低温低浊水处理技术的研究应用 4页

'低温低浊水处理技术的研究应用郭玲，陈玉成(1西南大学资源环境学院2重庆市自来水公司，3重庆市农业资源与环境研究重点实验室）摘要：低温低浊水处理是净水技术的一个难点，从水温、水中微粒浓度及有机污染物三个方面分析了这种水质难于处理的原因。基于众多水处理工作者的试验研究与实践，对多种低温低浊水处理技术、药剂优选技术、泥渣回流技术、微絮凝技术、气浮技术与强化混凝技术进行了综述。关键词：低温低浊水；处理；混凝；浊度1引言低温低浊水的处理是给水处理工程中的难题之一，一直困扰着给水界。给水处理领域中对低温低浊水尚没有确切的定义，我国北方气候寒冷，冬春季节水温可降至0～2℃，浊度降到10～30NTU（有时10NTU以下）；我国南方地区以长江水系为代表每年随着冬季的到来，水温和浊度逐渐下降，水温一般在3～7℃，浊度一般在20～５０ＮＴＵ之间变化，把每年１１月至次年３月温度低于１０℃或浊度低于３０ＮＴＵ的地表水称为低温低浊度水。这种低温低浊水很难处理，即使增大混凝剂投加量，净化后的水质仍很难达到国家饮用水的标准。为此，我国通过２０多年的科学试验和生产实践，基本攻克这一技术难关，获得了显著的成果。２低温低浊水难以净化的原因２．１水温的影响低温对混凝剂水解速率影响很大，低水温使水解反应速度减缓，在常见的混凝剂中，铝盐较铁盐受水温影响大，以常用的硫酸铝为例，当水温为０℃时，硫酸铝水解速率只是５℃时的２／３～１／２。低温水的粘度大，液层间的内阻力大，单位时间单位体积颗粒的碰撞次数减少，不利于水中微小颗粒碰撞、凝聚和絮凝体的成长，絮凝速率和颗粒沉降速度也减小。低水温减弱微粒的布朗运动，水分子间的热运动能量减弱，不利于微粒间碰撞凝聚。水温低，胶体的溶剂化作用增强，颗粒周围水化膜加厚，粘附强度降低，妨碍其凝聚。低温时气体的溶解度大，形成的絮凝体密度降低，溶解气体大量吸附在絮凝体周围，也不利于其沉淀。２．２水中微粒浓度的影响低温条件下源水浊度越低，给水工艺在运行中的药耗越高，处理难度也越大。研究认为在任何水体中，保证单位体积内颗粒的数量和有效碰撞的次数是至关重要的，而良好的混凝处理效果是基于混凝过程中微粒具有较多的碰撞机会，由于低浊时单位体积内颗粒密度小，水中微粒浓度很低，导致部分微絮体失去了碰撞凝并的条件，势必影响混凝处理过程的正常进行。２。３水中有机污染物的影响国内外的研究结果表明，地表水中的有机物对水体中胶体的稳定性具有重要影响，有机物显著地增加了胶体的表面电荷，影响胶体颗粒间的结合，低温低浊水中的微粒尺寸都较小使这种作用更明显。低温低浊水中一般粘土、砂等铝硅酸盐矿物很少，而有机物颗粒在总颗粒中所占的比例很大。研究表明，源水中颗粒物质表面上的负电荷由溶解性有机物吸附所占的份额是粘土等矿物所占份额的１００倍。因此通过加大混凝剂的投加量，中和低浊水中颗粒物质表面上的负电荷来达到絮凝目的是很难的。３低温低浊水处理技术３．１合理选择混凝剂与助凝剂３．１。１优选混凝剂 目前低温低浊水处理的混凝剂一般可采用聚合氯化铝或硫酸铝。张海龙等通过试验比较了复合铝铁与硫酸铝对低温低浊水的除浊效果，结果表明：用复合铝铁代替硫酸铝处理不仅除浊效果好，可明显延长滤池的工作周期、节省自用水量，并且对净水pH值及剩余铝均有好处。王红宇等用聚合氯化铁（PFC）絮凝处理低温低浊水的研究表明：PFC比传统混凝剂FeCI3处理低温低浊水更有效，且低温减少了其用量。王德英等用聚硅酸硫酸铝（PSAA）作混凝剂处理低温低浊水的试验表明：该混凝剂用量少，pH适用范围较宽，具有良好的混凝性能，能有效处理低温低浊水。胡子斌等用自制的聚硅酸铁（PFS）与硫酸铁分别作混凝剂处理低温低浊水，对比实验表明：与投加硫酸铁或硫酸铁2聚硅酸助凝剂相比，PFS投量少，投加范围宽，形成矾花迅速而粗大，沉降速度快，能有效地处理东北地区的低温低浊水。