专题研究报告

土木建筑学院环境工程专业指导老师：李德生适用于低温低浊源水的处理技术学生：吴婧、黄定仪、张海彬、马莉亚、欧苑学号：10233021、10233005、10233025、10233014、10233015土木建筑工程学院适用于低温低浊源水的处理技术研究报告审核学生: 之专题制作，:_经本专题指导教师审查完后合格。指导老师： (签名) 年 月摘 要本专题是研究适用于低温低浊度源水的处理技术，其中混凝沉淀单元是重点研究方向，该报告主要是通过查阅文献对不同混凝剂PAC+改性活化硅酸、PAC+高锰酸钾复合药剂、盐酸改性粉煤灰、PDM复合混凝剂处理低温低浊度水效果的可行性分析，包括混凝剂比选、经济效益分析，以及对不同混凝沉淀方法泥渣回流法、气浮池法、微絮凝接触过滤法、拦截沉淀池发的方案研究、可行性分析、相关设计计算和经济效益分析，通过混凝剂与混凝沉淀方法组合得出最终理论最优可行性方案。另外附加一种试验有效工艺活性炭深床浮滤池工艺或者活性炭生物强化工艺。目录第一章 绪论6研究背景与内容、目的6第二章 文献探讨72.1水质特征分析72.2 低温低浊度水机理分析82.2.1 温度对混凝的影响92.2.2 浊度对混凝的影响102.2.3有机污染物对絮凝的影响112.3混凝机理和动力学过程112.3.1 混凝作用机理概述112.3.2 混凝动力学过程132.4低温低浊度水处理研究现状142.5混凝处理工艺概况152.5.1泥渣回流法152.5.2溶气浮选法162.5.3微絮凝接触过滤法172.5.4微涡旋混凝低脉动沉淀技术172.5.5活性砂絮凝工艺202.6混凝剂性能研究21第三章 研究方法21第四章 研究结果和讨论21第五章 结论与建议225.1 结论225.2 建议22致 谢 在此感謝.五、研究结果及其分析。这是研究报告的主体部分：要求现实与材料要统一、科学性与通俗性相结合、分析讨论要实事求是，切忌主观臆断。其内容：1、用不同形式表达研究结果（如图、表）；2、描述统计的显著性水平差异；3、分析结果。六、讨论（或小结）。这也是研究报告的主体部分。其内容：1、本课题研究方法的科学性；2、本课题研究结果的可靠性；3、本研究成果的价值；4、本课题目前研究的局限性；5、进一步研究的建议。七、结论。这是研究报告的精髓部分。文字要简练、措词、慎重、严谨、逻辑性强。主要内容：1、研究解决了什么问题，还有哪些问题没有解决；2、研究结果说明了什么问题，是否实现了原来的假设；3、指出要进一步研究的问题。 八、参考文献。 九 、附录。如调查表、测量结果表等第一章 绪论 研究背景与内容、目的1.1介绍研究背景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0一2 ，浊度降到10一30NTU( 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3一 7 ，浊度一般在20一50NTU 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1。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，很多人在做低温浊水处理方面的研究，经过多年科学实验和生产实践，已取得了较好的效果。我国北方广大地区有长达5一6个月的冰冻期，水源长时间处于低温低浊度状态。江河水温在0一1之间，水库水下层水温在2一4之间;江河水浊度为3一3ONTU，水库水浊度为5一10NTU。在冬季，水质的物理化学特性与其他季节相比具有温度低、浊度低、碱度低、水的粘度大等特点。