低溫低濁水處理技術的研究應用

1、低溫低濁水處理技術的研究應用郭玲,陳玉成(1西南大學資源環(huán)境學院2重慶市自來水公司，3重慶市農業(yè)資源與環(huán)境研究重點實驗室摘要：低溫低濁水處理是凈水技術的一個難點，從水溫、水中微粒濃度及有機污染物三個方面分析了這種水質難于處理的原因。基于眾多水處理工作者的試驗研究與實踐，對多種低溫低濁水處理技術、藥劑優(yōu)選技術、泥渣回流技術、微絮凝技術、氣浮技術與強化混凝技術進行了綜述。關鍵詞:低溫低濁水；處理；混凝；濁度1引言低溫低濁水的處理是給水處理工程中的難題之一，一直困擾著給水界。給水處理領域中對低溫低濁水尚沒有確切的定義，我國北方氣候寒冷，冬春季節(jié)水溫可降至02C,濁度降到1030NTU(有時10NTU

2、以下;我國南方地區(qū)以長江水系為代表每年隨著冬季的到來，水溫和濁度逐漸下降，水溫一般在37C,濁度一般在2050NTU之間變化，把每年11月至次年3月溫度低于10c或濁度低于30NTU的地表水稱為低溫低濁度水。這種低溫低濁水很難處理，即使增大混凝劑投加量，凈化后的水質仍很難達到國家飲用水的標準。為此，我國通過20多年的科學試驗和生產實踐，基本攻克這一技術難關，獲得了顯著的成果。2低溫低濁水難以凈化的原因2.1水溫的影響低溫對混凝劑水解速率影響很大，低水溫使水解反應速度減緩，在常見的混凝劑中，鋁鹽較鐵鹽受水溫影響大，以常用的硫酸鋁為例，當水溫為0c時，硫酸鋁水解速率只是5c時的2/31/2。低溫水

3、白粘度大，液層間的內阻力大，單位時間單位體積顆粒的碰撞次數減少，不利于水中微小顆粒碰撞、凝聚和絮凝體的成長，絮凝速率和顆粒沉降速度也減小。低水溫減弱微粒的布朗運動，水分子間的熱運動能量減弱，不利于微粒間碰撞凝聚。水溫低，膠體的溶劑化作用增強，顆粒周圍水化膜加厚，粘附強度降低,妨礙其凝聚。低溫時氣體的溶解度大，形成的絮凝體密度降低，溶解氣體大量吸附在絮凝體周圍，也不利于其沉淀。2.2水中微粒濃度的影響低溫條件下源水濁度越低，給水工藝在運行中的藥耗越高，處理難度也越大。研究認為在任何水體中，保證單位體積內顆粒的數量和有效碰撞的次數是至關重要的，而良好的混凝處理效果是基于混凝過程中微粒具有較多的碰撞

4、機會，由于低濁時單位體積內顆粒密度小，水中微粒濃度很低，導致部分微絮體失去了碰撞凝并的條件，勢必影響混凝處理過程的正常進行。2。3水中有機污染物的影響國內外的研究結果表明，地表水中的有機物對水體中膠體的穩(wěn)定性具有重要影響，有機物顯著地增加了膠體的表面電荷，影響膠體顆粒間的結合，低溫低濁水中的微粒尺寸都較小使這種作用更明顯。低溫低濁水中一般粘土、砂等鋁硅酸鹽礦物很少而有機物顆粒在總顆粒中所占的比例很大。研究表明，源水中顆粒物質表面上的負電荷由溶解性有機物吸附所占的份額是粘土等礦物所占份額的100倍。因此通過加大混凝劑的投加量，中和低濁水中顆粒物質表面上的負電荷來達到絮凝目的是很難的。3低溫低濁水

5、處理技術3.1 合理選擇混凝劑與助凝劑3.1 。1優(yōu)選混凝劑目前低溫低濁水處理的混凝劑一般可采用聚合氯化鋁或硫酸鋁。張海龍等通過試驗比較了復合鋁鐵與硫酸鋁對低溫低濁水的除濁效果，結果表明：用復合鋁鐵代替硫酸鋁處理不僅除濁效果好，可明顯延長濾池的工作周期、節(jié)省自用水量，并且對凈水pH值及剩余鋁均有好處。王紅宇等用聚合氯化鐵（PFC絮凝處理低溫低濁水的研究表明：PFC比傳統混凝劑FeCI3處理低溫低濁水更有效，且低溫減少了其用量。王德英等用聚硅酸硫酸鋁（PSAA作混凝劑處理低溫低濁水的試驗表明：該混凝劑用量少,pH適用范圍較寬，具有良好的混凝性能，能有效處理低溫低濁水。胡子斌等用自制的聚硅酸鐵（P

