强化混凝在给水处理工程中的应用

强化混凝技术目前在给水领域主要应用于控制饮用水中消毒副产物的含量，以求达到更高的饮用水水质要求。依据国内外进行过的试验研究及应用，综述了强化混凝技术的研究进展及结果，在此基础上探讨了强化混凝在给水处理工程特别是电站净水系统中的应用前景。

目前严重影响净水水质进一步提高的问题之一是水中有机物的控制与去除。数十年来，国内外水处理工作者在有机物去除问题上已做过大量研究，探索过多种去除有机物的材料和方法。近年来美国环境保护局(USEPA)［1～3］为达到饮用水消毒/消毒副产物(D/DBP)第一阶段的控制目标——饮用水中总三卤甲烷(THMs)≤0.08mg/L，卤乙酸(HAAs)≤0.06mg/L，推荐采用的工艺有：强化混凝(enhanced coagulation)、粒状活性炭吸附(GAC adsorption)和膜过滤(membrane filtration)，而且将强化混凝列为控制天然有机物(NOM)的最佳方法［2］。　　

水的混凝处理是常规给水处理系统中最常用的一种工艺，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，但去除有机物的效率不高且波动范围较大，这主要与水中有机物的种类、形态有关。目前给水处理工艺中常用的混凝剂是Al2(SO4)3、FeCl3、PFS(聚合硫酸铁)、PAC(聚合铝)，由于水的pH值直接影响到混凝剂的水解形态和水中微粒的表面特性，进而影响到混凝效果，因此对大多数原水而言，最佳混凝效果并不发生在微粒ζ电位为0时。事实上，当混凝剂用量低时，获得较好混凝效果所发生的作用机理主要是电性中和、吸附架桥；而当混凝剂用量高时，获得较好混凝效果所发生的作用机理主要是吸附架桥、网捕沉淀［4］。

天然水体中的有机物(通常主要为腐殖酸类有机物，其分子结构上常含有较多的-COOH和-OH基团)，按其在水中存在的形态可分为悬浮态(包括单独存在的有机颗粒和吸附在水中微粒表面的有机质)、胶态和溶解态三种，悬浮态、胶态部分通常是些分子质量较大、溶解度较小的有机物组分，天然水中的有机物有相当一部分被微小固体颗粒所吸附［5］。混凝、澄清是常规给水处理系统中第一个处理单元，而天然水体中悬浮态、胶态部分有机物的性质与水体中存在的微粒很相似，如通常条件下带有负电荷(有机物在水中有离解趋向)，因此在混凝处理过程中，它们的去除机理应该是相似的，即通过电性中和、吸附架桥、网捕沉淀得以去除，而且去除率较高(可达80%～90%)。

而水中分子质量较小、溶解度较大的有机物(主要是腐殖酸类中的富里酸等)［6］，在一般混凝条件下去除率很低，主要原因是由于其具有良好的亲水性而不易被混凝剂的水解产物——金属氢氧化物所吸附。但是，如果通过改善混凝处理条件，即在低pH、高混凝剂用量的强化混凝条件下［7］形成大量金属氢氧化物，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。所以，理论上通过改善混凝条件(强化混凝)是提高给水处理工程中有机物去除率的可行且有效的途径。　

丁桓如等人［10］用聚合硫酸铁和聚合氯化铝对黄浦江水进行的混凝试验表明，在最佳pH条件下(聚合硫酸铁为5.6，聚合氯化铝为5.5)，聚合硫酸铁和聚合氯化铝混凝剂对水中总的、溶解态的和紫外吸收部分的有机物去除率分别达到70%、52%、55%和70%、52%、33%，去除该水体中有机物的最佳pH范围在5.5～6.5。铁盐的pH适用范围比铝盐大，在低pH混凝条件下，水体中有机物的去除率明显提高，而且聚合硫酸铁优于聚合氯化铝。黄廷林［11］用Al2(SO4)3作混凝剂对腐殖酸水样和兴庆湖水样进行的强化混凝试验表明，混合搅拌强度对TOC去除效果有影响，在较低的混合搅拌强度下，通过延长絮凝反应时间可获得稍好的TOC去除效果。但是，混合强度对TOC去除效果的影响远没有pH和混凝剂用量的影响大，去除TOC的最佳pH值均在5.5左右，TOC去除率分别可达80%和70%以上，且浊度变化不影响DBP先质去除。

国内外的试验研究得到了几个较一致的结论：①水中有机物主要依靠吸附共沉淀得以去除；②去除水中有机物的最佳pH值在5.5～6.5，加大混凝剂用量是有利的；③NOM在混凝条件下去除的主要影响因素是pH值和混凝剂；④强化混凝对腐殖酸类有机物的去除特别有效。