0 引言

在饮用水处理中，几种特殊水质的原水常规处理后出水一般不能达标，低温低浊水处理也一直是困扰给水界的一个难题.低温低浊水主要指冬季水温0~4 ℃，浊度30 NTU以下的江河水及水库水.北方地区的冰冻期使水质长期处在低温（0~2 ℃）低浊（10~ 30 NTU）状态；南方地区源水属于低浊度水（赣南地区冬季可达到2 NTU左右），进入冬季以后，温度也会降到10 ℃以下，处于相对的低温低浊状态.

低温低浊水的处理给给水厂带来困难，致使出水浊度不达标.浊度对人体健康会产生很大影响，调查显示，源水及滤后水浊度的大小与肠胃疾病密切相关^[1].我国由于地区水质差异，低温低浊水的处理一直没有得到系统研究，没有其特定的规律及成熟的处理方法，所以加强区域低温低浊水的研究，对解决区域性问题有一定的意义.

1 低温低浊水特点及难处理原因

温度低、浊度低、耗氧量低、碱度低、粘度大、pH值偏低等是低温低浊水在冬季的水质特征^[2].在低温低浊状态下，江河水表现出耗氧量、碱度、pH值偏低特性；水库水则呈现色度、氨氮、磷、微生物和藻类含量高，且底层水中还具有铁、锰、有机物含量较高的特点.研究显示：影响低温低浊水难处理的关键因素是温度和浊度.

1.1 温度对低温低浊水处理的影响

温度可以影响水的pH值、粘度、Zeta电位、微粒布朗运动，进而影响混凝剂的水解、以及水处理过程中絮凝、沉淀、过滤的效果.

（1）源水pH值在冬季略有降低.冬季水温低，导致水中CO₂溶解性增强，pH值下降.混凝剂水解是吸热过程，而偏低的pH值与混凝剂水解的最佳pH又有一定的偏离，在pH与水温双重影响下，混凝剂絮凝效果降低^[3].

（2）水温低，水的粘度增大，液层间的内阻力增大，胶体粒子碰撞机会减少，影响絮凝效果；水的粘度大，絮凝过程中形成的矾花不宜沉降，影响沉淀效果；水的粘度大，剪切力大，絮凝体易被切断，随水穿透滤池，降低滤池截留效果^[4].

（3）水温低，水中胶体Zeta电位高.胶体粒子带有负电荷，Zeta电位越高，粒子间静电斥力越大，致使胶粒吸附在一起困难，影响絮凝效果；过滤池中滤料带有负电荷，不能吸附带有负电的胶粒，影响滤池过滤效果^{[2, 5]}.

（4）水温低，水中微粒布朗运动缓慢.布朗运动的动能主要与温度有关，温度低，微粒运动慢，由于“胶体的稳定性”作用，微粒碰撞在一起的几率降低，不能形成大的絮体，影响絮凝效果^[6-7].

1.2 浊度对低温低浊水处理的影响

低温低浊水的另一重要特征为浊度低，水中微粒尺寸小且粒径分布均匀，具有动力稳定性与凝聚稳定性.浊度越低，水中微粒数目越少，粒子间碰撞机会就少，絮凝反应慢，形成的絮体细、小、轻难以沉淀，过滤时易穿透滤层.低温低浊水混凝时形成的微小絮体不能下沉，需要提高搅拌强度以增大颗粒的碰撞几率，但增大机械搅拌强度会增加水力剪切强度，剪碎形成的细小絮体.

另外低温低浊水中溶解性有机物也会影响水处理过程^[8].水中溶解性有机物表面带有远多于悬浮微粒的电荷，加入混凝剂后，其中的正电荷首先与有机物所带电荷中和，只有加入混凝剂到一定程度后，才会与微粒反应，形成吸附架桥作用.有机物会在无机颗粒表面形成保护层，使水体成为一个稳定物系，就算投加过量混凝剂，也不能有很好的除浊效果.

2 低温低浊水处理工艺进展

低温低浊水不利于净化的水质特点，影响着水处理的每个环节.要对其进行有效处理，使出水水质符合饮用水标准，就要针对其水质特征，在絮凝过程中，以形成体积大、密而实的絮体为目的，创造良好絮凝条件.对低温低浊水进行有效处理，除选择好混凝药剂外，处理方法有泥渣回流法、溶气气浮法、微絮凝过滤法、微涡旋絮凝低脉动沉淀法及深度处理法.

2.1 合理使用絮凝药剂

水处理药剂选择是水处理过程中的关键环节，絮凝剂及助凝剂选择是否合适，直接影响后续工艺的处理效果，要根据不同的水质选择不同的混凝药剂.

