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浅谈低温低浊水处理技术发展现状

2024-10-17 1 上传者：管理员

摘要：介绍低温低浊水的特点及其对水处理系统的影响。通过筛选混凝剂和助凝剂，采用泥渣回流、调节水温等措施，提高低温低浊水处理的效果。总结现阶段处理工艺，对未来工艺发展提出展望。

关键词：
低温低浊水
助凝剂
水处理系统
泥渣回流
混凝剂
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在我国北方气候寒冷地区，冬季有3～5个月的冰封期。通常情况下，冬季地表水温度在0～4 ℃左右，浊度通常在1～30 NTU左右，属于常见的低温低浊水。由于低温低浊水的温度低、浊度低、水的黏度大，常规混凝剂的投药量较低时，缺少凝结核心，不起混凝作用；投药量较高时，处理效果亦不明显，并且会导致加药成本大幅增加，影响系统运行的经济性，也为后续处理工艺，引入了过多的杂质，导致后续处理工艺复杂，成本增加。低温低浊水处理历来是水处理领域难以完美解决的问题。

1、低温低浊对水处理系统的影响

1.1 低温的影响

我国北方大部分地区冬季取用的江河水水温较低，部分地区在极端天气下，水处理系统入口水温接近0 ℃,系统需要采取大量保温防冻措施。地表水水温低，导致絮凝体形成速度极其缓慢，絮凝颗粒细小、松散。水温的影响原因如下：

(1) 大多数无机混凝剂在水中发生水解反应(吸热反应),根据化学反应平衡，低温导致水解反应平衡向逆反应移动，直接造成混凝水解困难；

(2) 水的黏度与水温负相关，随着水温的降低，水的黏度增大，导致水中胶体颗粒的布朗运动强度降低，颗粒迁移运动速率降低，碰撞概率减少，不利于胶粒脱稳凝聚。从另一个角度考虑，随着水温的降低，水的黏度增加，水的黏性切应力和剪切力增大，间接导致刚刚形成的絮凝体，破碎的概率增大，不利于絮凝体增大；

(3) 亲水性交替的聚集稳定性主要取决于胶体的水化膜，水温降低，胶体颗粒水化作用增强，亲水性胶体的絮凝作用减弱。由于水化膜的存在，导致胶体颗粒之间的亲和作用减弱，降低了絮凝体的强度，导致絮凝体容易破碎。

1.2 低浊度的影响

低浊度水中的悬浮物较细小、分散均匀，动力学稳定性和聚集稳定性较强。低浊度水中矾花的聚集核心相对较少，从混凝动力学方程可知，水中悬浮物浓度很低时，颗粒碰撞率大大减小，不利于矾花的形成和增大，需要更长的絮凝时间，同时矾花容易被絮凝搅拌所破坏。总体而言，低浊度水的混凝效果差，不利于浊度的去除。

2、低温低浊水处理系统发展现状

2.1 混凝剂和助凝剂的选择

目前常用的混凝剂主要为铝盐和铁盐。实验证明，采用聚硅酸铁混凝剂，对低温低浊水的处理效果优于其他铁盐混凝剂。

聚合氯化铝又名碱式氯化铝或羟基氯化铝。一般采用工业合成盐酸、工业氢氧化铝或高岭土、一水软铝石、三水铝石、铝酸钙为主要原料。由于原料和生产工艺的差别，导致市售的产品规格也不完全相同。聚(合) 氯化铝溶液中的有效成分为聚合阳离子，在絮凝反应中主要起电性中和及吸附架桥作用，处理效果优于硫酸铝。聚 (合) 氯化铝通常在生产厂家制备工业产品时，已完成水解聚合反应，在投入溶液箱配制溶液时，在溶液中基本不再发生水解聚合反应，溶液中的聚合物成本稳定，基本不变。聚合氯化铝的主要成分和处理效果取决于碱化度(也称盐基度或羟铝比)。聚合氯化铝目前广泛被应用在低温低浊水处理和其他原水预处理系统中，占被投入使用的聚合铝的80%。

聚合硫酸铝(PAS) 也是聚合铝类混凝剂。聚合硫酸铝中的硫酸根具有类似羟桥的作用，可以把简单铝盐水解产物桥联起来，促进铝盐水解聚合反应。聚合硫酸铝目前使用较少，价格较高。

