低温低浊水处理的研究现状

彭伟，刘耀群，丁仕林，何智民

（陆军勤务学院军事设施系，重庆 401331）

低温低浊水主要的定义为水温在0～4 ℃、浊度低于30 NTU的冬季水库水、江河水[1]。我国北部地区水在冰冻期时以及部分南部地区水在最寒冷时期，浊度和温度均属于低温低浊水的属性。由于具有黏度大、温度低、碱度低等特点，低温低浊水的处理仍然是一个水处理界的难题，传统的处理方式得不到理想的结果。饮用水安全始终是人们关注的重点问题，近年来许多专家学者对于低温低浊水水质处理方式的研究取得了不错的进展。

1 低温低浊产生的影响

1.1 低温对水处理的影响

低温条件会降低水体的pH值，影响絮凝剂的最佳使用范围，同时无机盐混凝剂在水解时吸热，低温条件下混凝剂难以水解，水解速度的下降不利于无机混凝剂发挥作用[2]。水体胶体微粒在黏度大的低温水体中运动速率小，布朗运动的减缓导致微粒间的碰撞次数减少，不利于脱稳沉降。低温水体黏度增大，增大的水流剪力阻碍絮体间的聚集和成长，絮体在下降过程中极易被破坏[3]。低温也会使颗粒间的水化作用变强，内部水化膜的黏度和重度增加，黏附强度受到影响，絮凝效果降低[4]。低温造成的颗粒所带电位的提高，也会降低颗粒间的吸附力，种种因素对絮凝效果造成影响。

1.2 低浊对水处理的影响

低浊水中的颗粒物在水体中分散均匀且较为细小，动力学稳定性和聚集稳定性非常强，絮体形成后体积较小不易于絮体的积聚后发生沉淀[5]。且由于低浊水中的悬浮物浓度较低，颗粒运动速度小，颗粒碰撞几率小，不利于絮体的形成，形成絮体也容易被混凝搅拌所破坏。

2 低温低浊水处理技术

2.1 混凝剂、助凝剂的遴选

在水处理过程中，使用絮体大、沉降效果好、投加量低并且适应性强的絮凝剂更有利于对原水进行后续处理。部分水厂在处理低温低浊水时，选择增加混凝剂的投放量和增强搅拌强度的方式，提高成本的情况下还会带来用水安全问题，且可能达不到预期的目标。因此，选择合理的混凝剂和助凝剂，能有效提高出水水质。合适的选择有利于增强颗粒间的碰撞，充分发挥混凝剂吸附架桥、中和电性、网捕或卷扫作用。单一的混凝剂对于处理低温低浊水效果不显著，多种混凝剂复合配比的方法更难使水体发生混凝沉淀。

许元龙[6]等将聚合氯化铝为混凝剂，PAM、海藻酸钠、羟丙基甲基纤维素混合作为助凝剂，以低温低浊水为研究对象，可以起到有效去除浊度和色度的效果，且絮凝絮体较大，沉降速度较快。药剂的组合配比可加强低温低浊水处理的混凝效果，形成密度大、体积大的杂质絮体。严海燕[7]运用新型复合高效聚合氯化铝净水药剂对低温低浊水水样进行处理，出水和滤前水浑浊度却分别下降了51.5%和38%，其性价比应高于旧矾反应，且沉淀效率高。乔海兵[8]等利用新生态铁作为混凝剂在烧杯中对低温低浊水进行静态混凝实验，出水浊度符合国家标准，且相较于氯化铁和硫酸铁两种传统絮凝剂，成本降低了21.3%～26.3%。

选择适当的混凝剂和助凝剂的配比以及使用新型的混凝剂能提升对低温低浊水的絮凝效果，合适的选择有利于后续的水处理环节，影响处理效果。由于新型混凝剂多处于试验阶段，选择适用于低温低浊水温度、pH，且经济、无毒的混凝剂配比优选方案，效果更为明显，能有良好的出水水质，有效地处理低温低浊水。

2.2 泥渣回流技术

原水浊度过低时可通过泥渣回流的方法，利用污泥具有活性和捕获能力的特点进行回流，来提高原水的浊度。在混凝剂的作用下，泥渣和原水混合并经过充分搅拌混合后，泥渣表面紧密依附着絮体颗粒，体积增大，变为较大的絮体，絮体密实程度增加，并为混凝反应提供晶核，增加颗粒之间的碰撞几率，能有效促进沉淀混凝过程，起到较好的经济效益。

