上海市政工程設(shè)計(jì)研究院 上海金山石化水廠
   鄒偉國(guó)   李春森

　　一  概述

　　在混凝過(guò)程中，在去除水中濁度的同時(shí)，對(duì)水中的有機(jī)物有一定的去除效果。常規(guī)的混凝過(guò)程主要偏重于對(duì)濁度的去除，隨著人們對(duì)水質(zhì)的要求提高，希望水中有機(jī)物盡可能最大的去除。美國(guó)近年來(lái)提高“強(qiáng)化地面水處理”及“消毒和消毒副產(chǎn)物”規(guī)定，就是要求加強(qiáng)混凝，在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上，改變混凝的條件，以達(dá)到對(duì)有機(jī)物最大去除的目的。水中有機(jī)物主要有水中天然的有機(jī)物（包括腐殖物質(zhì)等）及合成有機(jī)物（化工排放）、消毒副產(chǎn)物等。有機(jī)物的存在能引起管網(wǎng)中微生物生長(zhǎng)，從而使水的腐蝕性增加；導(dǎo)致水中色度增加；同時(shí)導(dǎo)致水處理過(guò)程中產(chǎn)生消毒產(chǎn)物。隨著人們生活水平的提高及檢測(cè)手段的增加；同時(shí)導(dǎo)致水處理過(guò)程中產(chǎn)生消毒產(chǎn)物。隨著人們生活水平的提高及檢測(cè)手段的增加，對(duì)水質(zhì)的要求越來(lái)越高，從而對(duì)水廠的處理要求也越來(lái)越高。美國(guó)環(huán)境保護(hù)協(xié)會(huì)（EPA）在1979年規(guī)定水中的THMs（trihalomethances）最高為0.01μg/l，最近D/DBP規(guī)定水廠出水中的THMs最高為0.08μg/l，HAA5（haloacetlc acids）為0.06μg/l。為了達(dá)到這個(gè)目的，可通過(guò)去除水中的DBP前致物質(zhì)或改變消毒劑同樣存在一些問(wèn)題，如臭氧價(jià)格高，也易生成一些副產(chǎn)物；二氧化氨需現(xiàn)場(chǎng)制備，且價(jià)格較高等。因此要使水廠出水中的消毒副產(chǎn)物滿足要求，必須在氯消毒前去除水中的能生成DBP的前致物質(zhì)。
　　對(duì)水中有機(jī)物的去除，通常所用的方法有：活性炭吸附法，膜法等?；钚蕴课椒澳し▋r(jià)格較高，在短期內(nèi)較難實(shí)施；最近國(guó)外研究表明：適當(dāng)?shù)幕炷龡l件下，用鋁鹽或鐵鹽對(duì)水中的濁度去除的同時(shí)，能對(duì)水中DBP前致物質(zhì)有較好的去除效果。常規(guī)的混凝主要去除分子量大于3000的有機(jī)物，但加強(qiáng)混凝對(duì)分子量為500--3000的有機(jī)物也有去除作用，對(duì)分子量小于500的分子去除沒(méi)有影響。

　　二  混凝去除有機(jī)物原理

　　混凝對(duì)有機(jī)物去除的主要原理為有機(jī)物膠體顆粒的脫穩(wěn)和中和、沉淀、吸附共同沉降等。其中膠體脫穩(wěn)與去除濁度原理相同，主要通過(guò)壓縮雙電層、電中和、架橋及網(wǎng)捕的形式，此種方式能去除呈膠體狀的有機(jī)物，但不能去除溶解性有機(jī)物（溶解性有機(jī)物是指能通過(guò)0.45μm的有機(jī)炭化合物）；沉淀是腐殖酸及富里酸等有機(jī)物與鋁或鐵離子生成的鹽類、因溶解度小而沉淀；吸附共同沉降是在水處理過(guò)程中生成金屬氫氧化物，氫氧化物具有很大的比表面積，溶解性有機(jī)物能吸附在其表面上而共同沉降，從而達(dá)到去除的目的。