聚合铝和聚合铁虽属于高分子混凝剂，但聚合度不大，远小于有机高分子混凝剂，且在使用过程中存在一定程度水解反应的不稳定性。为了提高无机高分子混凝剂的聚合度，近年来，国内开发了多种新型无机高分子混凝剂，即复合型无机高分子混凝剂。无机高分子混凝剂通常为含有铝、铁、硅成分的聚合物，通常由两种以上的成分组成，这些成分均有混凝作用，特性互补，组分比例恰到好处，优势互补。无机高分子混凝剂的混凝效果优于普通无机盐和聚合铁(铝),其价格比有机高分子低，故有广阔的开发应用前景。

有机高分子混凝剂主要有天然有机高分子混凝剂和人工有机合成高分子混凝剂两大类。目前在给水处理中，人工合成有机高分子混凝剂的应用比例逐年增多。有机高分子混凝剂的分子结构一般为直连的高聚物分子，均为聚合电解质。实际上，有机高分子混凝剂是发挥吸附架桥作用的絮凝剂。根据基团带电情况，一般分成四大类：阳离子型、阴离子型、两性型和非离子型。水处理中常用的有机高分子混凝剂为：阳离子型、阴离子型和非离子型；两性型一般较少应用。聚丙烯酰胺(PAM)是目前应用最广泛的有机高分子混凝剂。

2.2 泥渣回流

由于低温低浊水在发生絮凝反应时缺少絮凝核心，目前常通过泥渣在池内循环流动，使大量泥渣回流，增加颗粒间的相互碰撞聚结概率，回流量一般为设计进水流量的2～4倍，具体设备一般采用泥渣循环型澄清池。泥渣循环型澄清池包括水力循环澄清池和机械搅拌澄清池。借助水力提升的泥渣循环澄清池，简称为水力循环澄清池。借助机械提升的泥渣循环澄清池，简称为机械搅拌澄清池(或称为机械加速澄清池)。机械搅拌澄清池主要由第一絮凝室和第二絮凝室及分离室组成。整个池体上部是圆形，下部是截头圆锥形。投加混凝剂和助凝剂后，原水和回流泥渣依次通过第一絮凝室、第二絮凝室和导流室，在流动的同时，由于机械搅拌作用，存在适合的速度梯度，取得了较好的絮凝效果，在分离室内完成澄清水和泥渣的分离，出水效果优良。机械加速搅拌澄清池便于投药，对冬季的低温低浊水和夏季的高浊水的冲击适应性较强，在低温低浊水处理中，取得了较好的处理效果。推荐在低温低浊水处理系统中首先考虑使用。

2.3 调节温度

为提高低温水的混凝效果，在市政给水处理中，通常采用增加混凝剂投加量或投加高分子助凝剂等；在电力和石化行业，由于企业能够提供高品质的蒸汽且水处理量相对较小，原水预处理中通常采用蒸汽加热的方式提高原水水温，取得了较好的效果，同时减少了混凝剂和助凝剂的投加量，减小了后续水处理系统的负担。常用的原水加热方式有采用汽水混合式换热器和板式换热器，在火力发电厂中得到了广泛的应用。不但提高了低温低浊水的处理效果，同时提高了后续除盐处理工艺(离子交换工艺或反渗透工艺)的处理效果。

2.4 微絮凝过滤

微絮凝直接过滤，国内统称直接过滤，指在原水中加入絮凝剂之后，经管道混合器快速混合后形成肉眼看不见的微絮凝体，直接进入滤池或过滤器进行过滤，过滤设备前不设沉淀(或澄清)设备。微絮凝过滤系统中，滤池不仅起常规过滤作用，而且起絮凝和沉淀作用。

在微絮凝过滤处理系统中，在原水进入滤池之前，投加少量絮凝剂，形成微絮凝体，进入滤池后，微絮凝体通过与滤料之间的吸附作用，过滤去除。微絮凝体一般不大于40～60 μm。微絮凝过滤处理在低温低浊水处理中，对水体中浊度、COD、氨氮有良好的去除效果。在实际系统中，可设置超越管，在冬季低温低浊水工况下，将混凝沉淀工艺超越，增加了系统运行的灵活性。

3、结论

在常用工艺取得良好应用基础上，更多的低温低浊水处理工艺，如高密度沉淀池、气浮工艺、膜处理工艺，将在实际生产中逐步得到推广验证。

参考文献:

[1]闫晓涛,席春晓,李杰,等.响应面法优化微絮凝法处理黄河兰州段低温低浊水[J].干旱区资源与环境,2019,33 ( 4 ):145~151.

[2]周剑昊.西北地区高原低温低浊水混凝沉淀工艺试验研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2013.

文章来源:吴洋,邢铁辉,肖迪,等.浅谈低温低浊水处理技术发展现状[J].电站系统工程,2024,40(06):53-54.