孫長貴，孫曉云，鄂學(xué)禮

（1.北京太陽河環(huán)境技術(shù)有限公司，100096，北京；2.中國疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所，100050，北京）

混凝技術(shù)是水處理中廣泛使用的一項(xiàng)技術(shù)，原水普適性強(qiáng)，能去除水中的絕大多數(shù)顆粒。以混凝為基礎(chǔ)形成的常規(guī)水處理技術(shù)為混凝—沉淀—過濾—?dú)⒕涞湫偷乃幚碓O(shè)備是渦流絮凝池。這種混凝方式和高負(fù)荷的過濾，使得凈水設(shè)備體積大，重量大，動(dòng)力高，成本高，維護(hù)困難，并且對原水有一定的局限性。

無過濾強(qiáng)化混凝技術(shù)對傳統(tǒng)的混凝技術(shù)作了較大的改進(jìn)和提高，不僅較大地改善了出水水質(zhì)，而且較大地拓展了原水的適應(yīng)性和針對性，為以天然水為原水的凈水設(shè)備的廣譜化、小型化、可控化、低成本化開辟了途徑。

一、混凝技術(shù)介紹

1.循環(huán)混凝技術(shù)

混凝過程一般包括加藥—混合—絮凝3個(gè)階段。循環(huán)混凝技術(shù)是將絮凝再分為初絮凝和終絮凝兩個(gè)階段。在初絮凝階段，一部分大的顆粒在絮凝劑的作用下會(huì)迅速長大而沉淀；但大部分絮核經(jīng)過短時(shí)間的絮凝長大，還沒有達(dá)到可以沉淀的程度。循環(huán)混凝技術(shù)是將達(dá)到初絮凝階段的水再次加藥—混合—初絮凝，并循環(huán)多次（見圖1）。根據(jù)絮花成長規(guī)律，絮花在初始階段成長很慢，但到了一定時(shí)期則會(huì)快速成長。根據(jù)分形理論和絮體的破碎試驗(yàn)，只要將混合時(shí)間和強(qiáng)度控制在一定條件下，多次短時(shí)間（10秒左右）的高速混合并不會(huì)顯著增加初絮凝體的分形維數(shù)，破碎重組后的絮體尺寸也能恢復(fù)到初次絮凝尺寸的80%以上。因此，將初絮凝階段控制在絮花快速成長以前，多次混凝的絮花尺寸雖然會(huì)有一定程度的降低，但強(qiáng)度和密度會(huì)增加，仍可以沉淀。與傳統(tǒng)的一次混凝相比，循環(huán)混凝有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：

圖1 循環(huán)混凝技術(shù)示意圖

①循環(huán)混凝相當(dāng)于使水流中的大小粒子混合后經(jīng)過了多級渦流池，避免了一級長時(shí)間渦流混合時(shí)大小粒子分離，為大小粒子提供了更多的離心碰撞機(jī)會(huì)。②再次進(jìn)入混合管中的是經(jīng)過初絮凝的絮體，比第一次的大。根據(jù)混凝理論，粒子剪切碰撞的概率與粒子粒徑的3次方成正比，離心碰撞機(jī)會(huì)與粒子粒徑的3/2次方成正比，因此，可大大提高與微型顆粒的碰撞概率。③在每次重復(fù)混合前加藥，相當(dāng)于增加了混合的累計(jì)時(shí)間，促使更多的膠體粒子脫穩(wěn)和凝聚。④與渦流攪拌池的整體攪拌相比，分段攪拌方式提高了混合的強(qiáng)度，降低了動(dòng)力需求，有利于設(shè)備的小型化。

總之，循環(huán)混凝較大地提高了混合的質(zhì)量，特別是對微小粒子的混合效果明顯，有利于降低出水濁度和袪除各種微生物甚至病毒。當(dāng)然，循環(huán)混凝會(huì)使絮花多次破碎重組，最后的絮花相對較小，分形維數(shù)較高，再長大成為更大絮花的速度要慢一些。因此，循環(huán)混凝提高了混合的質(zhì)量，但卻在一定程度上降低了絮凝的質(zhì)量，使絮凝后的沉淀需要更長的時(shí)間。

