一、導論
低溫低濁水處理是淨水技術的乙個難點，目前水處理領域對低溫低濁水尚沒有確切的定義。我國北方氣候嚴寒，冬春季節水溫可降至0~2℃，濁度降到10~30ntu（有時10ntu以下）；我國南方地區以長江水系為代表每年隨著冬季的到來，水暖和濁度逐漸下降，水溫一般在3~7℃，濁度一般在20~50ntu之間變化，把每年11月至次年3月溫度低於10℃或濁度低於30ntu的地表水稱為低溫低濁度水。低溫低濁水的水質特性，簡言之即溫度低（0~10℃之間）、水中顆粒物濃度低（濁度小於30ntu）、耗氧量低、鹼度低、水的粘度大、zeta電位低。
正是由於此水質特性，使得低溫低濁水處理成為水處理界的一大難題。
二、低溫低濁水難處理的原因分析
1、水溫的影響
水溫在影響低溫低濁水處理效果的諸多因素中至關重要。低溫對混凝劑水解速率影餉很大，低水溫使水解反應速度減緩，在常見的混凝劑中，鋁鹽較鐵鹽受水溫影響大聚合氯化鋁。以常用的硫酸鋁為例，當水溫為0℃時，硫酸鋁水解速率只是5℃時的2/3~1/2聚合氯化鋁。
同時低溫對混凝反應速率很大，國外試驗表明，水溫每公升高10℃，反應速率要增高1倍或2倍pac。由此可見，在低溫條件下，混凝反應的效果很差。水溫低，水的粘度增大，水中顆粒物和絮凝體沉澱速度下降，加之低溫時氣體溶解度大，溶解在水中的氣體增多，其大量吸附在絮體四周，不利於絮體和顆粒物質沉降。
且水的粘度大時，水流剪下力增大，當水流收到擾動時輕易使已形成的大的絮體撕裂、破碎，變得細小、鬆散，不易下沉。水溫低，水中膠體顆粒的zeta電位高，顆粒間排斥勢能公升高，斥力增大，且水溫低時膠體顆粒的布朗運動動能減小，水的粘滯係數公升高，幾者綜合，不利於膠體顆粒碰撞脫穩。水溫低時，溶劑化作用增強，顆粒四周輕易形成一層水化膜，不利於膠體的凝結。
水溫低，聚合反應速率減小，絮凝劑水解產物以高電荷低聚合度的物質為主，不僅不利於膠體絮凝，更重要的是不能有效發揮其吸附架橋的作用。
2、水中顆粒物濃度的影餉
水中顆粒物濃度是影響低溫低濁水處理效果的又一重要因素，它對低溫低濁水處理的很多方面都會造成影餉。能否取得良好的處理效果，單位體積內顆粒數量和顆粒間有效碰撞次數是至關重要的制約因素。顆粒物濃度高，碰撞機會大，有利於膠體顆粒凝結和絮體成長。
低溫低濁水顆粒物濃度很低，碰撞機率很小，加之水溫低，布朗運動動能小，顆粒運動不活躍，凝結效果不好。
3、有機汙染物的影餉
水體中有機汙染物的存在大大增加了低溫低濁水處理的難度。有機物可吸附在膠體顆粒表面，形成有機保護膜，不但使膠體表面電荷密度增加，而且阻礙了膠體顆粒間的結合，影餉混凝效果聚合氯化鋁。當水中存在天然有機物時，混凝劑首先與帶電密度大的腐殖酸和富里酸作用，只有加大投藥量使混凝劑中和了溶液中顆粒表面的天然有機物電荷後，才開始表現出架橋作用。
並且，顆粒物表面的有機保護層會造成顆粒間空間位阻或雙電層排斥作用，使低溫低濁水形成乙個穩定的物係。這是常規的混凝沉澱工藝在處理穩定性低溫低濁水時效率不高，即使增加混凝劑投量除濁效果也不理想的原因之一聚合氯化鋁。
三、低溫低濁水處理技術與工藝
1、改變低溫低濁水的水質特性
低溫低濁水難處理的原因正是由於其特別的水質特性造成的，因此在處理低溫低濁水時我們首先會考慮能否改變其水質特性使其變得易於處理。有文獻報道，哈爾濱第三發電廠將冬季1~2℃的低溫水加熱到8~15℃，並同時適當增加原水濁度，使處理後澄清池出水濁度大大降低，達到用水要求。由於通過加熱的方式使水溫公升高在城市水廠大規模生產實踐中難以實現，所以並不能被廣泛應用。
提高原水濁度，也能夠有效改善處理效果。利用沉澱池汙泥回流，可以提高原水顆粒濃度，增加顆粒碰撞機會，提高混合反應速率。姜安璽等人通過向低溫水中投加不同量的活性粉砂，製造出不同濁度的低溫水進行對比試驗，結果顯示隨濁度公升高，只需增加pac投量即可出水效果良好，說明提高原水濁度確實很有利於改善低溫低濁水的處理效果。
