低温低浊地表水处理技术的探讨
刘 晖
(深圳市物业工程开发公司 广东 深圳 518000)
摘要：东北地区低温低浊地表水采用常规工艺难以净化处理，往往又因为受到污染而使原水的色度、耗氧量提高，进一步增加了水质净化的难度。另外，地表水体水质在一年中变化很大，采用固定的常规净化工艺很难适应。本文对水处理工艺混凝、分离和过滤等环节进行7分析，得出了采用浮沉池工艺可以经济合理地处理低温低浊地表水的结论。
关键词：低温低浊；地表水；混凝；分离；过滤；浮沉池
1．低温低浊水水质特点
我国东北地工全年有四、五个月的时问处于寒冷季节，水体被冰
层覆盖．江河水温0—1℃，水库水下层水温2～4℃。这个时期原水浊度也很低，江河水为5-30NTU，而水库水也只有5-10NTU。原水水温低，水的动力粘度系数提高，减弱了水中胶体的颗粒运动，降低了他们之间相互碰撞的机率；水中胶体的溶剂化作用增强，颗粒周围的水化膜加厚，妨碍颗粒凝聚；同时，通过混凝所形成的絮体较轻，不易下沉，难以通过沉淀从水中分离出去。
对于水库水而言．由于它的水流状态特点而表现出不同于江河水质的特性。水库水近似于静止状态，水体中各部位因不易掺混而表现出水质成份分布的不均匀性。水库水中的藻类大量繁殖不但妨碍水处理构筑物的正常运行。而且藻腥味很重，影响水质；水体中的矿化度由于水分的强烈蒸发而提高：水中含有大量的植物腐烂所形成的腐植质不仅提高了水库水的色度，而且会对水中粘土形成的胶体、硅酸溶胶、铝和铁的氢氧化物起到保护作用。这些都增加了水库水的净化难度。
2．水处理技术的改进
随着饮用水水质标准的提高，低温低浊江河水和水库水的处理难度又有所增加，常规的水处理工艺如果不加以改造很难满足新的水质标准要求，这就是需要采取切实可行的技术对策来解决新问题。低温的不利因素，影响了水处理的各个处理环节。对于工程设计，应对投药、混凝、沉淀和过滤等处理环节进行具体分析。水处理工艺主要包括混凝和分离两大过程。混凝的作用是促使原水中的胶体杂质形成絮体，而分离是将混凝形成的絮体通过沉淀或者气浮的方式从水中分离出去．剩余的少部分微小絮体及其它杂质，再经过过滤而分离出去的处理过程。微絮凝接触过滤工艺就是将混凝和分离过程都在滤池中完成的综合处理方式。下面就对水处理工艺的和各环节进行具体的分析。
2．1混凝作用混凝是水质净化处理的制药、混合、反应各环节的总称，它包括凝聚和絮凝两个阶段。
凝聚实质是使胶体胶稳而具有凝聚的性能，胶体颗粒的大小，一般介于1mu一0．1 mu 之间，凝聚作用的动力只能是布朗运动，水流的搅动并不会加快胶体颗粒的碰撞速度。当颗粒尺寸增大到1u 以上时．水流的速度梯度才能够起作用。凝聚作用力只是水分子的热运动。
絮凝是脱稳的胶体结成大棵粒絮状体粒径约(1-2mm)的过程。颗粒碰撞的动力是水流搅动形成的梯度。絮凝过程存在着絮体的结合和破碎的问题。随着絮体粒径的加大。所受到的剪切力增加，当絮体粒径增加到一定尺寸时。会由于剪切力的增大而破碎。反应池的设计应尽量地减少絮体的破碎率，采用合理的速度梯度。
在混凝过程中。分清凝聚和絮凝的不同阶段，针对不同情况，采用相应的对策来提高处理效果。
1)加强凝聚的措施
低温低浊原水中，胶体颗粒脱稳和混凝剂水解产物相互接触、碰撞的机率大为降低，从而影响凝聚效果。为加强凝聚反应，要提高原水水温是不现实的。而快速搅动很难影响到微观的分子热运动，也提高不了胶体微粒碰撞速率。但是，合理的使用混凝剂，使其快速地均布于水中，有助于原水中胶体颗粒外部双电层的有效压缩，降低E电位，使颗粒脱稳：使用助凝剂加强对胶体颗粒的架桥和网捕作用；另外，为使混凝剂水解反应进行的彻底，应及时散除水解反应产生的CO2 ，亦可获好的凝聚效果。
①使用助凝剂
低温低浊原水处理，只用硫酸铝作混凝剂效果并不好。因为水温
低，形成的强水化氢氧化物比较稳定，而絮凝体产生的速度却很慢，导致了混凝剂的大量使用。
目前．很多水厂除了使用硫酸铝外，还采用助凝剂。助凝剂在混凝剂投加后1分钟投加。效果较好。原水水质的色度比较高时，可在混凝剂之前投加助凝剂。投加助凝剂，不但可以提高凝聚效果，还可以减少约3O％的混凝剂投加量。
②快速混合
混凝剂投加到原水中，水解速度很快，药剂的浓度和pH值在各部位应该瞬间达到均匀的程度。所以要求快速混合。否则，在原水中会出现药剂不均的问题。浓度高的部位，pH值低，胶体扩散层的正离子被异电负离子压缩和包围，出现胶体再稳定的情况，导致药剂的浪费；浓度低的部位，药量不足，不足以压缩双电层，达不到混凝效果。快速混合常采用水泵和静态混合器，速度梯度约为700～1000s一1。在1—2s内完成混合。
③ 散除CO
东北地区地面水体一年中长时问低温，水中CO2难以散除。当混
凝剂投加到水中后．由于瞬问水解作用又产生一些CO2 ，如果不能及时散除水中的CO2 ，混凝剂的水解化学反应会受到影响。这样，不但浪费混凝剂的用量，而且对原水中胶体的脱稳也起不了作用。
混凝剂加入水中充分混合后，要立即曝气，如能降低水中C02 含量6O％。则可节省混凝剂用量30％以上。低温低浊经曝气混凝后，形成的絮体比较密实，水的透明度高。
（2）提高反应的絮凝效果
为提高反应的絮凝效果，反应池设计除了保证必要的反应时间外，还要研究速度梯度的变化和活性泥渣的作用。速度梯度除了与外加能量有关外，与反应池的池型也有一定的关系。另外，反应池设计的指标G．T值，对于低温低浊度原水处理，反映不出活性泥渣的作用。关于这个问题拟作如下探讨：
①反应池G．T．C值
絮凝主要是在反应池中完成的。脱稳的胶体颗粒具备了相互吸引的能力。在水流速度梯度产生的微旋涡作用下，碰撞接触结成大颗粒的絮体。随着反应时间的延长，絮体颗粒越来越大，而颗粒的数量则越来越少。单位体积中，絮体颗粒减少的速率为：

由公式（1)推导反应池的设计指标，可以看出不只是G．T值，而且絮体的粒径和颗粒数也对反应的结果起作用，假设颗粒形成为球形，则单位体积水中颗粒体积所占的比例C值为：
C=(∏／6)．d3,n。将d3．n=6 C／∏代入公式(1)，得：

由公式(3)可以看出，采G．T作为反应池的设计指标值是不全面的．而应该采用G．T．C值的。因为水中颗粒的体积浓度C对反应过程也有重要影响。
2．2絮体的分离措施
分离处理构筑物有沉淀池、气浮池和滤池。低温低浊水的不利因素也影响了絮体颗粒的分离效果。根据斯托克斯公式：

式中：
Pp；沉降颗粒的比重；
Pt：水的比重；
u：水的动力粘度系数；
g：重力加速度：
d：沉降颗粒的粒径。
颗粒的分离速度U与水的动力粘度系数、絮体颗粒的比重 和颗粒粒径d有关。原水低温低浊时，形成的絮体轻而疏松，絮体密度减少，再加上水的动力粘度系数提高的不利影响，因而颗粒分离速度减低很多。所以，分离构筑的设计，在了解低温的不利影响和水质变化的同时，要研究构筑物本身对不同季节水质变化的适应性。
斜管或平流沉淀池，处理浊度的范围从几十度到一、二千度都是可行的，但是对于去除藻类、色度以及低温低浊水，效果却很差。而采用气浮法则可以取得较为满意的效果 。
运用气浮和沉淀的不同功能．采用浮沉池来适应水质的变化。当处理低温低浊江河水和藻类生长期的低浊度水库水时，浮沉池以气浮的方式运行；而在夏季原水浊度提高时，可采用沉淀的方式运行。这样使浮沉池与滤池有机结合，对原水的水质变化有较大的适应性，可以收到理想的技术经济效果。
浮沉池设计是在斜管(板)的基础上加以改进的。絮体无论是下沉还是上浮，水流都要经过斜管(板)，以改善水力条件。上浮或下沉运行的水力负荷是一致的，均为7．2～9mS／m2．h，颗粒的分离速度都适用于斯托克斯公式。
一般絮体的密度为1．002～1．O3，而空气的密度只有水的1／775。气浮运行时，絮体粘附了微气泡，组合粒径增大，从斯托克斯公式可知颗粒的上升速度与组合粒径的平方成正比，从而使颗粒上升速度加大而易被浮至水面。
浮沉池以气浮方式运行处理低温低浊水或用于除藻的合理性在于：(1)因为水中悬浮杂质量少，气浮的气固比低，用气量小，可节省加压回流水的能耗：(2)水温低．空气在水中的饱和溶解度提高。使得低温时空气更容易溶解于水中：(3)原水在加压提升的过程中会溶入一些空气，而且当混凝剂水解时．所产生的CO2 微气泡也容易与絮体接触粘附在一起，强化絮体的上浮。
浮沉池采用气浮方式运行．对于前序混凝反应的要求也并不像沉淀法那样高。因为沉淀法是依靠颗粒絮凝长成大而重的絮粒而下沉的，而絮粒的成长过程则需要足够的时间(一般为20～30min)。气浮则可借助于微气泡的作用，因此，只需要絮粒成长到足以被上升的微气泡粘附住就可以了。实践表明将气浮方式运行前的反应时间缩短到10min可行的 。也就是说．浮沉池按气浮方式设计反应池，可以减少反应池体积的1／3～1／2。降低了工程造价；如果考虑浮沉池增加的气浮设备投资，则总造价与沉淀池相当。至于日常运行费用，虽然增加了冬季气浮运行的电费，但是可以用节省混凝剂的用量和排泥的水量来予以补偿。这样。浮沉池能够适应原水水质的变化而灵活运行，并保证出水水质的优越性就显而易见了。
目前．东北地区低温低浊水及水库水处理。多数仍然采用传统的混凝、沉淀和过滤的工艺流程。夏季出现高浊度原水时。混凝、沉淀构筑物是必不可少的，但是，在原水低温低浊期间，如果采用微絮凝接触过滤工艺运行，则反应池和沉淀池在将近半年的时问内发挥不了应有的作用。如果采用浮沉池与滤池配合使用，按照气浮的方式运行，则滤前水的浊度可大为降低，一般可达到1O度以下。浮沉池就可承担了滤池的大部分负荷，因而也提高了滤后水质。
为保证滤后水质，滤池不应承担较大的负荷，就是采用接触过滤工艺．也要求原水的浊度和色度均不得大于25度；而普通快滤池的滤前水浊度更是要求在1O度以下，滤速不大于8m／h，滤后水才能达到新的饮用水水质标准。水温对于过滤过程的影响可由下式表示：

