低溫低濁水處理工藝的改進與設計

文_蘇曉明 青島世創環境工程有限公司

1 低溫低濁水水質狀態

一般情況下，將溫度在4℃左右，濁度在20mg/L左右的水體稱為低溫低濁水。

1.1 溫度

低溫低濁水因其特性，在冬季冰封后，水溫降到1℃左右。

1.2 濁度

原水在冬季冰封期時,濁度基本不變，保持在40度左右。

1.3 pH

pH在水中極易受到溫度的影響，當水溫下降時，水中溶解的二氧化碳量會增大，形成碳酸根及碳酸氫根離子，使pH降低0.2左右。由于在冬季水溫會降得很低，對于pH的影響也會變大，原水的pH會變小，使混凝劑的投入量有一定誤差，這對于水資源的處理來說不失為一個嚴重的現實問題。

1.4 粒徑分布

由于低溫低濁水中所形成的膠體較多，而膠體顆粒粒徑又很小。另外，小顆粒分布很廣，粒徑分布較均勻，這也給低溫低濁水處理造成了不利條件。

1.5 吸附容量

水處于低溫低濁時期時，其中包含的雜質顆粒較多，使得吸附容量增大。

2 影響低溫低濁水處理的因素

低溫低濁水中出現的雜質大部分為顆粒較細的膠體，由于膠體有動力穩定性和凝聚穩定性，因此在處理低溫低濁水時，普通沉淀和過濾的方法皆無明顯作用，即便用兩層定量濾紙，穿透率也難以達到90%以上。低溫低濁時期的水因pH下降，使得帶正電的膠體顆粒數量增多，因此所需混凝劑的量較少，絮凝速度減慢，絮凝小、細、輕且易折斷，對于沉淀來說較為困難。另外，除去pH、混凝劑的類型及投入量的影響因素外，水溫、水利條件等對于低溫地做水的處理也有很大影響，尤其是溫度的變化，溫度越低，水處理越困難。

2.1 溫度與絮凝形成速度

2.1.1 低溫對有效碰撞次數的影響

低溫低濁水中顆粒數量減少，有效碰撞率低，而且在低溫條件下，水中雜質顆粒粒徑小、粘度大，導致各液體層之間的內阻力增大，顆粒碰撞次數少，絮凝速度慢。因為凝絮的形成與絮凝速度有著密不可分的關系，絮凝速度到達一定程度后才能生成較大的絮凝體，單位時間內顆粒的碰撞次數與有效碰撞次數之比對于凝絮有著決定性的作用。有效碰撞率越高，絮凝速度越快。

2.1.2 帶電微粒之間作用力的影響

膠體顆粒在水中帶有負電荷，兩個帶有負電荷的顆粒之間經過范德華力，即物質固有的引力，以及靜電斥力的影響，使顆粒之間的間距發生變化。然而在低溫條件下，膠粒無法克服最大排斥力，依然以原始的狀態存在，沉淀無法形成。

2.2 混凝劑水解速率與溫度

處理低溫低濁水常用混凝劑的作用機制如下：混凝劑首先解離成離子形式，進而發生水解反應，而溫度對水解速率影響較大，一般情況下的Al3（SO4）2在0℃的水溫條件下，水解速率只有5℃時的一半左右。

2.3 過濾與溫度

在過濾過程中，主要采用化學吸附和物理截流方式，但大的雜質一般難以透過小間隙的濾料層而被截留下來，濾料表面帶有一層負電荷，隨著為微絮凝體的不斷聚集，電位隨之上升，使得砂濾料的表面負電荷被中和或帶上少量正電荷。絮凝體脫穩程度高，電位趨于零，則可以聚集于砂粒上，達到凈水目的。但在低溫條件下，過濾后水質較差，主要原因是在低溫時水的粘度增大，凝絮粒徑縮小，導致有效碰撞率降低，絮凝體的脫穩程度不高，砂濾料表面電荷多為負電荷，使其吸附力不強，易造成絮凝被剪切。

2.4 沉淀效果與溫度

水在較低溫度下，難以形成大且多的絮體狀物質，水體中各類顆粒物質凝結力下降，導致粘度增大，進而對顆粒的沉降速度造成負反饋。此外，由于水體處于低溫時，其中大多數顆粒凝聚性差，粒徑不大，脫穩性不佳，根據沉淀理論，其自然沉降速度小于截留速度，顆粒流出，使得低溫低濁水難以達到一定的沉淀效果。