2.微型加藥/氣技術(shù)

微型加藥/氣技術(shù)又稱“滴加藥技術(shù)”。它可以在一邊加藥的同時(shí)，另一邊同時(shí)加入空氣，典型結(jié)構(gòu)是雙加入口的十字形射水器。其加藥量以滴/s計(jì)量，可以方便人工計(jì)量和調(diào)整（一般藥速在0.5～4滴/s之間時(shí)，肉眼可以清楚計(jì)量），結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本非常低。同時(shí)，因其加藥量很低，可以在不增加水阻情況下，加藥同時(shí)大量加入空氣，有利于置換出水中的異味，降低化學(xué)需氧量（COD），特別是可以促進(jìn)水中鐵錳的氧化，為處理高含量的鐵錳地下水創(chuàng)造了條件。

3.表面重復(fù)混凝技術(shù)

化肥的大量使用使得農(nóng)村水質(zhì)富營養(yǎng)化，產(chǎn)生大量的藻類和微生物；有的地方，地下水中還存在大量的油類物質(zhì)。對這些水，采用傳統(tǒng)的混凝技術(shù)會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的中清液。常用的辦法是在處理前先進(jìn)行特別的處理，如加藥袪除藻類等。

表面重復(fù)混凝技術(shù)是將經(jīng)過混合的水不停地布灑在絮凝水體的表面，對上浮到表面的絮體進(jìn)行重復(fù)擾動(dòng)和混凝。循環(huán)混凝使得表面混凝可以重復(fù)進(jìn)行，從而達(dá)到更好的效果。實(shí)踐證明，采用表面重復(fù)混凝，處理較差水質(zhì)也可以直接得到穩(wěn)定的上清液。

二、無過濾強(qiáng)化混凝技術(shù)

無過濾強(qiáng)化混凝技術(shù)是在循環(huán)混凝技術(shù)、微型加藥/氣技術(shù)和表面重復(fù)混凝技術(shù)基礎(chǔ)上綜合形成的一種強(qiáng)化混凝技術(shù)。由于傳統(tǒng)混凝一般分為加藥—混合—絮凝3個(gè)階段，而混合與絮凝一般可以理解為兩級渦旋（Rotation）的方式，因此，傳統(tǒng)混凝可以稱為1A/2R混凝技術(shù)。無過濾強(qiáng)化混凝技術(shù)是在加入藥劑的同時(shí)加入空氣,并在傳統(tǒng)兩級旋轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，增加循環(huán)混凝（Re-circleTreatment）和表面重復(fù)混凝（Surface Re-flocculation）。因此，無過濾強(qiáng)化混凝技術(shù)又可稱之為2A/4R強(qiáng)化混凝技術(shù)。

與傳統(tǒng)的混凝技術(shù)比較，無過濾強(qiáng)化混凝技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：

①出水水質(zhì)有了明顯的提高。在不用過濾的情況下，就可以使出水水質(zhì)達(dá)到2NTU左右，袪菌率達(dá)90%以上，為無過濾的水處理奠定了基礎(chǔ)。②較大地拓展了適用原水的范圍。增加表面重復(fù)絮凝技術(shù)和滴加藥/氣技術(shù)后，混凝也可以直接處理高鐵錳地下水、藻類水、高微生物水以及部分微污染水。③增加了控制可調(diào)參數(shù)。與傳統(tǒng)渦旋混凝池相比，2A/4R強(qiáng)化混凝技術(shù)增加了循環(huán)次數(shù)、各次循環(huán)時(shí)間、加藥速度等可控參數(shù)，為不同的水種和水質(zhì)有針對性地進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇處理工藝提供了可能。④降低了對處理動(dòng)力的需求，為設(shè)備小型化和低成本化創(chuàng)造了條件。⑤延長了設(shè)備的使用壽命。由于不用過濾，設(shè)備的使用壽命可以大大延長。

