处理低温低浊水的混凝剂及助凝剂的对比应用研究

张立东，李彦文

(1.吉林化工学院资源与环境工程学院，吉林吉林132022;2.吉林化工学院资产管理处，吉林吉林132022)

由于水资源的紧缺和流经城市河段的水质污染，使得采用水库作给水水源的情况日渐增多，但水库水具有浊度低、藻类多的特点.以江河水为水源的水厂，在每年10月至次年3、4月的枯水季节，也存在着浊度较低、有机污染加剧、水温低的类似问题.在我国北方广大地区有长达5～6个月的冰封期，水质长时间处于低温低浊状态，江河水温0～1℃，浊度为5 ～30 mg/L，水库水下层水温2～4℃，浊度为5～10 mg/L.在冬季，水质的物理化学特性与其它季节相比具有温度低、浊度低、耗氧量低、碱度低、水的粘度大等特点，这给不少自来水厂的冬季处理带来了很大困难.因此，解决低温低浊水质净化技术的问题，是一项很有价值并十分重要的现实问题.

饮用水处理的难点之一就是低温低浊水的处理.在低温低浊时，浊质的混凝沉淀性能大幅度降低，此时，大部分水厂为了能够形成易于沉淀分离的比较粗大的絮凝体，通常采用的方法就是增加混凝剂的投加量.但是，混凝剂投加量的增大，不仅浪费，同时还将导致污泥量增加、滤池过滤周期缩短、混凝剂残余量升高等问题，给净水设施的维护和管理带来很大的弊端.因此，根据低温低浊水的混凝特点，研究适合于低温低浊水处理的混凝条件是非常重要的［1-2］.

1 低温低浊水处理难点的分析

低温低浊水是指水温在0～4℃，浊度在1～30NTU的原水，现研究发现低温低浊水难以处理的原因主要有以下几点:

(a)水温低，水分子热运动缓慢，从而减缓了水中胶体杂质颗粒的运动.同时胶体颗粒间的排斥势能增大，不利于颗粒碰撞，使胶体颗粒脱稳困难.

(b)低温时，水的粘滞性高，流动性差，不利于混凝剂在水中的扩散和水解.

(c)水温低，胶体的溶剂化作用增加，颗粒周围水化作用突出，妨碍其凝聚.

(d)水温低，对药剂水解的吸热过程有不利影响，使水解不完善，影响药剂效能的发挥.

(e)水温低，气体在水体中的溶解增加，使絮体密度降低，溶解气体大量吸附于絮凝体周围，不利于沉淀分离.

(f)浊度低，单位水体中颗粒数量少，密度低，颗粒有效碰撞几率减少.

(g)浊度低，颗粒细小均匀，形成的絮凝体细、少、轻，难于沉淀，易于穿透滤层［3］.

2 试验材料与方法

2.1 试验方法

选取吉林市某段松花江水进行研究分析，取河段不同深度的水混合后作为代表水样.对进水和出水的相关参数(如浊度、温度、pH值、电导率、CODMn、硬度、氨氮)进行测定，并选取水处理广泛使用的混凝剂PAC、PAFC和助凝剂PAM、改良活化硅酸对松花江水进行实验分析，以确定混凝剂及助凝剂的最佳投药量.

2.2 取水方法

考虑到取水的可操作性和安全因素，对取水的方法进行了一些改进.在大桥上用绳索提取指定深度的水，然后进行混合.具体方法:选取三个等分断面，每个等分断面按三个等分点进行划分.依次提取每个断面 0.5、1.0、1.5 m 水深处的水进行混合.并现场测定水样的水温、pH值、电导率.

表1 原水水质情况

3 试验结果与分析

3.1 试验比较PAC与PAFC的除浊效果

松花江下游水浊度都在7NTU左右，COD、氨氮、硬度等相差不大，由上图浊度去除率可知，PAFC对浊度的去除效果优于 PAC，与理论相符［4-5］.

图1 PAFC/PAC对浊度去除率的影响

3.2 结合助凝剂后的效果比较

结果比较见图2～图4.

图2 PAFC-PAM/PAC-PAM浊度去除率的比较

图3 活化硅酸为助凝剂对浊度去除效果的影响

从图中可以看出，在PAC投加量(平均值)比PAFC减少10%时，其沉淀池出水浊度与后者接近.当沉淀池出水浊度均接近调控目标0.5NTU时，PAC投加量更少，可有效地降低成本约15%.

图4 投加量与COD去除率的关系

由图4的结果看到，在投量相同的多数情况下，PAC+改性活化硅酸的COD去除率高于其他混凝剂约15%，最多可以去除原水中80%以上的有机污染物，其除污染能力不容忽视.