1.2 阐明研究内容本课题以北京密云水库水源作为课题低温低浊度源水的研究对象。作为北京的主要水源，密云水库水源保护相对较好，其水质特征常年为低浊低有机物含量，但是春秋两季会出现藻类爆发，而在冬季则呈现典型的低温低浊度性状，所以本课题以密云水库水源作为低温低浊度源水进行研究。主要内容包括以下几个方法：（1） 低温低浊度水水质特征以及难处理原因分析，低温低浊度水机理分析。（2） 混凝机理和动力学过程。（3） 混凝处理工艺概况。（4） 混凝剂性能研究以及比选。（5） 活性炭生物强化工艺处理低温低浊度水研究。1.3介绍研究目的随着社会经济的快速发展，人们的生活水平不断提高，对饮用水水质的要求也随之水涨船高。因此，国家对生活饮用水的水质要求越来越严格，相继颁布了一系列新的规范和标准；我国新颁布的生活饮用水卫生标准（GB57492006） 中就规定将浊度指标由3.0NTU 降为1.0NTU，并将水质检测的项目从以前的35 项提高到了106 项，标准提高了，给水处理企业的生产工艺要跟上新标准，这必须对老工艺进行改进和更新。混凝是给水处理诸多工序中的第一道工序，也是最重要的工序之一，混凝的效果如何，直接影响到下面几步工序的处理效果，进而影响到出厂饮用水的水质。因此，为确保水质我们应该提高饮用水水处理混凝工艺，提高混凝工艺的混凝效果应作为提高饮用水水质的首要措施。而不管哪种混凝工艺，都要使用混凝剂，通过混合混凝剂后对源水投加混凝剂来进行混凝工序。因此，优选混凝剂是目前迅速提高混凝效果的捷径之一。低温低浊度水的水质特点是：不仅水温低且水中耗氧重、碱度及PH值也很低,，水的粘度甚大，当向水中投加混凝剂后，混凝反应速度非常缓慢，形成的矾花细小轻松不易下沉，使反应沉淀和过滤效果很差。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2。因此普通的常规混凝剂已经无法满足低温低浊度水的处理。第二章 文献探讨2.1水质特征分析低温低浊水并无严格定义，一般把水温低于 10左右、浊度低于 30NTU的地表水称为低温低浊度水。我国北方广大地区地表饮用水源在寒冷冬季都处于低温低浊期，甚至长江中下游干流最寒冷的时候也是如此。我国北方河流水体，水质条件随季节变化很大，不同季节的水质不同的混凝特性和絮凝体分离特性，给供水处理系统增加了较大难度。北方地区有长达 45 个月的冰冻期，原水处于低温低浊度状态。江河水温在 01之间，水库水下层水温在 24之间；江河水浊度为 2030NTU，水库水浊度为 510NTU3。 实际上，低温低浊度水还有另外一层含义，在我国低温低浊度水常常发生在冬季枯水季节，江河里的流量大大减少，而城市的生活污水量以及工业废水并没有减少，这就导致腐植酸、蛋白质等有机物在低温低浊水的总颗粒中所占的比例增加。这一点仅从浊度上难以反映出来，需水中 COD 的变化来反映。 混凝速度决定着混凝效果，混凝速度取决于单位时间内颗粒碰撞次数与有效碰撞。在一定速度的条件下，颗粒的碰撞次数与单位体积的颗粒数目和粒径有关。根据公式： (1-1) 式中N单位时间、单位体积内颗粒碰撞次数； 单位体积内粒径分别为 d、d 的颗粒数目； p单位时间内对单位体积所加的能量； 水的动力黏度。 由上式可知，由于低浊度水中颗粒数目少，因此，碰撞次数少；杂质颗粒细小、粒径小，所以碰撞次数与直径和的立方成正比例关系。 在沉淀过程中，层流状态的斯托克斯公式为： (1-2) 式中 v水中颗粒沉降速度； d颗粒的直径； 2、1分别为颗粒与水的密度； 水的动力黏度； g重力加速度。 由上式可知，水中颗粒的沉降速度与颗粒的大小、密度成正比，与水的粘度成反比。 