摘  要：強化混凝技術(shù)目前在給水領(lǐng)域主要應(yīng)用于控制飲用水中消毒副產(chǎn)物的含量，以求達到更高的飲用水水質(zhì)要求。依據(jù)國內(nèi)外進行過的試驗研究及應(yīng)用，綜述了強化混凝技術(shù)的研究進展及結(jié)果，在此基礎(chǔ)上探討了強化混凝在給水處理工程特別是電站凈水系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵字：給水處理 強化混凝 水質(zhì)

　　目前嚴重影響凈水水質(zhì)進一步提高的問題之一是水中有機物的控制與去除。數(shù)十年來，國內(nèi)外水處理工作者在有機物去除問題上已做過大量研究，探索過多種去除有機物的材料和方法。近年來美國環(huán)境保護局(USEPA)［1～3］為達到飲用水消毒/消毒副產(chǎn)物(D/DBP)第一階段的控制目標——飲用水中總?cè)u甲烷(THMs)≤0.08mg/L，鹵乙酸(HAAs)≤0.06mg/L，推薦采用的工藝有：強化混凝(enhanced coagulation)、粒狀活性炭吸附(GAC adsorption)和膜過濾(membrane filtration)，而且將強化混凝列為控制天然有機物(NOM)的最佳方法^［2］?！　?span lang="EN-US">

　　水的混凝處理是常規(guī)給水處理系統(tǒng)中最常用的一種工藝，通常其主要作用是去除水中懸浮顆粒和膠體微粒，同時也可以去除水中一部分有機物，但去除有機物的效率不高且波動范圍較大，這主要與水中有機物的種類、形態(tài)有關(guān)。目前給水處理工藝中常用的混凝劑是Al₂(SO₄)3、FeCl₃、PFS(聚合硫酸鐵)、PAC(聚合鋁)，由于水的pH值直接影響到混凝劑的水解形態(tài)和水中微粒的表面特性，進而影響到混凝效果，因此對大多數(shù)原水而言，最佳混凝效果并不發(fā)生在微粒ζ電位為0時。事實上，當混凝劑用量低時，獲得較好混凝效果所發(fā)生的作用機理主要是電性中和、吸附架橋；而當混凝劑用量高時，獲得較好混凝效果所發(fā)生的作用機理主要是吸附架橋、網(wǎng)捕沉淀^［4］。

　　天然水體中的有機物(通常主要為腐殖酸類有機物，其分子結(jié)構(gòu)上常含有較多的-COOH和-OH基團)，按其在水中存在的形態(tài)可分為懸浮態(tài)(包括單獨存在的有機顆粒和吸附在水中微粒表面的有機質(zhì))、膠態(tài)和溶解態(tài)三種，懸浮態(tài)、膠態(tài)部分通常是些分子質(zhì)量較大、溶解度較小的有機物組分，天然水中的有機物有相當一部分被微小固體顆粒所吸附^［5］。混凝、澄清是常規(guī)給水處理系統(tǒng)中第一個處理單元，而天然水體中懸浮態(tài)、膠態(tài)部分有機物的性質(zhì)與水體中存在的微粒很相似，如通常條件下帶有負電荷(有機物在水中有離解趨向)，因此在混凝處理過程中，它們的去除機理應(yīng)該是相似的，即通過電性中和、吸附架橋、網(wǎng)捕沉淀得以去除，而且去除率較高(可達80%～90%)。而水中分子質(zhì)量較小、溶解度較大的有機物(主 要是腐殖酸類中的富里酸等)^［6］，在一般混凝條件下去除率很低，主要原因是由于其具有良好的親水性而不易被混凝劑的水解產(chǎn)物——金屬氫氧化物所吸附。但是，如果通過改善混凝處理條件，即在低pH、高混凝劑用量的強化混凝條件下^［7］形成大量金屬氫氧化物，改善混凝劑水解產(chǎn)物的形態(tài)且使其正電荷密度上升，同時低pH條件會影響有機物離解度和改變水中有機物存在形態(tài)，有機物質(zhì)子化程度提高，電荷密度降低，進而降低其溶解度及親水性，成為較易被吸附的形態(tài)，吸著到大量存在的金屬氫氧化物顆粒上共沉淀，這樣可提高水中溶解態(tài)有機物的去除率，進而提高水中有機物總的去除率。所以，理論上通過改善混凝條件(強化混凝)是提高給水處理工程中有機物去除率的可行且有效的途徑?！?span lang="EN-US">

　　丁桓如等人^［10］用聚合硫酸鐵和聚合氯化鋁對黃浦江水進行的混凝試驗表明，在最佳pH條件下(聚合硫酸鐵為5.6，聚合氯化鋁為5.5)，聚合硫酸鐵和聚合氯化鋁混凝劑對水中總的、溶解態(tài)的和紫外吸收部分的有機物去除率分別達到70%、52%、55%和70%、52%、33%，去除該水體中有機物的最佳pH范圍在5.5～6.5。鐵鹽的pH適用范圍比鋁鹽大，在低pH混凝條件下，水體中有機物的去除率明顯提高，而且聚合硫酸鐵優(yōu)于聚合氯化鋁。黃廷林^［11］用Al₂(SO₄)₃作混凝劑對腐殖酸水樣和興慶湖水樣進行的強化混凝試驗表明，混合攪拌強度對TOC去除效果有影響，在較低的混合攪拌強度下，通過延長絮凝反應(yīng)時間可獲得稍好的TOC去除效果。但是，混合強度對TOC去除效果的影響遠沒有pH和混凝劑用量的影響大，去除TOC的最佳pH值均在5.5左右，TOC去除率分別可達80%和70%以上，且濁度變化不影響DBP先質(zhì)去除。

