聚合氯化铝之低温低浊水处理解决方案

聚合氯化铝之低温低浊水处理解决方案

一、导论

低温低浊水处理是净水技术的一个难点，目前水处理领域对低温低浊水尚没有确切的定义。我国北方气候严寒，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，水暖和浊度逐渐下降，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。低温低浊水的水质特性，简言之即温度低（0~10℃之间）、水中颗粒物浓度低（浊度小于30NTU）、耗氧量低、碱度低、水的粘度大、Zeta电位低。正是由于此水质特性，使得低温低浊水处理成为水处理界的一大难题。

二、低温低浊水难处理的原因分析

1、水温的影响

水温在影响低温低浊水处理效果的诸多因素中至关重要。低温对混凝剂水解速率影饷很大，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聚合氯化铝。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聚合氯化铝。同时低温对混凝反应速率很大，国外试验表明，水温每升高10℃，反应速率要增高1倍或2倍PAC。由此可见，在低温条件下，混凝反应的效果很差。水温低，水的粘度增大，水中颗粒物和絮凝体沉淀速度下降，加之低温时气体溶解度大，溶解在水中的气体增多，其大量吸附在絮体四周，不利于絮体和颗粒物质沉降。且水的粘度大时，水流剪切力增大，当水流收到扰动时轻易使已形成的大的絮体撕裂、破碎，变得细小、松散，不易下沉。水温低，水中胶体颗粒的Zeta电位高，颗粒间排斥势能升高，斥力增大，且水温低时胶体颗粒的布朗运动动能减小，水的粘滞系数升高，几者综合，不利于胶体颗粒碰撞脱稳。水温低时，溶剂化作用增强，颗粒四周轻易形成一层水化膜，不利于胶体的凝结。水温低，聚合反应速率减小，絮凝剂水解产物以高电荷低聚合度的物质为主，不仅不利于胶体絮凝，更重要的是不能有效发挥其吸附架桥的作用。

2、水中颗粒物浓度的影饷

水中颗粒物浓度是影响低温低浊水处理效果的又一重要因素，它对低温低浊水处理的很多方面都会造成影饷。能否取得良好的处理效果，单位体积内颗粒数量和颗粒间有效碰撞次数是至关重要的制约因素。颗粒物浓度高，碰撞机会大，有利于胶体颗粒凝结和絮体成长。低温低浊水颗粒物浓度很低，碰撞几率很小，加之水温低，布朗运动动能小，颗粒运动不活跃，凝结效果不好。

3、有机污染物的影饷

水体中有机污染物的存在大大增加了低温低浊水处理的难度。有机物可吸附在胶体颗粒表面，形成有机保护膜，不但使胶体表面电荷密度增加，而且阻碍了胶体颗粒间的结合，影饷混凝效果聚合氯化铝。当水中存在天然有机物时，混凝剂首先与带电密度大的腐殖酸和富里酸作用，只有加大投药量使混凝剂中和了溶液中颗粒表面的天然有机物电荷后，才开始表现出架桥作用。并且，颗粒物表面的有机保护层会造成颗粒间空间位阻或双电层排斥作用，使低温低浊水形成一个稳定的物系。这是常规的混凝沉淀工艺在处理稳定性低温低浊水时效率不高，即使增加混凝剂投量除浊效果也不理想的原因之一聚合氯化铝。

三、低温低浊水处理技术与工艺

1、改变低温低浊水的水质特性

低温低浊水难处理的原因正是由于其特别的水质特性造成的，因此在处理低温低浊水时我们首先会考虑能否改变其水质特性使其变得易于处理。有文献报道，哈尔滨第三发电厂将冬季1~2℃的低温水加热到8~15℃，并同时适当增加原水浊度，使处理后澄清池出水浊度大大降

低，达到用水要求。由于通过加热的方式使水温升高在城市水厂大规模生产实践中难以实现，所以并不能被广泛应用。

提高原水浊度，也能够有效改善处理效果。利用沉淀池污泥回流，可以提高原水颗粒浓度，增加颗粒碰撞机会，提高混合反应速率。姜安玺等人通过向低温水中投加不同量的活性粉砂，制造出不同浊度的低温水进行对比试验，结果显示随浊度升高，只需增加PAC投量即可出水效果良好，说明提高原水浊度确实很有利于改善低温低浊水的处理效果。

