强化混凝土技术应用研究

强化混凝土技术应用研究强化混凝是在常规混凝的基础上，基于新型混凝剂的开发而发展起来的一种水处理工艺，能有效去除污染水体中的悬浮颗粒、胶体杂质、总磷和藻类等污染物质[1]。

关于强化混凝，有强化混凝、化学强化一级处理和强化絮凝等多种提法，本文统称之为强化混凝。

强化混凝技术的概念还没有形成权威的解释，笔者认为，强化混凝技术是对常规混凝中药剂、混合、凝聚和絮凝任一环节或多环节的强化和优化，从而进一步提高对水中污染物，包括低分子溶解性污染物的净化效果。

强化混凝作用机理与常规混凝并无太大差别，主要包括压缩双电层作用、吸附电中和作用、吸附－架桥作用、沉析物网捕作用和特殊混凝作用等[2]。

向污染水体投入混凝剂后，一方面通过压缩双电层和吸附电中和作用，胶体扩散层被压缩，ξ电位降低，胶体脱稳；另一方面通过吸附－架桥和沉析物网捕等作用使脱稳后的胶体相互聚结成大的絮体并沉淀，最终固液分离。

新型高分子混凝剂的使用使以上作用得到强化，它不仅具有以絮凝体吸附水中非溶性大分子有机污染物的物理吸附作用；又能对水中溶解性低分子有机物产生很强的化学吸附和强氧化等多种净化效果，从而可以提高污染物的去除率。

但是，要取得良好的混凝效果还和许多因素有关，其中包括混凝剂品种、混凝剂投加量、水质、水力条件、水温、碱度和pH等。

只有优化这些反应条件，使混凝剂在最佳条件下起作用，才能达到强化混凝提高常规混凝效果的目的。

1强化混凝技术在国内外的应用1.1 在生活污水处理中的应用英国[3]早在1870年就开始应用混凝技术，但很快被生物处理所取代，到了20世纪80年代，随着新型高效混凝剂的不断问世，同时为了进一步提高污水中有机物和磷的去除率，强化混凝技术开始应用于实际工程。

美国对于强化混凝技术在给水处理中的研究和应用较多[4]，但是在城市污水处理中也有报道[5]。

美国落杉矶市的Hyperion污水处理厂采用一种阴离子高聚物（0.15 mg/L），与10 mg/L 的FeCl3复配处理城市污水，连续运行6 a，SS和BOD5的一级处理去除率稳定在83%和51%左右，同时对磷和重金属的去除效果也很好，而其基建费和运行费却只有二级处理厂的30%左右。

南加利福尼亚4大污水处理厂通过对传统一级处理的工艺进行改进，投加FeCl3混凝剂和部分助凝剂，处理效果大幅度提高。

改进后的一级处理工艺，SS去除率达到了85%，BOD5的去除率增加到50%以上。

Mete等[6]认为，从经济和技术上来讲，强化混凝法是一项简单而有效的水处理技术，能有效去除水中溶解性有机物、胶体杂质等。

此外，以色列[7]、埃及[8]、日本[9]和挪威等国[10]对强化混凝的研究和应用均有较多成功的实例。

近年来，随着环境保护力度的加强，强化混凝技术在我国也得到一定的发展。

Harleman等[11]在香港最大的一座CEPT污水处理厂建造之前，曾做了强化混凝工艺和常规一级处理工艺的比较试验。

试验表明，10 mg/L的FeCl3和0.15 mg/L的聚合物能使SS 的去除率从71%提高到91%，BOD5的去除率从42%提高到80%，且可节省30%沉淀池体积。

台湾的Chen Chiuyang研究了城市污水排海前的强化混凝处理，投加硫酸铝和PAC各30 mg/L，沉淀1 h，SS和BOD5的去除率分别为70%和60%，比强化处理前提高了25和35个百分点。

