太湖水强化混凝脱浊中试研究

1、太湖水强化混凝脱浊中试研究姓名：付韬11太湖水环境概况太湖湖泊面积为2428km2，平均深度为186m。在该地区的城市供水、养殖、灌溉和航运中，太湖起着非常重要的作用。由于环太湖大堤的修建和入湖河道的人为控制，实际上太湖已接近封闭，湖泊的水量交换约需一年时间。同时，太湖流域水资源开发程度很高，流域本地水资源量为162×108 m3(其中河川径流量为1367×108 m3)，年均从长江调入水量为45×108 m3，但流域2000年总用水量已达293×108m3，流域耗水量高达104×108 m3，流域工业、生活年排放污水量为50×108

2、 m3，污径比(污水量与河川径流量之比)为1：27。在过去的20多年中太湖流域经济保持高速增长，工业化水平迅速提高，城市化速度加快，人民生活水平提高，对流域水资源进行了高度开发和利用，但在开发利用同时，由于对水资源保护重视不够，水污染治理措施尚未跟上，大量未经处理的城市污水直接入水体，农田化肥、农药的大量使用以及水产养殖规模的不断扩大，导致太湖流域河湖水污染状况日趋严重。20世纪50年代至80年代，太湖水质较好，以II类为主，完全符合饮用水源地标准，水体以中营养和轻度富营养为主。据记录，1980年以前，太湖很少出现大面积的蓝藻。从20世纪80年代初到90年代中期，因受有机污染影响，太湖水质的类

3、别下降了1个等级，全湖平均由原来的以II类水为主变到以类水为主，、V类污染水域不断扩大。太湖水体营养状况上升了2个等级，上升到目前以中度富营养为主，个别水域已达重富营养化。1987年太湖水质高锰酸盐指数(CODMn)、总磷(TP)、总氮(1如平均质量浓度分别为330 mg/L、O029 mg/L、154 mg/L，至2000年分别上升为528 mg/L、O10 mgL、214 mg/L，短短13年间分别上升了60、248、65。由于持续的污染及部分自然因素的影响，2007年太湖发生了“蓝藻危机”：无锡市两个水源地一度受到太湖蓝藻严重污染，水质变腥变臭，丧失饮用水功能，影响到100多万市民饮水；

4、另一方面，有机污染物对水中胶体颗粒产生很强的保护作用，给以去除浊度为主要目标的常规水处理带来了极大困难，水源的污染对饮用水常规处理工艺提出了严峻的挑战，威胁着城市供水的水质安全。12饮用水水质标准121我国饮用水水质标准发展状况由于水与人类健康密切相关，因此，饮水的每个环节其安全质量要素都必须严格控制。1955年卫生部发布实施自来水水质标准暂行标准，在北京、天津、上海、旅顺(大连)等12个城市试行，这是新中国成立后最早的一部管理生活饮用水的技术法规；1956年由国家建设委员会和卫生部发布实施饮用水水质标准，共15项指标；1959年由建筑工程部和卫生部发布实施生活饮用水卫生规范是对饮用水水质标准

5、和集中式生活饮用水水源选择及水质评价暂行规则进行修订，并将其合并而成的，共17项指标；1976年国家卫生部组织制定了我国第一个国家饮用水标准，共有23项指标，定名为生活饮用水卫生标准(编号为TJ 20一76)；经国家基本建设委员会和卫生部联合批准，1985年卫生部对生活饮用水卫生标准进行了修订，指标增加至35项，编号改为GB57491985，于1986年10月起在全国实施。2001年6月，卫生部颁布了生活饮用水水质卫生规范(2001)，建设部也于2005年6月颁布实施城市供水水质标准(CJ厂r206-2005)，2007年7月1日，由国家标准委和卫生部联合发布了生活饮用水卫生标准(GB 574

6、9-2006)强制性国家标准。该规范规定了34项常规检验项目，62项非常规检验。我国的饮用水水质标准经过五十多年的发展，在检测项目的修订以和限值上获得了很大的进步。水质检测项目的数量从1956年的15项指标发展到目前的106项指标；部分指标的限值逐渐严格；指标分类更为合理，将水质检测项目分为常规检验项目于非常规检验项目，以供各地区根据当地水质特点自行选择。虽然，水质检测项目从15项发展到目前的106项指标，但浊度始终是饮水水质中的主要指标。随着我国制定标准能力的增强，水质标准中对于浊度相应的规范也逐渐严格，我国水质标准中对浊度的要求从起初的小于5 NTU改为目前的小于1 NTU，从国家相关部门