2.1.1 混凝剂的选择

混凝剂包括无机盐类混凝剂（硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、明矾、氯酸钠等）及高分子混凝剂（聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁、聚硅酸金属盐等）.溶解在水中的混凝剂，通过吸附-电中和作用、吸附架桥作用、网捕-卷扫作用等与水中的微粒杂质形成絮体，最后沉降，净化水质.

赵海华^[9]通过试验比较了三氯化铁、硫酸铝和硫酸亚铁对低温低浊水的除浊效果，结果表明：三氯化铁适用的pH值范围较宽，水解迅速，形成絮体较铝盐密实且沉降快，除浊效果最好.张跃军^[10]等在对白溪水库水处理时，考察了聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)及两者分别与聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDM)复配后除浊效果，结果表明：PFS的除浊效果最好，形成的絮体较PAC的吸附量大，结构紧凑、致密、易沉.PAC、PFS与PDM复配后没有明显的除浊效果.Zouboulis^[11]等比较了聚铝与硫酸铝对低浊水的除浊效果，试验采用常规处理与微絮凝直接过滤两种工艺，结果表明，聚铝在处理低浊度水方面效果更好，使出水浊度达到0.1 NTU，且微絮凝工艺效果好于常规工艺.

无机混凝剂中铁盐在处理低温低浊水时效果好于铝盐，高分子絮凝剂整体效果好于无机混凝剂，特别是用聚铝做絮凝剂时，形成絮体大、沉降好、投量少且对原水水质适应性强，广泛应用于低温低浊水处理.

2.1.2 助凝剂的选择

助凝剂一般不能单独作为混凝剂使用，但可以与混凝剂配合使用而提高或改善凝聚和絮凝效果.助凝剂的作用有吸附架桥、调节原水酸碱度、氧化破坏水中有机污染物、改变混凝剂化学性态.通过吸附架桥作用改善已形成的絮体结构的助凝剂通常为高分子物质，如聚丙烯酰胺（PAM）及其水解产物、活化硅酸、骨胶、海藻酸钠等；以破坏水中有机污染物对胶体稳定作用来改善混凝效果的助凝剂主要是一些氧化剂，如高锰酸钾及其复合药剂、高铁酸盐、氯、臭氧等.

王桂荣，张杰^[12]研究了聚合二甲基二烯丙基氯化铵（HCA）、活化硅酸、聚丙烯酰胺（PAM）3种不同助凝剂强化混凝处理汉江水源水的效果，结果表明：与活化硅酸和PAM相比，投加HCA与聚铝配合使用，可形成大而密实的矾花，大幅降低出水浊度.李诚，孙世群^[13]对比研究了高锰酸钾复合剂（PPC）、O₃、PPC与O₃联用、PPC与Cl₂联用等工艺在处理低温低浊水方面的效能，结果表明：四种预氧化工艺对浊度和有机物均有很好的去除效果，但从经济与技术方面比较，PPC与Cl₂联用工艺最适合处理低温低浊水.

使用助凝剂能显著改善混凝剂的混凝效果，减少投加量，特别是高锰酸钾及其复合药剂，在处理低温低浊水中有良好的助凝效果.

2.2 泥渣回流

沉淀池及滤池冲洗下来的泥渣还具有一定的吸附能力，这些泥渣回流入原水中可以增加原水中胶体微粒数目，为混凝剂的水解提供附加的沉淀核心，加速矾花形成，提高新絮凝体密度，加速沉降速度.机械加速澄清池属于泥渣循环型澄清池，其特点是利用机械叶轮搅拌和提升作用，完成泥渣回流和接触反应^[2].黄廷林^[14]等研究了增效澄清池处理西宁市低温低浊水效果，结果表明：在PAC投量为7~9 mg/L、PAM投量0.45 mg/L、混合池搅拌强度600 s^-1左右、污泥回流比为1.47 %~1.9 %的条件下，澄清池出水浊度可控制在1 NTU左右，对COD_Mn的去除率﹥25 %，处理效果较好.

泥渣回流适用于低温中浊度水质，不需投加助凝剂，节省絮凝剂，澄清效率高，但若原水浊度过低，还要采取人工加泥.

2.3 溶气气浮

溶气气浮法（DAF）即压力溶气浮选法，它利用压力溶气水骤然减压所释放出的大量微气泡，与水中的絮凝体粘附在一起，形成视密度小于水的微气泡-絮凝体体系，在浮力作用下，带有微气泡的絮凝体上浮至水面，形成浮渣后刮去.气浮技术主要处理低浊度和含藻量大的水质，可以节省基建投资^[8].