由式 (1-1) 和 (1-2 )可以看出，冬季原水难以处理，是由多种因素影响的。冬季水质与其他季节相比，黏度大、颗粒数目少、粒径小使水中颗粒沉降速度降低，而影响沉降速度的更主要原因是温度低、浊度低。浊度低，粘土等大颗粒物质含量少，水中杂质浓度小，导致部分絮体失去了碰撞的条件，颗粒接触、碰撞的几率低，不利于颗粒碰撞沉降，处理效果不好，处理后的水中细菌、病毒、腐植酸以及蛋白质等小颗粒物质含量就多；而水中小颗粒絮凝以扩散作用为主，特别是在 d0.01m 时，颗粒直径越小，扩散作用越大，因此，温度低，意味着小颗粒的扩散运动将减弱，水分子的水化膜作用增强，水的粘性系数增大，分子热运动缓慢，胶体颗粒电位高，相互碰撞机率少，胶体稳定性增强，致使水质难于处理。另外，水温低也影响药剂的水解，水解不完善导致混凝效果不佳，絮体小而松散，沉淀很难将形成的絮凝体杂质颗粒予以去除。出厂水达标的前提下降低药耗、降低能耗、降低费用，是净水行业的奋斗目标，因此，能去除 80%以上浊度的混凝沉淀过程受到水处理工作者的格外重视，对混凝效果、机理的研究在给水处理系统中具有重要的意义。 有机物可吸附在胶体颗粒表面，形成有机保护膜，不但使胶体表面电荷密度增加，而且阻碍了胶体颗粒间的结合，影响混凝效果4。低温低浊水的水质特性，简言之即温度低（010之间）、水中颗粒物浓度低（浊度小于30NTU）、耗氧量低、碱度低、水的粘度大、Zeta电位低。正是由于此水质特性，使得低温低浊水处理成为水处理界的一大难题。2.2 低温低浊度水机理分析低温低浊度水的处理多年来一直是个未能很好解决的难题，低温低浊度水难于处理主要从两个方面来分析，一是混凝剂和水的物理化学作用方面；二是从颗粒的絮凝动力学方面。絮凝过程是以形成絮凝体为中心的净化过程，它的效果是由混凝剂的物理化学作用和构筑物的流体力学作用来决定的。2.2.1 温度对混凝的影响根据各个方面的文献资料5-6和水厂实践经验来看，水温是导致水难于处理的最重要原因，在水处理的混合阶段，仅仅靠布朗运动来使颗粒絮凝，速度太慢，并且颗粒碰撞逐渐长大后，布朗运动就会停止，相碰的机会就会很小，这时使细小颗粒絮凝就主要靠搅拌作用。搅拌的实质就是把机械能传递给水中颗粒，使水中相邻颗粒间存在一个速度差。相邻颗粒间存在一个速度差这是絮凝过程得以进行的必要条件。对水流中相邻颗粒进行速度分析可以得到：层流状态下的颗粒碰撞的基本方程式7为： (2-1)式中单位时间单位体积颗粒碰撞次数；颗粒粒径(cm)；平均单位体积单位时间的有效能耗(erg/(cm3s)；水的粘滞系数(g/(cms)；1962年Levich推出了紊流条件下颗粒碰撞的基本式: (2-2)式中 一一圆周率，其它符号式同式(2-1)。絮凝过程包括原始颗粒因接触碰撞而聚集形成絮体的过程和己经形成的部分絮体受到水流剪切力作用而破碎的过程。1970年Argman和Kaufman7从发生混凝过程的实际情况出发，对式子进行了修正，提出了考虑絮凝体破碎情况下的絮凝表达式： (2-3)式中反应器入口单位体积水流中原始颗粒数； 第m只完全混合式反应器出口单位体积颗粒数； 絮凝常数(数量级)； 破碎常数(数量级)； m串联的完全混合式反应器个数； Tm只完全混合式反应器的总停留时间； G一流速梯度。由式(2-1)和式(2-2)可以看出，水温越低，水的粘滞系数越大，单位时间单位体积颗粒碰撞次数越少，越不利于絮凝。分析式(2-3)可知，水温越低，越小，第m只完全混合式反应器出口水流中细小颗粒所占比例越大，絮凝效果越差，形成的絮凝体越易破碎7。混凝剂在水中主要是通过水解形成聚合离子(例如)而起到絮凝作用。