低温低浊水处理工艺研究进展2008-08-27 13:23:38来源：网友发表浏览次数：119 从混凝剂的选择和生产的工艺、技术措施上探讨了低温低浊水处理的研究进展，笔者认为可从优选聚硅酸金属盐混凝荆，完善混合、絮凝工艺，优化过滤工艺等方面加强对低温低浊水的处理。 关键字：低温低浊水 聚硅酸金属盐混凝荆 混合 絮凝 助滤剂 董铺水库位于合肥市西北部，水源水质较好，全年大部分时间基本符合“地表水环境质量标准”(GB38382002)类标准，是合肥市重要的给水水源地之一。该水源从每年11月下旬到次年4月上旬水温低于10，长年浊度低于1ONTU，每年水质属于低温低浊水的时间有半年时间。低温低浊水具有温度低、浊度低、耗氧量低、粘度大等特点，在冬季给自来水厂的水处理造成了很大的困难，出现了混凝剂投药量低不起作用，投药量多处理效果不明显而且处理成本增加的现象。因此，解决低温低浊水的水质净化技术问题具有重要的现实意义。1低温低浊对水质净化过程的影响1.1低温对水质净化过程的影响低温对水质净化过程的影响在于水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝体颗粒细小、松散。其原因有：低温水的牯度大，使水中杂质颗粒布朗运动减弱，碰撞机会减少，不利于胶粒脱稳凝聚。当水温低于10时，由于颗粒碰撞机会少且水的剪切力增大，也使生成的矾花易于破碎，又因水的粘度增大使矾花的沉降速度减慢，颗粒絮凝速度大大降低，减慢、不易沉淀，故混凝效果差。无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温水絮凝剂水解速度降低，水解产物的形态不佳。随着水温每降低10，水解速度常数减小24倍，导致反应速度减慢，OH浓度低，水离子体积小，以致水解进行不完全，药剂利用不充分。同时，水温低时，聚合反应速度降低，混凝剂的水解产物主要是高电荷、低聚合度的聚合物，不利于在胶体颗粒间进行吸附架桥，从而降低絮凝效果。低温时，胶体颗粒水化作用增强颗粒周围水化作用突出，絮状物粘附力和强度降低，妨碍胶体凝聚，而且水化膜内的水由于粘度增大，影响了颗粒问的结合强度，使絮体松散易破碎，密度小，颗粒强度低。水温与pH值有关。水温低时，水的pH值提高，相应地混凝最佳pH值也随之提高。1.2低浊对水质净化过程的影响低浊对水质净化过程的影响表现在：水的浊度低时。水中杂质主要是以细的胶体分散体系溶于水中，而且胶体颗粒较为均匀，具有很强的动力稳定性和凝聚稳定性，且带负电的胶体颗粒数量少，达到电中和所需的混凝剂也少，形成的絮体细、小、轻，难以沉淀，易穿透滤层。由于浊度低，胶体颗粒数目较少，颗粒间相互碰撞而聚集的机会减少，絮凝体难以形成，而要通过增大搅拌强度以提高颗粒碰撞的几率，同时又会产生很高的水流剪切强度，使原先形成的低强度的絮凝体被剪碎。低浊度水由于固相浓度很小，分散相的浓度面积较小，易形成易溶解的产物，由于缺乏大量高聚物形成的有效空间网格交联的键很容易被破坏。2低温低浊水净化的研究进展近年来，国内外在低温低浊水净化方面进行的研究主要有两方面：一是开发和应用在低温低浊条件下产生较好处理效果的混凝剂。如高铁酸盐和聚硅酸应用于低温低浊水处理均收到了良好的效果，其他混凝剂应用试验也在开展中。二是在后继处理工艺上采取强化絮凝、沉淀和过滤的工程和技术措施。