强化混凝水处理技术研究进展

强化混凝水处理技术研究进展

吴朝锋

青海大美煤业股份有限公司

摘要：强化混凝是指水处理常规混凝处理过程中，在保证浊度去除效果的前提下，通过提高混凝剂的投加量和控制pH值来实现提高有机物去除率的工艺过程。依据国内外进行过的试验研究及应用，综述了强化混凝技术的研究进展及结果，在此基础上探讨了强化混凝技术的研究发展方向。

关键词：强化混凝；水处理；研究进展

混凝作为重要的处理单元在各种水处理工艺流程中得到广泛应用，决定着后续流程的处理效能以及最终出水水质，在水处理技术中占有重要地位。混凝过程的影响因素众多，混凝过程的控制难度大。近年来围绕混凝过程的优化开展了多方面研究，包括多重絮凝、多级微絮凝以及絮体破碎再絮凝等，均有效地改善了混凝效能。这些混凝过程大多需要在常规混凝的基础上，再进行不同形式的絮凝过程，因此混凝的条件和过程与常规混凝有一定差异，对混凝过程的凝聚阶段与絮凝阶段也会有不同要求。目前，研究人员已有针对性地开展了大量研究，并取得了众多研究成果。

1混凝环节在水处理工艺中的重要性

近年来，由于水资源短缺及水资源污染的日益严重，增加了水处理和废水处理后重复利用的难度与处理成本。去除水中悬浮物难度最大的是尺寸小于1µm的胶体和细微颗粒。它们的组成极为复杂，如各种微细的粘土矿物质、合成有机物、腐殖质、油和藻类物质等。细微粘土矿物质作为一种吸附较强的载体，表面常附着各种有毒重金属离子、有机污染物、病原细菌、油等污染物。这些污染物的存在不仅对人体健康具有直接或潜在的毒害作用（如天然体中的腐殖质、藻类物质，在水净化处理的氯消毒过程中，可与氯形成氯代烃类致癌物质），而且会严重恶化处理水质条件，增加处理难度。尤其是在当前大规模的城市给水、废水的常规混凝沉淀和过滤处理过程中，造成沉淀池絮体上浮、滤层易穿透，导致出水水质下降、运行费用增加等困难。大量工程实践表明，目前采用传统的常规处理工艺无法有效去除水中这些细微污染物，虽然一些深度处理技术，如臭氧活性炭、膜滤等能够有效的去除某些纳微米级污染物，由于一次投资及运行费用较高，在城市给水及废水处理回用工程中应用受到极大的限制。因此，深入研究传统工艺机理，提高传统水处理效能，研究发展新型高效、经济实用的强化工艺技术是当前国内外水处理领域中的重要研究课题。

在国内外的常规地表水处理工艺中，皆以除浊澄清作为主要目标之一，即采用混凝、沉淀（或澄清）、过滤这样一个基本工艺。混凝是地表水常规处理中最重要的环节之一，能否使水中的浑浊物质凝聚形成具有一定粒度及表面特性的絮凝体，为沉淀或过滤去除创造良好的条件，关键就是混凝效果如何。其处理效果的好坏直接影响到后续处理的水处理质量。投加适量的混凝剂，保障混凝效果，是处理水质合格的前提。影响混凝剂投量的因素很多，如原水流量、水温、浊度、pH值、水中杂质的特性、药剂种类、处理工艺等等。对于一定水质的原水，存在一个使混凝后的余浊达到预期数值的最小投药量，这个投药量称为最佳投药量。对于一定的原水，可以选择一些主要的影响因素作为控制参数，建立投药量与这些参数间的某种关系，来控制投药。因而发展先进适用的投药自动控制技术是十分必要的。

2强化混凝的定义和机理

强化混凝过程主要是通过增加混凝剂投量、改善混凝剂效能、调节pH、投加助凝剂以及优化水力条件等方式来提高混凝过程的除污染效能，改善有机物去除率。混凝的影响因素主要涉及混凝剂的种类、投加量、投加方式、水质特性及水力条件等。从列维奇絮凝动力学方程可以看出，提高水中颗粒物浓度，增加颗粒物直径，均可有效提高颗粒间的碰撞速率，改善絮凝效果。有关研究表明，增加低浊度水中颗粒物浓度可以提高絮凝速率；Zhou等将净水厂污泥回用于强化低浊度水的混凝效能，发现回流的污泥增加了水中颗粒的碰撞速率，且较常规工艺提高了絮凝速率。