混凝剂的水解中要吸收热量，温度低不利于混凝剂的水解。另一方面，低浊水中有机物颗粒如蛋白质、淀粉等含量比较高，这些都是亲水物质，在低温中它们的水化膜作用会增强。由水温低引起的这两个不利因素，加剧了低温低浊水处理上的难度。在颗粒尺寸很小时，扩散传递作用变得很重要，水分子热运动作用在水中胶体颗粒和混凝剂水解产物上的强度，远远大于机械作用施加在胶体颗粒上的强度，水温低，热运动减弱，扩散速率降低，颗粒碰撞机会少8。2.2.2 浊度对混凝的影响首先，我们从流体动力学角度来探讨低温低浊度水难处理的原因。混合和沉淀是水处理工艺的重要环节。混合的本质是混凝剂的水解产物向水体扩散的过程。扩散过程跟水的性能和颗粒受到的阻力有很大关系。沉淀就是絮凝体从水中“析释”出来。从流体力学理论可推知颗粒在水中受到的阻力9为: （2-4） 式中颗粒受到的阻力 球体绕流阻力系数球体颗粒的当量粒径u球体颗粒径向运动速度水的密度，g/m3公式(2-4)是在紊流状态下推导出来的，比较真实的反映了颗粒在水中所受到的阻力情况。颗粒的质量可表示为:，代入式(2-4)并化简得到单位质量颗粒阻力计算公式()10： （2-5）从式(2-5）可以看出，水体中运动的单位质量颗粒所受的阻力与它的单量粒径成反比，也就是说，单位质量大的颗粒所受的阻力小，单位质量小的颖粒所受的阻力反而还大11-12，即单位质量小的颗粒在水中处于“獭惰”状态，它们碰撞的几率小。这在一定程度上能够解释：同样的混凝剂在高浊度时很容易沉降而在低浊度时却难于沉降。在做低浊度水的混凝搅拌试验时(以聚合氯化铝为例)，可以很明显的看到白色的絮凝体轻飘飘的浮在烧杯中，很长时间它也不沉降下去，换用另一种混凝剂在同样的试验条件下作混凝搅拌实验，可以同样的看到这个现象，并且源水浊度越小，这种现象越明显。低温低浊条件下，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10，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。在浊度较高时，单位体积水体内颗粒数可以保证，因此，投加的混凝剂主要是使胶体颗粒脱稳，在有充足的絮凝时间时，常规工艺可以达到设计标准。在低浊条件下，投加少量混凝剂即可使胶体脱稳，由于低浊时单位水体积内颗粒密度小和絮凝体的不合理凝并，导致部分微絮体失去了碰撞凝并的条件，从而使得反应池出水矾花中小矾花比例增加，给沉淀截留增加了难度。2.2.3有机污染物对絮凝的影响凝聚和絮凝往往发生在颗粒表面电荷零点附近。源水中颗粒物质的表面负电荷主要来自粘土、砂等铝硅酸盐矿物和天然有机物如腐植酸(当然也有工业污染造成的有机物)，前者以浊度为代表，后者以色度为代表。我国的低温低浊水常常出现在冬季枯水季节，粘土、砂等铝硅酸盐矿物很少，而城市的生活污水和工业废水以及天然有机物并没有减少，这样，有机物颗粒在总颗粒中所占的比例就很大。研究表明8，源水中颗粒物质表面上的负电荷由溶解性有机物吸附产生的份额是粘土等矿物质所占份额的一百倍。由此可见，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的目的是很难的。从宏观上看，水中微细颗粒是通过吸附在“絮凝核”上而析释出来的，浊度低就意味着源水中的粘土颗粒物质少，水中微细颗粒就缺少起粘附作用的“絮凝核”，而且现有的颗粒之间的碰撞机会随着总颗粒的减少而减少。国内外的研究结果131415表明，地表水中的有机物对水体中胶体浊度的稳定性具有重要影响，有机物显著的增加了胶体的表面电荷，阻碍了胶体颗粒间的结合，特别是在低温低浊度时期，处理效果很差。