2、优化选择混凝剂与助凝剂

选择适合处理水质的水处理剂，是提高低温低浊水处理效果的重要途径之一。李为兵等人以阳澄湖水系冬、春季低温低浊水为研究对象，通过混凝沉淀烧杯试验和水厂生产性试验，对硫酸铝（AS）和几种聚氯化铝（PAC）进行了优选，最终确定ZR－3型聚氯化铝的混凝沉淀效果最佳。在水温较低（10℃）时，(__shi _)与硫酸铝相比其投加量（以氧化铝计）可降低50%左右。石明岩等人通过烧杯试验，比较了硫酸铝、三氯化铁、的除浊和除有机物性能，结果表明，对于低温低浊的松花江水而言，硫酸铝配合投加活化硅酸的混凝效果优于三氯化铁和聚合铝，混凝的最佳pH值介于6.0~7.0，在最佳的混凝条件下，三氯化铁的混凝效果最优。综合除浊和除有机物效果评价三种混凝剂得到：中性条件下，硫酸铝+活化硅酸较好；pH偏低条件下，三氯化铁较好。李冬梅等人对黑河水库原水最佳水处理剂选择的试验研究表明：当水温T＜4℃，浊度C0＜4NTU时，投加AS，浊度去除率较低；有时AS投加量增高，出水浊度反而上升。改用PAC时，出水浊度低于1NTU只能维持很短时间（约四小时），滤池很快穿透；而采用CP作主混凝剂或助凝剂，出水水质得到明显改善，过滤周期长达近三十小时。马军等人采用单纯硫酸铝和高铁酸盐复合药剂进行对比混凝试验研究发现：单纯的硫酸铝对于低温低浊时期的松花江水混凝效果很差，尽管增加硫酸铝投量可以降低沉后余浊，但当硫酸铝投量增加到一定程度后沉后余浊很难进一步下降。高铁酸盐复合药剂对低温低浊松花江水具有显著的混凝效果，沉后余浊下降至2~4NTU。李潇潇等人在对北渡水进行几种不同混凝剂强化混凝对比试验中研究发现：在处理低温低浊北渡水时，PFS水解速度比铝盐快，同时形成的絮体吸附量大、结构紧凑致密、强度大，混凝沉降物沉降速度快，大大提高了混凝效果。

3、泥渣回流法

泥渣回流技术的原理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，以弥补冬季原水浊度低的不足。从而提高水中的胶体颗粒浓度，增大颗粒杂质的碰撞几率，提高絮凝反应效率。除此之外，还能够充分利用沉淀池污泥的剩余吸附能力，进一步提高除浊效果。与投加机械杂质（如粘土等）相比，泥渣回流法较易实现，因为回流泥渣的粒度与水中天然悬浮杂质粒度相同，且不需要大量投加人工造泥，相比之下也较经济。刘继平通过利用沉淀池污泥回流处理成都地区低温低浊水的试验研究发现：将沉淀池一定量的污泥直接送到混合设施进口，与原水一起参与混合反应的全过程。结果表明，此举提高了沉淀反应效率，减少了混凝剂用量，有效降低了出水浊度。饶明等人通过预氧化联合污泥回流处理低浊微污染水的试验研究表明：采用污泥回流可有效改善沉后水浊度，最佳回流比为60%，沉后水浊度从无回流时的1.91NTU下降到1.51NTU。张纪军等利用排泥水回流处理低浊水，研究发现：利用回流部分排泥增加了原水浊度，沉淀池出水浊度明显降低，且此法大大降低了耗矾量。在新乡市第一水厂的生产性试验中，沉淀池的出水浊度去除率提高了30%，混凝剂的投加量降低了39.3%，在提高水质的同时，取得一定的经济效益。

4、溶气气浮法

溶气气浮法是利用压力溶气水骤然减压所释放出来的大量微细气泡，将水中加药混凝反应后所形成的絮凝颗粒吸附在气泡表面，由于气泡密度小于水的密度，就使带有絮凝颗粒的气泡上浮于水面，形成浮渣而被刮渣机清除，达到除浊的目的。郑全枝等人在对牡丹江低温低浊