强化混凝技术的研究与应用进展？
综合大量文献，综述了强化混凝的概念、机理和影响因素。介绍了国内外强化混凝技术的应用情况。综述了强化混凝技术和混凝剂的研究进展。提出了强化混凝技术和混凝剂研究与应用中有待解决的问题，供今后研究参考。
强化混凝是在常规混凝的基础上，开发新型混凝剂而发展起来的一种水处理工艺，能有效去除污染水中的悬浮颗粒、胶体杂质、总磷和藻类。强化混凝的方法有很多，如强化混凝、化学强化一级处理、强化絮凝等，本文统称为强化混凝。强化混凝技术的概念尚未形成权威解释。笔者认为，强化混凝技术是对常规混凝中的任何一个或多个环节进行强化和优化，从而进一步提高对水中污染物的净化效果，包括低分子量可溶性污染物。
强化混凝的机理与常规混凝没有太大区别，主要包括压缩双电层、吸附电中和、吸附-架桥、沉淀网捕获和特殊混凝。混凝剂投加到污染水中后，一方面通过压缩双电层和吸附电中和的作用，胶体扩散层被压缩，zeta电位降低，胶体不稳定；另一方面，通过吸附-架桥和沉淀网捕获，失稳的胶体相互聚集成大絮体并沉淀，最终进行固液分离。新型高分子混凝剂的使用强化了上述功能，不仅具有以絮体吸附水中难溶性大分子有机污染物的物理吸附作用；还能对水中的可溶性低分子量有机物产生强化学吸附和强氧化等多种净化作用，从而提高污染物的去除率。然而，要达到良好的混凝效果还与许多因素有关，包括混凝剂品种、混凝剂投加量、水质、水力条件、水温、碱度和pH值等。只有优化这些反应条件，使混凝剂在最佳条件下工作，才能达到强化混凝，提高常规混凝效果的目的。
1强化混凝技术在国内外的应用
1.1在生活污水处理中的应用
英国早在1870就应用了混凝技术，但很快被生物处理取代。20世纪80年代，随着新型高效混凝剂的不断问世，为了进一步提高污水中有机物和磷的去除率，强化混凝技术开始应用于实际工程。
强化混凝技术在美国给水处理中有很多研究和应用，但在城市污水处理中也有报道。美国洛杉矶的Hyperion污水处理厂采用一种阴离子聚合物(0.15mg/L)和10mg/L FeCl3 _ 3处理城市污水。经过6年的连续运行，SS和BOD5的一级处理去除率稳定在83%和51%左右，磷和重金属的去除效果也很好，其基建费用较高。南加州四大污水处理厂通过投加三氯化铁混凝剂和部分助凝剂，对传统的一级处理工艺进行了改进，处理效果有了很大提高。改进后的一级处理工艺，ss去除率达到85%，BOD5去除率提高到50%以上。Mete等人认为强化混凝是一种简单有效的水处理技术，可以有效去除水中溶解的有机物和胶体杂质。
此外，以色列、埃及、日本和挪威在强化混凝的研究和应用方面也有很多成功的例子。近年来，随着环境保护的加强，强化混凝技术在我国也得到了发展。
在本港最大的CEPT污水处理厂建成之前，哈勒曼等人曾做过强化混凝工艺与常规一级处理工艺的对比试验。实验表明，10mg/L FeCl3和0.15mg/L聚合物可将SS去除率从71%提高到91%，BOD5去除率从42%提高到80%，并可节省30%的沉淀池容积。
台湾省的ChenChiuyang研究了城市污水在排入海洋之前的强化混凝处理。当投加30 mg/L硫酸铝和30mg/L聚合氯化铝时，沉淀时间为65438±0h，SS和BOD5的去除率分别为70%和60%，比强化处理前分别提高了25和35个百分点。
王东海、维基等人用无机絮凝剂处理低浓度生活污水。当PAC投加量为30～50m g/L时，CODCr去除率在70%以上，达到了标准。