2.3混凝机理和动力学过程2.3.1 混凝作用机理概述 混凝作用的基本原理是通过向混浊水中投加各种无机或有机混凝剂，使分散的胶体颗粒与溶解态的混凝剂之间产生固相与液相之间的化学吸附、电中和脱稳以及粘结架桥的作用，经过脱稳颗粒间的碰撞结合，形成较大的絮凝体颗粒而迅速沉降，从而达到加速混浊水澄清精华的目的。因此，混凝过程实际上是投加的混凝剂与水中的颗粒杂质之间复杂的物理和化学作用的综合表现。 水处理中的混凝现象比较复杂，不同种类混凝剂以及不同水质条件，混凝剂作用机理都有所不同。当前，混凝机理可以概括为四种：压缩双电层、电性中和吸附、吸附架桥和网捕卷扫。（1）压缩双电层机理压缩双电层理论是指在胶体分散系中投加能产生高价反离子的活性电解质，通过增大溶液中的反离子浓度来减小扩散层厚度的过程。胶团双电层的构造决定了胶粒表面处的反离子浓度最大，随着胶粒表面向外的距离增大，反离子浓度越低，最终与溶液中离子浓度相同。当向溶液中投加电解质，则溶液中离子浓度增高，扩散层厚度压缩，电位降低，因此胶粒间的相互斥力减小，吸力增强，排斥与吸引的合力由斥力为主变为以吸力为主，胶粒得以迅速凝聚。实际上，在溶液中投加混凝剂使胶粒脱稳的现象涉及到胶粒与混凝剂、胶粒与水溶液、混凝剂与水溶液三方面相互作用，是一个综合现象，压缩双电层机理仅通过单纯的静电现象来说明电解质对脱稳的作用。 （2） 电中和吸附机理吸附电中和机理指由于胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，中和了电位离子所带的部分电荷，减少了静电斥力，降低了电位，悬浮胶体的排斥势能降低，胶体间的引力增加，从而相互聚集、脱稳并最终沉降下来。同时，由于胶体和高分子或聚合离子间的吸附并非仅由静电引力所引起，还来自各种吸附力，故胶体粒子有可能吸附更多的聚合离子。若投加量较多，则可使胶体颗粒电荷改变号。当混凝剂量在一定范围内时，胶体电动电位小于正负临界电位，胶体失去稳定性，发生凝聚沉降。（3） 吸附架桥机理吸附架桥机理主要指高分子物质与胶粒互相吸附，但胶粒与胶粒本身并不直接接触，而是胶粒凝结为大的絮凝体，还可理解为两个大的同号胶粒中间由于有一个异号胶粒而连接在一起，投加的水溶性链状高分子聚合物在静电引力、范德引力和氢键等力作用下，通过活性部位与胶体和细微悬浮物发生吸附，将微粒搭桥联结为一个个絮凝体的过程。同一个高分子可以和不同的胶体连在一起产生架桥连接作用，从而使粒子变大而易于沉降。然而，当高分子过多时胶粒表面被高分子所覆盖，接近的胶粒受到压缩变形而具有排斥势能，或者由于带电高分子的互相排斥，使胶粒不能凝聚，这种作用称为胶体保护作用。 （4） 网捕卷扫机理金属盐或金属氧化物和氢氧化物作凝聚剂时，当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物或金属碳酸盐时，水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质予以捕获而同其沉降下来，此过程并不一定是脱稳，却能将胶粒卷带网罗除去，这是一种机械作用，所需混凝剂的用量与原水杂质含量成反比，由于废水中胶体多带负电荷，故沉淀物若带正电荷能加快网捕速度。 在混凝过程中，各个混凝机理不是单独存在或发生的，他们是有机联系在一起的，往往表现为几种混凝机理综合作用的结果或在特定水质下以某种机理为主，影响混凝效果的影响因素很多，因此，对混凝机理的研究一直是水处理领域中的热点。 2.3.2 混凝动力学过程 混凝动力学过程主要是研究由于水流速度梯度以及紊动性引起的微粒相互碰撞、凝聚的过程，即凝聚速度问题16。