強(qiáng)化混凝技術(shù)現(xiàn)狀及展望

康　健　洪　軍

摘要：我國對于飲用水的標(biāo)準(zhǔn)日益提高，常規(guī)混凝技術(shù)已不能滿足飲用水安全標(biāo)準(zhǔn)，需對現(xiàn)有技術(shù)做一定的改進(jìn)。強(qiáng)化混凝技術(shù)能夠在現(xiàn)有混凝設(shè)備的基礎(chǔ)上提高處理水出水水質(zhì)，有效地緩解新標(biāo)準(zhǔn)下的供水壓力。本文詳細(xì)介紹了強(qiáng)化混凝技術(shù)的分類以及影響強(qiáng)化混凝技術(shù)的因素，并對其發(fā)展方向提出一些建議。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)化混凝；飲用水；分類；影響因素

1 引言

隨著水環(huán)境污染的加劇和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，常規(guī)混凝技術(shù)顯然已經(jīng)不能很好滿足人們對水質(zhì)安全的要求，尤其由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展，而環(huán)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(hù)水源，發(fā)展、完善水安全保障技術(shù)變得十分迫切，而強(qiáng)化混凝能夠在現(xiàn)有的水處理工藝設(shè)施基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)與提高的同時，兼顧前后續(xù)工藝流程的運(yùn)行工況使廢水達(dá)到深度處理的效果，因此研究這一技術(shù)可有效地緩解供水壓力，并進(jìn)一步促進(jìn)完善我國的水處理工藝技術(shù)，推動我國水工業(yè)的發(fā)展[1][2]。強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)混凝與絮凝作用，使常規(guī)處理工藝盡可能多地去除水中的有機(jī)物和消毒副產(chǎn)物的前體（主要指腐殖酸、富里酸等有機(jī)物）。混凝強(qiáng)化主要通過對混凝劑的篩選優(yōu)化、混凝劑劑量與混凝反應(yīng)過程以及反應(yīng)pH條件的控制來實(shí)現(xiàn)[4]。

2 強(qiáng)化混凝技術(shù)分類

混凝劑的篩選優(yōu)化

投入水中后能夠產(chǎn)生絮狀物，經(jīng)過凝結(jié)、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(fā)出無機(jī)高分子混凝劑（IPF），其后又研制出有機(jī)高分子混凝劑；1980年代以后除開發(fā)出復(fù)合高分子混凝劑以外，還研制出多種有機(jī)高分子混凝劑和生物混凝劑。

無機(jī)混凝劑具有無毒（或低毒）、價廉、原料易得等多方面的優(yōu)點(diǎn)，在混凝技術(shù)中占據(jù)極其重要的地位，一直得到廣泛的應(yīng)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(fù)雜性與多變性、混凝過程中各種物理化學(xué)乃至生物過程的混雜性，對無機(jī)混凝劑的研究、生產(chǎn)及應(yīng)用帶來極大的困難。與此同時，受基礎(chǔ)研究缺乏的制約，使無機(jī)混凝劑向更高階段的發(fā)展面臨著較大的影響。在環(huán)境污染、水源污染日趨嚴(yán)重，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的今天，對水處理混凝劑的研究與開發(fā)提出了更高的要求。近年來, 隨著環(huán)境污染治理力度加大, 為適合各類水質(zhì)凈化處理需求, 人們加大了對復(fù)合型絮凝劑方面的研究力度。我國也先后研制開發(fā)了聚合鋁鐵、鋁硅、硅鋁、硅鐵以及聚合鋁/鐵與活性致濁物質(zhì)和有機(jī)高分子絮凝劑等系列復(fù)合絮凝劑。并在聚合鋁/鐵的生產(chǎn)基礎(chǔ)上, 通過復(fù)配工藝, 生產(chǎn)聚合鋁硅和聚合鋁鐵等多品種復(fù)合型無機(jī)高分子絮凝劑[5]。

隨著混凝劑作用機(jī)理的深入研究，尤其是混凝劑投加后的形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律得到逐步明確，對于既定水系和水質(zhì)條件（包括如預(yù)氧化、預(yù)加酸堿等前處理過程所引起的水質(zhì)變化），如何明確不同形態(tài)、粒度大小、荷電特性所相對應(yīng)的混凝作用機(jī)制，進(jìn)行混凝劑劑的優(yōu)化與選擇顯得十分重要。根據(jù)水體顆粒物，有機(jī)污染物等不同的水質(zhì)目標(biāo)，優(yōu)化篩選高效混凝劑，確立最佳工藝去除目標(biāo)。