2、優化選擇混凝劑與助凝劑
選擇適合處理水質的水處理劑，是提高低溫低濁水處理效果的重要途徑之一。李為兵等人以陽澄湖水系冬、春季低溫低濁水為研究物件，通過混凝沉澱燒杯試驗和水廠生產性試驗，對硫酸鋁（as）和幾種聚氯化鋁（pac）進行了優選，最終確定zr－3型聚氯化鋁的混凝沉澱效果最佳。在水溫較低（10℃）時，(__shi _)與硫酸鋁相比其投加量（以氧化鋁計）可降低50%左右。
石明巖等人通過燒杯試驗，比較了硫酸鋁、三氯化鐵、的除濁和除有機物效能，結果表明，對於低溫低濁的松花江水而言，硫酸鋁配合投加活化矽酸的混凝效果優於三氯化鐵和聚合鋁，混凝的最佳ph值介於6.0~7.0，在最佳的混凝條件下，三氯化鐵的混凝效果最優。
綜合除濁和除有機物效果評價三種混凝劑得到：中性條件下，硫酸鋁+活化矽酸較好；ph偏低條件下，三氯化鐵較好。李冬梅等人對黑河水庫原水最佳水處理劑選擇的試驗研究表明：
當水溫t＜4℃，濁度c0＜4ntu時，投加as，濁度去除率較低；有時as投加量增高，出水濁度反而上公升。改用pac時，出水濁度低於1ntu只能維持很短時間（約四小時），濾池很快穿透；而採用cp作主混凝劑或助凝劑，出水水質得到明顯改善，過濾周期長達近三十小時。馬軍等人採用單純硫酸鋁和高鐵酸鹽復合藥劑進行對比混凝試驗研究發現：
單純的硫酸鋁對於低溫低濁時期的松花江水混凝效果很差，儘管增加硫酸鋁投量可以降低沉後餘濁，但當硫酸鋁投量增加到一定程度後沉後餘濁很難進一步下降。高鐵酸鹽復合藥劑對低溫低濁松花江水具有顯著的混凝效果，沉後餘濁下降至2~4ntu。李瀟瀟等人在對北渡水進行幾種不同混凝劑強化混凝對比試驗中研究發現：
在處理低溫低濁北渡水時，pfs水解速度比鋁鹽快，同時形成的絮體吸附量大、結構緊湊緻密、強度大，混凝沉降物沉降速度快，大大提高了混凝效果。
3、泥渣回流法
泥渣回流技術的原理是利用機械攪拌加速澄清池的泥渣回流特點來增加原水濁度，以彌補冬季原水濁度低的不足。從而提高水中的膠體顆粒濃度，增大顆粒雜質的碰撞機率，提高絮凝反應效率。除此之外，還能夠充分利用沉澱池汙泥的剩餘吸附能力，進一步提高除濁效果。
與投加機械雜質（如粘土等）相比，泥渣回流法較易實現，因為回流泥渣的粒度與水中天然懸浮雜質粒度相同，且不需要大量投加人工造泥，相比之下也較經濟。劉繼平通過利用沉澱池汙泥回流處理成都地區低溫低濁水的試驗研究發現：將沉澱池一定量的汙泥直接送到混合設施進口，與原水一起參與混合反應的全過程。
結果表明，此舉提高了沉澱反應效率，減少了混凝劑用量，有效降低了出水濁度。饒明等人通過預氧化聯合汙泥回流處理低濁微汙染水的試驗研究表明：採用汙泥回流可有效改善沉後水濁度，最佳回流比為60%，沉後水濁度從無回流時的1.
91ntu下降到1.51ntu。張紀軍等利用排泥水回流處理低濁水，研究發現：
利用回流部分排泥增加了原水濁度，沉澱池出水濁度明顯降低，且此法大大降低了耗礬量。在新鄉市第一水廠的生產性試驗中，沉澱池的出水濁度去除率提高了30%，混凝劑的投加量降低了39.3%，在提高水質的同時，取得一定的經濟效益。
4、溶氣氣浮法
溶氣氣浮法是利用壓力溶氣水驟然減壓所釋放出來的大量微細氣泡，將水中加藥混凝反應後所形成的絮凝顆粒吸附在氣泡表面，由於氣泡密度小於水的密度，就使帶有絮凝顆粒的氣泡上浮於水面，形成浮渣而被刮渣機清除，達到除濁的目的。鄭全枝等人在對牡丹江低溫低濁原水（溫度0~3℃，濁度31~46ntu）進行混凝、沉澱、氣浮、過濾工藝試驗研究發現，氣浮出水平均濁度低於23ntu。劉洋等人用溶氣氣浮（daf）工藝處理密雲水庫低溫低濁水效果良好：
原水濁度0.64~1.06ntu，daf出水濁度為0.