水处理工艺中，凝聚速度决定于颗粒间相互运动所产生的碰撞速率。颗粒相对运动主要由颗粒的布朗运动和水流速度及水流紊动性产生17。由颗粒布朗运动引起的碰撞凝聚称为“异向絮凝(perikinetic flocculation)”，该速度理论最早由斯莫鲁赫夫斯基(Smoluchowski)在 1917 年提出；由水流运动，包括借助机械或水力搅拌引起的碰撞凝聚称为“同向絮凝(orthokinetic flocculation)”，该速度理论则是由坎普(Camp)和斯坦因(Stein)在斯莫鲁赫夫斯基理论基础上提出来的。凝聚速度是指这二者作用的速度。 （1）异向絮凝 由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。颗粒在水分子热运动的撞击下所作的布朗运动是无规则的，这种无规则运动必然导致颗粒相互碰撞。假设单一分散相的颗粒浓度n(每 1cm3中颗粒的个数)，由于布朗运动相碰而减少的速率可以表示为n的二级反应： (3-1) 式中：kp 为数率常数。Von Smoluchowski得出： (3-2) 式中：为颗粒半径，为颗粒碰撞中产生的永久粘聚在一起的分数，为颗粒扩散系数，可表示为： (3-3) 式(3-3)称 Einstein-Stokes 公式，其中为水的粘度；k 为 Boltzmann 常数；T 为绝对温度，(3-1)减去(3-3)积分后得： (3-4) 式(3-4)中n0为颗粒得初始浓度（t=0）；n为时刻t的浓度。以n = n0/2 带入式(3-4)中，得半衰期为： (3-5) 假定ap =1，即颗粒碰撞后即粘贴，并以T=293K，k=1.3810-23J/k和=110-3N.s/m2带入式(3-5)中得到： (3-6) 式(3-6)中，n0为水中颗粒浓度，以个/cm3计。假设n0=106个/cm3，则t1/2约为 2.3d。该计算表明，靠布朗运动实现混凝过程是不现实的。 但实际上，只有小颗粒才有布朗运动，随着颗粒粒径的增大，布朗运动逐渐减弱，当颗粒粒径大于 1m 时，布朗运动基本消失。对于混凝阶段来说，混凝颗粒一般从微米及增至毫米级，因此由布朗运动产生的颗粒接触碰撞可忽略不计。要使较大的颗粒进一步碰撞聚集，还要靠流体运动的推动促使颗粒相互碰撞，即进行同向絮凝。 （2）同向絮凝 由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集称为同向絮凝，同向絮凝在整个混凝过程中占有十分重要的地位。絮凝体形成的第一阶段是异向絮凝，它的动力学过程忽略了。当在同一方向上运动的两个颗粒间存在速度差，两个颗粒在垂直运动方向上的球心距离小于他们的半径之和时，速度快的颗粒将赶上速度慢的颗粒，从而相互碰撞产生絮凝现象。由于必须在同一方向上接触碰撞，也因此称为同向絮凝。发生同向絮凝的条件也就是颗粒间的运动必须存在速度梯度。速度梯度是由于水的剪切流形成，因此，同向絮凝也称为剪切絮凝。 根据 Camp-Stein 公式，絮凝过程中所采用的 G 值可用下式计算： (3-7) 式中 n0t=0 时的颗粒数； nt 时刻的颗粒数； 颗粒体积比，1cm3水中颗粒的总容积； 0碰撞频率因子； t从初始颗粒数n0个减少到n个所需的时间 从(3-7)式看，G 值越大，n 值必然越小，说明为了得到大的颗粒，G 值应该高于某一底限；但 G 值太大了，就会产生破碎大颗粒虚体的剪切力，说明 G值必然还有一个高限。(3-7)式中的 t 用 T 表示，并与 G 相乘则得到一个无量纲数 GT： (3-8) 这样，GT 指直接反映在时间 T 时刻颗粒数 n 的值，实际上也反映了颗粒的大小。