近來(lái)我國(guó)的水質(zhì)情況逐漸惡化，并且我國(guó)的總儲(chǔ)水量雖然多，但是人均量很少，水質(zhì)情況越來(lái)越受到了人們的關(guān)注。而處于有寒冷冬季的北方，冬天的低溫更加使得混凝劑的混凝效果降低，而濁度低的水難以處理。不僅在經(jīng)濟(jì)更在可持續(xù)發(fā)展方面為我們提出了難題，首要的便是低溫低濁黃河水的處理。低溫低濁水難處理主要是因?yàn)樘砑踊炷齽┤〔坏妙A(yù)期的效果，而解決這個(gè)問(wèn)題主要有兩方面的方法：（1）強(qiáng)化混凝效果（2）增加后續(xù)工藝消除混凝效果差的影響。投加助凝劑聚丙烯酰胺是一個(gè)方面里的，通過(guò)氣浮法則是為了增加后續(xù)工藝處理效果。
1、課題研究背景
1.1 水資源現(xiàn)狀
世界水資源總儲(chǔ)備量約14億立方公里，人類直接利用的只有0.65%。淡水資源的儲(chǔ)備對(duì)人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)及生存和發(fā)展至關(guān)重要。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)全國(guó)669個(gè)大中城市中，400多座存在供水不足，110座供水不足。通過(guò)以上數(shù)字可以看出我國(guó)的水質(zhì)情況不容樂(lè)觀。水質(zhì)污染時(shí)我們迫切需要解決的問(wèn)題。
1.2 低溫低濁水的現(xiàn)狀
在我國(guó)的北方有3-5個(gè)月冰凍期，此時(shí)江河水溫為0-1℃，水庫(kù)水下層水溫為2-4℃。江河，水庫(kù)水等地表水做為水源的給水廠普遍存在低溫低濁問(wèn)題。低溫會(huì)使絮凝體形成緩慢，顆粒細(xì)小，松散。因?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽混凝劑水解是吸熱反應(yīng)，低溫水解困難，特別是硫酸鋁在5℃左右，水解速度便會(huì)比較緩慢；低溫水粘度大，布朗運(yùn)動(dòng)會(huì)相對(duì)減弱；水溫低時(shí)，顆粒之間的水化作用加強(qiáng)，妨礙膠體凝聚；水溫與pH有關(guān)，水溫低時(shí)，水的pH會(huì)上升。就目前來(lái)講，提高低溫水混凝效果一般用增加混凝劑投加量和投加高分子助凝劑。但是盡管這樣混凝效果依舊不理想，故低溫水的混凝需要進(jìn)一步研究。
2、低溫低濁水的兩種處理方法
2.1 投加聚丙烯酰胺
聚丙烯酰胺是高分子物質(zhì)，可以改變絮凝體結(jié)構(gòu)，使細(xì)小而松散的絮粒變得粗大而密實(shí)。聚丙烯酰胺產(chǎn)品有陽(yáng)離子、陰離子和非離子型3種，一般為非離子型聚合物。PAM的聚合度可高達(dá)20000-90000，相應(yīng)的分子量高達(dá)150萬(wàn)-600萬(wàn)。它的混凝效果在于對(duì)膠體表面強(qiáng)烈的吸附作用，在膠體之間形成橋聯(lián)。聚丙烯酰胺每一鏈節(jié)中均還有一個(gè)酰胺基。由于酰胺基之間的氫鍵作用，線性分子往往不能充分展開來(lái)，致使橋架減弱。為此通常在堿性條件下進(jìn)行部分水解。陽(yáng)離子型一般都含有微量毒性，主要在于單體丙烯胺。
寶鋼集團(tuán)公司以低溫低濁水為研究對(duì)象，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，凈水廠在春季和冬季這兩個(gè)季節(jié)原水溫度低于5℃，濁度低于50NTU時(shí)，在投加助凝劑，可以提高混凝效果。而在上海市自來(lái)水市南有限公司進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，投加PAM的沉淀池出水濁度低于沒(méi)有投加助凝劑的沉淀池濁度，尤其是對(duì)低溫低濁水的處理原水濁度低時(shí)（低于50NTU），加助凝劑的沉淀水出水濁度降低率約20%，原水水溫特別低時(shí)（5℃），加助凝劑的沉淀水出水濁度降低率約30%-35%。