7、对浊度标准控制的严格程度可看出浊度在各水质指标中的重要地位。122浊度与水质的联系在自然界的天然水体和水处理流程中的工艺水体内，都含有形形色色的颗粒物。一般说来，它是指比溶解的低分子更大的各种高分子或多分布的实体。在环境水质学范畴内，颗粒物的概念相当广泛。它把无机和有机的胶体、高分子、矿物微粒，有生命的细茵、藻类等等都归类为颗粒物，实际上包括了粒度大于1nm的所有微粒实体，其粒度上限可达数十到上百微米。由于水中含有悬浮及胶体状态的微粒，使得原来无色透明的水产生浑浊的现象，其浑浊的程度称为浊度。浊度的单位是用”度”来表示的，就是相当于lL的水中含有lmg的Si02(或是非曲直mg白陶土、硅藻土)

8、时，所产生的浑浊程度为1度浊度单位为JTU，lJTU=1mgL的白陶土悬浮体于1L水中产生的浑浊度。现代仪器显示的浊度是散射浊度单位NTU，1NTU=1JTU。最近，国际上认为，以乌洛托品一硫酸肼配制浊度标准重现性较好，选作各国统一标准FTU，1FTU=lJTU，而在我国，目前普遍以NTU为浊度单位。浊度是一种光学效应，是光线透过水层时受到阻碍的程度表示水层对于光线散射和吸收的能力。它不仅与悬浮物的含量有关，而且还与水中杂质的成分、颗粒大小、形状及其表面的反射性能有关。虽然浊度从表面上看仅仅是一种光学效应，但是从环境水质的角度来讲，水体浊度的意义远远不仅仅于此。由于颗粒物群体广阔的表面和大量的

9、活性基团，水体中各种微污染物和营养物的大部分都吸附在它们的表面上，以它们为载体，随水流运动迁移，扩大存在空间，更大范围地发挥其环境效应。在相对静止的水体中，颗粒物会沉降及沉积到水体底层，把微污染物蓄积起来成为它们的暂时归宿。当环境条件有所变化或污染物发生化学转化时，它们还可能更新释放出来，再次造成环境污染。因此，蓄积着污染物的水体沉积物，可能成为潜在的二次污染源，在很长时期内发挥环境效应。这是国际上染治理后期得到普遍关注而难以解决的环境问题。以本次研究中的太湖为例，太湖是一个大型浅水湖泊，湖面开阔，在一般天气时浪高在50 cm左右，56级风时，浪高可达1 m，再加上太湖水浅底平，风浪对湖底表层

10、35 cm的底泥具有扰动侵蚀作用，在风浪作用下底泥极易再悬浮，从而使湖水中悬浮物增加，湖水混浊。有文献报道，太湖悬浮物中主要以无机颗粒为主，但有机物的比例也不小，达30。如此高的有机质含量一方面是由于蓝藻等动植物残体增加所致，另一方面高的有机质含量常常伴随着由于人类生产活动所带来的有机污染物。大量研究表明，悬浮颗粒去除率越高，自来水越安全、卫生。有文献报道，降低饮用水浊度，有利于降低水中的藻密度，有机物含量，降低Ames致突变率MR，降低病毒传染病的发病病例，提高变形虫、贾第氏虫的去除率，对保障饮用水安全有重大作用。由于介水致病微生物主要附生在悬浮颗粒表面或近表面；在有悬浮颗粒存在的情况下，大

11、多数重金属和有机物的固一液相分配以固体表面吸附为主；因此，悬浮颗粒往往积聚了相当量的化学污染物及致病微生物，如果在净化过程中不能被有效去除，进入人体后会产生毒副作用。而悬浮颗粒去除量大时，水体中吸附在悬浮颗粒上的污染物都将随之而去除，自来水的化学安全性显著提高。浊度本是悬浮物造成的光学感官指标，在我国最初的饮用水水质标准中规定不超过5NTU。由于发现微污染物吸附在悬浮物上，指标日趋严格，现已有要求达到1NTU以下。种种事实表明：饮用水的浊度不仅仅是一个感官上的指标，在饮用水水处理中，浊度的去除与水质的好坏有着密切的联系。13给水处理技术发展概况131常规处理技术以混凝、沉淀、过滤、消毒为主组成

12、的水处理工艺是我国应用最广也是最基本的处理手段，整套工艺以去除浊度为主要目标。1311混凝水的混凝处理是常规给水处理系统中最常用的一种工艺。广义而言，混凝泛指自然界与人工强化条件下所有分散体系(水与非水或混合体系)中颗粒物失稳聚集生长的过程，通常其主要作用是去除水中悬浮颗粒和胶体微粒，同时也可以去除水中一部分有机物。其作用机理主要分三个方面：带正电的金属离子和带负电的胶体物胶体发生电中和而脱稳凝聚；二是金属离子与溶解性有机物分子形成不溶性复合物而沉淀；三是胶体颗粒在絮体表面的物理化学吸附。影响混凝效果的因素很多：混凝剂的种类、混凝剂的投加量、原水水质、混凝pH值、碱度、混凝搅拌程度以及混凝剂与

