混凝技术在水处理中的应用探讨
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摘要 强化混凝技术是在传统的混凝技术的基础上，通过提高混凝剂的投加量，筛选优良混凝剂和控制反应的pH值水温等环境因素，提高混凝效果，在去浊的基础上达到有效去除水中有机物和提高消毒副产物前驱物的去除。
关键词 强化混凝;混凝剂种类;混凝剂投加量;pH值;温度
前言
在自然水体中，混凝是水质转化的影响因素之一，对水体内部有毒有害物质的迁移与转化起着十分重要的作用。作为给水处理的常用方法，混凝处理得以经常应用于水质处理的流程之中，并起主导作用。因而成为给排水的重要科研高地。随着国家水污染的日益严重。常规混凝工艺已经不能从根本上解决人们对水质安全的诉求。强化絮凝的概念应运而生。与传统的絮凝技术相比，美国水工协会在20世纪末提出的强化混凝技术是指在常规混凝工艺中，在浊度被有效去除的前提下，通过增加混凝剂的投加量进而实质上提高了有机物去除率的工艺流程。
强化絮凝不同于优化絮凝。强化混凝技术则更在乎现有水处理工艺流程上的过程强化，可以通过对混凝剂的比选优化、混凝剂投加量与混凝进行过程、反应pH条件的强化以及对水温的控制来达到目的。
1 混凝剂的筛选优化
有些学者认为混凝剂中铁盐对TOC去除效果好于铝盐，有些却相反。但是绝大多数无机絮凝剂的工程效果要优于有机合成混凝剂。近年来，我国也先后研制开发了铝硅、硅铝、聚合铝铁以及聚合铝等系列复合絮凝剂产品。并在铁与聚合铝的生产基础上，通过复配技术，生产聚合铝硅和聚合铝铁等多品种复合型无机高分子絮凝剂。现在由于对混凝剂作用机理的最新钻研，一些无毒高分子天然絮凝剂和有机絮凝剂的开发研究成为热点[1]。
2 混凝剂投加量的影响
最初，强化混凝的目的就是投加比只降浊度时更多的混凝剂以达到降低TOC的目的，但是部分文章指出，如果将最优pH值调整到位，强化混凝的混凝剂投加剂量将会接近常规混凝的投加剂量。因此，选择合适的混凝剂，针对不同水质的原水对混凝条件进行研究，确定适用的强化混凝条件，提高混凝效果。
凝聚与絮凝往往发生在颗粒表面电荷零点附近。原水中颗粒物质的表面负电荷主要来自黏土、砂等铝硅酸盐矿物和天然有机物例如腐殖酸这两方面。前者由浊度代表而后者用色度代表，也可以用TOC代表。投加混凝剂的剂量与原水浊度和TOC有密切关系。研究表明，原水中颗粒物质表面上的负电荷主要是由吸附溶解性有机物引起的。因此，投加混凝剂的剂量不仅应依据原水浊度，更应依据原水TOC的大小[2]。
3 pH值对强化混凝的影响
对于铝混凝剂而言，最适于有机物去除的pH值在5.5～6.5之间。黄廷林[1]试验发现，以硫酸铝作为絮凝剂去除水中NOM的最佳pH值应在5.5左右。Dennett K E和Randtake S J也在试验中得到相似的结论。这主要是因为Al（Ⅲ）的水解产物取决于水的pH值，当pH=5左右时，由于伴有大量Al（OH）3沉淀的形成NOM与之产生共沉淀作用，导致TOC去除率急剧提高。在不同的反应条件下，水解的Al（Ⅲ）可以分为三种离子：Ala（瞬间发生的） 主要由铝单体、Al2（OH）24+和Al3（OH）45+，分子量在1000Da以下; Alb（120分钟内间发生的） 主要水解产生的中间产物，分子量在1000Da到3000Da之间;和Alc（无反应发生）。Mingquan Yan研究發现，混凝的效果与水中铝盐的分布情况密切相关。Alb在pH值为6时达到最高，并且此时的UV254去除最佳。随着pH值的升高，Alb开始减少从而导致UV254去除率下降，由此可见Alb与UV254的去除有关。
由此可见，pH值较低的水质需要将投加石灰将pH值提高到一定值内，而对于pH值较高的水质则要通过投加絮凝剂或弱酸使pH降低到一定值内。对于较难处理的高碱度微污染水，可以通过预先投加酸调节pH值或者增加混凝剂投加量来改变原水性质，但是这会造成原水的腐蚀性以及增加制水成本。
董秉直[2]等对强化混凝去除黄浦江水的有机物进行了试验研究。不同酸碱度的水达到最优的有机物去除率所需的混凝投加剂量是完全不相同的，且越偏酸性的水，需要的投加量越少。就黄浦江水而言，有机物去除率最高时的硫酸铝投加量为8mg/L（以Al计），pH在5.5，DOC和UV254的去除率分别达到了46%和57%，与通常处理方法相比，去除率是原来的2倍。并且强化混凝技术还能有效地去除消毒副产物。
4 温度对强化混凝的影响
通常的混凝工艺最怕低温影响，有文章报道，低温并不对有机质的去除产生直接影响，而是对低分子量（小于1000）有机物和色度起消极影响。低温的作用有很多，低温将提高水的黏度，阻碍混凝剂正常的扩散作用;并将影响水解动力学平衡，使金属氢氧化物不易形成;低温还将造成已形成的絮体密实度较低、絮体较小，直接影响分离效果。对额尔齐斯河水（低温低浊）的研究，通过调节絮凝工艺和提高颗粒物浓度，对颗粒进行计量、并对絮体成长进行研究等方法，对低温低浊河水的混凝流程进行了钻研。结果表明：絮凝慢速反应时间为20～25 min，水力剪切强度G=30s-1，其对应的GT值为（3.6～4.5）×104时，可以得到较好的混凝效果。此外，通过投加高岭土提高原水浊度，沉后水的过滤性能得到显著改善。
5 结束语
强化絮凝技术可有效去除胶体类、腐殖酸类和高分子类的DBP先质，而对溶解性的非腐殖酸类和低分子类DBP先质的去除效果相对较差[2]。强化絮凝技术对水中NOM值的去除受影响因素较多：包括絮凝剂种类、絮凝剂投加量、水质pH值、水中NOM的性质、碱度、混合反应条件、温度、无机离子与浊度等，而影响因素中尤其以前三种最为重要。
我们可以通过对全国典型水源水质以及结合不同科研单位对强化混凝的研究成果，吸取国内外相关技术钻研的经验在这个基础上，提出我国强化混凝与优化混凝的最新科技目标与切实可行的技术方案。但对不同地区的原水水质条件仍需大量艰苦卓绝的严谨实验确定最佳混凝技术参数。
参考文献
[1] 黄廷林.强化絮凝法去除水中DBP先质研究[J].环境科学学报，1999，19（4）：399-404.
[2] 董秉直，曹达文，范瑾初.最佳混凝投加量和pH去除水中有机物的研究[J].工业水处理，2002，22（6）：26-31.
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