3.1.2投加助凝剂对于低温低浊水处理，用单独的铝及铁盐作混凝剂效果并不好，因为水温低，形成的强水化氢氧化物比较稳定，而絮凝体产生的速度却很慢，导致了混凝剂的大量使用。目前，很多水厂都配合采用助凝剂。投加高分子助凝剂，不但提高了凝聚效果，还可减少混凝剂用量达30～40%以上，但投加时应注意合理的选择混凝剂和助凝剂的投配比例和投加点。目前国内高分子助凝剂主要有聚合铝，活化硅酸（水玻璃），聚丙烯酰胺等，其中应用最多的是活化硅酸。王银涛等比较了投加聚铝PAC＋改性活化硅酸与单独投加ＰＡＣ投加ＰＡＣ＋活化硅酸净化低温、低浊水的效果，生产应用表明，使用改性活化硅酸不仅除浊效率高，且可提高３０％的产水量，降低５０％的混凝剂投加量，降低净化成本约１５％。胡万里等用骨胶处理冬季松花江水的研究表明，骨胶作为助凝剂与硫酸铝共同使用，处理低温低浊水很有效。王桂荣等研究了聚合二甲基二烯丙基氯化铵（ＨＣＡ）、活化硅酸、聚丙烯酰胺三种不同助凝剂处理汉江水源冬季的低温低浊水的效果，结果表明先加助碱剂以调节pH值，再用(HAC)与聚合氯化铝（PAC）配伍使用，大大改善了混凝效果，较单独投加PAC,，可大幅降低沉淀出水浊度（出水浊度2.2NTU左右），且聚合铝投加量比使用另两种助凝剂（出水浊度约3.5NTU）降低了40%左右，该药剂配制、投加方便，可广泛应用于低温低浊水的处理。3.2泥渣回流法当原水浊度对水处理影响颇大时，采取污泥回流法可以取得较好效果。泥渣回流技术是利用机械搅拌加速澄清池的泥渣回流特点来增加原水浊度，弥补冬季原水浊度低的缺陷，以增加水中胶体杂质微粒碰撞的机会，从而加快絮凝作用，提高絮凝反应效率，以达到净化低温低浊水的目的。泥渣回流除能提高原水中颗粒浓度，增加颗粒碰撞机会，提高混合反应速率外，还可充分利用沉淀池污泥的剩余吸附能力，提高絮凝效率。机械循环澄清池、水力循环澄清池和向反应池中投加粘土等都具有这种效果。刘继平等试验发现，将沉淀池的污泥回流入混合设备，可提高低温低浊水反应沉淀效率，降低混凝剂用量，这实际相当于提高了进水浊度，同时利用了沉淀池污泥的剩余吸附能力。3.3微絮凝接触过滤法又称直接过滤法，是省去沉淀过程而将混凝与过滤在滤池内同步完成的一种新型接触絮凝过滤工艺技术。微絮凝接触过滤法的原理是：滤池上层滤料空隙甚小，滤料表面有一定的化学特性，在源水中投加混凝剂、助凝剂后，立即直接进入滤池，在滤料层中形成微小絮凝体，其中一部分被截留，另一部分被滤料吸附，呈现具有微絮凝接触吸附过滤作用，从而实现除低浊的目的。絮凝剂的选择应用直接影响着微絮凝直接过滤工艺的实际运行效果及运行费用。Dempsei等报道了聚合铁去除浊度、富里酸、低温、低浊时比铝盐更有效且用量少。李桂平研究表明，采用微絮凝深床直接过滤工艺，聚合铁比聚合铝形成絮体更快，絮体更密实，抗剪切力更好，滤池的水质周期和水头周期更长，且达到相同处理效果时，聚合铁的投药量和所需床深都明显低于聚合铝。李冬梅等采用微絮凝深床直接过滤技术，分别用无机混凝剂和阳离子高分子聚合物处理低温低浊水，试验表明：当水温t＞4～５℃ 与浊度Co＜4NTU时，不宜单独采用无机混凝剂AS、PAC，而投加阳离子高分子聚合物作主絮凝剂或助凝剂不仅能优化出水水质，延长滤程，提高产水量，且能显著降低药剂成本，减少污泥体积。另有研究表明不投加助凝剂也能实现微絮凝接触过滤，吕春生等发展了微絮凝拦截沉淀池技术（用一种耐浸、高吸附的天然植物作为拦截材料）来处理低温低浊水，该技术实现了颗粒的吸附碰撞、接触凝聚和聚集沉淀的多过程协同作用，具有高效除浊效果。胡江泳等用生物陶粒做填料采取接触氧化法处理低温低浊微污染源水，取得较好效果。3.4溶气浮选法我国东北地区寒冷季节长，但在雨季河水浊度又可高达几千度，给水处理带来困难。根据这一特点，研究开发了一种新型水处理构筑物———浮沉池，它将气浮和沉淀相结合，既利用气浮处理低温低浊及高藻时的良好效果，也可用沉淀来处理较高浊度的原水。