13、助凝剂的投加顺序等。作为水处理的重要方法之一，混凝技术得以广泛地应用于各种水处理工艺流程之中，决定着后续流程的运行工况，以及最终出水质量与成本费用，因而成为环境工程的重要科技研究开发领域，在我国水处理高新技术的发展中占有重要地位。1312沉淀给水处理中的沉淀工艺是指在重力作用下悬浮固体从水中的分离过程。在常规处理工艺中，沉淀工艺为混凝工艺的后续工艺，在该工艺段原水经混凝过后水中悬浮颗粒集聚成的絮团通过重力作用逐渐沉淀，达到固液分离的效果。沉淀池根据具体布置可设计成多种形式：竖流式沉淀池、幅流式沉淀池、平流式沉淀池以及斜管式沉淀池，但其原理均为通过悬浮固体重力沉降以达到固液分离。沉淀工艺之所以被

14、广泛采用主要是由于沉淀截留的污泥量大，而且构造简单，管理方便以及经营费用低。对于悬浮物质含量较多的原水，沉淀则是净水中必不可少的手段。在一般情况下，沉淀池在整个净水系统中担负着去除8090的悬浮固体。1313过滤常规给水处理中的过滤工艺段有着去除混凝沉淀后未能去除的微细颗粒和胶体物质，提高出水水质的作用。过滤工艺的基本原理为截留以及吸附，在饮用水处理中，滤池常置于沉淀池之后，消毒与膜滤之前，不可或缺。1314消毒消毒作用主要是杀死绝大多数病原微生物，防止水致传染病危害。加氧化性消毒剂可同时氧化水中有机物和还原性污染物，降低CODMn，给水处理中，原水经混凝、沉淀和过滤，能去除大量悬浮物和粘附的

15、细菌，但过滤出水还远远不能达到饮用水的细菌指标。以大肠菌为例，一般水质较好的河水约含大肠菌10000个L。混凝沉淀可以去除5090的大肠菌，过滤后可去除水中90的大肠菌，但出水中还会含有大肠菌100个L。我国饮用水水质标准为大肠菌小于3个L，所以最后必须进行消毒。但由于消毒工艺并没有固液分离的过程，故消毒工艺段基本没有除浊的作用。132预处理技术预处理技术是采用适当物理、化学和生物的处理方法，对水中的污染物进行初级去除，使常规处理能更好地发挥作用，减轻常规处理和深度处理的负担，改善和提高饮用水水质。按对污染物的去除途径，常见预处理技术可分为氧化法和吸附法，氧化法又可分为化学氧化法和生物氧化法。

16、1321氧化法化学氧化法主要依靠氧化剂的氧化能力，破坏水中污染物的结构，转化或分解污染物，有效降低水中的有机物含量，杀灭影响给水处理工艺的藻类，改善混凝效果，降低混凝剂的用量。化学氧化预处理一般有三种方法：预氯氧化、高锰酸钾及其复合剂预氧化、臭氧氧化。生物氧化法主要借助微生物群体的新陈代谢活动，去除水中的污染物。目前生物氧化法主要有：接触氧化法、塔式生物滤池、生物转盘、淹没式生物滤池、生物流化床等。与化学氧化处理工艺相比，生物预处理技术可以有效改善混凝沉淀性能，减少混凝剂用量，能去除传统工艺不能去除的污染物，同时能使后续工艺简单易行，减少了水处理中氯的消耗量，出水水质明显改善。1322吸附法吸

17、附预处理技术往往是利用吸附剂强大的吸附性能、交换作用或改善混凝沉淀效果来去除水中污染物，主要有粉末活性炭吸附和沸石吸附等。该技术对氨氮、氯化消毒副产物、极性小分子有机物均具有较强的去除能力。133深度处理技术在饮用水常规处理工艺基础上出现的深度处理技术以去除水中溶解性有机物和消毒副产物为目的，有效提高和保证了饮用水水质。目前饮用水深度处理技术已取得了长足的进步，各种经济实用的处理技术正逐渐得到广泛的应用。应用较为广泛的深度处理技术有：膜分离技术、生物活性炭、光氧化、超声空化技术等。深度处理技术的发展为今后的直饮水目标做好了准备，但由于深度处理技术目前成本过高，故暂时难以在国内普及。134强化常

18、规处理技术强化常规处理技术是在水厂传统工艺上对某个工艺段进行强化及改进以达到改善出水目的的一种手段。目前强化常规处理技术主要有以下两种方法。1341强化过滤强化过滤主要通过发挥滤料与脱稳颗粒的接触凝聚作用而去除浊度、细菌。强化过滤的手段主要有：投加助滤剂、变革滤料、改进滤池反冲洗工艺、优化常规过滤工艺等手段。强化过滤给水处理技术在一定条件下均能有效去除饮用水水源中的杂质。但是强化过滤是基于一定的沉淀出水条件下才能有较好处理效果，若前续工艺沉淀出水浊度过高，也往往容易出现滤池浊度击穿现象。1342强化混凝所谓强化混凝是指为提高常规混凝效果所采取的一系列强化措施，即确定混凝的最佳条件(混凝剂种类、