强化混凝主要是通过改善混凝条件使有机物去除范围和去除率进一步扩大和提高，对于大多数金属盐混凝剂去除有机物的机理主要是:通过改善混凝处理条件，在低pH、高混凝剂用量的强化混凝条件下形成大量金属氢氧化物，改善混凝剂水解产物的形态且使其正电荷密度上升，同时低pH条件会影响有机物离解度和改变水中有机物存在形态。有机物质子化程度提高，电荷密度降低，进而降低其溶解度及亲水性，成为较易被吸附的形态。Ｒandtke认为强化混凝去除有机物的机理主要包括胶体状自然有机物(NOM)的电中和作用，腐殖酸和富里酸聚合体的沉淀作用，以及吸附于金属氢氧化物表面上的共沉淀作用．对水中溶解性的有机物而言，依靠后一种作用即吸附于混凝剂的金属沉淀物上而去除。

3强化混凝技术的研究进展

（1）新型高效混凝剂的开发：哈尔滨工业大学在新型混凝剂开发方面表现的非常突出，开发了高锰酸盐复合剂系列，目前又正在研制高铁酸盐复合药剂，已在不少水厂运用。如高锰酸盐复合剂对低温、低浊、高有机物含量原水不仅具有强化混凝去除藻类、DBPs先质、酚等功效，而且效率优于传统预氯化、预投加高锰酸钾除藻工艺。目前该药剂已经在我国的几十个水厂（站）推广应用，同时发现该技术还具有非常好的经济性。高铁酸盐具有氧化（酸性条件下氧化还原电位2.20mV）、吸附和混凝多种作用，实验发现其具有除有机物、强化去除水中藻类、强化助凝控制剩余铝以及去除水中重金属等多种功能。

（2）分级混凝技术：混凝过程包括凝聚阶段和絮凝阶段，需要同时对凝聚阶段和絮凝阶段进行强化，才能更有效地改善整体混凝效果。在凝聚阶段，投加混凝剂后溶解性水解聚合形态的生成反应非常快，因此带正电荷的混凝剂分子与带负电荷的胶体颗粒应尽快混合，以便微絮体的形成并未后续转变为沉淀物形态做好准备；凝聚阶段主要依靠强烈的混合作用使混凝剂分子与胶体颗粒快速混合，此时脱稳与电中和作用占主导，需采用短时高强度快速混合。在絮凝阶段，主要目标是使已脱稳的胶体颗粒和凝聚的微絮体形成大而密实、具有良好沉降和分离效能的大粒径高密度絮体。由于氢氧化物沉淀的生成过程比较缓慢，约需1～7s，需要较高混凝剂投量才能达到网捕卷扫絮凝的效果。而过高混合强度会造成絮体破碎，适宜的搅拌条件及混凝型式能有效地改善反应器内水流的紊动状态，大幅度地增加絮体颗粒的碰撞次数，促进絮凝反应的有效进行。

（3）强化混凝设备的开发：混凝设备中混合器最为关键，其主要作用是让药剂与水尽快混合。常用的混合设备有水泵混合、管道混合、压力式孔板混合、机械搅拌混合、涡流式混合及射流混合等，其中射流混合是混合技术的新发展，具有混合速度快，功率损失小、絮凝效率高等优点。具体过程为用注入管将絮凝剂注入接近反应池的进口处,注人管的侧面周边有几个小孔,混凝剂经小孔以很大的速度进入。在垂直于原水管的中轴处水流的紊动强度最大，混凝剂射流由此进入最易与原水完全混合。

参考文献：

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[2]王东升,刘海龙,晏明全,余剑锋,汤鸿霄.强化混凝与优化混凝:必要性、研究进展和发展方向[J].环境科学学报,2006,04:544-551.