王东海[12]、任洁等[13]采用无机絮凝剂处理低浓度生活污水，当PAC投加量为30～50 mg/L时，COD Cr去除率达70%以上，达标排放。

强化混凝处理生活污水在国内外均有很多成功的实例，北欧大型湖泊周边城镇和南欧地中海沿岸城镇经常采用强化混凝技术作为生活污水处理技术，可以说强化混凝是仅次于生化处理的生活污水处理主流技术。

在强化混凝技术研究和应用方面，国内外均注重于现有常规混凝剂及絮凝剂的组合或复配，以求达到低成本和高去除率的统一。

相对于常规生化处理工艺，强化混凝技术可以节省工程投资，减少水处理成本费用和节约用地面积，特别是该技术对导致水体富营养化元素之一的总磷的去除率能达到90%以上，是很多常规生物处理技术不可比拟的。

因此，强化混凝技术是解决我国城镇由于资金不足导致污水处理率低的出路之一。

上海市在建的两个超大型污水处理厂：竹园污水处理厂（一期）与白龙港污水处理厂（设计日处理能力分别为170万m3与130万m3）也采用以强化混凝为主的处理工艺流程。

随着强化混凝技术在我国的普及，2003年颁布的国家城镇污水处理厂排放标准(GB 189118－2002)中对该工艺技术的排放标准进行了规定。

1.2 在工业废水处理中的应用强化混凝技术广泛应用于工业废水的（预）处理，特别是在化工废水、染整废水和造纸废水的预处理中更为普遍。

阮湘元等[14]用PAC、PAM预处理富含有机染料的染整废水，联合氧化絮凝床，出水可达工业污水排放标准；朱虹等[15]研究表明，新型絮凝剂聚磷硫酸铁是一种更为有效的染整废水处理絮凝剂。

另外，强化混凝在染整废水的脱色处理中应用较多，这方面，李春华等[16]做过比较详细的综述。

此外，强化混凝在造纸废水处理中的应用较多，李福仁[17]用PAC与PAM复配预处理，联合气浮工艺处理高浓度CTMP制浆造纸废水，处理效率高，出水水质稳定，可直接排入城市污水处理厂集中处理；张学洪等[18]比较了多种混凝剂对造纸废水的处理，发现PAC最为合适，不必调节pH，出水达国家污水排放标准。

强化混凝在其他工业废水处理中的应用国内常有报道。

姚文娟等[19]研究表明，PAC、壳聚糖、膨润土和PAM等絮凝剂对酒精槽的离心废液有较好的絮凝效果，SS去除率为86.57%～89.62%，COD Cr去除率为58.2%～59.2％；相波等[20]用Na2S、FeCl3、PAM复配对铜酞菁废水预处理，联合缺氧-好氧生物接触氧化工艺，取得良好的效果，各项指标均达国家一级排放标准。

吴敦虎等[21]研究表明，用聚合氯化硫酸铝和聚合氯化硫酸铝铁混凝剂处理COD为1000～4000 mg/L的制药废水，去除率达80%。

与生活污水的强化混凝技术相比，工业废水的强化混凝技术研究更注重于针对不同种类废水或污染物，开发处理效果更佳的新型混凝剂或含有新型混凝剂的复配混凝剂，以及强化混凝与其他工艺的联合使用，而对经济方面的要求相对较宽松。

这是由于一些工业废水含有有毒有害物质不能直接进行生物处理的原因。

因此，研究更多更有效的新型混凝剂将推动强化混凝技术在工业废水处理中的应用，也是治理工业废水污染的有效方法之一。

1.3 在污染地表水处理中的试验近几年，强化混凝在污染地表水处理中的应用渐渐受到关注。

中科院王曙光等[22]采用聚合氯化铁（PFC）为混凝剂，对深圳市的龙岗河、观兰河、燕川河、大茅河水体进行了强化混凝处理的试验研究。

结果表明，当PFC投加量为50 mg/L时，观兰河（原水COD Cr=48.0 mg/L）的COD Cr去除率达70%以上，浊度去除率达91%，TP的去除率达到95%，TN的去除率达41%；大茅河（原水COD Cr=84.0mg/L）的COD Cr去除率达到50%以上，浊度去除率达78%，TP的去除率达96.5%，TN的去除率达41.6%，对重金属也有一定的去除效果。