19、混凝剂投加量、pH值等)，增大絮体对水中超微颗粒的碰撞、吸附和脱除作用，降低出水浊度，提高对有机物的去除率瞄】。强化混凝是具有多重目标的混凝过程，其处理目标包括最大化去除颗粒物和浊度；最大化去除TOC和DBP前驱物；减小残余混凝剂的含量；减少污泥产量；最小化生产成本。从工艺研究的角度而言，强化混凝强调在现有水处理工艺和设施上的改进与提高也即强化，而改进与提高的方式有多种：可以通过对混凝剂的筛选优化、对混凝剂剂量优化、也可以通过对混凝反应过程条件等的控制强化来实现，在以上一系列强化混凝方法中，优化药剂的方法由于不需要新的构筑物，初期资金投入较小，工艺比较简单，日常运行维护费用较低，是提高常规混凝

20、效果，在保证浊度去除率的同时提高水中有机物的去除率，较经济、实用的一种工艺。14国内外关于强化混凝工艺研究概述针对强化混凝的研究力度空前加大，同时也备受各方关注，对水体中颗粒及有机物的特性和去除规律也进行了大量的、充分的研究工作，总结出一些规律。通过研究发现，强化混凝过程中混凝剂的投加量是提高浊度、有机物去除率的重要影响因素，另外温度、pH值等对此也有一定影响，更为重要的是针对水质进行混凝剂的种类的优化及助凝剂的添加。现对强化混凝中几大重要因素对混凝的影响的研究进行一个概述。141混凝剂投加量混凝剂的投加量直接影响强化混凝对水中浊度以及有机物的去除效果。国外许多专家的研究都表明随着投药量的增加

21、，出水余浊不断降低，TOC的去除率不断提高。Stuart等人研究了以明矾为混凝剂，在不同投药量下，强化混凝对水源水的TOC和紫外吸光值的去除规律。他们发现，一般来说，随着投药量的增加，两者的去除率都在不断提高，而后者的去除率始终要大于前者。Gil等人的研究证实了上面提到的投药量对有机物去除率的影响规律。然而过量的混凝剂必然引起处理费用和污泥量的增加，并使出水中金属离子浓度增加。因此，应根据具体水质情况优选混凝剂，并利用混凝剂投加量与利用效率之间存在的关系确定最佳投量。142 pH值一般认为低pH值有利于有机物的去除，这与强化混凝的作用机理有关。在低pH值、高混凝剂用量的强化混凝条件下能形成大量

22、金属氢氧化物，改善混凝剂水解产物的形态且使其正电荷密度上升；同时低pH条件会影响有机物离解度和改变水中有机物的存在形态，有机物质子化程度提高，电荷密度降低，进而降低其溶解度及亲水性，成为较易被吸附的形态，吸着到大量存在的金属氢氧化物颗粒上共沉淀，这样可提高水中溶解态有机物的去除率，进而提高水中有机物总的去除率。虽然较低pH值有利于强化混凝对天然有机物的去除，但并不是pH值越低越好。mberly等人对16个强化混凝工艺进行了调查，发现去除有机物的最优pH值是5565。Dempsey等人认为，对于铝盐混凝剂，去除有机物的最优pH值在5附近，对于铁盐混凝剂，则是在4附近。pH值的调整对混凝效果有较大

23、影响，但是在工业实际生产中，调节原水的pH值不易实现，而且有时还会腐蚀管线，所以改善pH并不实际。143温度低温对于混凝具有负面的影响作用。有研究显示，低温并不影响TOC的去除，但是对于相对分子质量小于1000的低相对分子质量有机物和色度起负面影响。温度的影响是复杂的，低温可能造成水的粘度上升，阻碍混凝剂的扩散和絮体沉降；而且可以影响水解动力学平衡，影响金属氢氧化物的形成；另外影响水的离子积常数，降低离子积常数，从而降低水中氢氧根的浓度。同时，低温可能造成形成的絮体密实度较低、絮体较小，导致分离效果差。144混凝强度混凝强度、搅拌方式等对混凝效果有着不同影响作用。对于不同水质状况的适应性与最优

24、工艺条件(如搅拌强度与反应时间等)，明确絮体的形成机制、控制方式与强化工艺，以达到对于原始水体颗粒物以及混凝过程形成的颗粒物的最优去除，相应的达到对有机物的优化去除，是非常重要的。Ebie等研究发现，较高的快速搅拌对混凝效果的影响较大，快搅速度大，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，同时也促使了水中较大颗粒碰撞和接触，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原水的混凝，可以在一定程度上改善混凝药剂对原水的混凝效果。145混凝剂种类和助凝剂的添加不同的混凝剂，对水中胶体颗粒的作用机理有所不同，因而其去除效果也有所差异。而对于如前所述的不同水质，也