机械加速澄清池、气浮、直接过滤、斜管沉淀池等工艺用于低温低浊水处理都有报道。2.1混凝剂的开发与应用2.1.1聚硅酸及其金属混凝剂。聚硅酸(也称活化硅酸)用于水处理领域已有近50年的历史，尤其适用于处理低温水。聚硅酸是一种无机高分子聚合物，本身具有良好的吸附性能和架桥性能，常常与聚氯化铁(PFC)或聚硫酸铁(PFS)配合使用，取得了较好的絮凝效果。由于其在处理低温低浊水时所表现出良好的处理效果，加之其制备原料价格便宜和大量易得，对人体健康完全无害，因而受到世界各国的普遍重视，美国、日本、加拿大、德国、俄罗斯等国家的一些大型水厂都有使用聚硅酸的资料。在我国，最早使用聚硅酸的是天津市自来水公司，并取得了良好的效果，之后北京、上海、长春等城市的自来水厂家也先后使用，至今仍有部分自来水厂家在使用聚硅酸。尽管聚硅酸有其处理低温低浊水的优势，但因其不易储存，需现配现用，这给使用带来了不便，加之与其他混凝剂配合使用时比例难以掌握，因而常常不能得到预期的处理效果，其应用受到了一定的限制。近年来，国内外环保研究人员发现在聚硅酸中加入少量金属离子(A、Fe等)，可以抑制聚硅酸的聚合，延缓其凝胶，能使絮凝体体积明显增大，并改善低温混凝效果，鉴于此，国内外研究人员开始了含金属离子聚硅酸混凝剂的研究。1989年，加拿大汉迪(Handy)化学品公司首先公布了新型混凝剂碱式硅酸硫酸铝(PASS)研究成功的报道。并于1991年春天，在加拿大魁北克省投产。年产能力为6000t。由于市场行情良好，该公司于1991年7月又将生产能力扩大1倍。除此以外，该公司还在日本和英国分别建设了年产2万t的工厂。国内，哈尔滨工业大学制备了分子量为40万道尔顿的高分子量聚硅酸铁。该产品适用的pH值范围宽，储存期超过了1个月。在应用于低温低浊水处理中，表现出了良好的沉降性能，其除浊效果明显优于单独投加硫酸铁，略优于硫酸铁加助凝剂PS，且用药量小，是一种高效的无机高分子絮凝剂。山东大学高宝玉等研究了含铝离子的聚硅酸混凝剂(PASS)，用于油田废水、煤矿废水的处理。SS去除率达99.4。COD去除率达98.2，结果优于PAC，且用量低，同时适当引入其他离子还表现出十分优良的脱色性能。聚硅酸铝铁是在聚硅酸中同时引人两种金属离子，既克服了PSA对pH敏感、残余铝量较大的缺点，又克服了PFS出水有残色的缺点，是一种沉降速度快、残余量少的聚合物。其水解产物使水中杂质脱稳并形成一定的离子，同时高聚合度的聚硅酸可起吸附架桥作用，在下沉过程中又进行网捕，故具有高效的絮凝性能。与此同时，铝、铁金属离子还有抑制并延缓硅酸凝胶的作用。聚硅酸金属盐混凝剂的特点是絮体形成速度快，絮体颗粒较大，而且絮体形成的大小和快慢受温度的影响较其他混凝剂小，因而特别适合处理低温低浊度水质及接触过滤工艺。另外，由于该混凝剂形成的絮体对水体中的有机污染物具有较强的吸附能力，因此也适合于处理严重污染的水质。聚硅酸金属盐混凝剂的另一个显著特点是处理后水体中残余的铝离子含量远远低于其他混凝剂，从而大大减小了铝对人体所造成的危害。聚硅酸金属盐混凝剂处理后水中铁含量也较低，这可以避免因铁的氧化物与大量增生的菌体粘合在一起造成管道堵塞而使管道内过水能力明显下降。有研究表明，含三价离子的聚硅酸盐稳定性大于含二价离子的聚硅酸盐，聚硅酸铁的稳定性又大于聚硅酸铝。