　　三  混凝去除有機(jī)物的影響因素

　　影響混凝去除有機(jī)物效果的因素有：水的PH、水中有機(jī)物種類、混凝劑的種類和水中的堿度等。
　　1、PH值
　　眾多文獻(xiàn)一致認(rèn)為，PH5-6為混凝劑對(duì)有機(jī)物的最佳去除范圍，PH較低或較高，有機(jī)物去除效果較差。這是因?yàn)橛袡C(jī)金屬鹽沉降需要較多的金屬離子，而PH降低有利于使混凝劑水解成較高價(jià)位的金屬離子，但PH低于5.0時(shí)，氫離子與金屬離子和有機(jī)配體結(jié)合形成競(jìng)爭(zhēng)，從而導(dǎo)致有機(jī)物去除效果較差。
　　在PH長(zhǎng)高時(shí)，水中金屬離子生成金屬氫氧鹽而沉降，在沉降過(guò)程中能吸附有機(jī)物而共同沉降。特別當(dāng)PH到達(dá)11時(shí)，水中的鎂生成氫氧化鎂而沉降，氫氧化鎂和氫氧化鋁或鐵一樣具有很大的比表面積、無(wú)定形狀及表面帶正電行，能吸附水中的有機(jī)物而沉降。很多調(diào)查表明氫氧化鎂的沉降能大大加強(qiáng)膠體顆粒及溶解性物質(zhì)的去除。
　　2、有機(jī)物的種類
　　有機(jī)物的去除效果與有機(jī)物的性質(zhì)、種類有關(guān)，通常對(duì)于高分子量的有機(jī)物質(zhì)有較好的去除效果，當(dāng)水中有機(jī)物大部分不是腐殖物質(zhì)時(shí)，去除效果較差。一般，水中含有較高比例的腐殖物質(zhì)時(shí)，則UV₂₅₄相對(duì)較高，因此實(shí)驗(yàn)證明UV₂₅₄可以作為有機(jī)物可去除程度的一個(gè)指示。
　　3、混凝劑種類
　　所有混凝劑在去除濁度的同時(shí)，對(duì)有機(jī)物都有一定程度的去除，然而二種具有相同去濁度能力的混凝劑，對(duì)去除有機(jī)物的效果可能相差較大。如在去除低分子有機(jī)物時(shí)，金屬混凝劑比陰離子高分子混凝劑有更好的去除效果。鋁鹽及鐵鹽是較為常用的混凝劑，有實(shí)驗(yàn)表明兩者在去除有機(jī)物方面相差不明顯，也有實(shí)驗(yàn)表明三氯化鐵去除有機(jī)物比鋁鹽略好；堿式氯化鋁對(duì)低濃度有機(jī)物的去除效果，特別是在PH＞7.0或PH＜5.5的情況比鋁鹽好。研究者發(fā)現(xiàn)利用高聚合物對(duì)腐殖酸有機(jī)物及色度有較好的去除，但對(duì)于不同的原水水質(zhì)，結(jié)果不盡相同。因此對(duì)于不同水質(zhì)，需要進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)，方能確定最佳的混凝劑及用量。
　　4、堿度的影響
　　堿度對(duì)經(jīng)濟(jì)去除有機(jī)物是一個(gè)重要的參數(shù)。在混凝劑的種類及投加數(shù)量一定的情況下，當(dāng)不用酸或堿調(diào)節(jié)時(shí)，水中的堿度控制著PH值的大小。而用酸或堿時(shí)，則堿度控制著酸或堿的用量。當(dāng)采用金屬混凝劑如果不預(yù)先調(diào)節(jié)PH值，則達(dá)到最佳PH值以去除有機(jī)物的方法只有通過(guò)控制混凝劑的投加量。通常情況下，混凝劑的用量比單純?nèi)コ凉岫葧r(shí)所用混凝劑用量要大。假如水中的堿度太小，則最佳去除有機(jī)物的PH，在混凝劑投量較小的情況下即可以達(dá)到。這時(shí)由于混凝劑用量太小，與有機(jī)物結(jié)合沉降的金屬離子較少，去除效果不好。當(dāng)堿度較高時(shí)，如混凝劑的用量不足，從而使水中的PH值難以降低至去除有機(jī)物的最佳PH值，所以必須通過(guò)增大混凝劑的投加量來(lái)出亂子工低PH值。但會(huì)增加混凝劑的費(fèi)用，污泥產(chǎn)量及增加濾后調(diào)節(jié)PH值的化學(xué)劑用量。因此水廠可用酸或堿來(lái)調(diào)節(jié)水的PH值，以達(dá)到混凝劑對(duì)有機(jī)物的最大去除。
　　5、助凝劑
　　加注助凝劑主要是促進(jìn)混凝過(guò)程，如調(diào)節(jié)PH值、促使礬花增大或增稠等。主要的助凝劑有酸、堿及高分子聚合物等，除酸、、堿通過(guò)調(diào)節(jié)PH能去除有機(jī)物外，其余助凝劑對(duì)去除有機(jī)物無(wú)顯著作用。一般，去除有機(jī)物時(shí)，助凝劑加入順序?yàn)椋杭铀釙r(shí)，一般加在金屬混凝劑的前面，經(jīng)促使混凝劑產(chǎn)生水解形成高價(jià)正電荷，同時(shí)降低PH值至最佳去除有機(jī)物的PH值；加堿時(shí)，一般加在金屬混凝劑的后面。