熊长学^[15]等利用气浮技术对某市水厂工艺进行改造，改造后净水效果大幅提高，出水浊度达到0.5 NTU以下，降低了混凝剂投量，延长过滤周期达20 h，解决了含藻期滤池堵塞问题. Sohn^[16]等对韩国一些水厂运用DAF工艺进行调查，在2003至2006年间，DAF工艺在水厂运行效果较好，节省投资，出水浊度达到0.15 NTU，经无烟煤滤料过滤后出水浊度达到0.02~0.09 NTU.

2.4 微絮凝接触过滤

微絮凝过滤利用接触过滤达到净化目的，利用滤池上层滤料的微小空隙和化学特性，原水中投加混凝药剂后立即进入滤池，并在滤料层中形成微小絮体.絮体一部分被滤料截留，另一部分被滤料吸附，以微絮凝吸附作用达到除浊目的.微絮凝接触过滤适用于低温低浊度及中浊度水，技术上易掌握，管理方便^[17].

高斌^[18]等采用V型滤池对浊度为0.7~1.1 NTU，温度为3~4.9 ℃的原水进行直接过滤处理，结果发现，V型滤池直接过滤对絮凝剂，滤前水质有一定要求，V型滤池除浊除污能力较强.陈超^[19]等运用微絮凝直接过滤工艺处理微污染水库水，结果表明该工艺对低温低浊度水库水具有很好的除浊效果，使出水浊度达到0.5 NTU，且对NH₃-N、COD_Mn的去除率高.

2.5 微涡旋混凝低脉动沉淀

该技术利用微蜗混合器造成高比例高强度的微蜗旋，其强烈的离心惯性效应可保障混凝剂瞬间进入水体细部，完成宏观和亚微观传质扩散，使胶体脱稳迅速、充分，从而强化了混合反应和混凝过程^[20].

黄林平^[21]等采用微涡旋混凝技术处理低温低浊水，水温0~5 ℃，浊度10~30 NTU，管式微涡混合器混合时间3~5 s，经处理后沉淀池出水为3 NTU.技术提高了处理水量，节省混凝药剂.白芸^[22]等利用该技术处理0~5 ℃，10 NTU以下的第二松花江水，结果表明：处理后沉淀池出水浊度2.86 NTU，滤池出水浊度0.98 NTU，该技术在工程中实现了高效的混合、反应、沉淀.

2.6 深度处理

深度处理技术是指在常规处理工艺之后，增加能够对常规工艺不能有效去除的污染物或消毒副产物的前体物进行有效去除的工艺技术，该技术通过去除水中有机污染物和杂质，达到除浊的目的.目前常用的深度处理技术有臭氧氧化、活性炭吸附、臭氧-活性炭联用、膜过滤等技术.

朴芬淑^[23]等采用MF与PAC协同处理低浊度微污染源水，试验结果表明，浊度平均去除率93 %，色度平均去除率86 %，COD_Mn平均去除率70 %，UV₂₅₄平均去除率61 %.张绍梅^[24]等在低温状态下研究臭氧/生物活性炭（O₃/BAC）深度处理密云水库水，结果表明：O₃/BAC工艺处理效果优于单独活性炭工艺（GAC），对COD_Mn、UV₂₅₄、BDOC去除率分别高于GAC工艺的9.0 %、30.5 %、12.9 %.

3 低温低浊水处理技术展望

近年来，随着人们对饮用水安全问题的重视以及饮水标准的日益严格，加强对低温低浊水的处理，确保水质合格成为每个水处理工作者的使命.研究水质处理新药剂，新工艺，是低温低浊水处理的发展方向.

首先根据原水水质情况及出水水质要求，选择合适的混凝药剂.利用先进技术，从微观角度研究混凝药剂的作用机理，开发耐低温新型高效水处理药剂，从根本上解决低温低浊水处理问题.近年来利用纳米技术研制的纳米高效复合絮凝剂在低温低浊水处理中发挥了很好的作用，为混凝剂的研制提供了方向.

其次在工艺选择上要综合考虑各处理工艺优缺点，择优选取，开发研制新型滤料；在工艺设计上，应加强实验研究，建立有关数学模型为工艺流程设计提供足够的理论依据，以探索经济、高效、适应性强的净化工艺.

随着经济发展，我国大部分城镇饮用水水源受到不同程度的污染，使得部分源水成为低温低浊微污染水源水，这给饮用水处理工作带来更大挑战.深度处理技术能够有效去除常规工艺不能去除的有机物和消毒副产物，是目前微污染低温低浊水处理领域研究和关注的热点，也是提升出水水质、应对地表水源污染的有效对策.该技术能够有效提高和保障饮用水水质，具有广阔的发展和应用前景.