低温低浊水处理技术

低温低浊水处理技术

刘亚茹薛晨

北京中天元工程设计有限责任公司北京100036

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导论

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[1]。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

低温低浊水的水质特点是，水的粘度大，水中微粒尺寸小且粒径分布均匀，絮凝反应慢，生成的絮凝体小而不易沉降，因此，常规的混凝技术难以处理出合格的出水。影响低温低浊水混凝效果的主要因素有以下三个方面。

2.1水温的影响

（1）水温对混凝剂的水解反应有明显的影响，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；（2）低温时水的粘度大，增大了水流的剪切力，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，使絮凝体含水率上升，絮凝体变得疏松，密度下降，絮凝体沉降性能变差；（3）微粒的布朗运动是水中胶体微粒的稳定因素，但也是微粒的不稳定因素，微粒的布朗运动可促使微粒间相互接触碰撞，从而使彼此吸附凝聚，而低水温减弱微粒的布朗运动，不利于微粒间碰撞凝聚。

2.2水中微粒浓度的影响

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，提高了碰撞几率，也就提高了微粒间的凝聚机会，促进微粒的凝聚成长，如果水中微粒浓度太低，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[10]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。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FeC13处理低温低浊水更有效，且低温减少了其用量。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。用自制的聚硅酸铁（PSF）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+聚硅酸助凝剂相比，PSF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%～50%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。相比较投加聚铝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%。

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。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。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。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C0<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。

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。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℃、3018～4612NTU）进行处理，其气浮池出水浊度可达到小于23NTU。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。

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。

参考文献：

[1]张云.湘江水源低温低浊度水处理试验研究[D].湖南大学硕士学位论文.2003.

[2]霍明昕.低温低浊水质特性分析[J].中国给水排水，1998，14（6）.

[3]许保玖.给水处理理论与设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1992.

[4]陈培康.给水净化新工艺[M].北京：学术书刊出版社，1990.