22~0.27ntu，平均為0.24ntu。
daf工藝出水濁度遠遠低於中國飲用水水質標準。且daf處理後色度、嗅閾值、餘鋁含量均滿意飲用水水質標準。孫志民等用新型側向流斜板浮沉池處理低溫低濁水，研究發現，氣浮的出水濁度能夠保證在0.
15ntu左右，沉澱不僅達不到這一指標，濁度反而有所上公升，且相應的混凝劑投加量氣浮也比沉澱要少，codmn、色度指標氣浮也均優於沉澱。
5、微絮凝接觸過濾法
原水經加藥後直接進入濾池過濾，濾前不設任何絮凝裝置。這種過濾方式一般稱為「接觸過濾」。微絮凝接觸過濾的原理是：
濾池上層濾料空隙甚小，濾料表面有一定的化學特性，在源水中投加混凝劑、助凝劑後，立刻直接進入濾池，在濾料層中形成微小絮凝體，其中一部分被截留，另一部分被濾料吸附，呈現具有微絮凝接觸吸附過濾作用，從而實現除低濁的目的。劉洋等人用活性炭深床浮濾池以直接過濾方式執行處理密雲水庫低溫低濁水，原水濁度1.52ntu，出水濁度為0.
16~0.22ntu，出水uv254為0.026~0.
029cm-1，去除率為15.4%，出水耗氧量為1.16~1.
96mg/l，去除率為19.0%，出水色度為3倍，無嗅味，餘鋁含量為0.048mg/l，處理效果良好。
王培風等人採用微絮凝直接過濾工藝處理濁度小於20ntu的低濁度原水，絮凝劑pac的投藥量控制在3~5mg/l，出水濁度小於0.5ntu。雷鵬舉等人利用微絮凝直接纖維過濾處理微汙染低濁水，研究表明，該工藝處理低濁水效果明顯，在較低的pac投加量和較高的濾速下可保證處理後水的濁度小於0.
5ntu，在25m/h的濾速下工作週期可達25h，且該工藝處理效率高、適應性強、出水穩定，對處理低溫低濁水有重要應用價值。
6、膜法處理低溫低濁水
近年來，隨著膜科學的進步與膜製造工業的快速發展，膜的效能不斷提高，膜法以其出水水質穩定，系統占地面積小，執行維護簡樸，輕易實現自動化等諸多優勢日趨成為一種重要的新型水處理技術。雖然在處理低溫低濁水方面仍處於探索研究階段，但就現有的研究成果，足以說明膜工藝具有良好的應用前景。孫麗華等人用混凝－超濾法處理松花江春季時期低溫低濁水，研究表明，較之常規處理，膜處理在對原水的濁度、有機物、色度以及細菌、病毒等微生物的去除方面均表現良好。
試驗期間原水濁度為6.17~8.54ntu，codmn為5.
71~6.86mg/l，色度為26~30度。同期水廠出水濁度為0.
95~1.86ntu，而膜出水濁度始終低於0.3ntu；常規處理對codmn的去除率為44%~50%，出水達不到國家標準，超濾膜對codmn的去除率達到50%~58%，膜出水為2.
78~2.94mg/l；常規處理出水色度為8~12度，而混凝超濾膜系統出水色度為6~8度；表現為濁度的膠體本身不僅是汙染物，而且是水中細菌、病毒等微生物的重要附著載體，超濾對濁度的優異去除效能同樣表明其對水中細菌病毒的良好去除能力。劉曉飛等人研究低壓膜直接過濾處理低溫低濁水效能指出，採用一種新型過濾膜，過濾所需壓力僅為0.
02~0.04mpa，在保證出水濁度低於1ntu時，濾速可達20m/h，過濾週期為150小時；低壓膜過濾可以採用原水直接過濾，不需要投加混凝劑；長期執行後沒有受到較大的汙染，反沖洗方式簡樸易行。紀洪傑等人以黃河水經沉砂池處理後進入東營市南郊水庫的水為物件，研究用混凝沉澱/pac吸附/超濾工藝處理引黃水庫冬季原水，結果表明，pac-uf工藝可將出水濁度控制在0.
1ntu以下，去除率98%；投加粉末活性炭能夠大幅提高混凝沉澱/uf工藝對codmn和uv254的去除率；且超濾工藝能夠有效截留水中的病原性微生物。儘管膜法具有諸多長處，但考慮到較之常規處理經濟成本仍較高，所以膜處理工藝現階段仍主要應用於一般規模的工業領域以及某些對水質有特別要求的行業。但隨著技術日趨成熟和工業化水平不斷提高，製膜成本的下降，膜法必將擁有廣闊的應用前景。
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