3 低溫低濁水的處理工藝

3.1 混凝沉淀法

3.1.1 提升水體中大顆粒的濃度

在低溫低濁水中，活性粉砂的粒徑和密度能夠促進其混凝，是一種良好絮凝介質。因此，在低溫低濁水中將通過聚丙烯酰胺（HPAM）作為吸附架橋活性化的粉砂，形成活性良好的砂絮體，促進低溫低濁水的沉淀，符合動力學條件。

3.1.2 選擇合適的混凝劑

李潤生等人對寧波市低溫低濁水進行的混凝沉淀實驗表示，應用Al3（SO4）2治理低溫低濁水往往難以達到滿意的效果，有時甚至會產生相反的效果。而聚氯化鋁系列混凝劑處理效果較硫酸鋁更佳，這主要是因為Al3（SO4）2作為一種普通無機混凝劑，在低溫低濁水中的水解速率被降低，致使其水解產物量少且結構不穩定，難以起到吸附架橋作用。將RS復合堿式氯化鋁系列混凝劑加入低溫低濁水中后，自用水率降低，水中pH穩定性變高，濾池也能夠工作更長時間。在實際處理工作中，不能直接將混凝劑加入到工業處理中，而要先進行兩步模擬實驗。第一個實驗在實驗室進行，對處理當地低溫低濁水的混凝劑等進行選擇，一般都選擇PAM-非絮凝劑、FCH混凝劑和PR-17低濁添加劑；第二個實驗在現場進行，將已決定好的處理工藝進行實驗，并對其加工改善，確定最佳方案。兩個時實驗均完成后才能進行工業性試驗。

3.1.3 改善設備工藝的操作方法

傳統絮凝池處理低溫低濁水后剩余濁度較高，利用微渦旋理論改進后的網格型蓄電池適應性強，運行操作后水濁度降低較多，水中的藻類密度和高錳酸鹽指數（CODMn）也明顯降低，對于我國偏南地區的高藻低濁原水的處理效果也較佳，這表明改善各項設備工藝的運行操作方法，對于低溫低濁水的處理工藝將產生有利影響。

3.1.4 加入強氧化劑

強氧化劑具有強氧化性，能夠與水中有機物反應，并破壞其在膠體顆粒表面形成的保護層，使膠體顆粒的脫穩性強，增加膠體極性，使其形成的絮凝體大且密實，促進絮凝反應，在低溫低濁水的處理工藝中有很好的助凝作用。

（1）氯氣

經多次實驗證明，氯氣作為一種強氧化劑，將其加入低溫低濁水中后有明顯的助凝作用，屬于氧化劑與有機膠體的反應理論。一般來說，原水中加入氯2～ 4 mg/L，便可產生良好的去濁度效果。

（2）高錳酸鹽復合藥劑(PPO)

生產性試驗結果表明，高錳酸復合藥劑強化混凝技術對于低溫低濁水處理有明顯效果，高錳酸鉀氧化性強，易與水中有機物反應生成二氧化錳，促進混凝沉淀。在處理松花江水低溫低濁問題時，與傳統的單一聚合鋁（PAC）混凝工藝對比顯著，高錳酸鹽復合藥劑(PPO)在減少混凝藥劑用量、降低進水成本的條件下，能夠大大降低水體的剩余濁度。

（3）高鐵酸鹽

高鐵酸鹽與水中有機物反應后生成的Fe（OH）3性質較穩定，能夠促進低溫低濁水的混凝沉淀，與Al3（SO4）2混凝劑相比，其處理效果更佳，并兼有一定的消毒作用。

3.2 其它物理處理方法

3.2.1 氣浮工藝

氣浮工藝是指借助水中大量的微小氣泡，使得顆粒雜質附著于氣泡上，進而通過浮力將雜質顆粒與氣泡一同浮出水面，達到固液分離的目的。

3.2.2 活性炭

活性炭因其結構中具有許多微小孔隙而有很好的吸附作用，因此針對微污染的低溫低濁水，采用活性炭吸附是一條很好的途徑。在常規凈水工藝的基礎上，加入粉狀的活性炭不但能夠去除水體色度、濁度、異味，還能達到去除一定污染物的效果。

3.2.3 直接過濾法

微絮凝直接過濾法凈化低溫低濁水的原理是：在低溫低濁水中投加主絮凝劑，必要時可再加助絮凝劑，混合后借助濾料直接進行過濾。此工藝技術現已在少數地方應用，應用效果較好。

4 結語

近年來，低溫低濁水作為水質處理的一大難點，受到越來越多的關注。現如今，已有部分低溫低濁水處理工藝受到認可，但仍有較大進步空間，本文希望能夠給低溫低濁水處理技術的改善提供參考價值。