复合混凝剂在低温低浊水处理中的研究进展

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240390

摘要/Abstract

摘要：

北方冬季水源的低温低浊特性致使常规混凝沉淀法难以取得良好效果，而复合混凝剂能高效地处理此类水。本文综述了2011-2024年期间复合混凝剂在低温低浊水处理中的研究进展，介绍了低温低浊水的物理化学性质，以及这些性质如何影响混凝处理的效果，并对无机-无机与无机-有机复合混凝剂在处理低温低浊水中的实际应用效果进行了分类讨论。同时，总结了复合混凝技术在低温低浊水处理领域的发展趋势。研究结果显示，通过优化和调整混凝剂的种类及用量，并结合助凝剂的引入，能够提升处理效果。特别是新型无机-无机复合混凝剂，如钛盐、硅酸盐等，在低温低浊水处理中展现出显著的优势。此外，由无机高分子聚合物与高粘度壳聚糖或者微生物混凝剂复合而成的无机-天然有机复合混凝剂，不仅混凝效率高，而且环保性能优异，成为当前研究的热点。在今后的研究中，应对其作用机理以及在实际处理场景中的应用效率进行深入研究，从而推动水处理技术的持续发展。

关键词: 复合混凝剂, 低温, 低浊, 饮用水, 水安全

Abstract:

The characteristics of low temperature and low turbidity of the winter drinking water sources in the northern region pose huge challenges to the coagulation process. This paper reviews the status and research progress of composite coagulants used in the treatment of low temperature and low turbidity water （LT-LTW） from 2011 to 2024. This paper initially introduces the physical and chemical properties of LT-LTW and their impact on coagulation treatment. Subsequently， this work classifies and discusses the effects of application of inorganic-inorganic composite coagulants and inorganic-organic composite coagulants in the treatment of LT-LTW. It summarizes the research trends of composite coagulants in the treatment of LT-LTW. The results show that the treatment effectiveness can be significantly enhanced by optimizing and adjusting the types and dosages of coagulants， along with the introduction of coagulation aids. Novel inorganic-inorganic composite coagulants， such as titanium salts and silicates， demonstrate remarkable advantages in the treatment of LT-LTW. Moreover， some inorganic-natural organic composite coagulants， which are inorganic polymeric compounds combined with high-viscosity chitosan or microbial flocculants， show high coagulation efficiency and excellent environmental performance. Future studies ought to investigate the mechanisms and the practical application efficiency of these coagulants， thereby fostering the ongoing advancement of water treatment technologies.

Key words: Composite coagulant, Low temperature, Low turbidity, Drinking water, Water safety

中图分类号:

