低溫低濁水處理的研究現(xiàn)狀

彭偉，劉耀群，丁仕林，何智民

（陸軍勤務(wù)學(xué)院軍事設(shè)施系，重慶 401331）

低溫低濁水主要的定義為水溫在0～4 ℃、濁度低于30 NTU的冬季水庫水、江河水[1]。我國北部地區(qū)水在冰凍期時以及部分南部地區(qū)水在最寒冷時期，濁度和溫度均屬于低溫低濁水的屬性。由于具有黏度大、溫度低、堿度低等特點，低溫低濁水的處理仍然是一個水處理界的難題，傳統(tǒng)的處理方式得不到理想的結(jié)果。飲用水安全始終是人們關(guān)注的重點問題，近年來許多專家學(xué)者對于低溫低濁水水質(zhì)處理方式的研究取得了不錯的進(jìn)展。

1 低溫低濁產(chǎn)生的影響

1.1 低溫對水處理的影響

低溫條件會降低水體的pH值，影響絮凝劑的最佳使用范圍，同時無機(jī)鹽混凝劑在水解時吸熱，低溫條件下混凝劑難以水解，水解速度的下降不利于無機(jī)混凝劑發(fā)揮作用[2]。水體膠體微粒在黏度大的低溫水體中運(yùn)動速率小，布朗運(yùn)動的減緩導(dǎo)致微粒間的碰撞次數(shù)減少，不利于脫穩(wěn)沉降。低溫水體黏度增大，增大的水流剪力阻礙絮體間的聚集和成長，絮體在下降過程中極易被破壞[3]。低溫也會使顆粒間的水化作用變強(qiáng)，內(nèi)部水化膜的黏度和重度增加，黏附強(qiáng)度受到影響，絮凝效果降低[4]。低溫造成的顆粒所帶電位的提高，也會降低顆粒間的吸附力，種種因素對絮凝效果造成影響。

1.2 低濁對水處理的影響

低濁水中的顆粒物在水體中分散均勻且較為細(xì)小，動力學(xué)穩(wěn)定性和聚集穩(wěn)定性非常強(qiáng)，絮體形成后體積較小不易于絮體的積聚后發(fā)生沉淀[5]。且由于低濁水中的懸浮物濃度較低，顆粒運(yùn)動速度小，顆粒碰撞幾率小，不利于絮體的形成，形成絮體也容易被混凝攪拌所破壞。

2 低溫低濁水處理技術(shù)

2.1 混凝劑、助凝劑的遴選

在水處理過程中，使用絮體大、沉降效果好、投加量低并且適應(yīng)性強(qiáng)的絮凝劑更有利于對原水進(jìn)行后續(xù)處理。部分水廠在處理低溫低濁水時，選擇增加混凝劑的投放量和增強(qiáng)攪拌強(qiáng)度的方式，提高成本的情況下還會帶來用水安全問題，且可能達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)。因此，選擇合理的混凝劑和助凝劑，能有效提高出水水質(zhì)。合適的選擇有利于增強(qiáng)顆粒間的碰撞，充分發(fā)揮混凝劑吸附架橋、中和電性、網(wǎng)捕或卷掃作用。單一的混凝劑對于處理低溫低濁水效果不顯著，多種混凝劑復(fù)合配比的方法更難使水體發(fā)生混凝沉淀。

許元龍[6]等將聚合氯化鋁為混凝劑，PAM、海藻酸鈉、羥丙基甲基纖維素混合作為助凝劑，以低溫低濁水為研究對象，可以起到有效去除濁度和色度的效果，且絮凝絮體較大，沉降速度較快。藥劑的組合配比可加強(qiáng)低溫低濁水處理的混凝效果，形成密度大、體積大的雜質(zhì)絮體。嚴(yán)海燕[7]運(yùn)用新型復(fù)合高效聚合氯化鋁凈水藥劑對低溫低濁水水樣進(jìn)行處理，出水和濾前水渾濁度卻分別下降了51.5%和38%，其性價比應(yīng)高于舊礬反應(yīng)，且沉淀效率高。喬海兵[8]等利用新生態(tài)鐵作為混凝劑在燒杯中對低溫低濁水進(jìn)行靜態(tài)混凝實驗，出水濁度符合國家標(biāo)準(zhǔn)，且相較于氯化鐵和硫酸鐵兩種傳統(tǒng)絮凝劑，成本降低了21.3%～26.3%。

