摘要：低溫低濁水處理是一直困擾水處理界的難題之一，文章闡述了低溫低濁水的水質(zhì)特性并分析了難處理的原因，在此基礎(chǔ)上綜述了低溫低濁水各種處理工藝的特點(diǎn)。
要害詞：低溫低濁水 處理工藝 水質(zhì) 濁度
一、導(dǎo)論
低溫低濁水處理是凈水技術(shù)的一個(gè)難點(diǎn)，目前水處理領(lǐng)域?qū)Φ蜏氐蜐崴袥]有確切的定義。我國北方氣候嚴(yán)寒，冬春季節(jié)水溫可降至0~2℃，濁度降到10~30NTU（有時(shí)10NTU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，水暖和濁度逐漸下降，水溫一般在3~7℃，濁度一般在20~50NTU之間變化，把每年11月至次年3月溫度低于10℃或濁度低于30NTU的地表水稱為低溫低濁度水[1]。低溫低濁水的水質(zhì)特性，簡言之即溫度低（0~10℃之間）、水中顆粒物濃度低（濁度小于30NTU）、耗氧量低、堿度低、水的粘度大、Zeta電位低。正是由于此水質(zhì)特性，使得低溫低濁水處理成為水處理界的一大難題。
二、低溫低濁水難處理的原因分析
1、水溫的影餉
水溫在影餉低溫低濁水處理效果的諸多因素中至關(guān)重要。低溫對混凝劑水解速率影餉很大，低水溫使水解反應(yīng)速度減緩，在常見的混凝劑中，鋁鹽較鐵鹽受水溫影餉大[2]。以常用的硫酸鋁為例，當(dāng)水溫為0℃時(shí)，硫酸鋁水解速率只是5℃時(shí)的2/3~1/2[3]。同時(shí)低溫對混凝反應(yīng)速率很大，國外試驗(yàn)表明，水溫每升高10℃，反應(yīng)速率要增高1倍或2倍[4]。由此可見，在低溫條件下，混凝反應(yīng)的效果很差。水溫低，水的粘度增大，水中顆粒物和絮凝體沉淀速度下降，加之低溫時(shí)氣體溶解度大，溶解在水中的氣體增多，其大量吸附在絮體四周，不利于絮體和顆粒物質(zhì)沉降。且水的粘度大時(shí)，水流剪切力增大，當(dāng)水流收到擾動時(shí)輕易使已形成的大的絮體撕裂、破碎，變得細(xì)小、松散，不易下沉。水溫低，水中膠體顆粒的Zeta電位高，顆粒間排斥勢能升高，斥力增大，且水溫低時(shí)膠體顆粒的布朗運(yùn)動動能減小，水的粘滯系數(shù)升高，幾者綜合，不利于膠體顆粒碰撞脫穩(wěn)。水溫低時(shí)，溶劑化作用增強(qiáng)，顆粒四周輕易形成一層水化膜，不利于膠體的凝結(jié)。水溫低，聚合反應(yīng)速率減小，絮凝劑水解產(chǎn)物以高電荷低聚合度的物質(zhì)為主，不僅不利于膠體絮凝，更重要的是不能有效發(fā)揮其吸附架橋的作用。
2、水中顆粒物濃度的影餉
水中顆粒物濃度是影餉低溫低濁水處理效果的又一重要因素，它對低溫低濁水處理的很多方面都會造成影餉。能否取得良好的處理效果，單位體積內(nèi)顆粒數(shù)量和顆粒間有效碰撞次數(shù)是至關(guān)重要的制約因素。顆粒物濃度高，碰撞機(jī)會大，有利于膠體顆粒凝結(jié)和絮體成長。低溫低濁水顆粒物濃度很低，碰撞幾率很小，加之水溫低，布朗運(yùn)動動能小，顆粒運(yùn)動不活躍，凝結(jié)效果不好。
3、有機(jī)污染物的影餉
水體中有機(jī)污染物的存在大大增加了低溫低濁水處理的難度。有機(jī)物可吸附在膠體顆粒表面，形成有機(jī)保護(hù)膜，不但使膠體表面電荷密度增加，而且阻礙了膠體顆粒間的結(jié)合，影餉混凝效果[5]。當(dāng)水中存在天然有機(jī)物時(shí)，混凝劑首先與帶電密度大的腐殖酸和富里酸作用，只有加大投藥量使混凝劑中和了溶液中顆粒表面的天然有機(jī)物電荷后，才開始表現(xiàn)出架橋作用。并且，顆粒物表面的有機(jī)保護(hù)層會造成顆粒間空間位阻或雙電層排斥作用，使低溫低濁水形成一個(gè)穩(wěn)定的物系。這是常規(guī)的混凝沉淀工藝在處理穩(wěn)定性低溫低濁水時(shí)效率不高，即使增加混凝劑投量除濁效果也不理想的原因之一[6]。
