附，有利于實(shí)現(xiàn)離子交換與磁分離一體化，建立大規(guī)模連續(xù)式離子交換磁分離反應(yīng)器，在化工分離、金屬富集、污水處理、醫(yī)療藥物、生物分子分離及離子交換與吸附等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景?？膳c強(qiáng)化混凝聯(lián)用去除水中的。通過在常規(guī)水處理設(shè)備中投加，并使其處于懸浮狀態(tài)，可降低水中的含量；反應(yīng)后的樹脂可用鹽水再生，由于樹脂對(duì)有機(jī)物的交換容量大，樹脂在再生前可重復(fù)使用多次。等開發(fā)了一種具有強(qiáng)化混凝作用的。它由一種聚丙烯多空材料組成，中孔徑，空隙率比傳統(tǒng)樹脂（直徑）小倍。結(jié)果表明，用它作為預(yù)處理工藝來強(qiáng)化混凝控制水中的前軀物，能使的去除率大

16、于，前體減少，前體的去除率也有所提高，而所需的混凝劑量有所減少，對(duì)低濃度、低值和高堿度的水也很有效。此外，對(duì)水中有機(jī)物的去除沒有選擇性，可作為提高水源水中去除率的另一種有發(fā)展前景的處理技術(shù)。生物降解強(qiáng)化混凝生物預(yù)處理微污染原水是近年研究較多的一種治理技術(shù)，并已在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。目前所采用的主要是生物膜法。采用生物預(yù)處理會(huì)使處理工藝變得相對(duì)復(fù)雜，處理成本增加，因此常被用于一些老水廠的改造。采用加入高錳酸鉀的強(qiáng)化混凝與親水性懸浮填料聯(lián)用處理微污染水是一種經(jīng)濟(jì)有效的手段，該工藝可充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)：混凝過程主要去除大分子量有機(jī)物，親水性懸浮填料生物降解主要去除小分子量有機(jī)物。黃仕元等考察了該工藝處理湘

17、江支流蒸水河微污染原水的效果。結(jié)果表明，采用懸浮填料的生物接觸氧化工藝，溫度在左右，自然掛膜時(shí)間大約，工藝啟動(dòng)迅速。加入高錳酸鉀的強(qiáng)化混凝與親水性懸浮填料生物降解聯(lián)用后對(duì)微污染水中濁度、和的去除率分別達(dá)到、和。該技術(shù)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單，是符合中國國情、有發(fā)展前途的水處理工藝的新組合。結(jié)論）盡管強(qiáng)化混凝是一種不需增加高額投資，在現(xiàn)有的處理構(gòu)筑物基礎(chǔ)上就能較好地去除水源水中的重要技術(shù)，但卻難以有效去除溶解態(tài)的前驅(qū)物，加大了后續(xù)工序的處理負(fù)荷，對(duì)飲用水的安全構(gòu)成了潛在威脅。）基于強(qiáng)化混凝去除水源水中的方法仍在不斷發(fā)展，例如添加表面活性劑的強(qiáng)化混凝法、添加納米材料的強(qiáng)，（）綜述文章（）化混凝法等。）隨著社會(huì)經(jīng)

18、濟(jì)的發(fā)展，飲用水源水污染日益嚴(yán)重，飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也愈來愈嚴(yán)格，這對(duì)水廠的安全有效運(yùn)行提出了新的要求。結(jié)合中國國情和目前的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，通過對(duì)現(xiàn)有水廠常規(guī)工藝的改造和挖潛，在擴(kuò)建與新建水廠中推廣應(yīng)用，本著實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、安全的原則，從反應(yīng)器開發(fā)、最優(yōu)水力條件控制及各種組合工藝配套應(yīng)用等方面，進(jìn)行基于強(qiáng)化混凝的聯(lián)合預(yù)處理去除水源水中的研究和技術(shù)改造，對(duì)飲用水質(zhì)量的保證和提高，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn)（），：，（）：，湯鴻霄，錢易，文湘華冰體顆粒物和難降解有機(jī)物的特性與控制技術(shù)原理北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，：，（）：于鑫，張曉健，王占生水源水及飲用水中的有機(jī)物對(duì)人體健康的影響中國公共衛(wèi)生，（）：，（）：，（）：，：，（）：李明，曾光明，張盼月，等強(qiáng)化混凝去除水源水中天然有機(jī)物的研究進(jìn)展環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，（）：，（）：童禎恭給水處理工程中的強(qiáng)化混凝技術(shù)華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，（）：，（）：施周，張紹輝強(qiáng)化混凝去除水中天然有機(jī)物（）的研究南華大學(xué)學(xué)報(bào)：理工版，（）：，：，（）：劉帥霞，汪蕊強(qiáng)化混凝技術(shù)處理冬季黃河水生產(chǎn)性研究環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，（）：，（）：，（）：劉恒，葉勁，肖克艱粉末活