式中：V一过滤速度
H一过滤的水头损失；
d一砂粒的当量粒径：
m一空隙率：
L一砂层厚度；
a一砂粒的形状系数；
u一水的动力粘度系数。
当原水水温从6℃降至0℃时， 提高了1．3倍，而滤速减低了0．77倍。说明水温降低了滤池的过滤能力。此外，水温低，滤池中水流的剪应力(T=u．G)也相应的提高，滤层中絮粒破碎的可能性大，易穿透滤层。
由此可见，滤池是水质净化工艺流程中的最后环节，把矛盾都集
中在这一环节进行处理容易加大滤池的负荷，缩短滤池的工作周期，增加滤池的反冲洗水量和能耗。滤前的预处理构筑物应在任何时候都发挥作用，如果在近半年的时间内都发挥不了作用的构筑物，在设计上技术经济效益低，是不可取的。而采用浮沉工艺，对这一问题则可以得到较为满意的解决。
3．结论
低温低浊江河水及水库水的处理是较为困难的，一方面由于原水水温低，影响了水处理工艺的各个处理环节，降低了处理效果；另一方面由于东北地区不同季节原水水质变化大，给处理构筑物的设计造型和处理工艺的确造成了困难。对于江河水的处理，既要对低温低浊原水的各个处理环节进行改进．又要考虑工艺对雨季高浊度原水的适应性；对于水库水的处理，还需要考虑除藻、除味和脱色。常规的混凝、沉淀和过滤工艺难以满足上述要求，而采用浮沉池工艺，兼容了沉淀和气浮两种工艺的优点，在处理东北地区江河水和水库水时具有明显的优势。

冬季水库水的自来水净化处理试验
柳志刚 毕灿华 姚学俊
( 广州市荔湾区环境监测站，广州510380； 广州市花都区自来水公司，广州510800)
摘要冬季水库水温9～20℃ ，浑浊度在3～15 NTU之间，阳光充足时，藻类较多，投加聚合氯化铝净化处理由于矾花轻
而小，在沉淀池易出现“反池”现象，水质浑浊度指标难以保证。通过加入黄泥粉和少量高锰酸钾，使矾花结大加重，可以克服“反池”现象，达到较好的沉淀净化效果。
关键词 低温低浊 水处理 黄泥粉 高锰酸钾
广州市北部某自来水厂以水库水为原水。该水厂的供水设计能力为40 000 m3／d，工艺流程为：一级泵站(投加聚合氯化铝、高锰酸钾、氯气)一环形反应池一斜管沉淀池一虹吸滤池一清水池(二次加氯)一二级泵站。冬天该水库水温在9～2O ℃范围，浑浊度在3～15 NTU之间，阳光充足时，藻类生长迅速，藻类细胞数达到8．5×106 个/L，水中泥量较少，不能有效形成矾花中心；投加净水剂聚合氯化铝后，矾花轻而小，沉淀池容易出现“反池”现象，大量絮状矾花流入滤池，加重滤池的负担，反冲洗频率由原来的8～10 h调整为2—3 h，浪费大量水和加大能耗，日供水量下降到15 000～20 000 m3／d。投加黄泥粉处理低温低浊原水的方法已有人采用，但未见有系统报道。
笔者在实验室试验结果的基础上，通过投加黄泥粉／助凝剂／高锰酸钾的方法，使钒花结大加重，提高供水能力，比单一投加黄泥粉效果更为显著。水厂冬季实际生产试运行结果显示，投加黄泥粉／助凝剂／高锰酸钾可有效克服“反池”现象，提高供水能力，保证出厂水浑浊度低于《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)的限值1．0 NTU。
1 实验室试验部分
1．1 仪器设备
ZR4—6混凝试验搅拌机、容量瓶、移液管等。
1．2 试验方法
取1 L水库水加入净水剂、助凝剂进行混凝试验，沉降后取上清液检测水质。混凝试验搅拌参数为8O r／min，运行2min。
1．3 试验结果
1．3．1 聚合氯化铝投加量对浑浊度的影响
试验原水水温14℃、pH值7．0。试验结果表明，随着聚合氯化铝投加量的增加出水浑浊度显著下降(见表1)。然而，单一投加聚合氯化铝所形成的沉淀矾花结体较小而且轻浮，沉降速度较慢，效果较差。虽然随着聚合氯化铝投加量的增大，矾花结体会相应增大一些，但大量投加聚合氯化铝会增加出水铝的含量，容易出现新的问题。聚合氯化铝投加量定为30 mg／L。

1．3．2 投加聚合氯化铝／黄坭粉沉降试验
试验原水水温14 ℃、浑浊度12．1 NTU、pH值7．0。取山上黄坭，除去砂石，干燥后称重配成一定浓度的泥水。以不同量加入，按混凝试验参数进行试验，结果见表2。
随着坭粉加入量逐步加大，矾花明显结大，下沉速度加快，当黄泥粉加到100 mg／L时，水样有微红

色，使浊度读数反而加大。考虑到黄坭粉如果加入太多会使聚合氯化铝用量加大，而且加入量太大在生产实际中是不可行的，黄坭粉加入量定为50 mg／L。
1．3．3 加入其他助凝剂混凝沉降试验
试验原水水温22．5 ℃、浑浊度5．62 NTU、pH值7．0，聚合氯化铝投加量为30 mg／L，黄泥粉加入量50 mg／L，高锰酸钾加入量0．4 mg／L(经验数据)，聚丙烯酰胺加入量0．05 mL／L(经验数据)。聚合氯化铝与泥粉合用，混凝效果有所改善，但仍然不够理想，尝试加入助凝剂高锰酸钾、聚丙烯酰胺试验其混凝效果的改善情况，结果见表3。
从现象观察，“聚合氯化铝+黄泥粉+聚丙烯酰胺”不及“聚合氯化铝+黄坭粉+高锰酸钾”沉降快速，但从混凝沉降后的浑浊度看前者却好一些。考虑到聚丙烯酰胺有毒，而且水厂现有投加高锰酸钾的设备，决定采用“聚合氯化铝+黄泥粉+高锰酸钾”方案。
1．3．4 pH值对混凝效果的影响
试验原水水温15℃ 、浑浊度6．82 NTU、pH值7．0。调节原水不同pH值，加入30 mg／L聚合氯化铝，50 mg／L黄泥粉，0-3 mg／L高锰酸钾，沉降试验结果见表4。

加混凝剂处理后水的pH值变化不大，在原水pH值为7．0的情况下，可以不加碱处理。
1．3．5 混凝剂、助凝剂、黄泥粉的加人顺序试验
聚合氯化铝加入量30 mg／L，黄泥粉加入量50 mg／L。高锰酸钾加入量0．4 mg／L，按先后次序加入，先加入的搅拌1 min后再加入其他，结果见表’5

从现象和数据看，1、4号效果较好，考虑水厂实际情况，采用高锰酸钾、聚合氯化铝、黄泥粉一起加入的方案。
1．3．6 黄泥粉质量检测
附近地区采到的山泥有偏黄和偏红2种，经检测都含有铝和铁，其中黄泥含铝、铁较高，经室内和现场试验都证实黄坭的助凝效果较红坭好，有害金属都没有检出(见表6)。
1．4 实验室试验小结
对于原水为低温低浊藻类较多的水库水，为了保证水厂的供水量和水质，试验证明，可以通过加入约50 mg／L的黄泥和0．2—0．4 mg／L的高锰酸钾作为助凝剂，使矾花增大，沉降速度加快，藻类也在混凝

中形成矾花沉降下来，达到预期的目的。
试验延续了1个多月，所以每次试验所用的水样理化性质都有些不同，但原水水质对于水厂生产的影响是季节性的，室内试验提供了处理的方法，实际生产中要根据当天的水质情况决定投加量。
2 水厂生产试验
水厂生产现场试验3 d。试验过程如下：
1)开始以2000m3／h抽水生产，只加人聚合氯化铝混凝剂，在沉淀池马上出现“反池”现象，大量矾花不能在沉淀池沉淀下来，直接流到滤池。
2)此时按一定比例定量把溶解好的黄泥浆和高锰酸钾从少到多慢慢加入到混合池，并调节聚合氯化铝的加入量。随着黄坭浆加人量增加，在环流反应池明显观察到矾花变大，沉淀池上方的矾花逐步减少至基本消失，此时保持整个水处理过程稳定。
3)测得待滤水浑浊度平均值1．56 NTU，滤后水(相当于出厂水)浑浊度平均值0．40 NTU，余氯1．86 mg／L。净水剂投加量为：聚合氯化铝约20 mg／L，黄泥粉约70 mg／L，高锰酸钾0．2 mg／L。连续3 d同时检测原水和出厂水的锰含量，原水锰含量0．06～0．09 mg／L，出厂水锰含量<0．05 mg／L。
因为加入高锰酸钾量很少，不会影响水质。表7是2007年12月试验时和常规生产时的水质检测数据。
3 结果讨论
生产试验的数据与实验室做出的数据比较，聚合氯化铝的加入量减少而黄泥粉的加入量增加，但两者比较接近。如果在稳定生产过程中，不一定

要求做到最好混凝沉降状态都可达到出厂水浑浊度达标的目的，可以适当减少黄泥粉的加入量，或是适当加大聚合氯化铝的量，都可以达到较好的净水效果。
冬季阳光充足，藻类大量繁殖也是造成“反池”的原因，藻类较轻，难于沉降。通过加入黄泥粉和高锰酸钾使矾花结大，高锰酸钾有杀死藻类的作用，使沉降效果显著。
从水质检测报告上看常规工艺和“试验工艺”对水质影响不大，但“试验工艺”可以克服“反池”现象，保证水厂正常运行。
4 结论
通过实验室和现场生产试验，对于冬季低浊藻类较多的水库水，加入20～30 mg／L聚合氯化铝，50 ～70 mg／L黄泥粉和0．2～0．4 mg／L的高锰酸钾作为助凝剂，可以克服“反池”现象，达到降低电耗，节约洗池水，提高供水能力，保证出厂水水质指标浑浊度达到《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)1．0 NTU以下的目的。投加黄泥粉和高锰酸钾工艺操作简单，不需要特殊设备，黄坭粉易取无害，价钱低廉。高锰酸钾加入量很少，这是自来水厂处理特殊水源水质行之有效的方法。目前该水厂已增加黄泥设施，并应用在净水生产中，取得良好的效果。