朱艳旭[9]等利用污泥回流的方法对净水厂低浊水进行处理，在混凝剂低投加量的情况下，可有效降低原水浊度，处理效果较好，同时减少混凝剂投加量，降低运行成本。王建伟[10]等通过泥渣回流对城市污水二沉池出水处理，COD去除率提高4%～6%，浊度去除率提高约7%，TP去除率提高8%～31%。伏培仟[11]等通过实验研究得出，泥渣回流对再生水进行处理，在一定的混凝剂投加下，浊度、TP、PO43-、CODCr、色度及UV254处理效果明显，助凝剂PAM投加质量浓度为0.3 mg·L-1时，浊度去除率可达到79.9%。王冬[12]在连续性试验后发现，投药量不变的情况下，污泥回流能有效地去除浊度和色度，同时不会影响常规指标，能保证安全性，水质符合国家标准。泥渣回流技术可有效降低原水浊度，并部分提高其他水质指标的处理效果，净化水质。

2.3 溶气气浮技术

溶气气浮技术是利用某些设备或技术，使得压力溶气水快速减压释放大量微细气泡，微细气泡和混凝剂反应生成的絮体黏附在一起，在浮力的作用下上升至液体表面，从而达到固液分离的效果，对于絮体大小没有特别的要求，在低浊水的处理上效果明显。浮滤池、气沉池均运用气浮技术。王安爽[13]等在中试试验中运用气浮工艺对鹊山水库低温低浊水进行研究，采用聚合氯化铝铁作为混凝剂，相较于传统沉淀工艺，投加量降低17%，对颗粒数、浊度、COD等去除率均有提高，且能控制水中消毒副产物的生成，出水效果稳定。时玉龙[14]等把壳聚糖作为研究对象，研究其作为助凝剂与微气泡表面改性剂时，气浮处理低温低浊淮河远水的效果。结果表明，对于NOM的去除具有明显选择性且偏向于去除高分子质量疏水性NOM。壳聚糖微气泡表面改性技术作为气浮强化的手段，促进去除小分子亲水性NOM，也提升了THMFP与HAAFP的去除率。OLIVEIRA[15]等通过实验发现，溶气气浮法可以去除废水中贾第虫孢囊，是具有降低原生物浓度和浊度的潜在处理方法。但气浮法经济成本较高，且维护难度大。

2.4 微絮凝接触过滤法

将投入混凝剂和助凝剂的水体立即进入过滤设备，利用多层滤料过滤，期间发生絮凝和过滤作用，在滤料层中形成微小的絮凝体，通过滤料截留和吸附作用去除，从而降低水体浊度。王连旺[16]等研究发现悬浮颗粒的絮凝过程对直接过滤的去除效率有影响，絮粒的大小与特性和絮凝时间有直接关系。当絮凝时间大于10 min时，絮体更为密实，Zeta电位趋于0，利于悬浮颗粒的吸附，尤其是芳香族有机物和双键有机物。闫晓涛[17]等用微絮凝法处理黄河兰州段的低温低浊水，能对水体中浊度、CODMn、氨氮指标有良好的去除效果。但研究结果表明，微絮凝过滤方式受截污量影响较大，合适的药剂投加量的选择和优化对其影响较大，存在着局限性。

2.5 预氧化技术

氧化剂通过破坏无机胶体颗粒表面的有机涂料，使其脱稳从而提高混凝的效率。预氧化通过氧化剂对原水中的有机物氧化，分解甚至矿化有机物分子，改善水质的同时避免消毒副产物的产生。李诚[18]等研究不同预氧化工艺，高锰酸钾复合剂（PPC）、O3、PPC与O3联用、PPC与Cl2联用等工艺对低温低浊水进行处理，发现各个氧化工艺对于浊度和有机物的去除有显著的强化效果，不同工艺的除浊效果均在97%以上。张怡然[19]等研究预氯化和预臭氧两种预氧化工艺对低温低浊期引滦原水的处理效果，结果表明两种工艺去除浊度和有机物的效果差别不明显，且生成的消毒副产物数值远低于国际限值。预臭氧控制THMS生成作用更好，但预氯化的成本更低。预氧化工艺具有良好的经济性和灵活性，能杀菌杀藻、降低水体浊度以及减少有机物，在水厂处理环节中添加方便。但仍存有安全隐患，易形成消毒副产物、溴酸盐等，严重影响饮用水安全，研发使用高效无毒的预氧化剂是预氧化工艺的研究重点。