同時(shí)應(yīng)該控制對(duì)聚丙烯酰胺的投加量，有實(shí)驗(yàn)表明PAM較佳投加量為0.1-0.2mg/L，助凝劑投入過(guò)多或者過(guò)少都會(huì)對(duì)水處理產(chǎn)生影響，聚丙烯酰胺投入過(guò)少，則不能達(dá)到預(yù)期效果，過(guò)多則會(huì)破壞水質(zhì)的酸堿平衡。
2.2 氣浮法
氣浮，是通過(guò)某種方式產(chǎn)生大量的微氣泡，使其與廢水中密度接近于水的固體或液體污染物微粒粘附，形成密度小于水的氣浮體，在浮力的作用下，上浮至水面形成浮渣，從而進(jìn)行固液或者液液分離。而這個(gè)特點(diǎn)正好可以去除低濁水，并且不用擔(dān)心混凝劑是否有影響。就目前來(lái)看氣浮法有三類：電解氣浮法、散氣氣浮法、溶氣氣浮法。溶氣氣浮法一般分為溶氣真空氣浮和加壓溶氣氣浮法，目前用的較廣泛的是加壓溶氣氣浮法。加壓溶氣氣浮由空氣飽和設(shè)備、空氣釋放設(shè)備和氣浮池等組成。
加壓溶氣氣浮法設(shè)備水中的空氣溶解度大，能夠提供足量的微氣泡，可以滿足不同要求的固液分離。經(jīng)減壓釋放的氣體粒徑小、顆粒均勻、微氣泡在氣浮池中上升速度慢、對(duì)池?cái)_動(dòng)比較小，特別適合絮凝體松散、細(xì)小的固液分離，同時(shí)設(shè)備和流程都比較簡(jiǎn)單，維護(hù)管理方便。
周劍吳對(duì)西北地區(qū)高原的低溫低濁水進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬，尋找絮體沉降的比例。Sohn等人對(duì)韓國(guó)采用DAF工藝的部分水廠進(jìn)行調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)DAF工藝在水廠運(yùn)行狀況良好，出水濁度可達(dá)0.15NTU，在經(jīng)過(guò)無(wú)煙煤過(guò)濾后出水濁度可達(dá)0.02-0.09NTU，節(jié)省了水廠的投資。
同時(shí)氣浮也有影響它正常運(yùn)行的幾個(gè)因素微氣泡尺寸和溶氣率。氣浮池中水的流態(tài)一般在過(guò)渡區(qū)或紊流區(qū)，因此，帶氣凝絮的分離速度可按阿倫公式（或類似公式）或牛頓公式計(jì)算。由于慣性阻力起主要作用，因此，凝絮的分離速度主要受密度差（Po-P）及特征直徑d的影響。在相同的密度差時(shí)，由于帶氣凝絮待征直徑D大于相應(yīng)的凝絮d，故上浮速度大于下沉速度。天然水體中的親水性什質(zhì)必先僧水化，結(jié)成凝絮才能粘附氣泡。凝絮密度大，體積小，如粘附微氣泡量不足，則達(dá)不到上浮條件。因此，單純氣浮法不適于凈化含砂量多的高濁度水。氣浮過(guò)濾工藝還可以含藻期濾池堵塞問(wèn)題，延長(zhǎng)了過(guò)濾周期。
3、總結(jié)
對(duì)于低溫低濁水這個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，又是比較難處理的課題。實(shí)踐證明在強(qiáng)化混凝效果以及增加后續(xù)工藝消除混凝效果差的影響的兩個(gè)方面，投加助凝劑聚丙烯酰胺和使用氣浮法可以有效的提高混凝效果。同時(shí)如果把二者相互緊密的結(jié)合起來(lái)又會(huì)取得更加好的影響。除了以上的方法外，生產(chǎn)廢水回流、載體絮凝技術(shù)、膜法、微絮凝過(guò)濾等也同樣可以提高混凝效果。而低溫低濁地表水的處理比常規(guī)水處理方法更為復(fù)雜，而且由于地理位置不同以及原水水質(zhì)特點(diǎn)的千差萬(wàn)別，使得對(duì)低溫低濁地表水的處理沒(méi)有一個(gè)固定的方法。傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能再滿足我們現(xiàn)在社會(huì)的污染問(wèn)題，這需要我們?nèi)ゲ粩嗟靥剿鳎_拓一個(gè)新的領(lǐng)域，一個(gè)新的未來(lái)。