强化混凝处理低温低浊水的研究
王桂荣 。张杰
(1．武汉科技学院，湖北武汉430073；2．武汉自来水公司，湖北武汉430034)
摘要：针对汉江水源冬季的低温低浊水给水厂处理带来的困难，研究了聚合二甲基二烯丙基氯化铵(简称HCA)、活化硅酸、聚丙烯酰胺三种不同助凝剂处理低温低浊水的效果，结果表明先加助碱剂以调节pH值，再用HCA和聚合氯化铝(PAC)配合使用， 大大改善了混凝效果且与其它助凝剂相比，该药剂配制、投加方便，不会增加水厂土建费用．可广泛应用于水厂低温低浊水的处理。
关键词：低温低浊水；强化混凝；二甲基二烯丙基氯化铵(HCA)；活化硅酸；聚丙烯酰胺
中图分类号：TU991．22 文献标识码：A 文章编号：l009—2455(2004)05—0020—03
在冬季，水质的物理化学特性与其它季节相比具有温度低、浊度低、耗氧量低、碱度低、水的粘度大等特点 ，这给不少自来水厂的冬季处理带来了很大困难。在武汉市，主要是汉江在冬季会出现低温低浊度水。其冬季水质特征为：l2月至次年2月浊度经常在20 NTU以下；水温一般在4～7℃．最低可至4℃ ；pH值比其他季节略有降低，保持在7．3左右。在此期间，水厂采取增大聚合氯化铝投加量的方法，但处理效果并不明显．形成的矾花细小且轻，不利于后续沉淀。针对上述问题，拟采取投加聚合二甲基二烯丙基氯化铵(简称HCA)、活化硅酸、聚丙烯酰胺作为助凝剂对汉江水源进行强化混凝，以选择一种既经济又实用的助凝剂来改进现有混凝工艺。
l 试验方法
试验用水水温为4℃，浊度为18．6 NTU，pH值为7．3，碱度为93 mg／L。
烧杯搅拌试验在六联混凝搅拌机上进行，在1 000 mL水样中加入一定量的聚合氯化铝(PAC)、
聚丙烯酰胺(PAM)、HCA、活化硅酸，模拟净水生产工艺的混合搅拌条件与絮凝反应搅拌条件，设定搅拌转速和时间如下：
① 模拟投加NaOH的混合条件，搅拌转速200 r／min、搅拌时间1 min；
② 模拟投加聚合氯化铝时的混合条件，搅拌转速300 r／min、搅拌时间1 min；
③ 模拟絮凝反应搅拌条件，搅拌转速120 r／min、搅拌时间4 min(投加聚丙烯酰胺或活化硅酸)；搅拌转速60 r／min、搅拌时问5 min。观察矾花形成的情况。
④ 静止沉淀10 min，同时观察和记录矾花沉淀的情况以及检测上清液的浊度。
2 试验结果与讨论
2．1 投加氢氧化钠的影响
由于铝离子的水解反应是吸热反应，水温低则水解速度慢 投加适量的氢氧化钠能增加水中的碱度，增快水解反应速度。另一方面由于pH值上升可以改变混凝剂水解产物的形态。
从图1的结果表明．加入适量的助碱剂氢氧化钠能起明显的助凝作用，但是投入量不能过量，投入8 mg／L反使混凝效果变坏，以2 mg／L为宜。

2．2 聚丙烯酰胺和活化硅酸的助凝作用
聚丙烯酰胺和活化硅酸作为常用的阴离子絮凝剂处理难净化处理水应用已久。图2的结果表明：在低温低浊水中，聚丙烯酰胺或活化硅酸与聚合铝配合使用，可提高絮凝体的强度和密度，但混凝效果依然不理想。图3是考虑到助碱剂氢氧化钠影响的试验结果。从图3的结果看．先加适量氢氧化钠调节原水的pH值为8．2～8．5．再加聚合氯化铝，然后投加阴离子型高分子助凝剂助凝，混凝效果好于不投加助碱剂的混凝效果。

2．3 助碱剂与阳离子助凝剂HCA
HCA是近年发展起来的新型净水剂，国外应用较广．它是以二甲基二烯丙基氯化铵(PDM．DAAC)均聚而成的高分子阳离子聚合物电解质，把NaOH与HCA配伍进行助凝试验。从图4的结果看．先加适量氢氧化钠调节原水的pH值为8．2～8．5．再加注阳离子型高分子助凝剂HCA与聚合氯

化铝配伍使用混凝效果比较理想。聚合氯化铝与HCA配伍使用是先改变了聚合铝的一定的水解形态，可明显提高浊度去除率，降低出水浊度，肉眼观察到絮体密实且较大。聚合铝投加量为32mg／L时． 出水浊度为2．2 NTU左右．较图3的3．5 NTU降低了40％左右．其混凝机理是吸附电中和和吸附架桥双重作用．而阴离子型絮凝剂只有吸附架桥作用。
3 结论
① 先加适量助碱剂氢氧化钠调节原水的pH值，再加注阳离子型高分子助凝剂HCA与聚合氯化铝配合，使用强化混凝处理低温低浊水的方案．较水厂现有单纯投加聚合氯化铝，可大幅降低沉淀出水浊度，形成的矾花较大且密实．是一种高效助凝剂。
② 阳离子型高分子助凝剂HCA易水解．它和聚合氯化铝复配操作简单，不再需单独的溶解．搅拌设备，直接在矾液池即可；而硅酸活化需加酸、聚丙烯酰胺需加碱。因此该药剂较活化硅酸、
聚丙烯酰胺配制简单，投加方便，无需增加水厂土建费用，应用于水厂低温低浊水的处理，是经济、有效可行的。
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降低低温低浊湘江原水中浊度试验研究
汪彩文 ， 孙士权 ，任伯帜。， 王旭东。
(1．长沙理工大学水利学院，湖南长沙410076；2．湖南科技大学土木学院，湖南湘潭411201；3．深圳水务集团，广东深圳518030)
摘要：文章针对低温低浊湘江原水浊度难于处理状况，寻找降低浊度的方法。通过强化混凝、预氧化工艺处理原水的试验研究表明：低温低浊时，在相同条件下，三氯化铁比硫酸铝和碱式氯化铝的除浊效果要好，但是三氯化铁处理原水浊度受pH值、GT值、投加量和助凝剂的影响。中性水环境条件下，原水经处理后残余浊度最低；三氯化铁投量为0．14mmol／L时处理效果最佳，对水中浊度去除率高达97．5%。 高锰酸钾预氧化对三氯化铁处理原水浊度起到强化作用，对浊度去除率可提高2．1％。
关键词：低温低浊； 湘江原水； 强化混凝； 预氧化； 浊度
中图分类号：X131．2 文献标志码：A 文章编号：1003—6504(2008)12—0063—04
水中的有机物与病毒往往吸附在悬浮颗粒物的表面，浊度不仅反映水中悬浮颗粒物的浓度，也体现水中有机物和病毒的含量。据王洪山等对天津自来水及其水源水的长期监测中发现有机物种类及其总量与浊度有明显的相关性，降低浊度能够提高饮用水的安全稳定性。
目前，关于低温低浊水还没有明确的定义，刘继平等认为在一段时间内温度<10℃或者浊度<30NTU的地表水称为低温低浊水。湘江流域长沙段低温低浊水具有如下水质特 ：(1)水温一般在0～10度之间变化；(2)浊度通常晴况下<30NTU，pH一般在7．0-8．0；(3)水处理过程中混凝剂消耗量大；(4)形成的絮凝体细小，松散，不易下沉等。
低温低浊水的浊度难于降低的主要原因：(1)水温过低不利于混凝剂的水解，现在大部分水厂所用的混凝剂为铁盐和铝盐，它们水解都是吸热反应；(2)低温水的粘度大，絮体颗粒碰撞凝聚的难度大，影响絮凝体的成长；(3)水化膜作用强烈，颗粒间排斥作用力增强；(4)低浊意味着水中>1um的颗粒物质少，这样水中微细颗粒就缺少起粘附作用的“絮凝核”；(5)由于水中天然有机物的存在，水中胶体被天然有机物膜包裹，稳定性增强，常规给水处理工艺对其难于去除。
1 实验内容及方法
1．1 混凝试验
静态混凝试验，加入0．04mol／L(以铁、铝离子的量计)的混凝剂； 在300r／min，150r／min，75r／rain情况下分别搅拌lmin、5min、l0min，静止沉淀15min，取上清液进行相关水质指标分析。在等当量铁、铝离子情况下，针对湘江水选取最佳混凝剂。
1 2 不同GT值强化混凝试验
三种水力条件下均采用4阶段混凝，分别是：250r／min，150r／min，70r／min分别搅拌l、2和10min(水力条件1)；200r／min，100r／min，70r／min分别搅拌l、5和lOmin(水力条件2)；300r／min，150r／min，70r／min分别搅拌l、5和10min (水力条件3)。静止沉淀15min取上清液测浊度。
1．3 投加聚丙烯酰胺强化混凝试验
聚丙烯酰胺(PAM)，浓度为0．1％。选择混凝剂以后，投加助凝剂PAM，研究其对主混凝剂的助凝效果。助凝剂投加点在混凝后3min，助凝条件与此阶段混凝条件相同。
1．4 改变pH值强化混凝试验
调节源水的pH值，研究pH值对混凝效果的影响。
1．5 预氧化试验
在混凝搅拌之前加入高锰酸钾预氧化，研究其强化混凝去除水中浊度实验。预氧化工况为快速搅拌(300r/min)反应10min。
1．6 实验药剂与试验仪器。
试剂：天津市大茂化学试剂厂生产的分析纯的FeCI36H20，相对分子量为270．5。长沙市分路口塑料化工厂生产的分析纯的A12(SO4 )•18H20，相对分子量为666。碱式氯化铝溶液(PAC)，浓度为10％(以三氧化二铝计)。现配高锰酸钾溶液，浓度为0．1％。10％盐酸溶液(体积分数)。10％氢氧化钠溶液(质量分数)。上海市化学试剂采购供应站生产的分析纯聚丙烯酰胺。仪器：DJ一6CS型精密六联电动搅拌器，STZ—B24型浊度仪，水浴锅，上海雷磁PHSJ—3F型pH计等。
2 结果与讨论
2．1 强化混凝效果
2．1．1 不同混凝剂去除浊度效果
试验期间湘江原水的平均浊度为14．85NTU，平均水温l0℃。三氯化铁、硫酸铝、聚合氯化铝除浊效果如图l所示。

由图l可知，针对湘江水质而言，以三氯化铁作为混凝剂时处理效果最佳，对浊度的去除率比PAC平均高2％，而硫酸铝对浊度去除率最低，平均比三氯化铁低3．7％。在实验中铁盐混凝剂形成的矾花大而密实，沉降速度比铝盐水解形成的矾花快，且絮体的抗水流剪力的破坏作用强。这与Crozest等的研究结果类似。其原因可能是，尽管铝盐的水解产物的比表面积[200～400m2／g AI(OH)3】大于铁盐的水解产物的比表面积[160—230m2／g Fe(OH)3]，但是相近剂量的铁盐的水解产物产生Fe(OH)3的量是铝盐水解产生的 2.8倍。
王占生 等认为三氯化铁混凝消耗的碱度比硫酸铝大2倍，而较低的pH值对增加正电荷数量和提高腐殖酸聚合物是有利的，同时也有助于金属氢氧化物对颗粒物的吸附，同时也改变处理对象的带电状态。
2．1．2 三氯化铁用量与去除浊度效果关系
不同投量下三氯化铁的除浊效果见图2。