2.6 膜技术

膜分离技术是利用膜的选择透过性对污染物进行去除，以压力作为驱动力，具有出水水质稳定、系统占地面积小、操作性高等优点。随着技术的提升，膜的性能也在不断提高。

傅金祥[20]等采用超滤膜直接过滤低温低浊水，出水浊度恒低于0.1 NTU，对COD和UV254也有一定的去除效果。朱龙龙[21]将改性滤料生物过滤与陶瓷膜相结合对低温微污染水处理，在调整水力停留时间与工艺后可保证出水水质，为正常需求提供保障。但单一采用膜工艺对低温低浊水处理会无法满足饮用水标准，把膜技术与不同工艺相组合后效果会优于传统方法，满足出水指标。目前，随着膜工艺的提高，不同的膜材质、膜工艺在处理低温低浊水方面仍有很好的发展前景。

2.7 高密度沉淀池

高密度沉淀池是体外泥循环回流的沉淀澄清技术，主要特点是：混合、絮凝、沉淀区为一个有机整体，较好地优化组合了机械混合凝聚、强化絮凝和斜管分离沉淀。污泥不用额外浓缩，排泥含固率低，出水表面负荷高、占地面积小，适应原水水量、水质变化的能力强，出水稳定。西北地区[22]某低温低浊水库对高密度沉淀池进行工艺改造，沉淀出水浊度明显改善，反冲洗周期延长，节能减排效果明显。宁夏长城水厂[23]使用高密度澄清池，对出水水质进行长时间监测，处理效率高且抗冲击负荷能力强，并占地面积小，发展前景良好。高密度沉淀池实际应用效果良好，能有效运用在低温低浊水处理方面。

2.8 组合工艺

在处理低温低浊水时，单一工艺的使用存在着局限性，不同工艺的组合能更有效地发挥各个工艺的优点，充分发挥效率和灵活性。郝莹莹[24]采用平流和斜管组合沉淀工艺对低温低浊水进行处理，结果表明组合沉淀工艺比单纯采用单种工艺处理效果更可靠，具有抗冲击负荷强、节省土建投资的优点。杨家轩[25]等以中试超声处理器作为研究平台对低温低浊水进行混凝处理，结果表明超声预处理技术对低温低浊水混凝有一定强化作用，在混凝剂投加点和一定时间后投加效果更明显。蔺银胜[26]通过混凝超滤法处理低温低浊水，实验结果表明投放聚合氯化铝达到20 mg·L-1之后，CODMn的去除率能达到58%以上，浊度能达到出水标准。组合工艺可以有效地处理低温低浊水，给予低温低浊水处理许多新的思路和手段，但组合工艺的使用仍然需要实验和实际应用论证，才能证明工艺的合理性和可行性。

3 结 论

随着我国经济、人口、社会的不断发展，对饮用水水质的重视程度也在不断地增高，水处理作为一个重点难点问题得到了国家的重视，为解决区域性低温低浊水的问题，针对原水水质的特点，选择合适的处理工艺并对其更新和改进显得尤为重要。目前，国内许多专家在对低温低浊水的处理研究上取得了不错的进展，但仍有许多方向值得进一步深入研究。混凝剂和助凝剂的优选是水处理过程中的重要组成部分，也是最简单最有效的环节，低成本、高效和无毒的混凝剂和助凝剂应是主要选择方向。新型混凝剂的研发可着眼于天然高分子材料等无毒、来源广和价格低廉的材料。泥渣回流技术经济效应较好，能有效促进沉淀絮凝过程，但存在着含有两虫、有机物的废水对于回流的影响，会造成整体水质出现问题，需要进一步改进和处理。溶气气浮技术占地面积小、水力停留时间短，但经济成本较高且维护复杂易出现问题。微絮凝接触过滤法要求原水浊度不能过高，通过将絮体碰撞、聚集和沉淀共同作用，从而提高混凝效果。预氧化技术效率好，但易形成消毒副产物，安全有效地预氧化剂研发尤为的突出和重要。膜技术在水处理方面效果明显且突出，但膜污染、运行工况要求高，在膜材料和膜工艺方面还需要进一步的研究。高密度沉淀池在处理低温低浊水的实际应用上有着良好的效果，适应能力强，可进一步的研究。组合工艺不仅发挥了各个工艺的优点，且能在现有研究的基础上进一步深入，有着效果好、经济性好和安全性高等优点，在未来的水处理领域有着良好的发展前景。