　　國內(nèi)外的試驗研究得到了幾個較一致的結(jié)論：①水中有機物主要依靠吸附共沉淀得以去除；②去除水中有機物的最佳pH值在5.5～6.5，加大混凝劑用量是有利的；③NOM在混凝條件下去除的主要影響因素是pH值和混凝劑；④強化混凝對腐殖酸類有機物的去除特別有效。

　　化混凝是在常規(guī)混凝處理基礎(chǔ)上發(fā)展起來的去除水中有機物特別是富含腐殖酸類有機物的一種處理工藝，相對其他處理工藝，其成本較低且在原有處理設(shè)備上稍作改造就可實施。國內(nèi)外的試驗研究均表明混凝處理的pH值控制在6左右，并且適當提高混凝劑用量，對大多數(shù)源水中的有機物具有較好的去除效果，關(guān)鍵是pH的調(diào)節(jié)問題。pH調(diào)節(jié)可通過加酸、用酸化能力強的混凝劑(如FeCl₃)或用離子交換除鹽系統(tǒng)中的陽床酸性出水調(diào)節(jié)，這樣的工藝條件在工業(yè)給水工程中實施是可行的，特別是在電站給水處理中。因為一般的電站給水處理 系統(tǒng)中都有離子交換除鹽系統(tǒng)輔助的酸堿系統(tǒng)，所以混凝的pH調(diào)節(jié)更易實現(xiàn)，而對含有反滲透(RO)預(yù)除鹽裝置的系統(tǒng)，為降低RO膜的水解率和防止結(jié)垢，其進水pH值一般均要調(diào)節(jié) 到酸性范圍內(nèi)，這對實施強化混凝而言，實質(zhì)上是將pH調(diào)節(jié)點前移了。強化混凝主要增加了水處理系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的防腐需求、pH調(diào)節(jié)等費用，但對有機物含量不高的源水可省去GAC吸附設(shè)備的投資及運行費用，而對有機物含量較高的源水，通過強化混凝處理也可進一步提高GAC吸附設(shè)備的運行效率(降低進水pH值，對GAC吸附去除水中NOM更有效^［12］)，最根本的是要在較低的成本和充分利用現(xiàn)有工藝的條件下，實現(xiàn)給水質(zhì)量的明顯提高。因此，對源水進行強化混凝試驗以確定去除水中有機物的最佳pH范圍及混凝劑用量，進一步研究強化混凝與其他工藝(如GAC吸附處理)的配合使用，這在我國水源水普遍受到微污染的情況下很有現(xiàn)實意義，并相信混凝強化技術(shù)在給水處理工程中也有較大的應(yīng)用推廣價值。

　　參考文獻：

　?。?span lang="EN-US">1］Gil Grozes，et al.Enhanced Coagulation:Its Effect onNOM Removal and Chemical Costs［J］.J AWWA,1995,78-89.

　?。?span lang="EN-US">2］Robert C Cheng，et al.Enhanced Coagulation:a Preliminary Evaluation［J］.J AWWA,1995,91-103.

　?。?span lang="EN-US">3］Joseph G Jacangelo，et al.Selected Processes for Removing NOM:An Overview［J］.J AWWA,1995,(1)：64-77.

　　［4］Keith E Dennett，et al.Coagulation:Its Effect on Organic Matter［J］.J AWWA,1996,(4):129-142.

　?。?span lang="EN-US">5］王洪山，等.水中有機物與濁度之相關(guān)性［J］.中國給水排水，1991，6(2)：30-32.

　　［6］Douglas M Owen，et al.NOM Characterization and Treatability［J］.J AWWA,1995,(1):46-63.

　?。?span lang="EN-US">7］Stuart W Krasner，et al.Jartest Evaluations of Enhanced Coagulation［J］.J AWWA,1995,(10):93-107.

　?。?span lang="EN-US">8］Julien F，et al.Comparison of Organic Compounds Removal by CoagulationFlocculation and by Adsorption onto Preformed Hydroxide Flocs［J］.Wat Res,1994,28(12):2574.

　　［9］Eric M Vrijenhoek，et al.Removing Particles and THM Precursorsby Enhanced Coagulation［J］.J AWWA,1998,(4):139-150.

　?。?span lang="EN-US">11］黃廷林.強化絮凝法去除水中DBP先質(zhì)研究［J］.環(huán)境科學學報，1999，(4)：399-404.

　　［12］Kirk O Nowack，et al.Ferric Chloride plus GAC for Removing TOC［J］.J AWWA,1999,(2):65-77.