由图2知，随着三氯化铁投药量加大，浊度的去除率稳步上升，在0．04～0．06mmol／L(以铁盐计)投量的范围内，去除率为90％左右。当投药量的进一步加大，浊度的去除效果会更好，在0．14mmol／L的投药量下达到97．5％。主要是大投量下，生成大量铁盐氢氧化物加强了网捕絮凝效果。
2．1．3 不同GT值强化混凝去除浊度效果三种水力条件下除浊效果见图3。

由图3可知在混凝条件3下混凝除浊效果最好。
对于铁盐混凝剂而言，快速混合阶段主要是使药剂快速均匀的分散于水中，以利于混凝剂快速水解聚合以及胶体颗粒的脱稳，此阶段反应过程十分迅速。在絮凝阶段，依靠水力搅拌促使颗粒碰撞絮凝，脱稳胶体主要通过同向絮凝凝聚。水力条件l的速度梯度分布均匀，反应时间适中，电性中和与吸附架桥联合作用明显，形成的絮体密实且不易破碎，从而有利于沉降。
2．1．4 PAM强化混凝去除浊度效果
确定三氯化铁的投加量为0．04mmol／L，PAM 的投加量分别为0、0．02、0．04、0．06、0．08、0．1mg／L，投加点为混凝后3min。PAM强化混凝效果见图4。

由图4知，PAM 对三氯化铁的助凝效果不明显。在0．06mg／L的投量下对浊度去除率反而下降了5％～6％。这可能是：加人的PAM包裹在胶体表面，形成了胶体保护作用，反而不利于混凝。但投加PAM 后絮凝体积增大，沉降速度加快，可能是PAM 吸附架桥使得铁盐水解产物互相聚集从而形成大的胶体颗粒物，根据Stokes[n公式： =(P–P0/18u)gd2
可见增大颗粒尺寸能够提高颗粒的沉降速度。
2．1.5 pH值对混凝效果的影响
用10％的盐酸溶液(体积分数)和10%的氢氧化钠溶液(质量分数)调节原水的pH值，三氯化铁的投量为0．04mmol／L。调节原水pH后强化混凝除浊效果见图5。

由图5可见pH值对三氯化铁混凝效果影响 分明显，随着pH值的升高，浊度去除率逐步增大，在中性条件下浊度去除率达到了最佳，而后在pH为9．8左右时去除率最低，整体上三氯化铁在偏碱性条件下对浊度去除效果差。Jemes．K．Edzwardt等认为：在低pH值时，水解产物混凝形成的产物具有较高的正电荷，在低pH值时金属盐的水解产物的平均正电荷比高pH时高，有利于电性中和作用。同时，形成的金属水解产物有网扫絮凝作用。
2．2 预氧化强化混凝去除浊度效果
确定三氯化铁的投加量为0．04mmol／L，高锰酸钾的投加量为0,0．5、1．0、l-5、2．0、2．5mg／L，快速搅拌(300r／min)混合，反应时间为lOmin。预氧化效果见图6。

高锰酸钾在1．0mg／L投加量下，浊度的去除效果最好，而随着高锰酸钾投量的进一步加大去除率却下降。主要可能是：由于颗粒物质表面上的负电荷由溶解性的有机物吸附产生的份额是颗粒粘土矿物所占份额的100倍，高锰酸钾预氧化去除了包裹在悬浮颗粒表面的有机物，降低了颗粒间的静电斥力，强化了混凝效果。而随着高锰酸钾投量的加大，浊度去除效果呈现出下降趋势，主要是高锰酸钾在水中生成新生态的二氧化锰固相物质，造成了浊度的上升。
3 结论
(1)针对低温低浊的湘江水而言，采用三氯化铁混凝除浊效果明显，混凝剂在0,04～0．06mmol／L投药量下除浊效果相当好，平均在90％以上。实验中铁盐水解形成的矾花大而密实，沉降速率快，絮体不易破碎。
(2)PAM 强化混凝效果不明显，在PAM 投量为0．06mg/L．的情况下出现了除浊效果的大幅度降低，降幅达到4．9％。
(3)通过改变原水的pH值能够强化对低温低浊湘江水的除浊效果，在中性条件下三氯化铁的混凝除浊效果最好。
(4)高锰酸钾预氧化对湘江水的强化混凝除浊效果明显，高锰酸钾在lmg／L投量下混凝效果最佳。

强化混凝处理低温低浊北渡水研究
李潇潇 ，张跃军 ，赵晓蕾 ，孙彬 ，苏功建 ，陈雨
(1．南京理工大学化工学院，江苏南京 210094；2．波市自来水总公司，浙江宁波315041；3．南京市自来水总公司城南水厂，江苏南京210036)
[摘要]报道了对低温低浊的宁波北渡水进行强化混凝处理时，混凝剂及混凝搅拌条件的优化选择过程及结果。通过混凝烧杯实验．比较了聚合氯化铝、硫酸铝、聚合硫酸铁、两种市售药剂对该水的混凝脱浊效果，同时考察了强弱两种混凝搅拌条件对混凝效果的影响。
【关键词]低温低浊水；混凝剂；强化混凝；脱浊
[中图分类号】x703 [文献标识码】B [文章编号】1005—829X(2007)07—0042—03
低温低浊水是给水处理工程中难处理的水质之一，采用常规混凝工艺处理，经常达不到后续水处理设备的进水水质要求。国内外常用的低温低浊水处理技术有气浮技术、泥渣回流技术、微絮凝技术、磁力分离技术等⋯。但由于这些方法工艺操作复杂、成本高而不能推广使用。强化混凝法特点是处理成本低、效果好、操作和维修方便、选用了最适用于原水水质的混凝剂及混凝搅拌条件 。
宁波某水厂制水能力35万t／d，其水源取自北渡河的上游。北渡河引水为宁波近郊水库的原水，水源经河段流入水厂，该水源在冬春季受污染较小，浊度<3 NTU，温度<10 ℃。此类水源很难处理，即使增大一般铝盐混凝剂的投加量。净化后的水质仍很难达到国家饮用水的标准，给宁波某水厂自来水生产带来了较大困难。
笔者通过混凝烧杯实验。比较了在强弱两种混凝搅拌条件下聚合氯化铝(PAC)、硫酸铝(AS)、聚合硫酸铁(PFS)、市售药剂1、2对低温低浊北渡水的混凝脱浊效果。为宁波某水厂的实际生产提供了参考。
1 试验部分
1．1 仪器与试剂
仪器：散射式浊度仪，Qz201型，苏州青安仪器有限公司生产；六联程控搅拌仪，TA6一Ⅱ型，武汉恒岭有限公司生产。
药剂：PAC，液体，AI203质量分数10％；PFS，液体，Fe 质量分数12％ ；AS， 固体，Al2O3质量分数15．8％；市售药剂1，Al2O3质量分数5％；市售药剂2，Al2O3，质量分数10％。以上药剂均为工业品。药剂的配制：以Al2O3，或Fe3 计，把各无机药剂稀释为1％的溶液投加。
北渡水水样取自宁波某水厂水样取水点，一次取足量水样。在10～20 min内取完。以尽量保证水质的一致性。原水温度6～8 ℃，浊度为2．0～2．8 NTU。
1．2 混凝除浊性能评价
1．2．1 基本操作方法
在一组烧杯中加入1 000 mL水样后置于六联搅拌仪中。按一定程序搅拌后静置沉淀10 min和30 min．于液面下约2 cm处取上清液测定其浊度。
1．2．2 混凝搅拌强度的选择
选择与宁波某水厂实际生产混凝强度较为接近的搅拌条件：以200 r／min搅拌15 s时。投加混凝剂。先以200 r／min搅拌1 min．再以60 r／min搅拌9 min，最后沉淀。此条件定为搅拌条件1。即弱混凝搅拌条件。
另外。选择一个相对较强的混凝搅拌强度与前面的搅拌强度进行对比。以考察两个混凝条件对混凝脱浊效果的影响。该搅拌条件为：以300 r／min搅拌15 8时，投加混凝剂。先以300 r／min搅拌3 min，再以100 r／min搅拌3 min。再以30 r／min搅拌
3 min，最后沉淀。此条件定为搅拌条件2。即强混凝搅拌条件。
2 结果与讨论
2．1 弱搅拌条件下各混凝剂的脱浊效果
选取目前国内给水处理最为常用的几种无机混凝剂(PAC、PFS、AS以及宁波市水厂所用的两种市售药剂(1、2)对低温低浊北渡水进行脱浊处理，按搅拌条件1进行混凝烧杯实验，分别于沉淀10 min与30 min时取上清液测浊度，结果见图1、图2。

从图1和图2可以看出。在弱搅拌条件下。沉淀10min。各混凝剂对北渡水基本没有脱浊效果，剩余浊度甚至还高于原水浊度。沉淀30 min．除PFS在投加质量浓度为3 mg／L时达到1．5 NTU的最低剩余浊度外，其余混凝剂脱浊效果均不明显。冬季北

渡水呈典型的低温低浊水特征。其难以混凝处理的原因有两个方面：一方面。较高的絮凝速度是迅速生成较大絮凝体的必要条件，凝聚速度取决于单位时间内的颗粒碰撞次数与有效碰撞率，而颗粒碰撞次数又与其运动速率有关。由于冬季北渡水水温较低。水分子问的热运动能量减少，颗粒间的碰撞机会也就减少，因此凝聚化学反应速度也随之减慢。而此时北渡水水质好，浊度较低。水中颗粒数目少，所以碰撞的次数也少。另一方面。水温对混凝剂的水解反应有明显的影响，低水温使水解反应速度减缓。此时混凝剂的分散性较差．混凝剂与胶体颗粒的接触机会减小。电中和作用降低。不利于絮凝体的形成和长大。由于不能沉淀的微小絮体引起更强的光散射。导致剩余浊度还可能会高于原水浊度。搅拌条件1的特点，在于快搅强度不高。时间短，而慢搅时间较长，着重于慢速搅拌，总体来说搅拌强度较低。一般来说。快速搅拌有助于药剂的迅速分散和反应的发生。慢速搅拌有利于吸附作用的进行。对低温低浊北渡水来说，由于搅拌条件1快搅强度小，时间短。混凝剂的分散反应不充分。由于混凝剂分散不好，水解产物形成不完全。慢速搅拌下的吸附也就难以进行。因此在弱搅拌条件下。各混凝剂处理后絮凝体较疏松．沉降性能差，脱浊效果也就差。除PFS在投加量为3 mg／L时达到1．5 NTU的最低剩余浊度。其余各混凝剂处理后浊度相对于原水均不同程度地有所上升。
2．2 强搅拌条件下各混凝剂脱浊效果
使用上述5种混凝剂，按搅拌条件2进行混凝烧杯实验，分别沉淀10 min和30 min，取上清液测得浊度。结果见图3、图4。从图3、图4可以看出，在强搅拌条件下，沉淀10 min或30 min后各种混凝剂大都存在一段最佳的投药范围。在各自的最佳投药剂量下．可达到各自所能达到的最好脱浊效果。投加