25、要求有最佳的混凝剂与之相对应。针对不同的水源水质开发与之对应的混凝药剂，在不改变现行自来水厂的处理设备及工艺条件下增加成本最少，最为简便，是一系列强化混凝方法中最易实现的措施。混凝剂近代发展的主流是各种有机和无机高分子絮凝剂。1451无机高分子混凝剂无机高分子混凝剂是一类新型的水处理药剂，当前在日本、俄国、西欧、美国都已有相当规模的生产和应用，在中国已是最主要的品种。无机高分子混凝剂是从正盐水解为氢氧化物过程中形成的中间产物，它们是目前供水企业主要使用的混凝剂，多年来发挥了很好的作用。但也有研究发现，对于不同水质的原水，并非高分子无机聚合形态的混凝剂效果要好，在某些湖泊、水库水源，聚合铝的混凝

26、效果甚至不如传统低分子混凝剂硫酸铝的。此外，随着水源水质的受污染程度的增加，例如：湖泊富营养化导致的藻类高发期，长江受污染水季节高温高浊和冬季低温低浊期，单独使用无机混凝剂往往不能满足混凝沉淀出水水质的基本需要。1452有机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂是近年来絮凝剂发展的一大热点，一般均为线型高分子聚合物，与无机混凝剂配合使用，具有用量小，产生的絮体粗大，效率高，产生的污染容易处理等优点。中国科学院生态环境研究中心结合我国实际情况，通过阳离子型PDM对传统絮凝剂进行改性，研制出了适合我国北方及南方水质特征的高效絮凝剂，能较传统絮凝剂将有机物去除率提高2035。但有机高分子絮凝剂的缺点在于大多数

27、天然有机高分子，如甲壳素，存在来源有限，相对分子质量低和单一的缺陷使应用和功效受限，而大多数有机高分子本身或其水解产物有毒，使其应用受到一定限制，如：丙烯酰胺均聚物及其共聚物等。另外国内也有含少量丙烯酰胺类扩链剂的改性二甲基二烯丙基氯化铵(dimetllyldiallylammoIlic11lde，简称DM)共聚物产品(如HCA系列等)，或相对分子质量低的PDM产品作助凝剂用于长江三峡水、巢湖高藻水的实际饮用水生产的报道。目前国内有机高分子絮凝剂的开发热点在于二甲基二烯丙基氯化铵(DM)自身聚合得到的均聚物(polydimetllyldiallylllIlollicllloride，简称PDM

28、)，该均聚物是一种具有特殊功能的水溶性阳离子型高分子聚合物，具有大分子子链上所带正电荷密度高、水溶性好、分子量易于控制、高效无毒等优点。美国把PDM作为饮用水絮凝剂，已获得联邦政府的批准，且在水厂中使用己较普遍。南京理工大学化工学院302助剂组采用自行合成研制的，相对分子质量系列化的有机阳离子产品聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDM)与多种无机混凝剂复合，对不同季节不同水质的长江水、太湖水、宁波内河水进行混凝脱浊处理，取得了较好脱浊效果。纵观絮凝剂的现状可以看出：絮凝剂的品种繁多，从低分子到高分子，从单一型到复合型，总的趋势是向廉价实用、无毒高效的方向发展，其中更有前途的可能是无机盐PDM复合药剂，

29、该系列产品在我国实际生产中的应用还较少，应该是絮凝剂应用进一步开发研究的方向。15国内关于对湖泊水强化混凝研究概述国内姚萱在处理巢湖高藻水时，通过实验室及生产上的应用，证实在使用无机混凝剂的同时借助HCA1作助凝剂处理高藻水具有明显效果，适用范围也较广，在保证出水水质的前提下，当投加量在O1025 mgL时可节约药耗1530，降低制水成本127236。王桂荣等研究了HCA(一种以二甲基二烯丙基氯化铵为主体的阳离子型有机高分子聚合物)在给水除藻中的作用，实验结果表明，在pH值在78的中性原水中，先投聚合氯化铝20 mgL再投聚二甲基二烯丙基氯化铵01O2 mgL，出水沉淀后浊度可降至3 NTU，