国内外有许多强化混凝处理生活污水的成功例子。在北欧大型湖泊周围的城镇和南欧地中海沿岸的城镇中，强化混凝技术经常被用作生活污水处理技术。可以说，强化混凝是继生化处理之后生活污水处理的主流技术。在强化混凝技术的研究和应用中，国内外都注重现有常规混凝剂和絮凝剂的组合或复配，以达到低成本和高去除率的统一。与常规生化处理工艺相比，强化混凝技术可以节省工程投资，降低水处理成本，节省土地面积，尤其是对导致水体富营养化的要素之一总磷的去除率可达90%以上，是许多常规生物处理技术无法比拟的。因此，强化混凝技术是解决我国城镇资金不足导致污水处理率低的途径之一。上海在建的两座超大型污水处理厂:朱元污水处理厂(一期)和白龙港污水处理厂(设计日处理能力分别为654.38+70万m3和654.38+30万m3)也采用强化混凝作为主要处理工艺。随着强化混凝技术在我国的推广，2003年颁布的国家《城镇污水处理厂排放标准》(GB 189118-2002)规定了该技术的排放标准。
1.2在工业废水处理中的应用
强化混凝技术广泛应用于工业废水的预处理，尤其是化工废水、印染废水和造纸废水的预处理。阮祥元等人采用PAC和PAM对富含有机染料的染整废水进行预处理，结合氧化絮凝床，出水可达到工业废水排放标准。朱宏的研究表明，新型絮凝剂聚磷硫酸铁是一种更有效的印染废水处理絮凝剂。此外，强化混凝广泛应用于染整废水的脱色处理，李春华等人对此做了详细的综述。
此外，强化混凝广泛应用于造纸废水的处理。李夫人采用PAC和PAM复合预处理气浮工艺处理高浓度CTMP制浆造纸废水，处理效率高，出水水质稳定，可直接排入城市污水处理厂集中处理。张学红等人比较了各种混凝剂对造纸废水的处理，发现PAC最合适，无需调节pH，出水达到国家污水排放标准。
强化混凝在其他工业废水处理中的应用在国内也常有报道。姚的研究表明，聚合氯化铝、壳聚糖、膨润土、聚丙烯酰胺等絮凝剂对酒精槽离心废液具有良好的絮凝效果，SS去除率为86.57% ~ 89.62%，CODCr去除率为58.2% ~ 59.2%。采用Na2S、FeCl3 _ 3和PAM对铜酞菁废水进行相波预处理，结合缺氧-好氧生物接触氧化工艺，取得了良好的效果，各项指标均达到国家一级排放标准。吴敦虎等研究表明，采用聚合氯化铝和聚合氯化铝铁混凝剂，对COD为1000 ~ 4000 mg/L的制药废水去除率可达80%。
相对于生活污水的强化混凝技术，工业废水强化混凝技术的研究更注重针对不同种类的废水或污染物开发处理效果更好的新型混凝剂或含有新型混凝剂的复合混凝剂，以及强化混凝与其他工艺的联合使用，而经济性要求相对宽松。这是因为有些工业废水含有有毒有害物质，不能直接进行生物处理。因此，研究更多更有效的新型混凝剂将会促进强化混凝技术在工业废水处理中的应用，也是控制工业废水污染的有效方法之一。
1.3处理受污染地表水的试验
近年来，强化混凝在受污染地表水处理中的应用逐渐受到关注。王曙光、中国科学院等。以聚合氯化铁(PFC)为混凝剂，对深圳龙岗河、观澜河、延川河和大茂河进行了强化混凝处理的试验研究。结果表明，当PFC投加量为50mg/L时，观澜河(原水CODCr = 48.0mg/L)CODCr、浊度、TP和TN的去除率分别达到70%以上、965、438+0%、95%和465、438+0%。达茂河(原水CODCr = 84.0mg/L)CODCr、浊度、TP、TN去除率分别达到50%、78%、96.5%和465、438+0.6%以上，对重金属也有一定的去除效果。处理后的水质达到或接近地表水水质标准。
孙从军等人使用多种混凝剂对几条污染严重的苏州河支流进行了强化混凝实验室研究。结果表明，硅藻土效果更好。在最佳投加量为200mg/L时，CODCr的去除率为43%～59%，P的去除率为92%～100%，但NH3-N几乎没有去除。
程文坡等人使用混凝剂Al2(SO4)3、PAC、FeCl3和PFS处理水库水。结果表明，与三氯化铁相比，聚合硫酸铁具有更好的溶解性有机物(DOC)去除率和更少的铁残留。Al2(SO4)3对浊度、色度和细菌的去除效果最好，但对DOC的去除效果不理想。当PFS和Al2(SO4)3联合使用时，处理效果最好，DOC、浊度和色度都能得到很好的去除。