PFS质量浓度1．75 mg／L处理后沉淀30 min所能达到的最低剩余浊度在0．5 NTU以下，远低于搅拌条件1下沉淀30min投加量为3mg／L时达到的15NTU的余浊，这充分说明，在搅拌条件2下的混凝脱浊效果要明显优于在搅拌条件1下的混凝脱浊效果。其原因可能是：搅拌条件2相对于搅拌条件1快搅强度大，时间长，同时存在中速搅拌的过渡。K．Ebie等研究发现，较高的快速搅拌对混凝效果的影响较大，在低温下，快搅强度大，可使混凝剂迅速分散于水中，并加快水解反应的进行，促进了小颗粒的脱稳过程。同时也促使水中较大颗粒之间的碰撞和接触。也就有利于絮体的成长。因此，适当强的混凝搅拌强度有利于低温低浊水的混凝，可以在一定程度上改善各混凝药剂对低温低浊北渡水的混凝脱浊效果。
2．3 各药剂混凝脱浊效果分析
5种混凝剂中，除了PFS以外，其他4种均是含有铝盐的混凝剂．其中两种市售药剂为复合聚铝产品。各药剂在不同混凝强度下，在最佳投药量下所能达到的最低剩余浊度见表1。由表1和图1～图4可看出，PFS的最佳投药范围相对于其他无机混凝剂都要宽，在1．75～3 mg／L的药剂投加量下，剩余浊度均可达到0．5 NTU左右。因此，相比于其他铝盐混凝剂．PFS在处理低温低浊北渡水上有较为明显的优越性。
从水溶液化学与絮凝作用上讲，聚合铝盐和聚合铁盐混凝剂具有许多共性。它们都是以其水解产物对水中颗粒或胶体污染物进行电中和脱稳、吸附架桥或黏附卷扫而生成粗粒絮凝体由重力作用沉淀而发挥脱浊作用。铁盐和铝盐均具有强的水解、聚合及沉淀能力，但是，铁盐生成的最终产物氢氧化铁相对密度较大，表面积大，极具吸附力，而且，铁盐的水解较铝盐受温度影响要小。在处理低温低浊北渡水时，PFS水解速度比铝盐快，同时形成的絮体吸附量大、结构紧凑致密、强度大，混凝沉降物沉降速度快，从而大大提高了混凝效果。
3 结论
比较了聚合氯化铝(PAC)、硫酸铝(AS)、聚合硫酸铁(PFS)、两种市售药剂对低温低浊北渡水的混凝效果．同时考察了强弱两种混凝搅拌条件对混凝效果的影响，得到如下结论：
(1)对浊度为2．5 NTU左右、温度为6℃的低温低浊北渡水，在原有搅拌条件下，除PFS在投加质量浓度为3 mg／L时能将浊度降至1．5 NTU。其他混凝剂均没有明显的脱浊效果。因此，对低温低浊北渡水，在混凝强度无法改变的情况下，用PFS作混凝药剂能取得一定的混凝脱浊效果。
(2)在强搅拌条件下，各混凝剂均有各自的最佳脱浊投药范围。在处理低温低浊北渡水时，适当加强

混凝强度。选择适合该水源水质的混凝剂可利于其混凝过程中微细颗粒之间的碰撞、吸附和聚沉，达到较佳的混凝脱浊效果。

低温低浊水处理技术的研究应用
郭玲，陈玉成
(1西南大学资源环境学院2重庆市自来水公司，3重庆市农业资源与环境研究重点实验室）
摘要：低温低浊水处理是净水技术的一个难点，从水温、水中微粒浓度及有机污染物三个方面分析了这种水质难于处理的原因。基于众多水处理工作者的试验研究与实践，对多种低温低浊水处理技术、药剂优选技术、泥渣回流技术、微絮凝技术、气浮技术与强化混凝技术进行了综述。
关键词：低温低浊水；处理；混凝；浊度

1 引言
低温低浊水的处理是给水处理工程中的难题之一，一直困扰着给水界。给水处理领域中对低温低浊水尚没有确切的定义，我国北方气候寒冷，冬春季节水温可降至0～2℃，浊度降到10～30NTU（有时10NTU以下）；我国南方地区以长江水系为代表每年随着冬季的到来，水温和浊度逐渐下降，水温一般在3～7℃，浊度一般在20～５０ＮＴＵ之间变化，把每年１１月至次年３月温度低于１０℃或浊度低于３０ＮＴＵ的地表水称为低温低浊度水。这种低温低浊水很难处理，即使增大混凝剂投加量，净化后的水质仍很难达到国家饮用水的标准。为此，我国通过２０多年的科学试验和生产实践，基本攻克这一技术难关，获得了显著的成果。
２低温低浊水难以净化的原因
２．１水温的影响
低温对混凝剂水解速率影响很大，低水温使水解反应速度减缓，在常见的混凝剂中，铝盐较铁盐受水温影响大，以常用的硫酸铝为例，当水温为０℃时，硫酸铝水解速率只是５℃时的２／３～１／２。低温水的粘度大，液层间的内阻力大，单位时间单位体积颗粒的碰撞次数减少，不利于水中微小颗粒碰撞、凝聚和絮凝体的成长，絮凝速率和颗粒沉降速度也减小。
低水温减弱微粒的布朗运动，水分子间的热运动能量减弱，不利于微粒间碰撞凝聚。水温低，胶体的溶剂化作用增强，颗粒周围水化膜加厚，粘附强度降低，妨碍其凝聚。低温时气体的溶解度大，形成的絮凝体密度降低，溶解气体大量吸附在絮凝体周围，也不利于其沉淀。
２．２水中微粒浓度的影响
低温条件下源水浊度越低，给水工艺在运行中的药耗越高，处理难度也越大。研究认为在任何水体中，保证单位体积内颗粒的数量和有效碰撞的次数是至关重要的，而良好的混凝处理效果是基于混凝过程中微粒具有较多的碰撞机会，由于低浊时单位体积内颗粒密度小，水中微粒浓度很低，导致部分微絮体失去了碰撞凝并的条件，势必影响混凝处理过程的正常进行。
２。３水中有机污染物的影响
国内外的研究结果表明，地表水中的有机物对水体中胶体的稳定性具有重要影响，有机物显著地增加了胶体的表面电荷，影响胶体颗粒间的结合，低温低浊水中的微粒尺寸都较小使这种作用更明显。低温低浊水中一般粘土、砂等铝硅酸盐矿物很少，而有机物颗粒在总颗粒中所占的比例很大。研究表明，源水中颗粒物质表面上的负电荷由溶解性有机物吸附所占的份额是粘土等矿物所占份额的１００倍。因此通过加大混凝剂的投加量，中和低浊水中颗粒物质表面上的负电荷来达到絮凝目的是很难的。
３ 低温低浊水处理技术
３．１ 合理选择混凝剂与助凝剂
３．１。１ 优选混凝剂
目前低温低浊水处理的混凝剂一般可采用聚合氯化铝或硫酸铝。张海龙等通过试验比较了复合铝铁与硫酸铝对低温低浊水的除浊效果，结果表明：用复合铝铁代替硫酸铝处理不仅除浊效果好，可明显延长滤池的工作周期、节省自用水量，并且对净水pH值及剩余铝均有好处。王红宇等用聚合氯化铁（PFC）絮凝处理低温低浊水的研究表明：PFC比传统混凝剂FeCI3处理低温低浊水更有效，且低温减少了其用量。王德英等用聚硅酸硫酸铝（PSAA）作混凝剂处理低温低浊水的试验表明：该混凝剂用量少，pH适用范围较宽，具有良好的混凝性能，能有效处理低温低浊水。胡子斌等用自制的聚硅酸铁（PFS）与硫酸铁分别作混凝剂处理低温低浊水，对比实验表明：与投加硫酸铁或硫酸铁2聚硅酸助凝剂相比，PFS投量少，投加范围宽，形成矾花迅速而粗大，沉降速度快，能有效地处理东北地区的低温低浊水。
3.1.2投加助凝剂
对于低温低浊水处理，用单独的铝及铁盐作混凝剂效果并不好，因为水温低，形成的强水化氢氧化物比较稳定，而絮凝体产生的速度却很慢，导致了混凝剂的大量使用。目前，很多水厂都配合采用助凝剂。投加高分子助凝剂，不但提高了凝聚效果，还可减少混凝剂用量达30～40%以上，但投加时应注意合理的选择混凝剂和助凝剂的投配比例和投加点。
目前国内高分子助凝剂主要有聚合铝，活化硅酸（水玻璃），聚丙烯酰胺等，其中应用最多的是活化硅酸。王银涛等比较了投加聚铝PAC＋改性活化硅酸与单独投加ＰＡＣ投加ＰＡＣ＋活化硅酸净化低温、低浊水的效果，生产应用表明，使用改性活化硅酸不仅除浊效率高，且可提高３０％的产水量，降低５０％的混凝剂投加量，降低净化成本约１５％。胡万里等用骨胶处理冬季松花江水的研究表明，骨胶作为助凝剂与硫酸铝共同使用，处理低温低浊水很有效。王桂荣等研究了聚合二甲基二烯丙基氯化铵（ＨＣＡ）、活化硅酸、聚丙烯酰胺三种不同助凝剂处理汉江水源冬季的低温低浊水的效果，结果表明先加助碱剂以调节pH值，再用(HAC)与聚合氯化铝（PAC）配伍使用，大大改善了混凝效果，较单独投加PAC,，可大幅降低沉淀出水浊度（出水浊度2.2NTU左右），且聚合铝投加量比使用另两种助凝剂（出水浊度约3.5NTU）降低了40%左右，该药剂配制、投加方便，可广泛应用于低温低浊水的处理。
3.2泥渣回流法
当原水浊度对水处理影响颇大时，采取污泥回流法可以取得较好效果。泥渣回流技术是利用机械搅拌加速澄清池的泥渣回流特点来增加原水浊度，弥补冬季原水浊度低的缺陷，以增加水中胶体杂质微粒碰撞的机会，从而加快絮凝作用，提高絮凝反应效率，以达到净化低温低浊水的目的。泥渣回流除能提高原水中颗粒浓度，增加颗粒碰撞机会，提高混合反应速率外，还可充分利用沉淀池污泥的剩余吸附能力，提高絮凝效率。机械循环澄清池、水力循环澄清池和向反应池中投加粘土等都具有这种效果。刘继平等试验发现，将沉淀池的污泥回流入混合设备，可提高低温低浊水反应沉淀效率，降低混凝剂用量，这实际相当于提高了进水浊度，同时利用了沉淀池污泥的剩余吸附能力。
3.3微絮凝接触过滤法
又称直接过滤法，是省去沉淀过程而将混凝与过滤在滤池内同步完成的一种新型接触絮凝过滤工艺技术。微絮凝接触过滤法的原理是：滤池上层滤料空隙甚小，滤料表面有一定的化学特性，在源水中投加混凝剂、助凝剂后，立即直接进入滤池，在滤料层中形成微小絮凝体，其中一部分被截留，另一部分被滤料吸附，呈现具有微絮凝接触吸附过滤作用，从而实现除低浊的目的。絮凝剂的选择应用直接影响着微絮凝直接过滤工艺的实际运行效果及运行费用。Dempsei等报道了聚合铁去除浊度、富里酸、低温、低浊时比铝盐更有效且用量少。李桂平研究表明，采用微絮凝深床直接过滤工艺，聚合铁比聚合铝形成絮体更快，絮体更密实，抗剪切力更好，滤池的水质周期和水头周期更长，且达到相同处理效果时，聚合铁的投药量和所需床深都明显低于聚合铝。李冬梅等采用微絮凝深床直接过滤技术，分别用无机混凝剂和阳离子高分子聚合物处理低温低浊水，试验表明：当水温t＞4～５℃与浊度Co＜4NTU时，不宜单独采用无机混凝剂AS、PAC，而投加阳离子高分子聚合物作主絮凝剂或助凝剂不仅能优化出水水质，延长滤程，提高产水量，且能显著降低药剂成本，减少污泥体积。另有研究表明不投加助凝剂也能实现微絮凝接触过滤，吕春生等发展了微絮凝拦截沉淀池技术（用一种耐浸、高吸附的天然植物作为拦截材料）来处理低温低浊水，该技术实现了颗粒的吸附碰撞、接触凝聚和聚集沉淀的多过程协同作用，具有高效除浊效果。胡江泳等用生物陶粒做填料采取接触氧化法处理低温低浊微污染源水，取得较好效果。
3.4 溶气浮选法
我国东北地区寒冷季节长，但在雨季河水浊度又可高达几千度，给水处理带来困难。根据这一特点，研究开发了一种新型水处理构筑物———浮沉池，它将气浮和沉淀相结合，既利用气浮处理低温低浊及高藻时的良好效果，也可用沉淀来处理较高浊度的原水。这种池型已在东北地区水厂中采用近10年，取得了较好效果。该法是利用压力溶气水骤然减压释放大量的微细气泡与原水加药混凝产生的絮体粘附在一起，使其整体密度小于水的密度，使带气絮体浮至水面，形成浮渣，由刮渣机清除，达到除浊目的。王承春等采用在沉淀池后增设部分回流平流式溶气浮选池对牡丹江冬季的低温低浊水（0～３℃、３０。８～４６。２ＮＴＵ）进行处理，其气浮池出水浊度可达到小于２。３ＮＴＵ。孙志民等通过小型生产性试验发现，新型侧向流斜板浮沉池处理低温低浊水时，运行气浮工艺，其出水浊度、色度、ＣＯＤＭn以及投药量等指标均优于沉淀工艺。
3.5其他强化混凝处理技术
3.5.1高锰（铁）酸盐复合药剂法
前已述及，有机物的存在使低温低浊水更难以处理，而预氧化处理能够有效提高常规混凝工艺效率，其主要原因在于氧化剂能破坏无机胶体颗粒表面的有机涂层，从而降低其稳定性。高锰（铁）酸盐复合药剂法正是基于此点提出的。该药剂由高锰（铁）酸钾（主剂）和其它多种药剂（辅剂）组成，在处理微污染水体中表现出极好的协同作用，针对低温低浊水体，其助凝、助滤、去除有机污染物的效果尤其明显。马军等用具有一定氧化能力的高铁酸盐复合药剂作混凝剂，强化混凝处理低温低浊的松花江水，沉淀后的浊度可降到2～4NTU，滤后浊度达到小于0.5NTU。梁恒等考察了高锰酸盐复合药剂（PPC）安全强化低温低浊水的处理效能，试验表明：PPC预处理技术在助凝、助滤、去除水体中有机污染物等方面都具有比预氯化更好的处理效果，该项技术对于低温低浊水处理具有很好的应用前景。
3.5.2微蜗旋混凝低脉动沉淀技术
该技术利用微蜗混合器造成高比例高强度的微蜗旋，其强烈的离心惯性效应可保障混凝剂瞬间进入水体细部，完成宏观和亚微观传质扩散，使胶体脱稳迅速、充分，从而强化了混合反应和混凝过程。赫俊国等运用微蜗旋混凝低脉动沉淀技术，对松花江和嫩江两大水系低温低浊水进行试验表明，该新工艺较原工艺处理量提高了30.8%，投药量减少26.7%，新工艺沉淀池出水浊度在3NTU以内（原工艺沉淀池出水浊度在5.7～11.7NTU）。
3.5.3活性砂絮凝工艺
20世纪60年代，匈牙利学者以高分子聚合物活化了的粉砂做絮凝的悬浮接触介质，进行了强化絮凝的研究，目前此项研究成果已在法国应用。该工艺是在混凝反应阶段投加高分子活化粉砂，以克服水中杂质颗粒在数量和质量上的不足和低温的不利影响；同时利用高分子良好的吸附架桥作用，形成以粉砂为核心的密度较大的絮体颗粒，改善澄清效果。姜安玺等通过在混凝阶段投加经高分子聚合物活化的粉砂作絮凝介质处理低温低浊水的试验发现，活性粉砂和聚合铝联合使用比单独用聚合铝出水效果好，可明显改善低温低浊水处理效果，具有良好的应用价值。
3.5.4 混凝设施的强化
高效、经济的混凝剂对混凝作用固然重要，但同时须在水处理设施上提供良好的混凝条件以利后续工艺的高效运行。目前应用于许多水厂的旋流—网格絮凝池即能达到这种作用。该设施先使加药原水流入旋流器使水流形成有序涡旋，增加颗粒间接触和碰撞几率，形成凝聚颗粒中心体，为后续凝聚颗粒成长、密实奠定基础；后进入小网眼的网格反应池，以破碎大涡旋，增加水流中微涡旋比例，为颗粒间接触粘附创造条件，同时多层网格，限制了凝聚颗粒的不合理长大，最大限度地消除了微小颗粒不易碰撞凝聚，或凝聚不稳定等因素；且凝聚颗粒在不断接触、破碎等反复碰撞时，可去除低温水或混凝剂水解反应所夹气泡，增加颗粒密实度，避免了轻、细颗粒的形成。孙吉吉应用旋流—网格混凝设施处理低温低浊水的试验表明，其在处理低温、低浊水中具有良好的混凝效果，出水效果稳定，产水效率高。
4 结语
近10年来，随着人们对水处理认识的不断提高，低温低浊水处理技术备受关注，如何更有效地处理低温低浊水，越来越引起重视。国内现有的几种低温低浊水处理技术，都各有优势，应用时要根据条件因地制宜选择应用；设计时要通过技术经济比较，择优选用。

