低溫低濁水處理工藝的改進(jìn)與設(shè)計(jì)

文_蘇曉明 青島世創(chuàng)環(huán)境工程有限公司

1 低溫低濁水水質(zhì)狀態(tài)

一般情況下，將溫度在4℃左右，濁度在20mg/L左右的水體稱(chēng)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(shí),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(dāng)水溫下降時(shí)，水中溶解的二氧化碳量會(huì)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(huì)降得很低，對(duì)于pH的影響也會(huì)變大，原水的pH會(huì)變小，使混凝劑的投入量有一定誤差，這對(duì)于水資源的處理來(lái)說(shuō)不失為一個(gè)嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)問(wèn)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(shí)期時(shí)，其中包含的雜質(zhì)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(xiàn)的雜質(zhì)大部分為顆粒較細(xì)的膠體，由于膠體有動(dòng)力穩(wěn)定性和凝聚穩(wěn)定性，因此在處理低溫低濁水時(shí)，普通沉淀和過(guò)濾的方法皆無(wú)明顯作用，即便用兩層定量濾紙，穿透率也難以達(dá)到90%以上。低溫低濁時(shí)期的水因pH下降，使得帶正電的膠體顆粒數(shù)量增多，因此所需混凝劑的量較少，絮凝速度減慢，絮凝小、細(xì)、輕且易折斷，對(duì)于沉淀來(lái)說(shuō)較為困難。另外，除去pH、混凝劑的類(lèi)型及投入量的影響因素外，水溫、水利條件等對(duì)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(duì)有效碰撞次數(shù)的影響

低溫低濁水中顆粒數(shù)量減少，有效碰撞率低，而且在低溫條件下，水中雜質(zhì)顆粒粒徑小、粘度大，導(dǎo)致各液體層之間的內(nèi)阻力增大，顆粒碰撞次數(shù)少，絮凝速度慢。因?yàn)槟醯男纬膳c絮凝速度有著密不可分的關(guān)系，絮凝速度到達(dá)一定程度后才能生成較大的絮凝體，單位時(shí)間內(nèi)顆粒的碰撞次數(shù)與有效碰撞次數(shù)之比對(duì)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(fù)電荷，兩個(gè)帶有負(fù)電荷的顆粒之間經(jīng)過(guò)范德華力，即物質(zhì)固有的引力，以及靜電斥力的影響，使顆粒之間的間距發(fā)生變化。然而在低溫條件下，膠粒無(wú)法克服最大排斥力，依然以原始的狀態(tài)存在，沉淀無(wú)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(jī)制如下：混凝劑首先解離成離子形式，進(jìn)而發(fā)生水解反應(yīng)，而溫度對(duì)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(shí)的一半左右。

2.3 過(guò)濾與溫度

在過(guò)濾過(guò)程中，主要采用化學(xué)吸附和物理截流方式，但大的雜質(zhì)一般難以透過(guò)小間隙的濾料層而被截留下來(lái)，濾料表面帶有一層負(fù)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(fù)電荷被中和或帶上少量正電荷。絮凝體脫穩(wěn)程度高，電位趨于零，則可以聚集于砂粒上，達(dá)到凈水目的。但在低溫條件下，過(guò)濾后水質(zhì)較差，主要原因是在低溫時(shí)水的粘度增大，凝絮粒徑縮小，導(dǎo)致有效碰撞率降低，絮凝體的脫穩(wěn)程度不高，砂濾料表面電荷多為負(fù)電荷，使其吸附力不強(qiáng)，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(zhì)，水體中各類(lèi)顆粒物質(zhì)凝結(jié)力下降，導(dǎo)致粘度增大，進(jìn)而對(duì)顆粒的沉降速度造成負(fù)反饋。此外，由于水體處于低溫時(shí)，其中大多數(shù)顆粒凝聚性差，粒徑不大，脫穩(wěn)性不佳，根據(jù)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(dá)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(jìn)其混凝，是一種良好絮凝介質(zhì)。因此，在低溫低濁水中將通過(guò)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(jìn)低溫低濁水的沉淀，符合動(dòng)力學(xué)條件。