污染地表水是介于污水和清洁地表水之间的那部分水，特别是小型封闭水体，包括污染的城市景观水体。这部分水体的处理是强化混凝技术应用的新领域，国内已有研究。由于其污染物浓度低，相对去除率低，但对磷的去除相当可观，可有效防止水体富营养化，具有广阔的应用前景。通常，污水的强化混凝处理可以通过建筑构筑物或直接投放来实现。上海佛心河公司应用混凝剂抑制藻类泛滥，取得了良好的效果。然而，一些混凝剂的安全性令人担忧，尤其是一些新型高效混凝剂和生物混凝剂的应用。在考虑其治疗效果和治疗成本的同时，还要考虑其安全性。
2强化混凝技术的新进展
2.1混凝剂的新发展。
2.1.1无机高分子混凝剂
无机高分子絮凝剂(IPF)以其用量少、低毒或低毒、价格低廉、处理效果好等优点越来越受到人们的关注，逐渐成为给水、工业废水和城市污水处理的主流混凝剂，被称为第二代混凝剂。目前应用较多的是聚合铝和聚合铁两大系列，如聚合氯化铝和PAFC，但新型的聚硅、聚磷和聚硫也不断问世，表现出非凡的混凝效果，如聚合硅酸铝和聚合磷酸铁。因此，无机高分子混凝剂呈现多品种、多组分、多功能的发展趋势，但品种多，产品质量不够稳定。在今后的研究和应用中，应优化混凝剂的制备工艺，提高产品的性能和稳定性，并根据具体的水质成分开发相应的混凝剂品种和配方，结合高效混合反应器和智能加药监控技术，进一步提高混凝效果。
2.1.2有机高分子絮凝剂
有机高分子混凝剂主要通过其链状分子的吸附-架桥作用发挥作用，其应用能有效改善絮体粒径，比单独投加PAC形成的絮体粒径大3 ~ 5倍，因此被广泛应用于强化混凝。
有机高分子絮凝剂可分为天然和合成两大类。合成有机高分子絮凝剂由于分子量大，分子链上官能团多，在市场上占有绝对优势。其中聚丙烯酰胺系列应用最为广泛，其残留单体有毒，限制了其在一些水处理领域的发展。天然有机高分子絮凝剂因其原料来源广泛、价格低廉、无毒、易生物降解而显示出良好的应用前景。但由于其电荷密度低、分子量小、易发生生物反应，其用量远小于有机合成高分子絮凝剂。改性天然高分子絮凝剂可以克服上述缺点，引起了人们的特别关注。其中，淀粉改性絮凝剂的研发尤为引人注目。因此，研发高效、安全、可生物降解的有机高分子絮凝剂是未来的发展方向。
2.1.3其他混凝剂
除无机高分子混凝剂和有机高分子絮凝剂外，微生物絮凝剂(微生物絮凝剂)近年来引起了研究者的极大关注。它是利用生物技术从微生物或其分泌物中提取、纯化出来的一种安全、高效、可自然降解的新型水处理絮凝剂。MBF可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂固有的安全性和环境污染缺陷，易于生物降解，无二次污染。目前已应用于纸浆废水、染料废水、污泥脱水、发酵菌去除等领域的处理，取得了良好的絮凝效果。但目前国内的研究大多局限于其实际应用，对其机理的基础研究较少，有待进一步加强。于等人指出，由于生物技术的快速发展，人们对微生物细胞基因的认识和控制越来越得心应手，可以根据不同的废水水质开发出针对性的高效MBF，不仅可以大大减少絮凝剂的用量，还可以降低处理成本。
此外，近年来矿物混凝剂也有所发展，粉煤灰、硅藻土、沸石粉、膨润土等矿物制成的混凝剂也开始用于水处理。据报道，黄才海和于制备的粉煤灰混凝剂混凝效果优于传统的单一铝铁混凝剂，可用于各种工业废水的处理。
2.1.4混凝剂的改性与复配
混凝剂的改性和复配可以优化混凝剂的性能，提高混凝效果。江等人对上海污水二期工程强化混凝处理的试验研究表明，聚合铝铁二酸与有机高分子絮凝剂组合是经济有效的。佩佐德、李尔等。也做过类似的研究，表明两种或两种以上混凝剂处理废水的效果优于单一混凝剂，有机和无机混凝剂的组合效果更好，具有广阔的工程应用前景。
2.2强化混凝机理研究的新进展
2.2.1表面络合原理及其定量计算模型在强化混凝中的应用。
