上海市政工程設計研究院 上海金山石化水廠
   鄒偉國   李春森

　　一  概述

　　在混凝過程中，在去除水中濁度的同時，對水中的有機物有一定的去除效果。常規的混凝過程主要偏重于對濁度的去除，隨著人們對水質的要求提高，希望水中有機物盡可能最大的去除。美國近年來提高“強化地面水處理”及“消毒和消毒副產物”規定，就是要求加強混凝，在常規處理的基礎上，改變混凝的條件，以達到對有機物最大去除的目的。水中有機物主要有水中天然的有機物（包括腐殖物質等）及合成有機物（化工排放）、消毒副產物等。有機物的存在能引起管網中微生物生長，從而使水的腐蝕性增加；導致水中色度增加；同時導致水處理過程中產生消毒產物。隨著人們生活水平的提高及檢測手段的增加；同時導致水處理過程中產生消毒產物。隨著人們生活水平的提高及檢測手段的增加，對水質的要求越來越高，從而對水廠的處理要求也越來越高。美國環境保護協會（EPA）在1979年規定水中的THMs（trihalomethances）最高為0.01μg/l，最近D/DBP規定水廠出水中的THMs最高為0.08μg/l，HAA5（haloacetlc acids）為0.06μg/l。為了達到這個目的，可通過去除水中的DBP前致物質或改變消毒劑同樣存在一些問題，如臭氧價格高，也易生成一些副產物；二氧化氨需現場制備，且價格較高等。因此要使水廠出水中的消毒副產物滿足要求，必須在氯消毒前去除水中的能生成DBP的前致物質。
　　對水中有機物的去除，通常所用的方法有：活性炭吸附法，膜法等。活性炭吸附法及膜法價格較高，在短期內較難實施；最近國外研究表明：適當的混凝條件下，用鋁鹽或鐵鹽對水中的濁度去除的同時，能對水中DBP前致物質有較好的去除效果。常規的混凝主要去除分子量大于3000的有機物，但加強混凝對分子量為500--3000的有機物也有去除作用，對分子量小于500的分子去除沒有影響。

　　二  混凝去除有機物原理

　　混凝對有機物去除的主要原理為有機物膠體顆粒的脫穩和中和、沉淀、吸附共同沉降等。其中膠體脫穩與去除濁度原理相同，主要通過壓縮雙電層、電中和、架橋及網捕的形式，此種方式能去除呈膠體狀的有機物，但不能去除溶解性有機物（溶解性有機物是指能通過0.45μm的有機炭化合物）；沉淀是腐殖酸及富里酸等有機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，溶解性有機物能吸附在其表面上而共同沉降，從而達到去除的目的。