O631

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图/表 6

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Coagulant	Water source	Raw water parameters	Experimental conditions	Removal rate	Effluent parameter	Ref.
PAFC	Songhua River	Temperature=4.5 ℃ pH=7.7 Turbidity=6.71 NTU	ρ（PAFC）=10 mg/L	Turbidity=84.6%	Turbidity=1 NTU	［23］
PAFC/FeCl₃	Luanhe River	Temperature： 0~9.8 ℃ 8.02＜pH＜8.59 Turbidity=7.9 NTU COD： 2.9~3.6 mg/L UV₂₅₄=0.1339 cm^-1	ρ（PAFC+FeCl₃）=20 mg/L m（PAFC）∶m（FeCl₃）=3∶1	Turbidity=94% COD_Mn=43% UV₂₅₄=84%	Turbidity=0.47 NTU COD_Mn=2 mg/L UV₂₅₄=0.021 cm^-1ρ（residual aluminum）=0.9 mg/L ρ（residual iron）=0.01 mg/L	［24］
PTFC	Xueshan Water Plant in Licheng District+humic acid 10 mg/L	Temperature＜10 ℃ 6.8＜pH＜7.5 Turbidity： 6.0~6.5 NTU ρ（DOC）=5.0~5.8 mg/L	n（Ti）∶n（Fe）=1∶1 Basicity 0.75 pH=7、8 c（PTFC）=0.3 mmol/L	Turbidity=92.3% DOC about 60%	Turbidity=0.5 NTU DOC＜2.32	［29］
PATS	Simulate low temperature and low turbidity water	Temperature： 20~23 ℃ pH=7.65 Turbidity=（19±0.5） NTU ρ（aluminum）=0.053 mg/L	n（Al）∶n（Ti）=10∶1 n（Al+Ti）∶n（Si）=1∶2 c（PATS）=0.10 mmol/L	-	Turbidity 0.39 NTU ρ（residual aluminum）=0.037 mg/L	［30］
PAC/PT	The water of Yangshan Lake in Qixia District， Nanjing City during winter	Temperature=（9±1） ℃ pH=7.5±1 Turbidity=（20±3） NTU UV₂₅₄=（0.1±0.02） cm^-1	n（Al₂O₃）∶n（Ti）=3∶2 ρ（PAC+PT）=4 mg/L	-	Turbidity≈1.2 NTU	［31］
AS/PT	The water of Yangshan Lake in Qixia District， Nanjing City during winter	Temperature=（9±1） ℃ pH=7.5±1 Turbidity=（20±3） NTU UV₂₅₄=（0.1±0.02） cm^-1	n（Al₂O₃）∶n（Ti）=3∶2 ρ（AS+PT）=4 mg/L	-	Turbidity＜1 NTU	［31］
PSAS	-	Temperature=2 ℃ pH=5.4 Turbidity=30 NTU	n（Al）∶n（Si）=3∶1 ρ（PSAS）=15 mg/L	Turbidity=95.64%	Turbidity 1.31 NTU	［32］

Coagulant	Water source	Raw water parameters	Experimental conditions	Removal rate	Effluent parameter	Ref.
PAFC	Songhua River	Temperature=4.5 ℃ pH=7.7 Turbidity=6.71 NTU	ρ（PAFC）=10 mg/L	Turbidity=84.6%	Turbidity=1 NTU	［23］
PAFC/FeCl₃	Luanhe River	Temperature： 0~9.8 ℃ 8.02＜pH＜8.59 Turbidity=7.9 NTU COD： 2.9~3.6 mg/L UV₂₅₄=0.1339 cm^-1	ρ（PAFC+FeCl₃）=20 mg/L m（PAFC）∶m（FeCl₃）=3∶1	Turbidity=94% COD_Mn=43% UV₂₅₄=84%	Turbidity=0.47 NTU COD_Mn=2 mg/L UV₂₅₄=0.021 cm^-1ρ（residual aluminum）=0.9 mg/L ρ（residual iron）=0.01 mg/L	［24］
PTFC	Xueshan Water Plant in Licheng District+humic acid 10 mg/L	Temperature＜10 ℃ 6.8＜pH＜7.5 Turbidity： 6.0~6.5 NTU ρ（DOC）=5.0~5.8 mg/L	n（Ti）∶n（Fe）=1∶1 Basicity 0.75 pH=7、8 c（PTFC）=0.3 mmol/L	Turbidity=92.3% DOC about 60%	Turbidity=0.5 NTU DOC＜2.32	［29］
PATS	Simulate low temperature and low turbidity water	Temperature： 20~23 ℃ pH=7.65 Turbidity=（19±0.5） NTU ρ（aluminum）=0.053 mg/L	n（Al）∶n（Ti）=10∶1 n（Al+Ti）∶n（Si）=1∶2 c（PATS）=0.10 mmol/L	-	Turbidity 0.39 NTU ρ（residual aluminum）=0.037 mg/L	［30］
PAC/PT	The water of Yangshan Lake in Qixia District， Nanjing City during winter	Temperature=（9±1） ℃ pH=7.5±1 Turbidity=（20±3） NTU UV₂₅₄=（0.1±0.02） cm^-1	n（Al₂O₃）∶n（Ti）=3∶2 ρ（PAC+PT）=4 mg/L	-	Turbidity≈1.2 NTU	［31］
AS/PT	The water of Yangshan Lake in Qixia District， Nanjing City during winter	Temperature=（9±1） ℃ pH=7.5±1 Turbidity=（20±3） NTU UV₂₅₄=（0.1±0.02） cm^-1	n（Al₂O₃）∶n（Ti）=3∶2 ρ（AS+PT）=4 mg/L	-	Turbidity＜1 NTU	［31］
PSAS	-	Temperature=2 ℃ pH=5.4 Turbidity=30 NTU	n（Al）∶n（Si）=3∶1 ρ（PSAS）=15 mg/L	Turbidity=95.64%	Turbidity 1.31 NTU	［32］

