强化混凝在给水处理工程中的应用_朱晓云

强化混凝在给水处理工程中的应用朱晓云,王仁忠,赵林慧(中国石油呼和浩特石化公司)摘要: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石化企业净水系统中的应用前景。关键词:给水处理;强化混凝;水质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。近年来部分发达国家的环境保护部门为达到饮用水消毒/消毒副产物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、粒状活性炭吸附和膜过滤,而且将强化混凝列为控制天然有机物(NOM)的最佳方法。1强化混凝工艺的理论基础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。天然水体中的有机物按其在水中存在的形态可分为悬浮态、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。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),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。2强化混凝试验研究的进展强化混凝处理工艺试验研究较多的是美国,而且主要是在饮用水处理行业,其主要目标是提高饮用水中D/DBP先质的去除率。研究表明,水中富里酸(FA)类有机物主要通过电性中和沉淀、吸附共沉淀得以去除,且主要与铝盐的水解形态有关;低pH条件,聚合氯化铝对FA的去除效果优于AlCl3。对黄河水进行的强化混凝试验发现,混凝的pH控制是获得NOM最大去除率的决定因素,在pH≈6的条件下,强化混凝可增加65%的NOM去除率。过量加入相近剂量的混凝剂,铁盐对NOM的去除效果明显优于铝盐,其解释是:①铁盐的酸化能力比铝盐强,所以其混凝时pH值比铝盐低,较低的pH条件会增加腐殖酸类物质的质子化程度,增加混凝剂水解产物上的正电荷密度,减少混凝剂需求量,有利于88内蒙古石油化工2009年第16期收稿日期:2009-05-21有机物吸附到金属氢氧化物上;②尽管铝盐水解产物的比表面积[200～400m2/gAl(OH)3]大于铁盐水解产物的比表面积[160～230m2/gFe(OH)3],但相近剂量的铁盐水解产生Fe(OH)3的量是铝盐水解产生Al(OH)3量的2.8倍。另外还发现了高分子聚合物作混凝剂对溶解态NOM的去除效果较差,这是由于它们不能产生对有机质具有较好吸附作用的水解产物,也说明了水中NOM的混凝去除机理主要是被吸附在混凝剂水解产物(金属氢氧化物)上而从水中分离出来。研究表明,铁盐对NOM的去除效果优于铝盐,有机物上有一个或没有功能基时,不能同时被典型的混凝——絮凝和吸附在金属氢氧化物絮体上而去除,而含有至少两个相邻功能基的化合物可同时由混凝-絮凝和吸附去除,有机物的去除取决于其上的功能基的多少及分子质量