選擇適當(dāng)?shù)幕炷齽┖椭齽┑呐浔纫约笆褂眯滦偷幕炷齽┠芴嵘龑Φ蜏氐蜐崴男跄Ч线m的選擇有利于后續(xù)的水處理環(huán)節(jié)，影響處理效果。由于新型混凝劑多處于試驗階段，選擇適用于低溫低濁水溫度、pH，且經(jīng)濟(jì)、無毒的混凝劑配比優(yōu)選方案，效果更為明顯，能有良好的出水水質(zhì)，有效地處理低溫低濁水。

2.2 泥渣回流技術(shù)

原水濁度過低時可通過泥渣回流的方法，利用污泥具有活性和捕獲能力的特點進(jìn)行回流，來提高原水的濁度。在混凝劑的作用下，泥渣和原水混合并經(jīng)過充分?jǐn)嚢杌旌虾螅嘣砻婢o密依附著絮體顆粒，體積增大，變?yōu)檩^大的絮體，絮體密實程度增加，并為混凝反應(yīng)提供晶核，增加顆粒之間的碰撞幾率，能有效促進(jìn)沉淀混凝過程，起到較好的經(jīng)濟(jì)效益。

朱艷旭[9]等利用污泥回流的方法對凈水廠低濁水進(jìn)行處理，在混凝劑低投加量的情況下，可有效降低原水濁度，處理效果較好，同時減少混凝劑投加量，降低運(yùn)行成本。王建偉[10]等通過泥渣回流對城市污水二沉池出水處理，COD去除率提高4%～6%，濁度去除率提高約7%，TP去除率提高8%～31%。伏培仟[11]等通過實驗研究得出，泥渣回流對再生水進(jìn)行處理，在一定的混凝劑投加下，濁度、TP、PO43-、CODCr、色度及UV254處理效果明顯，助凝劑PAM投加質(zhì)量濃度為0.3 mg·L-1時，濁度去除率可達(dá)到79.9%。王冬[12]在連續(xù)性試驗后發(fā)現(xiàn)，投藥量不變的情況下，污泥回流能有效地去除濁度和色度，同時不會影響常規(guī)指標(biāo)，能保證安全性，水質(zhì)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。泥渣回流技術(shù)可有效降低原水濁度，并部分提高其他水質(zhì)指標(biāo)的處理效果，凈化水質(zhì)。

2.3 溶氣氣浮技術(shù)

溶氣氣浮技術(shù)是利用某些設(shè)備或技術(shù)，使得壓力溶氣水快速減壓釋放大量微細(xì)氣泡，微細(xì)氣泡和混凝劑反應(yīng)生成的絮體黏附在一起，在浮力的作用下上升至液體表面，從而達(dá)到固液分離的效果，對于絮體大小沒有特別的要求，在低濁水的處理上效果明顯。浮濾池、氣沉池均運(yùn)用氣浮技術(shù)。王安爽[13]等在中試試驗中運(yùn)用氣浮工藝對鵲山水庫低溫低濁水進(jìn)行研究，采用聚合氯化鋁鐵作為混凝劑，相較于傳統(tǒng)沉淀工藝，投加量降低17%，對顆粒數(shù)、濁度、COD等去除率均有提高，且能控制水中消毒副產(chǎn)物的生成，出水效果穩(wěn)定。時玉龍[14]等把殼聚糖作為研究對象，研究其作為助凝劑與微氣泡表面改性劑時，氣浮處理低溫低濁淮河遠(yuǎn)水的效果。結(jié)果表明，對于NOM的去除具有明顯選擇性且偏向于去除高分子質(zhì)量疏水性NOM。殼聚糖微氣泡表面改性技術(shù)作為氣浮強(qiáng)化的手段，促進(jìn)去除小分子親水性NOM，也提升了THMFP與HAAFP的去除率。OLIVEIRA[15]等通過實驗發(fā)現(xiàn)，溶氣氣浮法可以去除廢水中賈第蟲孢囊，是具有降低原生物濃度和濁度的潛在處理方法。但氣浮法經(jīng)濟(jì)成本較高，且維護(hù)難度大。