混凝劑劑量與混凝反應(yīng)過程

混凝過程是一集眾多復(fù)雜物理化學(xué)乃至生物反應(yīng)于一體的綜合過程，在既定條件下，包括諸如水溶液化學(xué)、水力學(xué)、不斷形成與轉(zhuǎn)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(xué)過程等[6]。混凝技術(shù)的高效性取決于高效混凝劑、與之相匹配的高效反應(yīng)器、高效經(jīng)濟(jì)的自動投藥技術(shù)與原水水質(zhì)化學(xué)性質(zhì)等多方面的因素。對于一個既定的水質(zhì)體系，在水質(zhì)特征與變化規(guī)律研究基礎(chǔ)上，如何進(jìn)行混凝過程的優(yōu)化以及各單元技術(shù)之間系統(tǒng)性的優(yōu)化集成，形成優(yōu)化混凝集成技術(shù)系統(tǒng)，成為現(xiàn)代混凝技術(shù)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)問題。優(yōu)化混凝集成技術(shù)的基本點(diǎn)是在原水水質(zhì)變化特征基礎(chǔ)上，進(jìn)行混凝劑的優(yōu)化選擇、混凝過程與反應(yīng)器的高效適配以及自動監(jiān)控技術(shù)的最優(yōu)系統(tǒng)集成，也既FRD系統(tǒng)。其基本原理在于高效的混凝劑需要與之相適應(yīng)的高效反應(yīng)器，同時匹配以反應(yīng)過程的自動監(jiān)控與投藥控制的自動化，達(dá)到最大化地去除污染物和優(yōu)化最終水處理成本。

3 強(qiáng)化混凝的影響因素

混凝劑類型的影響作用

關(guān)于混凝劑類型對強(qiáng)化混凝影響的報道差別較大，有些報道認(rèn)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(jī)混凝劑的效果要好于有機(jī)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(jī)物的特殊化學(xué)組成與分布特征。另外，對于混凝劑形態(tài)組成的影響作用從物理、化學(xué)特征加以分析研究的工作仍然需要加強(qiáng)。

混凝劑投加量的影響作用

強(qiáng)化混凝的最初想法就是較單獨(dú)除濁時投加更多的混凝劑以達(dá)到降低TOC的目的。但是有些報道指出，如果調(diào)整到最優(yōu)pH值，強(qiáng)化混凝的混凝劑投加量可以接近常規(guī)混凝的投加量。

pH值對強(qiáng)化混凝的影響作用

一些研究認(rèn)為對于混凝過程中有機(jī)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(jī)物去除的決定性因素。對于鋁混凝劑而言，最適于有機(jī)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(jī)物的去除，但是在實(shí)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(qiáng)化混凝的影響作用

低溫對于常規(guī)混凝具有負(fù)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(jī)物和色度起負(fù)面影響。溫度的影響是復(fù)雜的，低溫可能造成水的粘度提高，阻礙混凝劑的擴(kuò)散和絮體沉降。而且可以影響水解動力學(xué)平衡，影響金屬氫氧化物的形成。另外影響水的離子積常數(shù)，降低離子積常數(shù)，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(shí)度較低、絮體較小，導(dǎo)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(jié)構(gòu)、沉降性能之間的差異。

4 展望

通過對典型水源以及結(jié)合不同水司對強(qiáng)化混凝的研究，吸取國外相關(guān)研究的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出我國強(qiáng)化混凝與優(yōu)化混凝的國家目標(biāo)與切實(shí)可行的方案。因此，提出優(yōu)化混凝（或強(qiáng)化混凝）的四個階段措施：

水質(zhì)特征與變化規(guī)律的研究：進(jìn)行常規(guī)指標(biāo)與特殊指標(biāo)的綜合研究，揭示水源水質(zhì)的特征與相應(yīng)的變化規(guī)律，建立系統(tǒng)完整的數(shù)據(jù)庫。

藥劑的篩選優(yōu)化：應(yīng)用不同形態(tài)組成的混凝劑同時配合助凝劑的使用，探索強(qiáng)化混凝效果與可行的工藝條件。

混凝工藝的優(yōu)化：在進(jìn)一步分析水質(zhì)特點(diǎn)和水質(zhì)規(guī)律的基礎(chǔ)上，深入研究混凝機(jī)理，探尋有效的強(qiáng)化手段和方法，結(jié)合研究結(jié)果合理設(shè)計(jì)處理工藝和強(qiáng)化處理系統(tǒng)，優(yōu)化混凝工藝的操作條件，引入先進(jìn)的工藝監(jiān)控技術(shù)，提高顆粒物與污染物的處理水平以及最終出水的水質(zhì)安全性。

通過系統(tǒng)分析，總結(jié)提煉國家目標(biāo)與優(yōu)化（強(qiáng)化）混凝的標(biāo)準(zhǔn)方法。

參考文獻(xiàn)

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

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

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

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

[5]董芳.絮凝機(jī)理及絮凝劑發(fā)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(fā)展.中國資源綜合利用.2008，126（9）：33-35.