當(dāng)然，無過濾強(qiáng)化混凝技術(shù)需要較復(fù)雜的控制技術(shù)，其混凝和后續(xù)沉淀都需要更長的時(shí)間，因此，更適合于間歇式的水處理方式。

三、無過濾強(qiáng)化混凝技術(shù)在農(nóng)村分散供水中的應(yīng)用

無過濾強(qiáng)化混凝技術(shù)為天然水處理設(shè)備的原水廣譜化、小型化、低成本化、處理工藝方便可調(diào)創(chuàng)造了條件。這些技術(shù)優(yōu)勢，使其可以廣泛應(yīng)用到農(nóng)村分散供水的水處理設(shè)備中。北京太陽河公司以此技術(shù)為基礎(chǔ)，采用無過濾強(qiáng)化混凝—沉淀—紫外線殺菌的水處理流程，研發(fā)生產(chǎn)的殺菌凈水設(shè)備和小型救災(zāi)應(yīng)急水處理設(shè)備已經(jīng)開始推向市場，其處理各種復(fù)雜天然地表水和地下高鐵錳水的能力已經(jīng)得到多個(gè)地方衛(wèi)生疾控部門的檢驗(yàn)證實(shí)。

一般肉眼可觀察到的加藥速度為0.5～4滴/s。因此，根據(jù)滴加藥/氣技術(shù)，無過濾強(qiáng)化混凝技術(shù)適用于產(chǎn)水量在10t/d以下的自來水處理設(shè)備，特別是1t/d以下的家用自來水處理設(shè)備。

1.在濁度水處理中的應(yīng)用

對含大顆粒物質(zhì)的高濁度水，傳統(tǒng)混凝技術(shù)都有很好的效果。但對低濁度水，傳統(tǒng)混凝一般要求先加入高硅藻土等提高濁度，再進(jìn)行混凝。無過濾強(qiáng)化混凝的前一輪混凝對后面混凝起到了濁化的作用，因此，也可以直接處理低濁度原水。對含微小顆粒較多的濁度水，無過濾強(qiáng)化混凝可以借助其多輪循環(huán)混凝，增加各種粒子的碰撞概率，因此出水效果更優(yōu)。

2.在地下鐵錳水處理中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的混凝可以處理1.5mg/L以下低含量的鐵錳地下水，但對高鐵錳地下水則難以處理。無過濾強(qiáng)化混凝技術(shù)在加藥時(shí)自動(dòng)加入了大量的空氣，將空氣與水進(jìn)行了充分?jǐn)嚢?，并且可以采用分段?qiáng)化的混凝工藝。如對一些地方出現(xiàn)的含H2S的地下水，可以采用先曝氣再加藥的方式。檢測結(jié)果表明，無過濾強(qiáng)化混凝技術(shù)可以將含量為11.9 mg/L的地下鐵水處理成0.11mg/L。

3.在微污染水處理中的應(yīng)用

現(xiàn)在天然水多有一定的污染，包括COD、農(nóng)藥等。無過濾強(qiáng)化混凝技術(shù)通過氧化和混凝可以有效降低一定的COD，并袪除水中的部分農(nóng)藥異味等，輔之以紫外線殺菌等廣譜的殺菌技術(shù)，可以將微污染水直接處理成合格的生活飲用水。實(shí)際檢測顯示，可以將COD從6.6mg/L降至2.4mg/L以下。

4.在藻類水處理中的應(yīng)用

藻類是一種纖維狀的菌類微生物，在我國南方地表水中普遍存在。采用傳統(tǒng)混凝技術(shù)處理，容易生產(chǎn)不穩(wěn)定的中清液，用膜過濾容易堵塞并且難以清洗。采用2A/4R強(qiáng)化混凝技術(shù)，通過表面重復(fù)混凝可以將原來絮凝的上浮部分直接混凝沉淀，通過排污排除。當(dāng)然，對藻類水，單靠自動(dòng)沖排是不夠的，必要時(shí)需要輔助以人工清洗。

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[3]王東升.微污染原水強(qiáng)化混凝技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2009.