低温低浊水处理技术的研究应用

低温低浊水处理技术的研究应用

郭玲,陈玉成

(1西南大学资源环境学院2重庆市自来水公司,3重庆市农业资源与环境研究重点实验室摘要:低温低浊水处理是净水技术的一个难点,从水温、水中微粒浓度及有机污染物三个方面分析了这种水质难于处理的原因。基于众多水处理工作者的试验研究与实践,对多种低温低浊水处理技术、药剂优选技术、泥渣回流技术、微絮凝技术、气浮技术与强化混凝技术进行了综述。

关键词:低温低浊水;处理;混凝;浊度

1 引言

低温低浊水的处理是给水处理工程中的难题之一,一直困扰着给水界。给水处理领域中对低温低浊水尚没有确切的定义,我国北方气候寒冷,冬春季节水温可降至0~2℃,浊度降到10~30NTU(有时10NTU以下;我国南方地区以长江水系为代表每年随着冬季的到来,水温和浊度逐渐下降,水温一般在3~7℃,浊度一般在20~50NTU之间变化,把每年11月至次年3月温度低于10℃或浊度低于30NTU的地表水称为低温低浊度水。这种低温低浊水很难处理,即使增大混凝剂投加量,净化后的水质仍很难达到国家饮用水的标准。为此,我国通过20多年的科学试验和生产实践,基本攻克这一技术难关,获得了显著的成果。

2低温低浊水难以净化的原因

2.1水温的影响

低温对混凝剂水解速率影响很大,低水温使水解反应速度减缓,在常见的混凝剂中,铝盐较铁盐受水温影响大,以常用的硫酸铝为例,当水温为0℃时,硫酸铝水解速率只是5℃时的2/3~1/2。低温水的粘度大,液层间的内阻力大,单位时间单位体积颗粒的碰撞次数减少,不利于水中微小颗粒碰撞、凝聚和絮凝体的成长,絮凝速率和颗粒沉降速度也减小。低水温减弱微粒的布朗运动,水分子间的热运动能量减弱,不利于

微粒间碰撞凝聚。水温低,胶体的溶剂化作用增强,颗粒周围水化膜加厚,粘附强度降低,妨碍其凝聚。低温时气体的溶解度大,形成的絮凝体密度降低,溶解气体大量吸附在絮凝体周围,也不利于其沉淀。2.2水中微粒浓度的影响

低温条件下源水浊度越低,给水工艺在运行中的药耗越高,处理难度也越大。研究认为在任何水体中,保证单位体积内颗粒的数量和有效碰撞的次数是至关重要的,而良好的混凝处理效果是基于混凝过程中微粒具有较多的碰撞机会,由于低浊时单位体积内颗粒密度小,水中微粒浓度很低,导致部分微絮体失去了碰撞凝并的条件,势必影响混凝处理过程的正常进行。2。3水中有机污染物的影响

国内外的研究结果表明,地表水中的有机物对水体中胶体的稳定性具有重要影响,有机物显著地增加了胶体的表面电荷,影响胶体颗粒间的结合,低温低浊水中的微粒尺寸都较小使这种作用更明显。低温低浊水中一般粘土、砂等铝硅酸盐矿物很少,而有机物颗粒在总颗粒中所占的比例很大。研究表明,源水中颗粒物质表面上的负电荷由溶解性有机物吸附所占的份额是粘土等矿物所占份额的100倍。因此通过加大混凝剂的投加量,中和低浊水中颗粒物质表面上的负电荷来达到絮凝目的是很难的。

3低温低浊水处理技术

3.1合理选择混凝剂与助凝剂

3.1。1优选混凝剂

目前低温低浊水处理的混凝剂一般可采用聚合氯化铝或硫酸铝。张海龙等通过试验比较了复合铝铁与硫酸铝对低温低浊水的除浊效果,结果表明:用复合铝铁代替硫酸铝处理不仅除浊

效果好,可明显延长滤池的工作周期、节省自用水量,并且对净水pH值及剩余铝均有好处。王红宇等用聚合氯化铁(PFC絮凝处理低温低浊水的研究表明:PFC比传统混凝剂FeCI3处理低温低浊水更有效,且低温减少了其用量。王德英等用聚硅酸硫酸铝(PSAA作混凝剂处理低温低浊水的试验表明:该混凝剂用量少,pH适用范

围较宽,具有良好的混凝性能,能有效处理低温低浊水。胡子斌等用自制的聚硅酸铁(PFS与硫酸铁分别作混凝剂处理低温低浊水,对比实验表明:与投加硫酸铁或硫酸铁2聚硅酸助凝剂相比,PFS投量少,投加范围宽,形成矾花迅速而粗大,沉降速度快,能有效地处理东北地区的低温低浊水。