3.1.2 選擇合適的混凝劑

李潤(rùn)生等人對(duì)寧波市低溫低濁水進(jìn)行的混凝沉淀實(shí)驗(yàn)表示，應(yīng)用Al3（SO4）2治理低溫低濁水往往難以達(dá)到滿意的效果，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)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?yàn)锳l3（SO4）2作為一種普通無(wú)機(jī)混凝劑，在低溫低濁水中的水解速率被降低，致使其水解產(chǎn)物量少且結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，難以起到吸附架橋作用。將RS復(fù)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(wěn)定性變高，濾池也能夠工作更長(zhǎng)時(shí)間。在實(shí)際處理工作中，不能直接將混凝劑加入到工業(yè)處理中，而要先進(jìn)行兩步模擬實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，對(duì)處理當(dāng)?shù)氐蜏氐蜐崴幕炷齽┑冗M(jìn)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(gè)實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，將已決定好的處理工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其加工改善，確定最佳方案。兩個(gè)時(shí)實(shí)驗(yàn)均完成后才能進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。

3.1.3 改善設(shè)備工藝的操作方法

傳統(tǒng)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(jìn)后的網(wǎng)格型蓄電池適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行操作后水濁度降低較多，水中的藻類(lèi)密度和高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）也明顯降低，對(duì)于我國(guó)偏南地區(qū)的高藻低濁原水的處理效果也較佳，這表明改善各項(xiàng)設(shè)備工藝的運(yùn)行操作方法，對(duì)于低溫低濁水的處理工藝將產(chǎn)生有利影響。

3.1.4 加入強(qiáng)氧化劑

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

（1）氯氣

經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)證明，氯氣作為一種強(qiáng)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(jī)膠體的反應(yīng)理論。一般來(lái)說(shuō)，原水中加入氯2～ 4 mg/L，便可產(chǎn)生良好的去濁度效果。

（2）高錳酸鹽復(fù)合藥劑(PPO)

生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果表明，高錳酸復(fù)合藥劑強(qiáng)化混凝技術(shù)對(duì)于低溫低濁水處理有明顯效果，高錳酸鉀氧化性強(qiáng)，易與水中有機(jī)物反應(yīng)生成二氧化錳，促進(jìn)混凝沉淀。在處理松花江水低溫低濁問(wèn)題時(shí)，與傳統(tǒng)的單一聚合鋁（PAC）混凝工藝對(duì)比顯著，高錳酸鹽復(fù)合藥劑(PPO)在減少混凝藥劑用量、降低進(jìn)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(jī)物反應(yīng)后生成的Fe（OH）3性質(zhì)較穩(wěn)定，能夠促進(jìn)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(zhì)附著于氣泡上，進(jìn)而通過(guò)浮力將雜質(zhì)顆粒與氣泡一同浮出水面，達(dá)到固液分離的目的。

3.2.2 活性炭

活性炭因其結(jié)構(gòu)中具有許多微小孔隙而有很好的吸附作用，因此針對(duì)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(guī)凈水工藝的基礎(chǔ)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(dá)到去除一定污染物的效果。

3.2.3 直接過(guò)濾法

微絮凝直接過(guò)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(shí)可再加助絮凝劑，混合后借助濾料直接進(jìn)行過(guò)濾。此工藝技術(shù)現(xiàn)已在少數(shù)地方應(yīng)用，應(yīng)用效果較好。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，低溫低濁水作為水質(zhì)處理的一大難點(diǎn)，受到越來(lái)越多的關(guān)注?，F(xiàn)如今，已有部分低溫低濁水處理工藝受到認(rèn)可，但仍有較大進(jìn)步空間，本文希望能夠給低溫低濁水處理技術(shù)的改善提供參考價(jià)值。