G 值确定时，可以通过增加 T 来改进絮凝反映效果，因此，GT 值作为控制及衡量絮凝反映的重要参数，反映了絮凝反应的过程及效果。 据资料统计，G值一般在 2070s-1之间，GT值在 104105之间。推荐数据为，混合时间小于 2min时，可用G=5001000s-1；混合时间为 5min时，G500s-1；G1000s-1时，产生有害影响。 2.4低温低浊度水处理研究现状20多年来，我们对低温低浊水净化技术研究，主要从加强混合反应和接触过滤两个方面推进，开发出来的技术多与使用高分子助凝剂分不开，高分子助凝剂是处理低温低浊度水质的必要的、主要的措施，不仅效果好，而且可节省混凝剂达30%一50%以上。投加高分子助凝剂给管理上带来一定的麻烦，比如投加活化硅酸时，控制酸化的程度和投加混凝剂的操作比较麻烦，工人多不愿意使用。再者，使用高分子助凝剂时，要合理的选择混凝剂和助凝剂的投配比例和投加点，选择不当就达不到预期效果，这就对工人的素质要求较高。混凝剂和助凝剂的比例要根据源水水质进行试验找出最佳投配比例，根据已有的生产性试验得出，助凝剂的投加点应该在混凝剂投加后.一次投加为宜，时间间隔在4060秒较好。水处理工艺流程对是否使用高分子助凝剂要根据水质条件确定，有的水质也可以不需要投加助凝剂。当采用铝盐或铁盐作混凝剂投加于低温低浊度水时，在混凝反应过程中，效果甚差。这是因为无机盐混凝剂在水解时为吸热反应，特别是铝盐，当水温低于5度时，水解速度很慢;如果使用高分子电解质作助凝剂，则受水温的影响甚小。也有人试验证实，投加阳离子电解质作助凝剂时，水温对助凝剂用量和絮凝速度影响较小，只有在水温接近0时，将助凝剂投加点向前移一些，来延长接触时间，可以减少温度的影响。虽然也有采用铝盐和铁盐联合投加的方法，通过它们联合发挥作用，克服水温对铝盐的不良影响，但效果仍然不及投加高分子助凝剂。目前国外多应用高分子助凝剂，都取得较好效果。例如加拿大安大略省休伦湖某水厂，冬季水温3.3，浊度10一15NTu，投硫酸铝25mg/L，滤后水浊度虽然可达INTU，但很不稳定。后来投加高分子助凝剂1一2mg/L，滤后水浊度才稳定在1NTU，运行中投混凝剂和助凝剂的间隔时间约0.5一1分钟；又如日本大明公司采用聚合铝作混凝剂，当水温4.0一5.0，浊度高达25NTU，满足不了滤池要求，但是当改投聚合铝后，澄清池出水浊度降到2.5NTU，提高效率90%。国内高分子助凝剂主要有聚合铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）、海藻酸钠、活化硅酸等，其中应用较多的是活化硅酸。1966年长春市一水厂出现水温1.6，浊度120NTU时，投硫酸铝40mg/L后，矾花絮凝不好，结构松散，在沉淀池中飘浮着不易下沉，滤池出水浊度高达50NTU以上，净水效果仅58%，因而造成滤池堵塞，运行周期由16小时减少到4一6小时，对滤料也无法冲洗干净。通过三个月的生产性试验，摸索一套先投硫酸铝后投活化硅酸，并将沉淀池的重力流条件改为压力流等措施后，才有效地改善了水质，滤池出水浊度平均保持在5NTU以下，而且节省混凝剂投量达50%。同样，1978年1一3月，又在长春市一水厂进行生产性试验，也取得较好效果，当源水温度在0.2一0.4之间，浊度在30一50NTU之间时，投硫酸铝2.8一3.7mg/L，活化硅酸3一4.2mg/L后，平流式沉淀池絮体较大，且容易沉淀，滤池出水浊度2一3NTU，节省硫酸铝投量达70%一80%18。可见，助凝剂对混凝沉淀效果起着决定性作用。