3.1.2投加助凝剂

对于低温低浊水处理,用单独的铝及铁盐作混凝剂效果并不好,因为水温低,形成的强水化氢氧化物比较稳定,而絮凝体产生的速度却很慢,导致了混凝剂的大量使用。目前,很多水厂都配合采用助凝剂。投加高分子助凝剂,不但提高了凝聚效果,还可减少混凝剂用量达30~40%以上,但投加时应注意合理的选择混凝剂和助凝剂的投配比例和投加点。

目前国内高分子助凝剂主要有聚合铝,活化硅酸(水玻璃,聚丙烯酰胺等,其中应用最多的是活化硅酸。王银涛等比较了投加聚铝PAC+改性活化硅酸与单独投加PAC投加PA C+活化硅酸净化低温、低浊水的效果,生产应用表明,使用改性活化硅酸不仅除浊效率高,且可提高30%的产水量,降低50%的混凝剂投加量,降低净化成本约15%。胡万里等用骨胶处理冬季松花江水的研究表明,骨胶作为助凝剂与硫酸铝共同使用,处理低温低浊水很有效。王桂荣等研究了聚合二甲基二烯丙基氯化铵(HCA、活化硅酸、聚丙烯酰胺三种不同助凝剂处理汉江水源冬季的低温低浊水的效果,结果表明先加助碱剂以调节pH值,再用(HAC与聚合氯化铝(PAC配伍使用,大大改善了混凝效果,较单独投加PAC,,可大幅降低沉淀出水浊度(出水浊度2.2NTU 左右,且聚合铝投加量比使用另两种助凝剂(出水浊度约3.5NTU降低了40%左右,该药剂配制、投加方便,可广泛应用于低温低浊水的处理。

3.2泥渣回流法

当原水浊度对水处理影响颇大时,采取污泥回流法可以取得较好效果。泥渣回流技术是利用机械搅拌加速澄清池的泥渣回流特点来增加原水浊度,弥补冬季原水浊度低的缺陷,以增加水中胶体杂质微粒碰撞的机会,从而加快絮凝作用,提高絮凝反应效率,以达到净化低温低浊水的目的。泥渣回流除能提高原水中颗粒浓度,增加颗

粒碰撞机会,提高混合反应速率外,还可充分利用沉淀池污泥的剩余吸附能力,提高絮凝效率。机械循环澄清池、水力循环澄清池和向反应池中投加粘土等都具有这种效果。刘继平等试验发现,将沉淀池的污泥回流入混合设备,可提高低温低浊水反应沉淀效率,降低混凝剂用量,这实际相当于提高了进水浊度,同时利用了沉淀池污泥的剩余吸附能力。

3.3微絮凝接触过滤法

又称直接过滤法,是省去沉淀过程而将混凝与过滤在滤池内同步完成的一种新型接触絮凝过滤工艺技术。微絮凝接触过滤法的原理是:滤池上层滤料空隙甚小,滤料表面有一定的化学特性,在源水中投加混凝剂、助凝剂后,立即直接进入滤池,在滤料层中形成微小絮凝体,其中一部分被截留,另一部分被滤料吸附,呈现具有微絮凝接触吸附过滤作用,从而实现除低浊的目的。絮凝剂的选择应用直接影响着微絮凝直接过滤工艺的实际运行效果及运行费用。Dempsei等报道了聚合铁去除浊度、富里酸、低温、低浊时比铝盐更有效且用量少。李桂平研究表明,采用微絮凝深床直接过滤工艺,聚合铁比聚合铝形成絮体更快,絮体更密实,抗剪切力更好,滤池的水质周期和水头周期更长,且达到相同处理效果时,聚合铁的投药量和所需床深都明显低于聚合铝。李冬梅等采用微絮凝深床直接过滤技术,分别用无机混凝剂和阳离子高分子聚合物处理低温低浊水,试验表明:当水温t>4~5℃与浊度Co<4NTU时,不宜单独采用无机混凝剂AS、PAC,而投加阳离子高分子聚合物作主絮凝剂或助凝剂不仅

能优化出水水质,延长滤程,提高产水量,且能显著降低药剂成本,减少污泥体积。另有研究表明不投加助凝剂也能实现微絮凝接触过滤,吕春生等发展了微絮凝拦截沉淀池技术(用一种耐浸、高吸附的天然植物作为拦截材料来处理低温低浊水,该技术实现了颗粒的吸附碰撞、接触凝聚和聚集沉淀的多过程协同作用,具有高效除浊效果。胡江泳等用生物陶粒做填料采取接触氧化法处理低温低浊微污染源水,取得较好效果。

3.4 溶气浮选法