6、FS與硫酸鐵分別作混凝劑處理低溫低濁水，對比實驗表明：與投加硫酸鐵或硫酸鐵2聚硅酸助凝劑相比，PFS投量少，投加范圍寬，形成磯花迅速而粗大，沉降速度快，能有效地處理東北地區(qū)的低溫低濁水。3.2 .2投加助凝劑對于低溫低濁水處理，用單獨的鋁及鐵鹽作混凝劑效果并不好，因為水溫低，形成的強水化氫氧化物比較穩(wěn)定，而絮凝體產生的速度卻很慢，導致了混凝劑的大量使用。目前很多水廠都配合采用助凝劑。投加高分子助凝劑，不但提高了凝聚效果，還可減少混凝劑用量達3040%以上，但投加時應注意合理的選擇混凝劑和助凝劑的投配比例和投加點。目前國內高分子助凝劑主要有聚合鋁，活化硅酸（水玻璃，聚丙烯酰胺等，其中應用最多的是

7、活化硅酸。王銀濤等比較了投加聚鋁PAC+改性活化硅酸與單獨投加PAC投加PAC+活化硅酸凈化低溫、低濁水的效果，生產應用表明，使用改性活化硅酸不僅除濁效率高，且可提高30%的產水量，降低50%的混凝劑投加量，降低凈化成本約15%。胡萬里等用骨膠處理冬季松花江水的研究表明，骨膠作為助凝劑與硫酸鋁共同使用，處理低溫低濁水很有效。王桂榮等研究了聚合二甲基二烯丙基氯化?。℉CA、活化硅酸、聚丙烯酰胺三種不同助凝劑處理漢江水源冬季的低溫低濁水的效果，結果表明先加助堿劑以調節(jié)pH值，再用（HAC與聚合氯化鋁（PAC配伍使用，大大改善了混凝效果，較單獨投加PAC,可大幅降低沉淀出水濁度（出水濁度2.2NTU

8、左右，且聚合鋁投加量比使用另兩種助凝劑（出水濁度約3.5NTU降低了40%左右，該藥劑配制、投加方便，可廣泛應用于低溫低濁水的處理。3.2 泥渣回流法當原水濁度對水處理影響頗大時，采取污泥回流法可以取得較好效果。泥渣回流技術是利用機械攪拌加速澄清池的泥渣回流特點來增加原水濁度，彌補冬季原水濁度低的缺陷，以增加水中膠體雜質微粒碰撞的機會，從而加快絮凝作用，提高絮凝反應效率，以達到凈化低溫低濁水的目的。泥渣回流除能提高原水中顆粒濃度，增加顆粒碰撞機會，提高混合反應速率外，還可充分利用沉淀池污泥的剩余吸附能力，提高絮凝效率。機械循環(huán)澄清池、水力循環(huán)澄清池和向反應池中投加粘土等都具有這種效果。劉繼平等

9、試驗發(fā)現，將沉淀池的污泥回流入混合設備，可提高低溫低濁水反應沉淀效率，降低混凝劑用量，這實際相當于提高了進水濁度，同時利用了沉淀池污泥的剩余吸附能力。3.3 微絮凝接觸過濾法又稱直接過濾法，是省去沉淀過程而將混凝與過濾在濾池內同步完成的一種新型接觸絮凝過濾工藝技術。微絮凝接觸過濾法的原理是：濾池上層濾料空隙甚小，濾料表面有一定的化學特性，在源水中投加混凝劑、助凝劑后，立即直接進入濾池，在濾料層中形成微小絮凝體，其中一部分被截留，另一部分被濾料吸附，呈現具有微絮凝接觸吸附過濾作用，從而實現除低濁的目的。絮凝劑的選擇應用直接影響著微絮凝直接過濾工藝的實際運行效果及運行費用。Dempsei等報道了聚

10、合鐵去除濁度、富里酸、低溫、低濁時比鋁鹽更有效且用量少。李桂平研究表明，采用微絮凝深床直接過濾工藝，聚合鐵比聚合鋁形成絮體更快，絮體更密實，抗剪切力更好，濾池的水質周期和水頭周期更長，且達到相同處理效果時，聚合鐵的投藥量和所需床深都明顯低于聚合鋁。李冬梅等采用微絮凝深床直接過濾技術，分別用無機混凝劑和陽離子高分子聚合物處理低溫低濁水，試驗表明：當水溫t>45c與濁度Co<4NTU時，不宜單獨采用無機混凝劑AS、PAC,而投加陽離子高分子聚合物作主絮凝劑或助凝劑不僅能優(yōu)化出水水質，延長濾程，提高產水量，且能顯著降低藥劑成本，減少污泥體積。另有研究表明不投加助凝劑也能實現微絮凝接觸過濾