30、除藻率为861。HCA在国内虽已实现产业化，但该产品的相对分子质量较低，而且不是纯阳离子DM聚合物，其中含丙烯酰胺扩链剂，影响了其使用效果及其使用安全性。南京理工大学302助剂组通过混凝烧杯实验对富营养化太湖水体进行了系列PDM复合药剂的处理效果研究。初步探索了以P：AC、PFS、AS等无机混凝剂为基，用特征黏度系列化PDM进行改性得到的无机盐PDM系列化稳定型复合混凝剂，用于高温高藻和低温低藻的太湖含藻水的强化混凝脱浊处理。结果证实PDM能明显提高无机混凝剂的脱浊除藻效果与沉淀性能。在与水厂实际生产相近的混凝条件下，对于各类微污染原水特别是含藻及有机污染物太湖水，使用该复合混凝剂，在达到现有

31、出水水质要求时，可减铝盐1050；沉淀出水藻类去除率提高l5。使用复合混凝剂所含铝盐量与现有投加量相同时，可减用氯量或其他氧化剂3050；沉淀出水藻类去除率提高310，去除率达99以上，浊度0.5NTU。复合混凝剂中PDM的含量越高，PDM的特征黏度越高，脱浊除藻效果与沉淀性能越好。16研究问题的提出161太湖水处理中存在问题及解决思路太湖是经济发达的长江三角洲地区的重要淡水资源，是上海、苏州、无锡等大中城市最重要的供水源地。但是，近年来，对太湖水体的人为污染使水质恶化，有机物对水中胶体颗粒产生很强的保护作用，给以去除浊度为主要目标的常规水处理带来了极大困难，常规处理工艺逐渐难以应付，采用临时

32、措施处理不当则还会引发供水水质事故。采用有机高分子助凝剂强化混凝处理近年来为人们所重视。聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDM)是一种水溶性阳离子型高分子聚合物，其分子链上所带正电荷密度高，水溶性好，相对分子质量易于控制，具有高效、无毒等优点。本课题组通过混凝烧杯实验对富营养化太湖水体进行了系列PDM复合药剂的处理效果研究，结果表明PDM能够明显提高无机混凝剂对富营养化太湖水的脱浊效果。但是，该结果仅为实验室烧杯试验结果，PDM应用于太湖水实际制水生产的强化混凝处理效果还有待验证，另由于烧杯实验仅限于混凝沉淀工艺段，致使目前对使用PDM强化混凝太湖水对常规给水处理中其它工艺段的影响不明。而直接将PDM

33、应用于实际生产一方面会产生高额的实验费用，另一方面对供水水质安全有一定的风险。根据以上存在问题，结合太湖周边水厂实际制水生产工艺建造中试生产线，可对现有PDM系列化稳定型复合混凝剂用于有机污染物原水强化混凝处理工艺技术进行中试放大研究，使原有从现场烧杯实验中获得的关于含PDM的系列化稳定型复合混凝剂在强化混凝处理含藻及有机污染物原水方面的功能在工业中试规模上得以放大验证，同时补充完善原烧杯实验中未能完成部分的研究内容并直接在工业中试规模生产线实验验证，进而起到减少系列化稳定型复合混凝剂在实际生产线上直接实验和应用带来的高额实验费用和对供水水质安全产生影响的风险。162本研究的主要内容及现实意义

34、本次研究在太湖周边某水厂实际生产工艺基础上安装了两套中试生产线，研究特征黏度及复合配比系列化的含PDM稳定型复合混凝剂对富营养化太湖水的混凝脱浊效果，主要内容包括以下几点：(1)PACPDM复合混凝剂与ASPDM复合混凝剂应用于富营养化太湖水强化混凝工艺，中试放大除浊效果的验证研究；(2)使用常规无机铝盐混凝剂(PAC或AS)及其相应的复合混凝剂对富营养化太湖水处理时，复合混凝剂强化混凝对常规处理工艺各工艺段除浊效果影响的研究；(3)浊度去除与COD、藻含量去除联系的考察。该研究使原有从现场烧杯实验中获得的关于含PDM的系列化稳定型复合混凝剂在强化混凝处理含藻及有机污染物原水方面的除浊规律在工

35、业中试规模上得以放大验证。同时补充完善原烧杯实验中未能完成部分的研究内容，并直接在工业中试规模生产线实验验证。这一系列工作为复合混凝剂的实际生产应用作好了准备，对指导制水生产有较大的现实意义。2实验原理21混凝原理211胶体2111胶体的概念为了更好的理解原水混凝脱浊机理，首先要了解胶体颗粒。由两种以上的物质混合在一起而组成的体系称为分散体系，其中被分散的物质称为分散相，在分散相周围连续的物质称为分散介质。在水处理所研究的分散体系中，其分散介质就是水。水和水中那些均匀分布的细小颗粒所组成的分散体系，按颗粒的大小可分为三类：颗粒小于l纳米的分子和离子称为真溶液，它们的尺寸很小，不会引起光散射，水