三、低溫低濁水處理技術(shù)與工藝 1、改變低溫低濁水的水質(zhì)特性 低溫低濁水難處理的原因正是由于其特別的水質(zhì)特性造成的，因此在處理低溫低濁水時(shí)我們首先會考慮能否改變其水質(zhì)特性使其變得易于處理。低溫低濁水處理技術(shù) 有機(jī)污染物- 時(shí)間: 2010-09-27 02:54:04 作者: 系統(tǒng) 三、低溫低濁水處理技術(shù)與工藝 1、改變低溫低濁水的水質(zhì)特性 低溫低濁水難處理的原因正是由于其特別的水質(zhì)特性造成的，因此在處理低溫低濁水時(shí)我們首先會考慮能否改變其水質(zhì)特性使其變得易于處理。
三、低溫低濁水處理技術(shù)與工藝
1、改變低溫低濁水的水質(zhì)特性
低溫低濁水難處理的原因正是由于其特別的水質(zhì)特性造成的，因此在處理低溫低濁水時(shí)我們首先會考慮能否改變其水質(zhì)特性使其變得易于處理。有文獻(xiàn)報(bào)道，哈爾濱第三發(fā)電廠將冬季1~2℃的低溫水加熱到8~15℃，并同時(shí)適當(dāng)增加原水濁度，使處理后澄清池出水濁度大大降低，達(dá)到用水要求[7]。由于通過加熱的方式使水溫升高在城市水廠大規(guī)模生產(chǎn)實(shí)踐中難以實(shí)現(xiàn)，所以并不能被廣泛應(yīng)用。
提高原水濁度，也能夠有效改善處理效果。利用沉淀池污泥回流，可以提高原水顆粒濃度，增加顆粒碰撞機(jī)會，提高混合反應(yīng)速率[8]。姜安璽等人通過向低溫水中投加不同量的活性粉砂，制造出不同濁度的低溫水進(jìn)行對比試驗(yàn)，結(jié)果顯示隨濁度升高，只需增加PAC投量即可出水效果良好[9]，說明提高原水濁度確實(shí)很有利于改善低溫低濁水的處理效果。
2、優(yōu)化選擇混凝劑與助凝劑
選擇適合處理水質(zhì)的水處理劑，是提高低溫低濁水處理效果的重要途徑之一。李為兵等人以陽澄湖水系冬、春季低溫低濁水為研究對象，通過混凝沉淀燒杯試驗(yàn)和水廠生產(chǎn)性試驗(yàn)，對硫酸鋁（AS）和幾種聚氯化鋁（PAC）進(jìn)行了優(yōu)選，較終確定ZR－3型聚氯化鋁的混凝沉淀效果較佳。在水溫較低（10℃）時(shí)，(__shi _)與硫酸鋁相比其投加量（以氧化鋁計(jì)）可降低50%左右[10]。石明巖等人通過燒杯試驗(yàn)，比較了硫酸鋁、三氯化鐵、聚合氯化鋁的除濁和除有機(jī)物性能，結(jié)果表明，對于低溫低濁的松花江水而言，硫酸鋁配合投加活化硅酸的混凝效果優(yōu)于三氯化鐵和聚合鋁，混凝的較佳pH值介于6.0~7.0，在較佳的混凝條件下，三氯化鐵的混凝效果較優(yōu)。綜合除濁和除有機(jī)物效果評價(jià)三種混凝劑得到：中性條件下，硫酸鋁+活化硅酸較好；pH偏低條件下，三氯化鐵較好[11]。李冬梅等人對黑河水庫原水較佳水處理劑選擇的試驗(yàn)研究表明：當(dāng)水溫T＜4℃，濁度C0＜4NTU時(shí)，投加AS，濁度去除率較低；有時(shí)AS投加量增高，出水濁度反而上升。改用PAC時(shí)，出水濁度低于1NTU只能維持很短時(shí)間（約四小時(shí)），濾池很快穿透；而采用CP作主混凝劑或助凝劑，出水水質(zhì)得到明顯改善，過濾周期長達(dá)近三十小時(shí)[12]。馬軍等人采用單純硫酸鋁和高鐵酸鹽復(fù)合藥劑進(jìn)行對比混凝試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：單純的硫酸鋁對于低溫低濁時(shí)期的松花江水混凝效果很差，盡管增加硫酸鋁投量可以降低沉后余濁，但當(dāng)硫酸鋁投量增加到一定程度后沉后余濁很難進(jìn)一步下降。高鐵酸鹽復(fù)合藥劑對低溫低濁松花江水具有顯著的混凝效果，沉后余濁下降至2~4NTU[13]。李瀟瀟等人在對北渡水進(jìn)行幾種不同混凝劑強(qiáng)化混凝對比試驗(yàn)中研究發(fā)現(xiàn)：在處理低溫低濁北渡水時(shí)，PFS水解速度比鋁鹽快，同時(shí)形成的絮體吸附量大、結(jié)構(gòu)緊湊致密、強(qiáng)度大，混凝沉降物沉降速度快，大大提高了混凝效果[14]。
3、泥渣回流法