20世纪70年代初，Stumn等人首先提出，金属离子在水合氧化物分散体系中的排他性吸附要用配位化学来处理。他们认为颗粒与H、OH-和金属离子在界面上的结合是一个复杂的化学反应，此时的吸附量可以根据质量作用定律用类似于溶液中的复杂平衡的方式来讨论。Schindler等人进一步阐述了这一概念，后被称为Stumn-Schindle复合模型，近年来被广泛应用于固液界面反应机理的研究。由于表面络合模型的计算相当复杂，计算机模块主要用于多组分、多相的复杂计算。目前主要的计算机程序有REDE-QL、MINEQL、MICROQL、SUREQL、HYDRAQL、FITEQL等。它们可用于计算各种化学平衡和表面络合反应中的平衡常数和组分浓度。例如，MICROQL可以计算饱和Al(OH)3溶液中铝的形态分布和表面平衡常数。王·等人用Stumn-Schindle络合模型计算了高岭土和二氧化硅的表面络合常数，计算结果与实验数据吻合较好。
2.2.2分形理论在强化混凝中的应用
分形理论也是研究混凝的一种有效的新手段。絮体的结构和性能在混凝研究中一直占有非常重要的地位。其大小、强度、密度和渗透性对污泥处置和出水水质至关重要，其形成往往具有分形特征。通过分形结构分析，用一个非整数维来描述不规则体中的不规则程度，为这些看似复杂的不规则形态提供了一个定量描述的数学框架，而分形结构分析中最重要的特征参数就是分形维数(fractal dimension)。一般认为，不同的分形维数反映了与分形体的不规则性和复杂性或空间填充程度相对应的聚集体结构的开放性，分形维数在混凝研究中的应用可以更准确地描述不同条件下形成的絮体结构。王东升等人详细论述了分形理论和研究方法及其在强化混凝中的应用。
2.2.3混凝机理研究逐渐从半定量发展到定量。
表面络合理论和分形理论的引入推动了混凝研究的半定量和定量化进程，开发了多种计算模型和软件，但大多局限于传统混凝剂。新型高分子混凝剂的混凝过程仍难以计算，需要进一步研究。以典型的IPF-颗粒-水溶液体系的相互作用为例，王东升等人对Dentel的吸附-沉淀-中和模型(PCNM)进行了适当的改进，该模型能很好地预测聚合铝的混凝特性，实验结果与模型预测值基本一致。
2.3其他方面研究的新进展
2.3.1混凝过程在线控制
由于流动电流原理及其检测技术在混凝中的应用，实现了混凝过程的在线控制，保证了混凝剂的最佳投加量。另据报道，利用水中颗粒对光的散射效应，可以很好地实现混凝过程的在线监测。根据这一原理，金等人研制的分光光度分析仪(PDA)在线监测腐殖质的混凝过程，并对所得FI(絮凝指数)曲线的特征参数进行分析。发现FI曲线及其特征参数受混凝剂投加量影响较大，其变化与胶体稳定性(zeta电位)和混凝效果(TOC去除率)有很好的相关性，在线显示了这一点。
2.3.2强化混凝设备的开发
搅拌器是凝血设备中最重要的，它的主要作用是将药物与水尽快混合。常用的混合设备有水泵混合、管道混合、压力孔板混合、机械搅拌混合、涡流混合和喷射混合，其中喷射混合是混合技术的新发展，具有混合速度快、动力损失低、絮凝效率高的优点。具体过程是用注入管将絮凝剂注入反应池的入口，注入管的侧面周围有几个小孔，混凝剂通过这些小孔以很大的速度进入。水流的湍流强度在垂直于原水管道的中心轴线的位置处最大，并且混凝剂射流最容易与原水混合。
3结论
强化混凝技术近年来发展迅速，在研究和应用方面取得了很大进展。由于一些新理论和新方法的引入，强化混凝的研究不断深入，特别是一些基础机理的研究越来越受到重视。但是，由于强化混凝是一个相当复杂的过程，许多问题需要进一步深入研究，特别是以下几个方面应该加强:
(1)继续开发高效混凝剂和混凝设备，提高其混凝效果，降低其生产成本；
(2)加强强化混凝机理的研究，寻找研究强化混凝的有效方法，如无机高分子絮凝剂中最佳形态的鉴别和定量分析方法，使最佳形态的含量和稳定性最大化；
(3)加强强化混凝动力学的研究，将化学反应动力学与混合流体动力学相结合，综合描述絮凝剂投放水中后的形态变化和污染物的失稳模型，从而预测和控制强化混凝，最终服务于工程实践。
更多工程/服务/采购招标信息，提高中标率，可点击官网客服底部免费咨询:/#/？source=bdzd