36、溶液呈透明状；颗粒尺寸为lnm至01um的称为胶体溶液；颗粒大于01 um的称悬浮液。胶体溶液与悬浮液中的颗粒能使光散射，水呈浑浊。2112胶体的结构胶体表面带有电荷是胶体具有聚集稳定性的主要原因。由于静电引力的作用，势必吸引了溶液中的异号离子(反离子)到微粒周围。这些异号离子同时受到两种力的影响：一种是微粒表面离子的静电引力，它吸引异号离子贴近微粒。另一种是异号离子本身热运动的扩散作用力以及液体对这些异号离子的溶剂化作用力，它们能使异号离子均匀散布到液相中去。这两种力综合作用的结果，使靠近固体表面的异号离子的浓度较大，随着与固体表面距离的增加浓度逐渐减小，直到等于溶液中离子的平均浓度。这样胶

37、体微粒外面所吸附的阴、阳离子层形成双电层结构。固体表面吸附了电位形成离子与部分反离子，一部分反离子紧附在固体表面随微粒移动，称为束缚反离子，组成吸附层。另一部分反离子由于热运动和液体溶剂化作用而向外扩散，当微粒运动时，与固体表面脱开而与液体一起运动，它们包围着吸附层形成扩散层，称为自由反离子。由于反离子与胶体微粒所吸附的离子间的吸附力很弱，所以微粒运动时，扩散层中大部分离子脱开微粒，这个脱开的界面称为滑动面。通常将胶核与吸附层合在一起称为胶粒，胶粒再与扩散层组成胶团。由于胶核表面所吸附的离子总比吸附层里的反离子多，所以胶粒是带电的，而胶团是电中性的。2113胶体的稳定性与其脱稳胶体既具有巨大的

38、表面自由能，有较大的吸附能力，又具有布朗运动的特性，颗粒间有互相碰撞的机会，似乎可以粘附聚合成大的颗粒，然后受重力作用而下沉。但是由于同类的胶体颗粒带着同号的电荷，它们之间的静电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大颗粒；其次，带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，也阻止各胶粒的聚合。胶体颗粒不断保持分散的悬浮状态的特性称胶体的稳定性。一种胶体的胶粒带电越多，其Zeta电位就越大；扩散层中反离子越多，水化作用也越大，水化壳也越厚，因此扩散层也越厚，越具有稳定性。胶体的稳定性可从两个颗粒相碰时互相间的作用力来判断。按照库伦定律，两个带同样电荷的颗粒之间有静电斥力，它与颗

39、粒间距离的平方成反比，相互越接近，斥力越大。两个颗粒表面分子间还存在一个称为范德华力的吸引力，其大小与分子间距离的六次方成反比。这两种力的合力决定着胶体微粒是否稳定。可以分别计算这两种力，然后加起来得出合力的大小。当距离很近时，由于范德华力占优势，合力为吸力，两个颗粒可以互相吸住，胶体失去稳定性。当距离较远时，库伦力占优势，合力将为斥力，颗粒间互相排斥，胶体将保持稳定性。胶体颗粒互相吸附聚合，形成较大颗粒直至重力起作用后下沉，这个形成较大颗粒的过程叫凝聚。在原水混凝过程中使胶体凝聚的主要方法是向胶体体系中投加电解质。在胶体系统中，加入电解质可降低Zeta电位，Zeta电位的大小反映胶粒带电的多

40、少，可用来衡量胶粒的稳定性。当投入电解质后，溶液中与胶粒上反离子同电荷的离子浓度增加了。根据浓度扩散的作用和异号电荷相吸的作用，这些离子可与胶粒吸附的反离子发生交换，挤入扩散层，使扩散层厚度缩小，进而越多地挤入滑动面与吸附层，使胶粒带电荷数减少，也就降低了Ze诅电位。212混凝机理2121压缩双电层胶团双电层的构造决定了在胶粒表面处反离子的浓度最大，随着胶粒表面向外的距离越大则反离子浓度越低，最终与溶液中离子的浓度相等，向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度变小。当两个胶粒相互接近时，由于扩散层厚度减小，Zeta电位降低，因此它们相互排斥的力就减小了。也就是溶液中离子浓度高的

41、胶粒间斥力比离子浓度低的要小，胶粒间的吸附力不受水相组成的影响，但由于扩散层减薄，它们相撞时的距离就减小了，这样相互的吸力就大了，胶粒得以迅速凝聚。2122吸附电中和作用机理吸附电中和作用是指胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状离分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分电荷，减少了静电斥力，因而容易与其它颗粒接近而相互吸附。2123吸附架桥作用机理吸附架桥作用主要是指离分子物质与胶粒的吸附与桥连，还可理解成两个大的同号胶粒中间由于有一个异号胶粒而连结在一起，高分子混凝剂具有线型结构，它们具有能与胶粒表面上某些部位起作用的化学基团，当高聚合物分子的其余伸展在溶液中可以与