ACTIFLO® 微砂加重絮凝斜管高效沉淀技术 - 北京第九水厂的沉淀池改造

张素霞1龚宇喆2徐扬1刘永康1解乃菊1吴勤2邢晋武2丁明亮2陈晓华2
（1 北京市自来水集团有限责任公司，北京 100031 2 威立雅水系统北京代表处，北京 100027）

摘要 针对北京市第九水厂原水低温低浊及高藻类浓度的水质情况和出水要求，综合考虑实际工程情况和远期水质状况，北京自来水集团决定采用法国OTV先进的ACTIFLO®高效沉淀池工艺对九厂二期A处理线沉淀池进行改造，改造后处理能力由原来的每天25万吨提高到34万吨，工艺调试期间的运行记录表明，ACTIFLO®高效沉淀池对难处理的密云水库低浊度，高藻类的原水有稳定且良好的处理效果。
关键词 ACTIFLO®高效沉淀池 微砂 斜板沉淀

ACTIFLO® High Efficiency Lamella Settler with Micro-sand Ballasted Floc Technology – Beijing No.9 DWTP Settling Process Refurbishment

ABSTRACT Focusing on the raw water characteristics (low turbidity, low temperature and high algae concentration) and treated water quality requirement, and considering the real construction condition and future raw water quality of Beijing No.9 DWTP, Beijing Water Works Group Co., LTD decided to use French advanced ACTIFLO® High Efficiency Lamella Settler as the new settling process. After the refurbishment work, the settling capacity is increased from 250,000 m3/d to 340,000 m3/d. The records of commissioning showed that ACTIFLO® High Efficiency Settler has a good performance to treat the raw water with low turbidity and high algae.
KEYWORDS ACTIFLO® High Efficiency Settler Actisand Lamella settling

ACTIFLO®工艺简介

沉淀技术是将可沉淀的悬浮物从水中分离出去的工艺。对每种悬浮物的沉淀都遵循了可计算悬浮物沉降速度的斯托克斯公式。对斜板沉淀池来说，哈真速度和在沉淀池内的停留时间是计算沉淀池尺寸最常用的参数。但是，每类斜板沉淀池都有镜向流速(表面负荷)和哈真流速的比率，因此可以说斜板沉淀池的大小是根据镜向流速计算的。

通过投加混凝和絮凝剂可加速悬浮物的自然沉淀。在搅拌器的机械作用下，通过投加混凝剂可以打乱水中胶体悬浮物的静电平衡。同样在在搅拌器的机械作用下，通过投加絮凝剂有利于悬浮物的附着并形成较重的絮体，这样就更优化了沉淀。

在众多的沉淀技术中，ACTIFLO®沉淀技术结合了：
• 重力絮凝将悬浮物附着在微砂上，然后在高分子协助剂的作用下聚合成易于沉淀的絮凝物。
• 斜板沉淀技术大大提高了水的循环速度，因此减少了沉淀池底部的面积。

微砂絮凝和斜板（管）沉淀均以被法国OTV公司广泛运用，这两种技术原理的相互结合大大加快了沉淀速度和减少了絮凝时间。

ACTIFLO®技术已被运用了数十年并被证明其工艺是行之有效和可靠的，包括应用在以下这些通常被认为难于处理的特殊情况下：

• 河水由于洪水而会导致突发的浊度和悬浮物浓度的升高，这种情况会在传统的沉淀工艺和污泥层工艺中引发问题；
• 低温而导致的絮凝困难；
• 原水中有高色度和低浊度而引发的轻微絮化；
• 藻类生长旺盛的原水。

和污泥床工艺不同的是，ACTIFLO®工艺的性能不会受到温度的快速改变而受到影响；这点已经在加拿大的两个并列的全规模的实际运行设施（微砂加速沉淀对比污泥层沉淀）中得到证明。

与气浮工艺相比较，ACTIFLO®工艺具有良好的去除藻类的能力。在英国的业绩中，藻类浓度高达25,000个／ml，去除率根据不同原水为85％到95%，。在巴黎的Neuilly sur Marne厂中，藻类的去除率在log2.0-log3.5。去除率高是因为如下两个原因:

• 与带有微砂的浆液混合可以机械破坏（或打断）藻类细胞；
• 微砂的加速沉淀可以使本可能漂浮的藻类（如一些青绿藻类）沉淀下来。

因为微砂的悬浮作用，ACTIFLO®工艺可以产生稳定的沉淀效果甚至在进水的水质变化非常剧烈的情况下亦可。例如：Marne河的浊度在洪水时可高达400NTU，经过该工艺沉淀后（Neuilly-sur-Marne）的水的浊度小于1NTU；在马来西亚的Selangor，当进水中的浊度在两个小时内从500NTU变化到1,500NTU时，其沉淀后出水的浊度保持在2－3NTU。在相近的情况下，污泥层工艺可能需要数小时去产生反应，因为污泥层工艺的凝聚性能需要一定的时间恢复。