2.4 微絮凝接觸過濾法

將投入混凝劑和助凝劑的水體立即進(jìn)入過濾設(shè)備，利用多層濾料過濾，期間發(fā)生絮凝和過濾作用，在濾料層中形成微小的絮凝體，通過濾料截留和吸附作用去除，從而降低水體濁度。王連旺[16]等研究發(fā)現(xiàn)懸浮顆粒的絮凝過程對直接過濾的去除效率有影響，絮粒的大小與特性和絮凝時間有直接關(guān)系。當(dāng)絮凝時間大于10 min時，絮體更為密實，Zeta電位趨于0，利于懸浮顆粒的吸附，尤其是芳香族有機(jī)物和雙鍵有機(jī)物。閆曉濤[17]等用微絮凝法處理黃河蘭州段的低溫低濁水，能對水體中濁度、CODMn、氨氮指標(biāo)有良好的去除效果。但研究結(jié)果表明，微絮凝過濾方式受截污量影響較大，合適的藥劑投加量的選擇和優(yōu)化對其影響較大，存在著局限性。

2.5 預(yù)氧化技術(shù)

氧化劑通過破壞無機(jī)膠體顆粒表面的有機(jī)涂料，使其脫穩(wěn)從而提高混凝的效率。預(yù)氧化通過氧化劑對原水中的有機(jī)物氧化，分解甚至礦化有機(jī)物分子，改善水質(zhì)的同時避免消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生。李誠[18]等研究不同預(yù)氧化工藝，高錳酸鉀復(fù)合劑（PPC）、O3、PPC與O3聯(lián)用、PPC與Cl2聯(lián)用等工藝對低溫低濁水進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)各個氧化工藝對于濁度和有機(jī)物的去除有顯著的強(qiáng)化效果，不同工藝的除濁效果均在97%以上。張怡然[19]等研究預(yù)氯化和預(yù)臭氧兩種預(yù)氧化工藝對低溫低濁期引灤原水的處理效果，結(jié)果表明兩種工藝去除濁度和有機(jī)物的效果差別不明顯，且生成的消毒副產(chǎn)物數(shù)值遠(yuǎn)低于國際限值。預(yù)臭氧控制THMS生成作用更好，但預(yù)氯化的成本更低。預(yù)氧化工藝具有良好的經(jīng)濟(jì)性和靈活性，能殺菌殺藻、降低水體濁度以及減少有機(jī)物，在水廠處理環(huán)節(jié)中添加方便。但仍存有安全隱患，易形成消毒副產(chǎn)物、溴酸鹽等，嚴(yán)重影響飲用水安全，研發(fā)使用高效無毒的預(yù)氧化劑是預(yù)氧化工藝的研究重點。

2.6 膜技術(shù)

膜分離技術(shù)是利用膜的選擇透過性對污染物進(jìn)行去除，以壓力作為驅(qū)動力，具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、系統(tǒng)占地面積小、操作性高等優(yōu)點。隨著技術(shù)的提升，膜的性能也在不斷提高。

傅金祥[20]等采用超濾膜直接過濾低溫低濁水，出水濁度恒低于0.1 NTU，對COD和UV254也有一定的去除效果。朱龍龍[21]將改性濾料生物過濾與陶瓷膜相結(jié)合對低溫微污染水處理，在調(diào)整水力停留時間與工藝后可保證出水水質(zhì)，為正常需求提供保障。但單一采用膜工藝對低溫低濁水處理會無法滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)，把膜技術(shù)與不同工藝相組合后效果會優(yōu)于傳統(tǒng)方法，滿足出水指標(biāo)。目前，隨著膜工藝的提高，不同的膜材質(zhì)、膜工藝在處理低溫低濁水方面仍有很好的發(fā)展前景。

