低溫低濁水處理的研究現(xiàn)狀

彭偉，劉耀群，丁仕林，何智民

（陸軍勤務學院軍事設施系，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果。飲用水安全始終是人們關注的重點問題，近年來許多專家學者對于低溫低濁水水質處理方式的研究取得了不錯的進展。

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動速率小，布朗運動的減緩導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，內(nèi)部水化膜的黏度和重度增加，黏附強度受到影響，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小，動力學穩(wěn)定性和聚集穩(wěn)定性非常強，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

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、投加量低并且適應性強的絮凝劑更有利于對原水進行后續(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攪拌強度的方式，提高成本的情況下還會帶來用水安全問題，且可能達不到預期的目標。因此，選擇合理的混凝劑和助凝劑，能有效提高出水水質。合適的選擇有利于增強顆粒間的碰撞，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低溫低濁水處理的混凝效果，形成密度大、體積大的雜質絮體。嚴海燕[7]運用新型復合高效聚合氯化鋁凈水藥劑對低溫低濁水水樣進行處理，出水和濾前水渾濁度卻分別下降了51.5%和38%，其性價比應高于舊礬反應，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行靜態(tài)混凝實驗，出水濁度符合國家標準，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?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?，合適的選擇有利于后續(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、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，有效地處理低溫低濁水。

2.2 泥渣回流技術

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)過充分攪拌混合后，泥渣表面緊密依附著絮體顆粒，體積增大，變?yōu)檩^大的絮體，絮體密實程度增加，并為混凝反應提供晶核，增加顆粒之間的碰撞幾率，能有效促進沉淀混凝過程，起到較好的經(jīng)濟效益。

朱艷旭[9]等利用污泥回流的方法對凈水廠低濁水進行處理，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投加質量濃度為0.3 mg·L-1時，濁度去除率可達到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，能保證安全性，水質符合國家標準。泥渣回流技術可有效降低原水濁度，并部分提高其他水質指標的處理效果，凈化水質。

2.3 溶氣氣浮技術

溶氣氣浮技術是利用某些設備或技術，使得壓力溶氣水快速減壓釋放大量微細氣泡，微細氣泡和混凝劑反應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、氣沉池均運用氣浮技術。王安爽[13]等在中試試驗中運用氣浮工藝對鵲山水庫低溫低濁水進行研究，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水的效果。結果表明，對于NOM的去除具有明顯選擇性且偏向于去除高分子質量疏水性NOM。殼聚糖微氣泡表面改性技術作為氣浮強化的手段，促進去除小分子親水性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)濟成本較高，且維護難度大。

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入過濾設備，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系。當絮凝時間大于10 min時，絮體更為密實，Zeta電位趨于0，利于懸浮顆粒的吸附，尤其是芳香族有機物和雙鍵有機物。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、氨氮指標有良好的去除效果。但研究結果表明，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 預氧化技術

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

2.6 膜技術

膜分離技術是利用膜的選擇透過性對污染物進行去除，以壓力作為驅動力，具有出水水質穩(wěn)定、系統(tǒng)占地面積小、操作性高等優(yōu)點。隨著技術的提升，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合對低溫微污染水處理，在調整水力停留時間與工藝后可保證出水水質，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準，把膜技術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。目前，隨著膜工藝的提高，不同的膜材質、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，主要特點是：混合、絮凝、沉淀區(qū)為一個有機整體，較好地優(yōu)化組合了機械混合凝聚、強化絮凝和斜管分離沉淀。污泥不用額外濃縮，排泥含固率低，出水表面負荷高、占地面積小，適應原水水量、水質變化的能力強，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，對出水水質進行長時間監(jiān)測，處理效率高且抗沖擊負荷能力強，并占地面積小，發(fā)展前景良好。高密度沉淀池實際應用效果良好，能有效運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行處理，結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，具有抗沖擊負荷強、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行混凝處理，結果表明超聲預處理技術對低溫低濁水混凝有一定強化作用，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，實驗結果表明投放聚合氯化鋁達到20 mg·L-1之后，CODMn的去除率能達到58%以上，濁度能達到出水標準。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用論證，才能證明工藝的合理性和可行性。

3 結 論

隨著我國經(jīng)濟、人口、社會的不斷發(fā)展，對飲用水水質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，針對原水水質的特點，選擇合適的處理工藝并對其更新和改進顯得尤為重要。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展，但仍有許多方向值得進一步深入研究?；炷齽┖椭齽┑膬?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。泥渣回流技術經(jīng)濟效應較好，能有效促進沉淀絮凝過程，但存在著含有兩蟲、有機物的廢水對于回流的影響，會造成整體水質出現(xiàn)問題，需要進一步改進和處理。溶氣氣浮技術占地面積小、水力停留時間短，但經(jīng)濟成本較高且維護復雜易出現(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。預氧化技術效率好，但易形成消毒副產(chǎn)物，安全有效地預氧化劑研發(fā)尤為的突出和重要。膜技術在水處理方面效果明顯且突出，但膜污染、運行工況要求高，在膜材料和膜工藝方面還需要進一步的研究。高密度沉淀池在處理低溫低濁水的實際應用上有著良好的效果，適應能力強，可進一步的研究。組合工藝不僅發(fā)揮了各個工藝的優(yōu)點，且能在現(xiàn)有研究的基礎上進一步深入，有著效果好、經(jīng)濟性好和安全性高等優(yōu)點，在未來的水處理領域有著良好的發(fā)展前景。