这主要是因为聚硅酸中引人金属离子后，一方面降低了溶液的pH值，使其中有效成分的数量减少，另一方面降低了聚硅酸表面发生聚合作用的羟基氧的电子密度，从而抑制了硅酸的聚合。2.1.2有机高分子絮凝剂。有机高分子絮凝剂方面，同济大学开发了一种新型阳离子聚丙烯酰胺(HCA)，与聚合氯化铝复配后对低温低浊度原水和污水均具有非常好的处理效果，可以降低投药量20以上。但由于残留单体的存在，合成高分子絮凝剂对人体健康会产生一定的影响，需严格试验，控制出水单体含量。天津市自来水配套公司联合从瑞士Ciba公司、法国SNF公司索取高分子净水剂样品进行了净水试验，这些试验药剂均来自世界知名水处理药剂公司，其药剂采用标准高，如HCA抽同类产品，单体含量为0.5，而国产HCA单体含量为5，这些产品是专为饮用水处理而设计的低毒产品，另外这些公司的生产工艺水平高，产品质量稳定，随着我国市场的进一步开放，关税的降低，价格会逐渐与国产材料持平，或在一个可接受的水平上，另外对那些应用广泛的材料，也可以采用国产化的方法降低价格。2.2生产工艺与技术措施2.2.1给水处理工艺。在给水处理工艺上，高效廉价的混凝剂的研制，将使混凝反应进行得更充分，但即使在原水中加入极高效的混凝剂，也需从设备上为在水中产生良好的矾花颗粒创造条件。首先是混合，混合不好，即使采用高效絮凝装置，也不会得到良好的絮凝效果，因此，从某种意义上而言，混合比絮凝的作用更加重要。近10年来，在国外管式静态混合器和机械混合装置陆续投产取得了良好的混合效果。管式静态混合器在国外广泛应用于给排水处理工艺，如pH的控制、混凝、消毒、污泥处理系统等。机械混合也是快速混合，中、大型水厂多采用这种方式，它可以根据需要改变和调整转速，适应性较强。絮凝方面，日本的新水厂多用隔板絮凝，美国多用机械絮凝池，它的设计参数如时间和G值随处理工艺而变，另外，还使用空气扩散絮凝和水力射流絮凝器，当水厂超负荷时用于辅助搅拌之用。我国大都采用水力型的絮凝池，如各种隔板、栅条、网格、折板等型式的絮凝池。20世代90年代起，华东地区的一些水厂应用了机械絮凝装置，包括竖轴式搅拌和水平轴式搅拌，中南地区的一些大中型水厂的设计中，采用过一些折板与隔板连用的组合式絮凝池。2.2.2搅拌试验。搅拌试验目前在我国仍是寻求合适的投矾量适用方法，在美国、俄罗斯、日本实现了自动化投药的大型水厂均有自己的混凝剂投加率的数学模型，根据原水水质指标，完全自动控制混凝剂投加量。2.2.3滤池。美国的滤池运行实践表明，当水温低于8时，滤池的出水水质将会变差；双层滤料或粗粒深层滤料的滤池在高滤速过滤时，都采用投加极少量助滤剂(高分子聚合物)以保证滤池的出水水质。但滤速应控制在15mh以内。经常被应用的助滤剂为非离子型高分子聚合物，投加量为1525gL。若不采用助滤剂，则Ld(滤层厚度L与滤料有效粒径d)比应增加20。过滤速度可控制为恒速或渐降速，采用恒速可对过滤过程进行更良好的控制。2.2.4膜过滤。膜过滤是新近发展的一项技术，它可有效地去除水中的臭味、色度、消毒副产物前体及其他有机物和微生物，用于低浊水优为适合，但鉴于价格较昂贵，暂不予考虑。但随着膜技术的发展和普遍使用，膜的价格已经大幅度下降。膜分离作为一种水中有机物和微生物去除的新工艺，将会对给水处理产生重要的影响。