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饮用水中的强化混凝处理

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2019-11-28 19:36

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摘要：根据我国水源水污染现状及给水处理的发展情况、强化混凝技术在国内外的研究和发展状况是本文的研究重点。在分析强化混凝技术的机理及其常用方法的基础上，重点探讨强化混凝技术的影响因素，对于自来水净化处理工艺设计具有一定帮助。

关键词：饮用水，净化处理，强化混凝处理，机理分析，影响因素

1 引言
饮用水常规处理技术即：混凝、沉淀或澄清、过滤和消毒，至今仍被世界大多数国家所采用，是目前饮用水处理的主要工艺。饮用水常规处理工艺的主要去除对象是水源水中的悬浮物、胶体物质和细菌。以水中的浑浊度、色度和细菌总数为工艺控制的主要目标，对于水质良好的水源，常规处理工艺可获得安全合格的饮用水。本文主要就饮用水中的强化混凝处理技术进行探讨分析。

2 强化混凝技术的机理及其常用方法
2.1 强化混凝机理
水处理中的混凝现象比较复杂。不同种类混凝剂以及不同的水质条件，混凝作用机理都有所不同。DLVO理论的提出，使胶体稳定性及在一定条件下的胶体凝聚的研究取得了巨大进展。目前认为，混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有三种：电性中和、吸附架桥和卷扫作用1。
强化混凝主要是通过改善混凝条件使有机物去除范围和去除率进一步扩大和提高，其作用机理阐述如下：胶体稳定性的增加是由于大分子天然有机物在无机胶体颗粒表面形成有机保护层，造成空间位阻或双电层排斥作用。混凝的主要作用是去除水中悬浮颗粒和胶体微粒。一般认为混凝过程是混凝剂水解产物对水中胶体进行电中和使其脱稳，从而形成细小的颗粒，继而絮凝为大而密实的矾花，并通过吸附架桥或网捕作用使脱稳的胶体生成粒度较大的絮凝体，再通过沉淀与过滤进行分离去除。而水中分子质量较小、溶解度较大的有机物(主要是腐殖酸类中的富里酸等)在一般混凝条件下去除率很低。主要原因是由于其具有良好的亲水性而不易被混凝剂的水解产物一金属氢氧化物所吸附，有机物不但增加了胶体表面电荷，而且造成空间位阻效应。但是，如果通过改善混凝处理条件，即在低pH、高混凝剂用量的强化混凝条件下形成大量金属氢氧化物，改善混凝剂水解产物的形态且使其正电荷密度上升，同时低pH条件会影响有机物离解度和改变水中有机物存在形态。有机物质子化程度提高，电荷密度降低，进而降低其溶解度及亲水性，成为较易被吸附的形态。
例如北京第九水厂的生产实践表明，在相同加药量下，机械搅拌澄清池对有机物和消毒副产物前体物的去除效果要优于反应池-沉淀池工艺，其原因就是在机械搅拌澄清池中大量保持的矾花可以充分发挥其吸附作用，而反应—沉淀工艺中矾花形成后即被沉淀去除，其吸附潜力尚未完全发挥。[page]
2.2 强化混凝技术常用方法
(1)加大混凝剂投加量，使有机物的水化壳压缩，水解的阳离子与有机物阴离子电中和，消除由于有机物对无机胶体的影响，从而使无机胶体脱稳。不同的水质对混凝剂用量的要求不同，混凝剂对水中大分子有机物(UV254值较大)和憎水性有机物有较好效果。
(2)投加有机或无机絮凝剂，采用具有絮凝作用的新型混凝药剂(如聚硅酸盐铁盐等)，增加吸附、架桥作用，使有机物易被絮体粘附而下沉。
(3)调正pH值：水的pH值对有机物去除影响明显。当原水pH较高时，可通过加酸来降低pH，一般有机物较多时，pH为5-6的条件有利于形成腐殖酸、富里酸的聚合物。加酸一般加在混凝剂投加前，以促使混凝剂水解形成高价正电荷。
(4)投加氧化剂，使有机物氧化(锰酸钾氧化、粉状炭吸附)。水体中的有机成分是增强水中胶体浊质稳定性的主要因素，我国的姚重华等人的研究结果表明，如果黏土悬浮液中的腐殖酸的浓度增至3 mg／L(以TOC计)，硫酸铝的投量将增至5.8倍，如果腐殖酸的浓度增至7 mg／L则硫酸铝的投量需增加到原来的10.2倍才能达到同样的混凝效果。利用常规的混凝剂再辅助以助凝剂处
理这种有机污染严重的水质，不能取得良好的处理效果。因此需要高锰酸钾等强氧化剂来氧化水中的有机成分，以促进混凝剂的混凝效果，达到净化有机污染的水质的目的。
(5)完善混合、絮凝等设施，从水力条件(控制G和GT)上加以改进，使混凝剂能充分发挥作用。比如增加混合与絮凝反应的时间、选用澄清工艺等使药剂充分发挥作用。
(6)铝盐混凝剂改为铁盐混凝剂(铁盐比铝盐更易于形成与腐殖酸和富里酸的聚合物)；也可以起到强化混凝的效果。