   　　四  加強(qiáng)混凝對(duì)TOC的去除

　　在1998年12月16日，USEPA公布了The Stagel Disinfect/Disinfect By-Prod-ucts(D/DBP)Rule，規(guī)定在常規(guī)的水處理中，必須休用加強(qiáng)混凝的方法以去除水中的TOC，但在滿足以下幾種情況之一時(shí)除外。1.原水中年平均TOC＜2.0mg/L，2.處理出水中年平均TOC＜2.0mg/L；3.原水平均TOC＜4.0mg/L、堿度＞60mg/L，且出水中年平均THMs=0.04mg/L、HAA₅=0.03mg/L；4.原水中或處理后出水中年平均SUVA（Special Ultraviolet Absorbance)(UV₂₅₄）≤2.0L/mg.m。另外對(duì)于加強(qiáng)軟化處理方法，有以下情況除外：1.軟化使出水中的年平均堿度小于60mg/L；2.軟化去除少于10mg/L，鎂硬度。
　　D/DBP第一步要求，對(duì)水中DBP前致物質(zhì)有較好的去除，必須使原水與過(guò)濾出水的TOC有一定的去除率，具體去除率根據(jù)D/DBP的要求見(jiàn)表1。

　　五 加強(qiáng)混凝對(duì)消毒副產(chǎn)物的影響效果

　　應(yīng)用加強(qiáng)混凝主要有兩個(gè)目的，一個(gè)達(dá)到D/DBP中要求的有機(jī)物去除，另一個(gè)是以氯作為基本消毒時(shí)，去除水中的消毒副產(chǎn)物。TWG（Technical Working Group)及有關(guān)專家認(rèn)為90%水廠在合理混凝劑投加量的情況下，可以達(dá)到第一步的TOC去除要求。該法規(guī)對(duì)水廠出水中的THMs和HAA₅最大分別不超過(guò)80μg/l和60μg/l，達(dá)到要求的最有效的方法是采用加強(qiáng)混凝、加強(qiáng)軟化或活性炭吸附方法。對(duì)于消毒副產(chǎn)物的去除，應(yīng)用加強(qiáng)混凝不可能對(duì)所有單個(gè)的THMs和HAA5有降低效果。但大量的實(shí)驗(yàn)表明：采用加強(qiáng)混凝的方法能有效去除DBP前致物質(zhì)，因此能有效減少THMs和HAA5的生成。雖然采用用其它消毒劑也能有效減少THM量，但采用其它消毒劑有可能生成其它有害物質(zhì)，且氯是應(yīng)用較廣泛的消毒劑。有實(shí)驗(yàn)表明認(rèn)為90%水廠在采用氯消毒的情況下，可通過(guò)加強(qiáng)混凝方法，使出水中THMs和HAA5，達(dá)到90%的保證率要求。另外，有資料表明：采用加強(qiáng)混凝方法，后續(xù)采用活性炭時(shí)，能改善后續(xù)的活性炭的吸附效果，同時(shí)大大延長(zhǎng)炭床壽命。其主要原因是加強(qiáng)混凝使進(jìn)入活性炭中的TOC濃度降低，從而減少活性炭的負(fù)荷，同時(shí)加強(qiáng)混凝能降低水的PH值，從而使活改革一炭吸附有機(jī)物性能改善。因此，EPA要求所有采用沉淀、過(guò)濾的地面水廠除水質(zhì)滿足要求外，均需采用加強(qiáng)混凝或加強(qiáng)軟化的方法。主要原因是：（1）大量的DBPs前致物質(zhì)能夠在短時(shí)間內(nèi)和采用較低費(fèi)用的方法而得到去除；（2）減少DBPs前致物質(zhì)，導(dǎo)致THMs及HAA5減少，從而不需要采用其它方法，如改變消毒劑等；（3）加強(qiáng)混凝和加強(qiáng)軟化能有效地減少消毒劑的用量。

　　六  結(jié)語(yǔ)

　　加強(qiáng)混凝是在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上，改變混凝的條件以達(dá)到有機(jī)物最大去除的目的?；炷龑?duì)有機(jī)物的去除機(jī)理有膠體顆粒有機(jī)物的脫穩(wěn)和中和、沉淀、吸附、共同沉降等。影響混凝去除有機(jī)物效果的因素有：水中有機(jī)物種類、水的PH、混凝劑的種類和水中的堿度等。應(yīng)用加強(qiáng)混凝主要有兩個(gè)目的，一個(gè)達(dá)到要求的有機(jī)物去除，另一個(gè)是去除水中的消毒副產(chǎn)物。各水廠應(yīng)根據(jù)自己具體情況，以最經(jīng)濟(jì)、有效的處理方法達(dá)到有機(jī)物的去除。