这种池型已在东北地区水厂中采用近10年，取得了较好效果。该法是利用压力溶气水骤然减压释放大量的微细气泡与原水加药混凝产生的絮体粘附在一起，使其整体密度小于水的密度，使带气絮体浮至水面，形成浮渣，由刮渣机清除，达到除浊目的。王承春等采用在沉淀池后增设部分回流平流式溶气浮选池对牡丹江冬季的低温低浊水（0～３℃、３０。８～４６。２ＮＴＵ）进行处理，其气浮池出水浊度可达到小于２。３ＮＴＵ。孙志民等通过小型生产性试验发现，新型侧向流斜板浮沉池处理低温低浊水时，运行气浮工艺，其出水浊度、色度、ＣＯＤＭn以及投药量等指标均优于沉淀工艺。3.5其他强化混凝处理技术3.5.1高锰（铁）酸盐复合药剂法前已述及，有机物的存在使低温低浊水更难以处理，而预氧化处理能够有效提高常规混凝工艺效率，其主要原因在于氧化剂能破坏无机胶体颗粒表面的有机涂层，从而降低其稳定性。高锰（铁）酸盐复合药剂法正是基于此点提出的。该药剂由高锰（铁）酸钾（主剂）和其它多种药剂（辅剂）组成，在处理微污染水体中表现出极好的协同作用，针对低温低浊水体，其助凝、助滤、去除有机污染物的效果尤其明显。马军等用具有一定氧化能力的高铁酸盐复合药剂作混凝剂，强化混凝处理低温低浊的松花江水，沉淀后的浊度可降到2～4NTU，滤后浊度达到小于0.5NTU。梁恒等考察了高锰酸盐复合药剂（PPC）安全强化低温低浊水的处理效能，试验表明：PPC预处理技术在助凝、助滤、去除水体中有机污染物等方面都具有比预氯化更好的处理效果，该项技术对于低温低浊水处理具有很好的应用前景。3.5.2微蜗旋混凝低脉动沉淀技术该技术利用微蜗混合器造成高比例高强度的微蜗旋，其强烈的离心惯性效应可保障混凝剂瞬间进入水体细部，完成宏观和亚微观传质扩散，使胶体脱稳迅速、充分，从而强化了混合反应和混凝过程。赫俊国等运用微蜗旋混凝低脉动沉淀技术，对松花江和嫩江两大水系低温低浊水进行试验表明，该新工艺较原工艺处理量提高了30.8%，投药量减少26.7%，新工艺沉淀池出水浊度在3NTU以内（原工艺沉淀池出水浊度在5.7～11.7NTU）。3.5.3活性砂絮凝工艺20世纪60年代，匈牙利学者以高分子聚合物活化了的粉砂做絮凝的悬浮接触介质，进行了强化絮凝的研究，目前此项研究成果已在法国应用。该工艺是在混凝反应阶段投加高分子活化粉砂，以克服水中杂质颗粒在数量和质量上的不足和低温的不利影响；同时利用高分子良好的吸附架桥作用，形成以粉砂为核心的密度较大的絮体颗粒，改善澄清效果。姜安玺等通过在混凝阶段投加经高分子聚合物活化的粉砂作絮凝介质处理低温低浊水的试验发现，活性粉砂和聚合铝联合使用比单独用聚合铝出水效果好，可明显改善低温低浊水处理效果，具有良好的应用价值。3.5.4混凝设施的强化高效、经济的混凝剂对混凝作用固然重要，但同时须在水处理设施上提供良好的混凝条件以利后续工艺的高效运行。目前应用于许多水厂的旋流— 网格絮凝池即能达到这种作用。该设施先使加药原水流入旋流器使水流形成有序涡旋，增加颗粒间接触和碰撞几率，形成凝聚颗粒中心体，为后续凝聚颗粒成长、密实奠定基础；后进入小网眼的网格反应池，以破碎大涡旋，增加水流中微涡旋比例，为颗粒间接触粘附创造条件，同时多层网格，限制了凝聚颗粒的不合理长大，最大限度地消除了微小颗粒不易碰撞凝聚，或凝聚不稳定等因素；且凝聚颗粒在不断接触、破碎等反复碰撞时，可去除低温水或混凝剂水解反应所夹气泡，增加颗粒密实度，避免了轻、细颗粒的形成。孙吉吉应用旋流—网格混凝设施处理低温低浊水的试验表明，其在处理低温、低浊水中具有良好的混凝效果，出水效果稳定，产水效率高。4结语近10年来，随着人们对水处理认识的不断提高，低温低浊水处理技术备受关注，如何更有效地处理低温低浊水，越来越引起重视。国内现有的几种低温低浊水处理技术，都各有优势，应用时要根据条件因地制宜选择应用；设计时要通过技术经济比较，择优选用。'