泥渣回流技術(shù)的原理是利用機(jī)械攪拌加速澄清池的泥渣回流特點(diǎn)來增加原水濁度，以彌補(bǔ)冬季原水濁度低的不足。從而提高水中的膠體顆粒濃度，增大顆粒雜質(zhì)的碰撞幾率，提高絮凝反應(yīng)效率。除此之外，還能夠充分利用沉淀池污泥的剩余吸附能力，進(jìn)一步提高除濁效果。與投加機(jī)械雜質(zhì)（如粘土等）相比，泥渣回流法較易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榛亓髂嘣牧６扰c水中天然懸浮雜質(zhì)粒度相同，且不需要大量投加人工造泥，相比之下也較經(jīng)濟(jì)。劉繼平通過利用沉淀池污泥回流處理成都地區(qū)低溫低濁水的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：將沉淀池一定量的污泥直接送到混合設(shè)施進(jìn)口，與原水一起參與混合反應(yīng)的全過程。結(jié)果表明，此舉提高了沉淀反應(yīng)效率，減少了混凝劑用量，有效降低了出水濁度[8]。饒明等人通過預(yù)氧化聯(lián)合污泥回流處理低濁微污染水的試驗(yàn)研究表明：采用污泥回流可有效改善沉后水濁度，較佳回流比為60%，沉后水濁度從無回流時(shí)的1.91NTU下降到1.51NTU[15]。張紀(jì)軍等利用排泥水回流處理低濁水，研究發(fā)現(xiàn)：利用回流部分排泥增加了原水濁度，沉淀池出水濁度明顯降低，且此法大大降低了耗礬量。在新鄉(xiāng)市D1水廠的生產(chǎn)性試驗(yàn)中，沉淀池的出水濁度去除率提高了30%，混凝劑的投加量降低了39.3%，在提高水質(zhì)的同時(shí)，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益[16]。
4、溶氣氣浮法 溶氣氣浮法是利用壓力溶氣水驟然減壓所釋放出來的大量微細(xì)氣泡，將水中加藥混凝反應(yīng)后所形成的絮凝顆粒吸附在氣泡表面，由于氣泡密度小于水的密度，就使帶有絮凝顆粒的氣泡上浮于水面，形成浮渣 ...
4、溶氣氣浮法
溶氣氣浮法是利用壓力溶氣水驟然減壓所釋放出來的大量微細(xì)氣泡，將水中加藥混凝反應(yīng)后所形成的絮凝顆粒吸附在氣泡表面，由于氣泡密度小于水的密度，就使帶有絮凝顆粒的氣泡上浮于水面，形成浮渣而被刮渣機(jī)清除，達(dá)到除濁的目的。鄭全枝等人在對牡丹江低溫低濁原水（溫度0~3℃，濁度31~46NTU）進(jìn)行混凝、沉淀、氣浮、過濾工藝試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，氣浮出水平均濁度低于23NTU[17]。劉洋等人用溶氣氣浮（DAF）工藝處理密云水庫低溫低濁水效果良好：原水濁度0.64~1.06NTU，DAF出水濁度為0.22~0.27NTU，平均為0.24NTU。DAF工藝出水濁度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于中國飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。且DAF處理后色度、嗅閾值、余鋁含量均滿意飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[18]。孫志民等用新型側(cè)向流斜板浮沉池處理低溫低濁水，研究發(fā)現(xiàn)，氣浮的出水濁度能夠保證在0.15NTU左右，沉淀不僅達(dá)不到這一指標(biāo)，濁度反而有所上升，且相應(yīng)的混凝劑投加量氣浮也比沉淀要少，CODMn、色度指標(biāo)氣浮也均優(yōu)于沉淀[19]。
5、微絮凝接觸過濾法