采用ACTIFLO®工艺，只需要十分钟就可以完成絮凝，只需要少于20分钟的沉淀就可以获得良好的处理水水质。

微砂加速沉淀工艺运行非常灵活，该工艺的开启和关闭相对简单，可以应付处理流量有很大变化的情况。对于处理水质，则可以通过调节微砂的回流率来迎合原水水质的突变（如浊度峰值的产生）。调节微砂的回流率可以通过调节回流泵工作的台数来实现。

北京第九水厂改造工程



北京第九水厂日处理能力为1,500,000 m3，是北京市最为重要的饮用水水厂之一。

第九水厂的水源来自北京市密云水库。考虑到北京市水源紧缺的问题，第九水厂亦可定期引入河北水源，远期将处理南水北调水源，。

下表汇总了密云水库6年的重要水质参数

表1：密云水库水质

水样名称 1998年 1999年 2000年 2001年 2002年 2003年
取样日期 平均值 平均值 平均值 平均值 平均值 平均值
检验项目 计算单位 　 　 　 　 　 　
浑浊度 NTU 1.96 1.38 1.07 1.10 1.72 2.8
水温 ℃ 7 6 8 11 8 10
嗅和味 　 土腥味2级 土腥味2级 土腥味2级 土腥味2级 土腥味2级 土腥味2级
色 度 5 6 6 8 7 10
溶解性固体总量 毫克／升 211 205 205 199 215 214
藻类 万个／升 68.2 198.0 167.0 294.2 249.2 401.2
细菌总数 cfu／毫升 11 25 32
总大肠菌群 cfu／升 0 0 132

由上表可以得出结论：密云水库的原水特性是低温低浊，且藻类较多，属于处理难度较大的原水。第九水厂二期A系列原有的侧向流斜板沉淀池的处理效果并不十分理想，对于浊度的去除率仅在20%到40%左右，个别情况下甚至会出现原水通过沉淀池后浊度反而增加的现象。因此，为满足沉淀池出水的要求，第九水厂迫切需要对原有沉淀池加以改造。另外，由于第九水厂采用预处理构筑物与后续滤池合建的方式，因此新的沉淀池可使用空间受到限制，大大增加了改造的困难程度，并且新的工艺必须顾及所有的上游及下游的现有构筑物（例如：进水分配井和煤滤池）。

本次第九水厂的改造工程针对的是二期A系列的反应沉淀工序，综合考虑密云水库的原水水质， ACTIFLO®沉淀池能够最大限度的满足所有的实际工程情况，例如可使用空间有限，目前到未来的水质变化，严格的出水水质要求，藻类的去除等，使用ACTIFLO®工艺不需要对现有构筑物进行大规模的变动和改造，并留有适当的挖潜发展的可能。

改建完成之后，第九水厂二期A系列的处理能力会从现有的250,000 m3/d 增至340,000 m3/d ，处理能力增加36%。并保证处理后水质满足下表的规定：

表2：ACTIFLO®出水保证值

进水浊度 NTU ACTIFLO®出水浊度
0–100 < 1
100–500 < 2
500–1000 < 2
1000–2000 < 3
2000–3000 < 3

藻类去除率 >95%


第九水厂的改造工程采用4组ACTIFLO®沉淀池，其原理图如下：


图1：ACTIFLO®沉淀池原理图

每组ACTIFLO®均由下列部分组成：

混凝池
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混凝过程的动力学过程非常短，铝盐和氯化铁投加到混凝池中并因为搅拌的能量从而可以保证一个快速和完全的扩散作用。

混合池的容积可以保证在最大流量时的停留时间为3分钟。

投加池

粒径大约为80－100µm的微砂投加到投加池中，微砂持续更新已达到：

• 增加凝聚的几率,
• 保证合适的片状体以增加它们的增长速率和重量。

另外，对于通常由于低温水或泥浆水而导致的絮凝困难，微砂可以显著的增大反应范围而得到良好的处理效果。

在投加池中，水的搅拌是迅速和猛烈的。

投加池的尺寸可以保证在最大流量时停留时间为3分钟。


熟化絮凝池

熟化阶段的作用是为了形成大的絮凝体。

絮凝是一个物理机械过程，该过程由于分子间的作用力和物理搅拌作用而增强絮凝体的生长。

食品等级阴离子高分子电解质的投加可以通过吸附，电性中和和颗粒之间的架桥作用来促进絮凝体生成。

得益于微砂的加速絮凝，在相同的沉淀性能下，其速度梯度相当于10倍的传统的絮凝工艺。高的絮凝动力效用导致在搅拌时间有限和絮凝体积的有限的情况下颗粒间碰撞机率的增加。

柔和的搅动水体防止打断絮体。在该阶段中尽管其搅动强度小于先前的混凝阶段，但也足够能保持絮体的悬浮。 图2：熟化池中的絮体
熟化池的尺寸能满足在最大流量时其停留时间为8分钟。

沉淀池

沉淀效果的提高是基于：

• 微砂加速沉淀；
• 斜板的逆向流系统。

每隔沉淀池都安装有塑料（食品等级）蜂窝状的斜管模块。

在絮凝后，水进入沉淀池的底部然后从斜板底部向上方流动至渠道。颗粒和絮体沉淀在斜板的片板上并由于重力的作用滑下。

由于大的镜向速率和斜板的60度倾斜可以形成一个连续自刮的过程。所以在斜板上没有絮体的积累。

由于很好的水力条件，经验成熟的斜管尺寸及材质的选择，由熟化池产生的矾花质密易沉淀，由于沉淀池内污泥收集区的独特设计，
图3：斜板模块

大部分污泥在未进入斜管区时已沉淀下来，污泥不会大量的累积以至堆积在斜管内，会自滑至沉淀池的底部，所以ACTIFLO®沉淀池的斜管不需要如普通斜管沉淀池那样经常的停产冲洗。

沉淀后的上清夜经由分布在斜板沉淀池顶部的集水槽收集后，进入后续滤池进行进一步处理。

北京第九水厂的沉淀区表面负荷为42.5 m3/m2/h

微砂和污泥的排除以及泥沙分离

微砂加速沉淀的污泥沉淀在斜板沉淀池的底部。一个旋转的带有刮板把沉淀的微砂和污泥混合物刮向中心坑中。污泥循环泵一天24小时连续抽取集中在中心坑中的污泥以防止堵塞。

排除的流量的多少依赖于进水水质的情况。循环泵把微砂和污泥输送到水力旋流分离器中。在离心力的作用下，微砂和污泥进行分离：微砂从下层流中得到收集，污泥从上层流中溢出然后通过重力流流向污泥浓缩池。水力旋流分离器分离出来的微砂直接投加到投加池中继续参与反应。

微砂的粒度系数和水力旋流分离器的选择性能保证了微砂的分离和循环。通过水力旋流分离器的溢流损失的微砂不超过3g/m3处理水，这个损失可以每周进行投加补充。

排除的污泥中含有很少量的微砂，按照我们的经验，污泥中含有的微砂不会对污泥的性质和处理产生特别的影响，其污泥可以按照通常的给水厂中产生的污泥来进行处理而不需要特殊的要求。



图5：水力旋流分离器 图6：澄清水收集槽

ACTIFLO®调试运行结果分析

为了突出ACTIFLO®工艺善于处理低浊水的特性，对于调试运行结果的分析将重点针对密云水库原水和ACTIFLO®沉淀池出水的浊度值进行比较。

第九水厂二期原水浊度与ACTIFLO®沉淀池出水浊度通过分别设置在处理线进水井和ACTIFLO®沉淀池出水渠的三台浊度仪进行测定，浊度仪每秒钟取一次读数，每小时由人工记录一次进出水的浊度。

第九水厂8月11日调试运行结果如图7，8所示，当日调试水量为250,000 m3/d，混凝剂PAC的平均投加率为10.5 mg/l， 高分子絮凝剂的平均投加率为0.13 mg/l。
图7比较了8月11日当天的进出水浊度值，图8则进一步显示了ACTIFLO®沉淀池的浊度去除率。如图所示，8月11日当天第九水厂的进水浊度大致分布在1.6 NUT到2.2 NTU的区间内，经过ACTIFLO®沉淀池预处理后，出水的浊度小于0.8 NTU，且出水水质较为平稳。一天内大部分时间内，对浊度的去除率高于50%，


图7：8月11日进出水浊度值

图8：8月11日ACTIFLO沉淀池浊度去除率


图9和图10显示了整个调试运行期间内，ACTIFLO®沉淀池对于浊度的去除效果的日平均值。值得注意的是，尽管调试期间处理水量和药剂投加量是变化的且不规律的，ACTIFLO®沉淀池对于浊度的去除效果却相对稳定，浊度的去除率主要分布在50%到70%的区间内，出水浊度主要分布在0.5 NTU左右，满足对于沉淀池出水浊度的要求。


图9：调试期间ACTIFLO沉淀池进出水浊度

图10：调试期间ACTIFLO沉淀池浊度去除率

对于原水与处理后水中藻类的检验，采用传统的视野法，所得部分数据如表3所示
表3：藻类检测结果

项目 进水藻类 万个/升 处理后水藻类 万个/升 去除率 %
1 25.8 2.9 88.8
2 27.0 2.9 89.3
3 23.0 3.0 87.0

由于今年密云水库入库量大， 因此第九水厂原水中的藻类浓度相对较低，从而增加了处理的难度，应外，ACTIFLO®沉淀池仍处于调试阶段，有关工艺还可以进行进一步的优化从而提高藻类的去除率，第九水厂也认为，在没有任何附加除藻措施的情况下，藻类的去除率能够达到85%以上，对于沉淀池出水来说，也是相当理想的。

结论
第九水厂的调试运行结果表明，原水经ACTIFLO®沉淀池预处理后，浊度降到0.8 NTU以下，在不加高锰酸钾强氧化剂和没有前加氯的情况下，对藻类的去除率大于85%。对比传统的饮用水预处理工艺，ACTIFLO®沉淀池对于处理低浊度，高藻类的原水有更理想的效果，并且由于ACTIFLO®沉淀池构造紧凑，占地面积小，在空间有限的条件下有良好的适用性。

参考文献

1 Procédé et Installation de Traitement d’eau Décantation Faisant Intervenir du Sable Fin, Brevet Français Nr 8802288, 1991
2 E.PUJOL, M.VULLIERME, J.C.DRVOTON, J.SIBONY. Décanteur Actiflo à L’usine Neuilly-sur-Marne. TSM N o11. Nov. 1993.
3 E.GUIBELIN, F. DELSALLE, P.BINOT. The ACTIFLO® Process: A Highly Compact and Efficient Process to Prevent Water Pollution by Stormwater Flows Wat.Sci.Tech. Vol 30, No.1 pp. 87-96. 1994
4 C.PAFFONI, M.DELBEC, P.MILLARD, D.LETALLEC. Impact Prévisible du Traitement des Eaux Excédentaire de Temps de Pluie par Clarifloculation à Seine Aval. TSM N o 3. Mar. 2001.
5 A.FIORAVANTI, F. BOURDON. Décantation Primaire à Flocs Lestés des Eaux Usées Procédé Actiflo Cas Particulier de La Station D’épuration de Genève – Aïre II. L’EAU, L’INDUSTRIE, LES NUISANCES N o279 2004.
6 严煦世，范瑾初. 给水工程-第四版. 中国建筑工业出版社 1999. 254~276