　　三  混凝去除有機物的影響因素

　　影響混凝去除有機物效果的因素有：水的PH、水中有機物種類、混凝劑的種類和水中的堿度等。
　　1、PH值
　　眾多文獻一致認為，PH5-6為混凝劑對有機物的最佳去除范圍，PH較低或較高，有機物去除效果較差。這是因為有機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位的金屬離子，但PH低于5.0時，氫離子與金屬離子和有機配體結合形成競爭，從而導致有機物去除效果較差。
　　在PH長高時，水中金屬離子生成金屬氫氧鹽而沉降，在沉降過程中能吸附有機物而共同沉降。特別當PH到達11時，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、無定形狀及表面帶正電行，能吸附水中的有機物而沉降。很多調查表明氫氧化鎂的沉降能大大加強膠體顆粒及溶解性物質的去除。
　　2、有機物的種類
　　有機物的去除效果與有機物的性質、種類有關，通常對于高分子量的有機物質有較好的去除效果，當水中有機物大部分不是腐殖物質時，去除效果較差。一般，水中含有較高比例的腐殖物質時，則UV₂₅₄相對較高，因此實驗證明UV₂₅₄可以作為有機物可去除程度的一個指示。
　　3、混凝劑種類
　　所有混凝劑在去除濁度的同時，對有機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，對去除有機物的效果可能相差較大。如在去除低分子有機物時，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，有實驗表明兩者在去除有機物方面相差不明顯，也有實驗表明三氯化鐵去除有機物比鋁鹽略好；堿式氯化鋁對低濃度有機物的去除效果，特別是在PH＞7.0或PH＜5.5的情況比鋁鹽好。研究者發現利用高聚合物對腐殖酸有機物及色度有較好的去除，但對于不同的原水水質，結果不盡相同。因此對于不同水質，需要進行具體實驗，方能確定最佳的混凝劑及用量。
　　4、堿度的影響
　　堿度對經濟去除有機物是一個重要的參數。在混凝劑的種類及投加數量一定的情況下，當不用酸或堿調節時，水中的堿度控制著PH值的大小。而用酸或堿時，則堿度控制著酸或堿的用量。當采用金屬混凝劑如果不預先調節PH值，則達到最佳PH值以去除有機物的方法只有通過控制混凝劑的投加量。通常情況下，混凝劑的用量比單純去除濁度時所用混凝劑用量要大。假如水中的堿度太小，則最佳去除有機物的PH，在混凝劑投量較小的情況下即可以達到。這時由于混凝劑用量太小，與有機物結合沉降的金屬離子較少，去除效果不好。當堿度較高時，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物的最佳PH值，所以必須通過增大混凝劑的投加量來出亂子工低PH值。但會增加混凝劑的費用，污泥產量及增加濾后調節PH值的化學劑用量。因此水廠可用酸或堿來調節水的PH值，以達到混凝劑對有機物的最大去除。
　　5、助凝劑
　　加注助凝劑主要是促進混凝過程，如調節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、、堿通過調節PH能去除有機物外，其余助凝劑對去除有機物無顯著作用。一般，去除有機物時，助凝劑加入順序為：加酸時，一般加在金屬混凝劑的前面，經促使混凝劑產生水解形成高價正電荷，同時降低PH值至最佳去除有機物的PH值；加堿時，一般加在金屬混凝劑的后面。

   　　四  加強混凝對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，規定在常規的水處理中，必須休用加強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。另外對于加強軟化處理方法，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，對水中DBP前致物質有較好的去除，必須使原水與過濾出水的TOC有一定的去除率，具體去除率根據D/DBP的要求見表1。

　　五 加強混凝對消毒副產物的影響效果

　　應用加強混凝主要有兩個目的，一個達到D/DBP中要求的有機物去除，另一個是以氯作為基本消毒時，去除水中的消毒副產物。TWG（Technical Working Group)及有關專家認為90%水廠在合理混凝劑投加量的情況下，可以達到第一步的TOC去除要求。該法規對水廠出水中的THMs和HAA₅最大分別不超過80μg/l和60μg/l，達到要求的最有效的方法是采用加強混凝、加強軟化或活性炭吸附方法。對于消毒副產物的去除，應用加強混凝不可能對所有單個的THMs和HAA5有降低效果。但大量的實驗表明：采用加強混凝的方法能有效去除DBP前致物質，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，且氯是應用較廣泛的消毒劑。有實驗表明認為90%水廠在采用氯消毒的情況下，可通過加強混凝方法，使出水中THMs和HAA5，達到90%的保證率要求。另外，有資料表明：采用加強混凝方法，后續采用活性炭時，能改善后續的活性炭的吸附效果，同時大大延長炭床壽命。其主要原因是加強混凝使進入活性炭中的TOC濃度降低，從而減少活性炭的負荷，同時加強混凝能降低水的PH值，從而使活改革一炭吸附有機物性能改善。因此，EPA要求所有采用沉淀、過濾的地面水廠除水質滿足要求外，均需采用加強混凝或加強軟化的方法。主要原因是：（1）大量的DBPs前致物質能夠在短時間內和采用較低費用的方法而得到去除；（2）減少DBPs前致物質，導致THMs及HAA5減少，從而不需要采用其它方法，如改變消毒劑等；（3）加強混凝和加強軟化能有效地減少消毒劑的用量。

　　六  結語

　　加強混凝是在常規處理的基礎上，改變混凝的條件以達到有機物最大去除的目的。混凝對有機物的去除機理有膠體顆粒有機物的脫穩和中和、沉淀、吸附、共同沉降等。影響混凝去除有機物效果的因素有：水中有機物種類、水的PH、混凝劑的種類和水中的堿度等。應用加強混凝主要有兩個目的，一個達到要求的有機物去除，另一個是去除水中的消毒副產物。各水廠應根據自己具體情況，以最經濟、有效的處理方法達到有機物的去除。