2.7 高密度沉淀池

高密度沉淀池是體外泥循環(huán)回流的沉淀澄清技術(shù)，主要特點是：混合、絮凝、沉淀區(qū)為一個有機(jī)整體，較好地優(yōu)化組合了機(jī)械混合凝聚、強(qiáng)化絮凝和斜管分離沉淀。污泥不用額外濃縮，排泥含固率低，出水表面負(fù)荷高、占地面積小，適應(yīng)原水水量、水質(zhì)變化的能力強(qiáng)，出水穩(wěn)定。西北地區(qū)[22]某低溫低濁水庫對高密度沉淀池進(jìn)行工藝改造，沉淀出水濁度明顯改善，反沖洗周期延長，節(jié)能減排效果明顯。寧夏長城水廠[23]使用高密度澄清池，對出水水質(zhì)進(jìn)行長時間監(jiān)測，處理效率高且抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，并占地面積小，發(fā)展前景良好。高密度沉淀池實際應(yīng)用效果良好，能有效運(yùn)用在低溫低濁水處理方面。

2.8 組合工藝

在處理低溫低濁水時，單一工藝的使用存在著局限性，不同工藝的組合能更有效地發(fā)揮各個工藝的優(yōu)點，充分發(fā)揮效率和靈活性。郝瑩瑩[24]采用平流和斜管組合沉淀工藝對低溫低濁水進(jìn)行處理，結(jié)果表明組合沉淀工藝比單純采用單種工藝處理效果更可靠，具有抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、節(jié)省土建投資的優(yōu)點。楊家軒[25]等以中試超聲處理器作為研究平臺對低溫低濁水進(jìn)行混凝處理，結(jié)果表明超聲預(yù)處理技術(shù)對低溫低濁水混凝有一定強(qiáng)化作用，在混凝劑投加點和一定時間后投加效果更明顯。藺銀勝[26]通過混凝超濾法處理低溫低濁水，實驗結(jié)果表明投放聚合氯化鋁達(dá)到20 mg·L-1之后，CODMn的去除率能達(dá)到58%以上，濁度能達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)。組合工藝可以有效地處理低溫低濁水，給予低溫低濁水處理許多新的思路和手段，但組合工藝的使用仍然需要實驗和實際應(yīng)用論證，才能證明工藝的合理性和可行性。

3 結(jié) 論

隨著我國經(jīng)濟(jì)、人口、社會的不斷發(fā)展，對飲用水水質(zhì)的重視程度也在不斷地增高，水處理作為一個重點難點問題得到了國家的重視，為解決區(qū)域性低溫低濁水的問題，針對原水水質(zhì)的特點，選擇合適的處理工藝并對其更新和改進(jìn)顯得尤為重要。目前，國內(nèi)許多專家在對低溫低濁水的處理研究上取得了不錯的進(jìn)展，但仍有許多方向值得進(jìn)一步深入研究。混凝劑和助凝劑的優(yōu)選是水處理過程中的重要組成部分，也是最簡單最有效的環(huán)節(jié)，低成本、高效和無毒的混凝劑和助凝劑應(yīng)是主要選擇方向。新型混凝劑的研發(fā)可著眼于天然高分子材料等無毒、來源廣和價格低廉的材料。泥渣回流技術(shù)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)較好，能有效促進(jìn)沉淀絮凝過程，但存在著含有兩蟲、有機(jī)物的廢水對于回流的影響，會造成整體水質(zhì)出現(xiàn)問題，需要進(jìn)一步改進(jìn)和處理。溶氣氣浮技術(shù)占地面積小、水力停留時間短，但經(jīng)濟(jì)成本較高且維護(hù)復(fù)雜易出現(xiàn)問題。微絮凝接觸過濾法要求原水濁度不能過高，通過將絮體碰撞、聚集和沉淀共同作用，從而提高混凝效果。預(yù)氧化技術(shù)效率好，但易形成消毒副產(chǎn)物，安全有效地預(yù)氧化劑研發(fā)尤為的突出和重要。膜技術(shù)在水處理方面效果明顯且突出，但膜污染、運(yùn)行工況要求高，在膜材料和膜工藝方面還需要進(jìn)一步的研究。高密度沉淀池在處理低溫低濁水的實際應(yīng)用上有著良好的效果，適應(yīng)能力強(qiáng)，可進(jìn)一步的研究。組合工藝不僅發(fā)揮了各個工藝的優(yōu)點，且能在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入，有著效果好、經(jīng)濟(jì)性好和安全性高等優(yōu)點，在未來的水處理領(lǐng)域有著良好的發(fā)展前景。