強化混凝技術現狀及展望

康　健　洪　軍

摘要：我國對于飲用水的標準日益提高，常規混凝技術已不能滿足飲用水安全標準，需對現有技術做一定的改進。強化混凝技術能夠在現有混凝設備的基礎上提高處理水出水水質，有效地緩解新標準下的供水壓力。本文詳細介紹了強化混凝技術的分類以及影響強化混凝技術的因素，并對其發展方向提出一些建議。

關鍵詞：強化混凝；飲用水；分類；影響因素

1 引言

隨著水環境污染的加劇和水質標準的提高，常規混凝技術顯然已經不能很好滿足人們對水質安全的要求，尤其由于工農業生產的高速發展，而環保力度普遍不足，水安全問題在近些年來日漸突出，如何保護水源，發展、完善水安全保障技術變得十分迫切，而強化混凝能夠在現有的水處理工藝設施基礎上進行改進與提高的同時，兼顧前后續工藝流程的運行工況使廢水達到深度處理的效果，因此研究這一技術可有效地緩解供水壓力，并進一步促進完善我國的水處理工藝技術，推動我國水工業的發展[1][2]。強化混凝的概念由來已久。早在1965年美國AWWA會刊的一篇論文中對此就已有所論述[3]。強化混凝是指在混凝處理中投加過量的混凝劑、新型混凝劑或助凝劑、或者是其他的藥劑，通過加強混凝與絮凝作用，使常規處理工藝盡可能多地去除水中的有機物和消毒副產物的前體（主要指腐殖酸、富里酸等有機物）。混凝強化主要通過對混凝劑的篩選優化、混凝劑劑量與混凝反應過程以及反應pH條件的控制來實現[4]。

2 強化混凝技術分類

混凝劑的篩選優化

投入水中后能夠產生絮狀物，經過凝結、聚集，使水得到凈化的藥劑稱為混凝劑。1960年代以前為第一代混凝劑，如硫酸鋁、氯化鐵；1960年代初開發出無機高分子混凝劑（IPF），其后又研制出有機高分子混凝劑；1980年代以后除開發出復合高分子混凝劑以外，還研制出多種有機高分子混凝劑和生物混凝劑。

無機混凝劑具有無毒（或低毒）、價廉、原料易得等多方面的優點，在混凝技術中占據極其重要的地位，一直得到廣泛的應用。主要分為鐵類（主要包括硫酸亞鐵、氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合三氯化鐵等）和鋁類（主要包括硫酸鋁、硫酸鋁銨、聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁和聚磷氯化鋁）。然而，由于混凝工藝中處理對象的復雜性與多變性、混凝過程中各種物理化學乃至生物過程的混雜性，對無機混凝劑的研究、生產及應用帶來極大的困難。與此同時，受基礎研究缺乏的制約，使無機混凝劑向更高階段的發展面臨著較大的影響。在環境污染、水源污染日趨嚴重，水質標準不斷提高的今天，對水處理混凝劑的研究與開發提出了更高的要求。近年來, 隨著環境污染治理力度加大, 為適合各類水質凈化處理需求, 人們加大了對復合型絮凝劑方面的研究力度。我國也先后研制開發了聚合鋁鐵、鋁硅、硅鋁、硅鐵以及聚合鋁/鐵與活性致濁物質和有機高分子絮凝劑等系列復合絮凝劑。并在聚合鋁/鐵的生產基礎上, 通過復配工藝, 生產聚合鋁硅和聚合鋁鐵等多品種復合型無機高分子絮凝劑[5]。

隨著混凝劑作用機理的深入研究，尤其是混凝劑投加后的形態轉化規律得到逐步明確，對于既定水系和水質條件（包括如預氧化、預加酸堿等前處理過程所引起的水質變化），如何明確不同形態、粒度大小、荷電特性所相對應的混凝作用機制，進行混凝劑劑的優化與選擇顯得十分重要。根據水體顆粒物，有機污染物等不同的水質目標，優化篩選高效混凝劑，確立最佳工藝去除目標。