综合上面四副图的试验结果可知，对于目前的原水条件，若仅凭除浊效果，可以选择PAFC、聚合氯化铝+活化硅酸或者聚合氯化铝铁+活化硅酸做混凝剂，但结合除污染效能，宜选聚合氯化铝+活化硅酸或聚合氯化铝铁+改性活化硅酸做混凝剂.另外，考虑到经济因素，聚合氯化铝+改性活化硅酸更加适合水厂使用.多数情况下，仅以除浊要求得到的最优投药量不能满足除有机物的要求，若能结合考虑，可以提高 COD去除率达17%以上.因此，选择混凝剂、确定最优投药量，都要综合除浊和除有机物的要求来考虑，以提高除污染效率［6-7］.

3.3 PAC/PAFC与活化硅酸的正交试验

PAC/PAFC 的用量为:8 mg/L、10 mg/L、12 mg/L.活化硅酸的用量为:3 mL、4 mL、5 mL.投药时间采用:0.5 min、5.5 min、10.5 min.

采用正交实验方法.

表2 PAC-活化硅酸最佳投药量及最佳投药时间

实验表明最佳去除率能达到98.3%.

4 结 论

本文研究了不同混凝剂及助凝剂对于低温低浊水处理效果的影响.主要采用水厂处理常用的混凝剂PAC/PAFC及助凝剂PAM/活化硅酸为研究对象，并且改良了活化硅酸的缺点，使其稳定时间从4小时延长到一个月左右.并发现改良后的活化硅酸对低温低浊水的处理效果显著.另外，考虑到使用PAM可能会导致饮用水的安全存在一定风险，因此，对低温低浊水的处理助凝剂应首选改性活化硅酸.

再者，混凝剂PAC和PAFC与活化硅酸联用，对于低温低浊水均有很好的处理效果，考虑到经济因素，PAFC价格昂贵，尽管处理效果略好于PAC，但综合考虑水厂运行的成本及出水效果，可选用PAC作为混凝剂，改性活化硅酸作为助凝剂.对于18NTU以内的水质，均能够达到良好的处理效果，即0.5NTU左右.

改性活化硅酸在使用时，投放时间对矾花的形成有很大的影响，投放时间越早，矾花形成的越大，越容易沉降.这与PAM的投入时间不同，根据经验可知，PAM一般会在静置沉淀的时候投入，效果依然很显著.本文经验，改性活化硅酸在使用时，可在快速搅拌后加入，也可在中速搅拌5分钟后加入.可用正交试验确定最佳投入时间及最佳投药量［8-9］.

如果原水浊度在10NTU以内，也可考虑用PAM作为助凝剂，根据实验可知，PAC作为混凝剂效果与PAFC无异，因此，仍首选PAC作为混凝剂，出水也可达到0.5NTU左右.

另外，经实验研究发现，当水质发生变化时，例如，大坝放水，原水浊度升高，或者在江段下游取水，有排污口排出的污水汇入，造成原水COD或氨氮升高，都会对浊度的去除带来困难，本实验中，四座大桥的水处理过程中，所用药剂的量均有不同，可依据实际情况，可最终确定最适宜的投药量.

［1］ 孙云凯，何文杰，孙颖，等.丹江口水库水低温低浊期混凝剂优选［J］.供水技术，2014，8(1):1-5.

［2］ 赵海华.低温低浊水处理的混凝剂优选［J］.中国资源综合利用，2009，27(8):29-31.

［3］ 叶琳，汪永刚.低温低浊水处理中混凝剂的应用现状及其发展［J］.科技风，2010(21):256.

［4］ 李阳阳，苗方林.强化混凝在处理低温低浊水中的应用［J］.广州化工，2013，41(17):39-40.

［5］ 李海英.浅谈低温低浊水处理技术［J］.环境科学导刊，2009，28(z1):84-86.

［6］ 郭伟锋，白小东.强化混凝工艺处理滦河低温低浊水的试验研究［J］.山西建筑，2010，36(12):187.

［7］ 李阳阳，苗方林.强化混凝在处理低温低浊水中的应用［J］.广州化工，2013，41(17):39-40.

［8］ Sylvia EB，Stuart WK，Gary LA.Natural organic matter and disinfection byproducts:characterization and control in drinking water-an overview［C］.Washington DC:American Chemical Society，2000:2-14.

［9］ Kang JL，Byoung HK，Jee EH，et al.A study on the distribution of chlorination by-products(CBPS)in treated water in Korea［J］.Water Research，2001，35:2861-2872.