阳离子聚电解质聚二甲基二烯丙基氯化铵的絮凝机理初探
田秉晖 ，栾兆坤，潘纲
中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室，北京100085
收稿日期：2006—03-23 修回日期：2007．04—09 录用日期：2007—08—10
摘要：以聚二甲基二烯丙基氯化铵PDADMAC(特性粘度分别为2．7，1．4，0．7)为絮凝剂，对比PAC和PFC。通过残余浊度、Zeta电位、FI絮凝指数的测定，研究了PDADMAC对高岭土悬浊体系(浊度分别为6000，1000，200和10 NTU)的絮凝特性，并对其絮凝作用机理进行了探讨．结果表明，PDADMAC的吸附构型决定其絮凝机理在较低初始悬浊物浓度下(200 NTU)为单个颗粒物表面吸附覆盖及其“吸附电中和”絮凝模型；在高浊条件下(>1000 NTU)为单颗粒表面(Monomer)部分吸附覆盖及其“吸附架桥”絮凝模型．
关键词：絮凝；阳离子聚电解质；聚二甲基二烯丙基氯化铵
文章编号：0253-2468(2007)11-1874-07 中图分类号：X131．2 文献标识码：A
1 引言(Introduction)
在水处理技术领域中，化学絮凝法具有操作简便、净化除浊效果好、投资运行费用低、适用性广等优点而得到广泛应用，成为众多处理工艺流程中不可缺少的前置单元操作技术．其中，阳离子型有机高分子絮凝剂具有：① 阳离子度高，分子量高，絮凝效能强，用量少，适用性广；② 可以根据需要引人不同官能基团(带电基团、亲水基团和疏水基团等)，可以任意设计阳离子度和分子量；③ 易于和其它无机混凝剂或助凝剂复合，制备多元高效复合絮凝剂等优点，已成为国内外高效絮凝剂及其理论研究的热点内容(Wandrey，1999；Matsumoto，2001；Zhao，2002；Pearse，2001)．
聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)是1种应用较广的阳离子型有机高分子絮凝剂(Bowman， 1979； Zhao， 2002； Tian， 2005a；2005b)．但是，以往研究中，人们更热衷于对阳离子型有机高分子絮凝剂的开发及应用，而对其应用基础研究重视不够(Yoon，2004；Besra，2003；Pascal，2005；Chen，2005)．对阳离子型有机高分子絮凝剂的反应特性和独特的絮凝性能等，在一定程度上仍沿袭传统无机盐和PAM 的絮凝反应及其凝聚机理，缺乏独立的深入研究，致使阳离子型有机高分子絮凝剂及其复合型絮凝剂在其结构设计、合成方法、物理化学改性以及复合应用过程中缺乏严谨的理论支持，导致研制开发随意性大，直接影响了高效产品制备及其絮凝效能．近年来，针对阳离子型有机高分子絮凝剂高效性的絮凝机理研究已经引起了国际上广泛的关注(Besra，2004；Zhu，2001；Harris，2000；Nishida，2002)．现有研究表明，吸附和吸附构型是影响阳离子型有机高分子絮凝剂絮凝机理的主要因素．但是，相对于传统无机盐和PAM 的絮凝反应，其基础应用理论仍有待于全面而系统地研究(Besra，2004；Zhu，2001；Harris，2000；Nishida，2002)．
本研究中，以PDADMAC(特性粘度分别为2．7，1．4，0．7)为絮凝剂，对比PAC和PFC，通过残余浊度，Zeta 电位，FI絮凝指数的测定，探讨了PDADMAC对高岭土悬浊体系(浊度分别为6000，1000，200和10 NTU)的絮凝特性，并对PDADMAC的絮凝作用机理进行了初探．
2 材料与方法(Materials and methods)
2．1 实验材料
实验所用特性粘度0．7的PDADMAC是40％的水溶液(Florage，SNF，France)，特性粘度2．7和1．4的PDADMAC是实验室合成．实验在(25±0．1)℃ ，1．0 mol•L NaC1溶液条件下进行．实验用水是由纯化净水装置(a Seralpur Pro 90C apparatuscombined with an ultrafiltration USF Elga laboratoryunit)制得的纯水．
2．2 絮凝实验
源高岭土悬浊液由高岭土(分析纯，北京化学试剂公司)和去离子水制得，浓度为100 g•L一．源高岭土悬浊液的粒度分布用激光粒度仪(Mastersizer2000，Malvern CO．，UK)表征，颗粒物粒径小于2m，平均粒径0．92 m．试验用人工配水由源高岭土悬浊液稀释得到，其中NaNO 和NaHCO，的浓度都是5×10～mol•L–1．在烧杯絮凝试验中，人工配水的高岭土浓度分别为10、200、1000、6000 mg•L–1．絮凝试验采用转速300 r•min 快搅1 min，转速40 r•min 慢搅l0min，絮体沉降30 min．残余浊度(RT)和Zeta电位分别用浊度计(HACH 2100N Turbidimeter，HACH，Loveland，Co．)和Zeta 电位仪(Zetasizer 2000，Malvern CO．，UK)测定．在搅拌和絮凝的过程中，通过蠕动泵在线连续取样，采用光散射分析仪(PDA2000，Rank Brithers Ltd．)测定絮凝指数(FI)．
3 结果(Results)
3．1 10 NTU的悬浊液絮凝试验
烧杯絮凝试验结果如图1所示．图1表明，PDADMAC絮凝剂对低浊水(10 NTU)的絮凝效果较差，远不如无机高分子絮凝剂PAC和PFS的絮凝除浊效果，而且分子量对其絮凝效能几乎没有明显影响．

3．2 2oo NTU悬浊液的絮凝试验结果
由图2(a，b)可见，对浊度200 NTU的悬浊液，PDADMAC的絮凝效能已明显提高，并开始好于PAC絮凝效果．而且随PDADMAC特性粘度提高，絮凝效能明显增加．但此时残余浊度仍较高(在90NTU以上)．而且最佳絮凝范围极小，易反稳．由图2(c)Zeta电位测定结果可见，PDADMAC絮凝剂的絮凝Zeta电位迅速由负变正，并且特性粘度越高越明显．最佳絮凝点时的Zeta电位接近于零．由

凝剂，大量研究和文献表明(Besra，2004；Zhu，2001；Harris，
2000；Nishida，2002)，最佳絮凝点的Zeta电位往往不在零电点处，这主要是因为无机高分子絮凝剂的絮凝作用主要取决于水解聚合形态的正电荷产生的“吸附电中和”作用，而水解聚合形态分子量较小，因此“絮凝架桥”作用能力较弱(Besra，2004)．而阳离子型有机高分子絮凝剂则不同，其巨大的分子量和柔性线性分子链，使其在絮凝过程中可以充分发挥“絮凝架桥”作用，而“吸附电中和”作用则弱得多，其絮凝作用机理与分子结构和阳离子官能团密度，以及水质条件、胶体颗粒物性质等密切相关(
Besra， 2004； Zhu， 2001； Harris， 2000； Nishida，
2002)．
聚合物附着在颗粒物表面有“环(1oops)”、“尾(tails)”和“链(trains)”等3种状态．一般，当有机高分子絮凝剂的吸附趋于“链”式吸附状态时，吸附机理趋于“吸附电中和”作用．而有机高分子絮凝剂的吸附趋于“环和尾”吸附状态时，其吸附机理趋于“吸附架桥”作用．结合本文Zeta电位和絮凝指数FI的结果，可以认为，PDADMAC的絮凝机理由其吸附构型决定．在较低初始悬浊物浓度下(200 NTU)，PDADMAC在单颗粒表面的吸附符合“链”吸附构型及其电中和絮凝模型(如图5所示)．此条件下，由于颗粒物数量较少，碰撞几率低，投加PDADMAC后，其分子链上的阳离子基团不能瞬间及时捕集到更多颗粒，结果在单个颗粒物表面大量吸附覆盖，使其吸附构型接近于“链”吸附状态．当PDADMAC投量增加，易于在单个颗粒物表面发生超量吸附，结果导致颗粒物表面的超电荷现象发生，Zeta电位迅速变正．这种“链”吸附构型在颗粒物表面无法充分伸展，不能充分发挥“絮凝架桥”作用，甚至在单个颗粒物表面产生多层“吸附电中和”的全覆盖效应，无法起到絮凝作用．吸附架桥理论指出(Wandrey，1999；Matsumoto，2001)，只有在絮凝剂投加适量时，即胶体颗粒只有表面部分覆盖时，才能在胶粒间产生有效的吸附架桥作用并获得最佳絮凝效果，因此，在较低初始悬浊物浓度下(200NTU)，PDADMAC无法发挥其高效“吸附絮凝架桥”作用，以“吸附电中和”作用为主．具体表现为试验结果Zeta电位变号达到最大值，但絮凝过程缓慢而形成的凝絮颗粒小，絮凝效果差．

在高浊条件下(>1000 NTU)，PDADMAC在单颗粒表面的吸附符合“环和尾”吸附构型及其“吸附架桥”絮凝模型(如图6所示)．此条件下，由于颗粒物数量增加，碰撞几率迅速增加，PDADMAC分子链上的阳离子基团瞬间及时地扑集到更多颗粒，结果在单个颗粒物表面呈“环和尾”吸附状态，单个颗粒物被部分包裹或覆盖，部分分子链吸附在单个颗粒物表面，部分伸展到水中继续吸附扑集其它颗粒物．此条件下，PDADMAC强烈的“吸附絮凝架桥”作用为主要絮凝机理，产生“簇团(Cluster)絮凝”，大大提高了絮凝效率，充分发挥了PDADMAC的高效絮凝作用．
综上所述，PDADMAC阳离子型絮凝剂对负电颗粒物的絮凝过程可以被看作是“吸附电中和”与

“吸附架桥絮凝”的综合作用结果．两者间作用的强弱不仅取决于聚电解质的电荷密度、分子量以及离子官能团带电性、疏密程度等，而且还取决于负电颗粒物的性质和悬浊液的初始浓度，其原因在于PDADMAC阳离子型絮凝剂的絮凝机理是由其吸附构型决定的．
5 结论(Conclusions)
1)阳离子型有机高分子絮凝剂具有较大的分子量和柔性线性分子链，这使其絮凝过程主要以“絮凝架桥”作用为主，同时存在一定的“吸附电中和”作用．
2)阳离子型有机高分子絮凝剂的絮凝机理与其分子结构和阳离子官能团密度，以及水质条件、胶体颗粒物性质等有密切关系．
3)阳离子型有机高分子絮凝剂的吸附构型决定其絮凝机理．絮凝机理为：在较低初始悬浊物浓度下(200 NTU)为单个颗粒物表面吸附覆盖及其“吸附电中和”絮凝模型；在高浊条件下(>1000NTU)为单颗粒表面部分吸附覆盖及其“吸附架桥”絮凝模型．
责任作者简介：田秉晖(197O一)，男，博士，主要从