混凝劑劑量與混凝反應過程

混凝過程是一集眾多復雜物理化學乃至生物反應于一體的綜合過程，在既定條件下，包括諸如水溶液化學、水力學、不斷形成與轉化的絮體之間或碰撞或黏附或剪切等物理作用及其微界面物理化學過程等[6]?；炷夹g的高效性取決于高效混凝劑、與之相匹配的高效反應器、高效經濟的自動投藥技術與原水水質化學性質等多方面的因素。對于一個既定的水質體系，在水質特征與變化規律研究基礎上，如何進行混凝過程的優化以及各單元技術之間系統性的優化集成，形成優化混凝集成技術系統，成為現代混凝技術研究的前沿熱點問題。優化混凝集成技術的基本點是在原水水質變化特征基礎上，進行混凝劑的優化選擇、混凝過程與反應器的高效適配以及自動監控技術的最優系統集成，也既FRD系統。其基本原理在于高效的混凝劑需要與之相適應的高效反應器，同時匹配以反應過程的自動監控與投藥控制的自動化，達到最大化地去除污染物和優化最終水處理成本。

3 強化混凝的影響因素

混凝劑類型的影響作用

關于混凝劑類型對強化混凝影響的報道差別較大，有些報道認為鐵鹽混凝劑的TOC去除效果好于鋁鹽，有些則相反；但是總體而言，無機混凝劑的效果要好于有機合成混凝劑。造成不同效果的主要可能原因之一在于水溫的影響作用，以及有機物的特殊化學組成與分布特征。另外，對于混凝劑形態組成的影響作用從物理、化學特征加以分析研究的工作仍然需要加強。

混凝劑投加量的影響作用

強化混凝的最初想法就是較單獨除濁時投加更多的混凝劑以達到降低TOC的目的。但是有些報道指出，如果調整到最優pH值，強化混凝的混凝劑投加量可以接近常規混凝的投加量。

pH值對強化混凝的影響作用

一些研究認為對于混凝過程中有機物的去除而言，混凝過程中pH值比混凝劑的投加量影響更大，是有機物去除的決定性因素。對于鋁混凝劑而言，最適于有機物去除的pH值在5.5~6.5之間。一般而言，盡管較低的pH值有利于有機物的去除，但是在實際操作中，混凝劑的類型、投加量、pH值都必須同時考慮。

溫度對強化混凝的影響作用

低溫對于常規混凝具有負面的影響作用。有研究顯示，低溫并不影響TOC的去除，但是對于分子量小于1000的低分子量有機物和色度起負面影響。溫度的影響是復雜的，低溫可能造成水的粘度提高，阻礙混凝劑的擴散和絮體沉降。而且可以影響水解動力學平衡，影響金屬氫氧化物的形成。另外影響水的離子積常數，降低離子積常數，從而降低水中氫氧根的濃度。同時，低溫可能造成形成的絮體密實度較低、絮體較小，導致分離效果差。需要指出的是，對于TOC去除過程的研究通常采用濾膜過濾加以表征，從而一定程度上掩蓋了不同條件下形成絮體的顆粒粒度分布以及絮體結構、沉降性能之間的差異。

4 展望

通過對典型水源以及結合不同水司對強化混凝的研究，吸取國外相關研究的經驗教訓，提出我國強化混凝與優化混凝的國家目標與切實可行的方案。因此，提出優化混凝（或強化混凝）的四個階段措施：

水質特征與變化規律的研究：進行常規指標與特殊指標的綜合研究，揭示水源水質的特征與相應的變化規律，建立系統完整的數據庫。

藥劑的篩選優化：應用不同形態組成的混凝劑同時配合助凝劑的使用，探索強化混凝效果與可行的工藝條件。

混凝工藝的優化：在進一步分析水質特點和水質規律的基礎上，深入研究混凝機理，探尋有效的強化手段和方法，結合研究結果合理設計處理工藝和強化處理系統，優化混凝工藝的操作條件，引入先進的工藝監控技術，提高顆粒物與污染物的處理水平以及最終出水的水質安全性。

通過系統分析，總結提煉國家目標與優化（強化）混凝的標準方法。

參考文獻

[1]常青等，1992.混凝原理（第二版）[M].蘭州：蘭州鐵道學院出版社.

[2]范瑾初，1992.混凝技術（第一版）[M].北京：中國環境科學出版社.

[3]馬青山等，1998.混凝化學與混凝劑（第三版）[M].北京，中國環境科學出版社.

[4]郝二成，左利峰.淺談水處理中混凝工藝發展.山東煤炭科技.2008，4：97-99.

[5]董芳.絮凝機理及絮凝劑發展概況.科技信息.2008，28：43-44.

[6]岳崢，馬東兵.水處理混凝劑研究發展.中國資源綜合利用.2008，126（9）：33-35.