3 强化混凝技术的影响因素
影响强化混凝的因素比较复杂，其中主要包括：混凝水力条件、pH值、混凝剂的类型及投加量等2。
(1)水力条件的影响：水力条件对混凝效果有重要影响，在混合阶段，要求药剂迅速而均匀地扩散到水中，为此被处理水应在短时间内进行激烈紊动；到了反应阶段，要求水的紊动程度逐渐减弱，停留时间延长，以创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件，使微小的絮体继续成长。
(2)pH值的影响：水的pH值对混凝效果的影响程度，视混凝剂的品种而定。对铝盐而言，水的pH值直接影响A13+反应，亦即影响铝盐水解产物的存在形态；对铁盐而言，适用于水的pH值范围就大一点；对高分子混凝剂而言，混凝效果受水的pH值影响较小。所以PH值是影响混凝效果的一个上要影响因素。对于腐殖酸最佳去除pH在4-6之间，富里酸为5-6。调低pH对于提高TOC的去除率是明显的。[page]
(3)混凝投加量的影响：混凝剂投加量在试验过程中起到举足轻重的作用混凝剂投加量不足，几乎没有形成凝聚，水中的杂质甚至保持原有的状态存在；投加量过多造成水中混凝剂正电荷过多，同杂质不吸附结合，互相以分散状态存在处理费用增加和污泥处理的困难。合适的投量应该根据水源水质特点和处理后水质要求来确定。
(4)混凝剂的类型的影响：无机(铁盐及铝盐)混凝剂对TOC去除效果比有机混凝剂好。因为有机阳离子高分子混凝剂在天然水的混凝过程中，只能产生电中和作用并参与腐殖酸和富里酸的沉淀，能吸附有机物。而铝盐和铁盐不但可以起电中和作用使胶粒脱稳形成腐殖酸和富里酸的铝、铁聚合物以利于沉淀去除，而且还能在形成的金属氢氧化物的表面提供强烈的吸附作用，同时还有网捕作用。相同投量铁盐比铝盐好。
(5)水温的影响：根据试验显示，水温对TOC的去除没有影响，但是低温降低了THMs形成的速率和范围。
(6)原水水质：原水水质对混凝效果的影响很大，原水中的有机物主要由有机颗粒和大分子有机物组成时，混凝可以有效地去除水中TOC。水源水的腐殖质含量极大地影响到TOC和UV254的去除，如混凝去除腐殖类和高分子量有机物的效果比去除非腐殖类和低分子量有机物好。

4 结语
强化混凝技术不需要改变水厂的工艺流程，无需另辟场地，对原有水厂的改造费用较少，是较为经济、有效的技术。本文主要探讨了强化混凝技术的机理及其常用方法，以及强化混凝技术的影响因素，又有利于我国自来水厂净化处理的工艺设计。

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