2.5混凝处理工艺概况低温低浊度水的处理技术很多，典型的处理技术主要有泥渣回流法、溶气浮选法、微絮凝接触过滤法、微涡旋混凝低脉动沉淀技术、活性砂絮凝工艺，下面将这几种方法详细叙述如下:2.5.1泥渣回流法利用机械加速澄清池的泥渣回流特点来增大源水浊度，以弥补冬季源水浊度低的缺陷，这样就可以使水中胶体杂质微粒碰撞的机会增多，水中的浊度增高了，从而加快了絮凝作用，提高了混凝反应效率，以达到净化低温低浊度水的目的。机械加速澄清池属于泥渣循环回流式澄清池，其特点是利用叶轮搅拌和提升作用，来完成泥渣循环和接触反应。当用于低温低浊度水时，可采用较低的技术参数，如上升流速可采用0.7一0.9mm/s，一、二反应室的反应时间可控制在20一30分钟:当源水浊度为25NTU，泥渣浓度可控制在5一10g/L;为保持最佳固相剂量2.5一30g/m3，必要时可在源水中投加2一5g/L的泥渣18。这种方法可节省混凝剂投量2030%左右。但在操作运行中要保证足够的反应时间，控制好浓缩室内泥渣浓度，才能保持良好的稳定的净化效果。例如，天津马山水厂设计规模4万m3/d，净水工艺为机械加速澄清池和虹吸滤池。机械加速澄清池的上升流速为1.0mm/s，总停留时间为3小时，容积比为：二反应室：一反应室：分离室二=1：2.2：6.75。1979年1月14日至3月24日测定数据为:1月14日至2月11日，水温0.4一1.6，源水浊度为1280NTU，投加硫酸铁4.9一7.5mg/L，活化硅酸4.2一5mg/L，机械加速澄清池上升流速0.750.9mm/s，出水浊度在0.5一0.8NTU变化，可见机械加速澄清池净化效果自好18-19。在水力循环澄清池和机械加速澄清池中，只是部分污泥在局部范围内循环，回流污泥不参与混合过程，只与源水中部分脱稳颗粒进行接触，而且接触不充分。1994年，成都市自来水公司采用污泥回流法处理低温低浊度水，是把平流式沉淀池的反冲洗污泥按一定比例(根据源水浊度而定)直接送到混合设备进口，与源水一起参与混合反应的全过程。试验流程如图1.120-21。2.5.2溶气浮选法溶气浮选法是利用压力容器水骤然解压释放出大量的微细气泡，将加药混凝反应后所形成的絮粒吸附在气泡表面，由于气泡密度小于水的密度，就使带有絮粒的气泡上浮到水面，形成浮渣而被刮渣机刮去，达到除浊的目的。经过多次生产性试验，溶气浮选法用来处理低温低浊度水是成功的，这种方法不仅除浊效果良好，而且能节省投药量。例如，吉林市三水厂于1980年3月进行生产性试验，当源水温度23，浊度10NTU，投硫酸铝30mg/L，反应时间18分钟，溶气压力0.3Mpa，气浮池出水浊度4一5NTU18。根据斯托克斯公式： (4-1)(4-1)式中 u颗粒的分离速度，cm/s g重力加速度，981cm/s2 粘滞系数，g/cm2 颗粒密度，g/cm， 水的密度，g/cm3 g、一般视为常数由式(4-1)可以看出，颗粒分离主要取决于密度差、特征直径以及水的流态。通常天然水体中的杂质颗粒和絮凝后絮凝体的密度大于水的密度p。因此，(-)为正值，絮凝体下沉。对于低温低浊度水，投加絮凝剂(例如硫酸铝)，生成的矾花密度接近于水，使密度差(-)接近于零;另一方面，动力粘度增大，使沉速减少，所以采用通常的沉淀方法来处理低温低浊度水是十分困难的。而采用气浮法处理低温低浊度水时，矾花粘附足够的微气泡，使其密度小于水的密度，(一)为负数，此时颗粒就不再下沉，而是上浮到水面，且上浮速度远大于一般絮凝体颗粒在沉淀池或澄清池中的沉降速度。吉林市自来水公司采用气浮法处理低温低浊度水的工艺流程图见图1.219。2.5.3微絮