处理后水质达到或接近地面水水质标准。

孙从军等[23]以多种混凝剂，对数条严重污染的苏州河支流水体进行强化混凝实验室研究。

结果表明，硅藻土较为有效，在最佳投药量为200 mg/L的条件下，COD Cr去除率为43%～59%，P去除率为92%～100%，但NH3-N几乎没有去除。

Cheng Wenpo等[24]用Al2(SO4)3、PAC、FeCl3和PFS等混凝剂处理水库水。

结果表明，PFS比FeCl3有更好的溶解性有机物（DOC）去除率和更少的铁残留；Al2(SO4)3对浊度、色度和细菌的去除效果最好，但是对DOC的去除效果不够理想；当PFS和Al2(SO4)3联合使用时，处理效果最佳，DOC、浊度、色度都能得到很好的去除。

污染地表水是介于污水和清洁地表水之间的那部分水，特别是小型封闭水体，包括污染的城市景观水体。

这部分水体的治理，是强化混凝技术应用的新领域，国内已开始研究。

由于其污染物浓度较小，相对去除率较低，但是磷的去除相当可观，能有效防治水体的富营养化，具有广阔的应用前景。

通常可以采取建造构筑物或直接投撒的方式来实现污染水体的强化混凝处理。

上海佛欣河道公司应用投撒混凝剂来压制藻类的泛滥取得较好的效果。

但是，某些混凝剂的安全性令人担忧，特别是一些新型高效混凝剂和生物混凝剂的应用，在考虑到其处理效果和处理成本的同时，更应考虑其安全性。

2 强化混凝技术>研究新进展2.1 混凝剂研究新进展2.1.1 无机高分子混凝剂无机高分子混凝剂（Inorganic Polymer Flocculant，IPF）以其投药量少、无毒或低毒、价廉和处理效果好等优点，越来越受到人们的重视，逐渐成为给水、工业废水和城市污水处理的主流混凝剂[25]，被称为第二代混凝剂。

目前应用比较多的还是聚铝、聚铁两大系列，如PAC、PAFC等，但是新型的聚硅、聚磷和聚硫也不断面世，并显现出不凡的混凝效果，如聚硅酸铝、聚磷酸铁等。

因此，无机高分子混凝剂呈现多品种、多组份和多功能的发展趋势，但品种繁多，产品质量不够稳定。

在今后的研究应用中，应优化混凝剂的制备工艺，改进产品的性能和稳定性，同时根据特定的水质成分开发相应的混凝剂品种和配方，并结合高效混合反应器和智能化投药监控技术，进一步提高混凝效果。

2.1.2 有机高分子絮凝剂有机高分子混凝剂主要是通过其链状分子的吸附-架桥而起作用，它的应用能有效提高絮体颗粒尺寸，絮体颗粒直径要比单一投加PAC形成的颗粒直径大3～5倍[26]，所以在强化混凝中得到广泛应用。

有机高分子絮凝剂可分为天然和合成两大类。

合成有机高分子絮凝剂由于分子量大，分子链官能团多的结构特点，在市场上占绝对优势，其中以聚丙烯酰胺系列最为广泛，由于其残留单体具有毒性，限制了其在某些水处理领域的发展。

天然有机高分子絮凝剂由于原料来源广泛，价格低廉，无毒，易于生物降解等特点显示了良好的应用前景，但由于其电荷密度小，分子量较低，且易发生生物反应而失去絮凝活性，使其用量远小于有机合成高分子絮凝剂。

经过改性的天然高分子絮凝剂能克服以上缺点，特别受到关注。

其中，淀粉改性絮凝剂的研究开发尤为引人注目[27]。

因此，研究和开发高效、安全、可生物降解的有机高分子絮凝剂是今后的发展方向。

2.1.3 其他混凝剂除无机高分子混凝剂和有机高分子絮凝剂两种主流混凝剂外，微生物絮凝剂（Microbial Flocculants MBF）近年来受到研究者极大关注[28]。