42、另一个表面有空位的胶粒吸附，这样聚合物就起了架桥连接的作用。2124沉淀物网捕机理当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所网捕，当沉淀物是带正电荷时，沉淀速度可因溶液中存在阴离子而加快。此外，水中胶粒本身可作为这些金属氢氧化物沉淀形成的核心，所以凝聚剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比，即胶粒越多，金属凝聚剂投加量越少。22水样分析原理221浊度测定原理浊度是衡量水质好坏的重要指标之一，水的浊度是由无机质和有机质的浮游物、泥土、微生物等微粒悬浮物质所引起。它是用一种称作浊度计的仪器来测定的。浊度计发出光线，

43、使之穿过一段样品，并从与入射光呈900的方向上检测有多少光被水中的颗粒物所散射。这种散射光测量方法称作散射法。222 Zeta电位测定原理通常将胶核与吸附层合在一起称为胶粒，胶粒再与扩散层组成胶团。由于胶核表面所吸附的离子总比吸附层里的反离子多，所以胶粒是带电的，而胶团是电中性的。按以上所述，可以写出胶团的结构式：胶核表面(固液界面)上的离子和反离子之间形成的电位称为总电位，即V电位，而胶核在滑动时所具有的电位(在滑动面上)是zeta电位。总电位测不出来，也没有实用意义，而Zeta电位可以由电泳或电渗的速度计算出来，在混凝的研究中Zeta电位具有重要意义。3实验方案设计经上述文献及相关原理的介

44、绍，提出本研究的方案设计，主要分为常规无机铝盐混凝剂(PAC及AS)与含PDM系列化稳定型复合混凝剂在常规处理工艺中各工艺段的脱浊规律考察，PDM复合混凝剂烧实验脱浊规律工业中试规模放大验证两部分。此外，在这两部分的基础上额外考察常规水处理中浊度去除与CODMn、藻含量去除的联系。31含PDM复合混凝剂混凝工艺脱浊效果中试放大验证在现有两条完全平行的中试生产线上，一条中试线运行常规无机铝盐混凝剂(PAC或AS)，另一条运行含PDM系列化稳定型复合混凝剂(PACPDM复合混凝剂或ASPDM复合混凝剂)。通过测量原水浊度及原水经两条中试生产线混凝沉淀工艺段后出水余浊可考察复合混凝剂在不同复合配比与

45、PDM不同特征黏度下对太湖水在混凝沉淀工艺下的脱浊规律，从复合混凝剂等投加量脱浊效果考察及等余浊减铝量考察两方面进行烧杯实验脱浊规律的放大验证。311 PAC、PAC/PDM复合混凝剂脱浊效果中试放大验证3111 PAC、PACPDM复合混凝剂在等投加量下脱浊规律的考察一条中试线运行PAC药剂，另一条运行PACPDM复合混凝剂。跟踪混凝沉淀出水考察运行PAC沉淀池出水达到23NTU(太湖周边水厂实际生产要求)时的投加量下，PACPDM复合混凝剂对太湖水混凝沉淀除浊效果。3112 PAC】mM复合混凝剂与PAC相近脱浊效果基础上减铝能力的考察一条中试线运行PAC药剂，另一条运行PACPDM复合混

46、凝剂。考察运行PAC及PACPDM复合混凝剂两者沉淀池出水均达到23NTU(太湖周边水厂实际生产要求)时，PACPDM复合混凝剂的减铝(即减少PAC投加量)能力。通过以上两方面的实验考察，可得到PAC及P!ACPDM复合混凝剂对富营养化太湖水在混凝沉淀工艺段在中试条件下脱浊规律。与已有烧杯实验结果对照可以在工业中试规模上验证原有从现场烧杯实验中获得的关于PACPDM复合混凝剂在强化混凝处理含藻及有机污染物原水方面的脱浊规律，并得到复合混凝剂对富营养太湖水混凝处理脱浊效果的中试放大规律。312 AS、AsPDM复合混凝剂脱浊效果中试放大验证3121 AS、ASPDM复合混凝剂在等投加量下脱浊规律

47、的考察一条中试线运行AS药剂，另一条运行ASPDM复合混凝剂。跟踪混凝沉淀出水考察运行AS沉淀池出水达到23NTU(太湖周边水厂实际生产要求)时的投加量下，ASPDM复合混凝剂对太湖水混凝沉淀除浊效果。3122ASPDM复合混凝剂与PAC相近脱浊效果基础上减铝能力的考察一条中试线运行AS药剂，另一条运行ASPDM复合混凝剂。考察运行AS及ASPDM复合混凝剂两者沉淀池出水均达到23NTu(太湖周边水厂实际生产要求)时，ASPDM复合混凝剂的减铝(即减少AS投加量)能力。通过以上两方面的实验考察，可得到AS及ASPDM复合混凝剂对富营养化太湖水在混凝沉淀工艺段在中试条件下脱浊规律。与已有烧杯实验结果对照可以在工业中试规模上验证原有从现场