原水經(jīng)加藥后直接進(jìn)入濾池過濾，濾前不設(shè)任何絮凝設(shè)備。這種過濾方式一般稱為“接觸過濾”。微絮凝接觸過濾的原理是：濾池上層濾料空隙甚小，濾料表面有一定的化學(xué)特性，在源水中投加混凝劑、助凝劑后，立刻直接進(jìn)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(xiàn)具有微絮凝接觸吸附過濾作用，從而實(shí)現(xiàn)除低濁的目的。劉洋等人用活性炭深床浮濾池以直接過濾方式運(yùn)行處理密云水庫低溫低濁水，原水濁度1.52NTU，出水濁度為0.16~0.22NTU，出水UV254為0.026~0.029cm-1，去除率為15.4%，出水耗氧量為1.16~1.96mg/L，去除率為19.0%，出水色度為3倍，無嗅味，余鋁含量為0.048mg/L，處理效果良好[20]。王培風(fēng)等人采用微絮凝直接過濾工藝處理濁度小于20NTU的低濁度原水，絮凝劑PAC的投藥量控制在3~5mg/L，出水濁度小于0.5NTU[21]。雷鵬舉等人利用微絮凝直接纖維過濾處理微污染低濁水，研究表明，該工藝處理低濁水效果明顯，在較低的PAC投加量和較高的濾速下可保證處理后水的濁度小于0.5NTU，在25m/h的濾速下工作周期可達(dá)25h，且該工藝處理效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、出水穩(wěn)定，對處理低溫低濁水有重要應(yīng)用價(jià)值[22]。
6、膜法處理低溫低濁水
近年來，隨著膜科學(xué)的進(jìn)步與膜制造工業(yè)的快速發(fā)展，膜的性能不斷提高，膜法以其出水水質(zhì)穩(wěn)定，系統(tǒng)占地面積小，運(yùn)行維護(hù)簡樸，輕易實(shí)現(xiàn)自動化等諸多優(yōu)勢日趨成為一種重要的新型水處理技術(shù)。雖然在處理低溫低濁水方面仍處于探索研究階段，但就現(xiàn)有的研究成果，足以說明膜工藝具有良好的應(yīng)用前景。孫麗華等人用混凝－超濾法處理松花江春季時(shí)期低溫低濁水，研究表明，較之常規(guī)處理，膜處理在對原水的濁度、有機(jī)物、色度以及細(xì)菌、病毒等微生物的去除方面均表現(xiàn)良好。試驗(yàn)期間原水濁度為6.17~8.54NTU，CODMn為5.71~6.86mg/L，色度為26~30度。同期水廠出水濁度為0.95~1.86NTU，而膜出水濁度始終低于0.3NTU；常規(guī)處理對CODMn的去除率為44%~50%，出水達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)，超濾膜對CODMn的去除率達(dá)到50%~58%，膜出水為2.78~2.94mg/L；常規(guī)處理出水色度為8~12度，而混凝超濾膜系統(tǒng)出水色度為6~8度；表現(xiàn)為濁度的膠體本身不僅是污染物，而且是水中細(xì)菌、病毒等微生物的重要附著載體，超濾對濁度的優(yōu)異去除效能同樣表明其對水中細(xì)菌病毒的良好去除能力[23]。劉曉飛等人研究低壓膜直接過濾處理低溫低濁水性能指出，采用一種新型過濾膜，過濾所需壓力僅為0.02~0.04Mpa，在保證出水濁度低于1NTU時(shí)，濾速可達(dá)20m/h，過濾周期為150小時(shí)；低壓膜過濾可以采用原水直接過濾，不需要投加混凝劑；長期運(yùn)行后沒有受到較大的污染，反沖洗方式簡樸易行[24]。紀(jì)洪杰等人以黃河水經(jīng)沉砂池處理后進(jìn)入東營市南郊水庫的水為對象，研究用混凝沉淀/PAC吸附/超濾工藝處理引黃水庫冬季原水，結(jié)果表明，PAC-UF工藝可將出水濁度控制在0.1NTU以下，去除率98%；投加粉末活性炭能夠大幅提高混凝沉淀/UF工藝對CODMn和UV254的去除率；且超濾工藝能夠有效截留水中的病原性微生物[25]。盡管膜法具有諸多長處，但考慮到較之常規(guī)處理經(jīng)濟(jì)成本仍較高，所以膜處理工藝現(xiàn)階段仍主要應(yīng)用于一般規(guī)模的工業(yè)領(lǐng)域以及某些對水質(zhì)有特別要求的行業(yè)。但隨著技術(shù)日趨成熟和工業(yè)化水平不斷提高，制膜成本的下降，膜法必將擁有廣闊的應(yīng)用前景。
聚氯化鋁之低溫低濁水處理解決方案
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日期：2011年5月19日 來源：佰科
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