11、，呂春生等發(fā)展了微絮凝攔截沉淀池技術（用一種耐浸、高吸附的天然植物作為攔截材料來處理低溫低濁水，該技術實現了顆粒的吸附碰撞、接觸凝聚和聚集沉淀的多過程協同作用，具有高效除濁效果。胡江泳等用生物陶粒做填料采取接觸氧化法處理低溫低濁微污染源水，取得較好效果。3.4 溶氣浮選法我國東北地區(qū)寒冷季節(jié)長，但在雨季河水濁度又可高達幾千度，給水處理帶來困難。根據這一特點，研究開發(fā)了一種新型水處理構筑物浮沉池，它將氣浮和沉淀相結合，既利用氣浮處理低溫低濁及高藻時的良好效果，也可用沉淀來處理較高濁度的原水。這種池型已在東北地區(qū)水廠中采用近10年，取得了較好效果。該法是利用壓力溶氣水驟然減壓釋放大量的微細氣泡與原

12、水加藥混凝產生的絮體粘附在一起使其整體密度小于水的密度，使帶氣絮體浮至水面，形成浮渣，由刮渣機清除，達到除濁目的。王承春等采用在沉淀池后增設部分回流平流式溶氣浮選池對牡丹江冬季的低溫低濁水（03C、30。846。2NTU進行處理，其氣浮池出水濁度可達到小于2。3NTU。孫志民等通過小型生產性試驗發(fā)現，新型側向流斜板浮沉池處理低溫低濁水時,運行氣浮工藝，其出水濁度、色度、CODMn以及投藥量等指標均優(yōu)于沉淀工藝。3.5 其他強化混凝處理技術3.5.1 高鈕（鐵酸鹽復合藥劑法前已述及，有機物的存在使低溫低濁水更難以處理，而預氧化處理能夠有效提高常規(guī)混凝工藝效率，其主要原因在于氧化劑能破壞無機膠體顆

13、粒表面的有機涂層，從而降低其穩(wěn)定性。高鈕（鐵酸鹽復合藥劑法正是基于此點提出的。該藥劑由高鈕（鐵酸鉀（主劑和其它多種藥劑（輔劑組成，在處理微污染水體中表現出極好的協同作用，針對低溫低濁水體，其助凝、助濾、去除有機污染物的效果尤其明顯。馬軍等用具有一定氧化能力的高鐵酸鹽復合藥劑作混凝劑，強化混凝處理低溫低濁的松花江水，沉淀后的濁度可降到24NTU,濾后濁度達到小于0.5NTU。梁恒等考察了高鈕酸鹽復合藥劑（PPC安全強化低溫低濁水的處理效能，試驗表明：PPC預處理技術在助凝、助濾、去除水體中有機污染物等方面都具有比預氯化更好的處理效果，該項技術對于低溫低濁水處理具有很好的應用前景。3.5.2 微蝸

14、旋混凝低脈動沉淀技術該技術利用微蝸混合器造成高比例高強度的微蝸旋，其強烈的離心慣性效應可保障混凝劑瞬間進入水體細部，完成宏觀和亞微觀傳質擴散，使膠體脫穩(wěn)迅速、充分,從而強化了混合反應和混凝過程。赫俊國等運用微蝸旋混凝低脈動沉淀技術，對松花江和嫩江兩大水系低溫低濁水進行試驗表明，該新工藝較原工藝處理量提高了30.8%,投藥量減少26.7%,新工藝沉淀池出水濁度在3NTU以內（原工藝沉淀池出水濁度在5.711.7NTU。3.5.3 活性砂絮凝工藝20世紀60年代，匈牙利學者以高分子聚合物活化了的粉砂做絮凝的懸浮接觸介質，進行了強化絮凝的研究，目前此項研究成果已在法國應用。該工藝是在混凝反應階段投加

15、高分子活化粉砂，以克服水中雜質顆粒在數量和質量上的不足和低溫的不利影響；同時利用高分子良好的吸附架橋作用，形成以粉砂為核心的密度較大的絮體顆粒，改善澄清效果。姜安璽等通過在混凝階段投加經高分子聚合物活化的粉砂作絮凝介質處理低溫低濁水的試驗發(fā)現，活性粉砂和聚合鋁聯合使用比單獨用聚合鋁出水效果好，可明顯改善低溫低濁水處理效果，具有良好的應用價值。3.5.4 混凝設施的強化高效、經濟的混凝劑對混凝作用固然重要，但同時須在水處理設施上提供良好的混凝條件以利后續(xù)工藝的高效運行。目前應用于許多水廠的旋流一網格絮凝池即能達到這種作用。該設施先使加藥原水流入旋流器使水流形成有序渦旋，增加顆粒間接觸和碰撞幾率，形成凝聚顆粒中心體，為后續(xù)凝聚顆粒成長、密實奠定基礎；后進入小網眼的網格反應池,以破碎大渦旋，增加水流中微渦旋比例，為顆粒間接觸粘附創(chuàng)造條件，同時多層網格，限制了凝聚顆粒的不合理長大，最大限度地消除了微小顆粒不易碰撞凝聚，或凝聚不穩(wěn)定