Coagulant	Water source	Raw water parameters	Experimental conditions	Removal rate	Effluent parameter	Ref.
PAC/PAM	Huanghe River	Temperature=4.8 ℃ pH=8.05 Turbidity=14.8 NTU	10% PAC（effective content 32%， relative molecular mass is 1 000） 0.1% PAM（effective content 91%， relative molecular mass is less than 15 million） Variable porosity filter	Turbidity=99.46%	Turbidity=0.08 NTU	［43］
PAC/Sodium Alginate +PAM+ Hydroxypropyl methylcellulose	-	Temperature： 0~2 ℃ Turbidity： 20~30 NTU	ρ（PAC）=102 mg/L ρ（PAM）=4.5 mg/L ρ（sodium alginate）=2 mg/L ρ（hydroxypropyl methylcellulose）=2 mg/L	-	Turbidity=0.6 NTU	［44］
PFAC/PAM	-	Temperature=（5.01±0.24） ℃ Turbidity=（8.15±0.19） NTU ρ（ammonia nitrogen）=（0.80±0.02） mg/L	V（PFAC）=7.87 mg/L V（PAM）=6.06 mg/L Sand filter	Turbidity=16.3% Ammonia nitrogen=14.7%	Turbidity=0.76 NTU COD_Mn=2.72 mg/L ρ（ammonia nitrogen）=0.44 mg/L	［45］
FeCl₃/PAM	-	Temperature=18 ℃ 6.5＜pH＜7 Turbidity=2.72 NTU	pH=8.0 ρ（FeCl₃）： 3.2~3.8 mg/L ρ（PAM）=0.2 mg/L	Turbidity=87.1%	Turbidity=0.35 NTU	［46］
PAC+PDMDAAC	Taihu Lake Lake water in winter	Temperature： 2~5 ℃ Turbidity： 9~20 NTU	Intrinsic viscosity： 1.53~3.32 Mass fraction： 10%~20%	-	Turbidity＜1 NTU	［49］
PFM+PDMDAAC	Winter raw water from a water plant in Nanchang City	Temperature： 7~9 ℃ 7.12＜pH＜7.35 Turbidity 17.4~21.5 NTU DOC： 2.56~2.84 mg/L	PD/FM≥0.20 ρ（PFM+PDMDAAC）=3 mg/L	Turbidity＞95% DOC＞55%	Turbidity＜0.87 NTU DOC＜1.15 mg/L	［50］
PATC+PDMDAAC	Xiangjiang River	Temperature=（7.5±0.3） ℃ pH=7.24±0.2 Turbidity=（17±0.5） NTU TOC=7.23 mg/L	The ratio of organic-inorganic is 0.15 ρ（PATC+PDMDAAC）=3.6 mg/L	TOC=62.18%	Residual turbidity=0.56 NTU TOC=2.734 mg/L	［51］

Coagulant	Water source	Raw water parameters	Experimental conditions	Removal rate	Effluent parameter	Ref.
PAC/PAM	Huanghe River	Temperature=4.8 ℃ pH=8.05 Turbidity=14.8 NTU	10% PAC（effective content 32%， relative molecular mass is 1 000） 0.1% PAM（effective content 91%， relative molecular mass is less than 15 million） Variable porosity filter	Turbidity=99.46%	Turbidity=0.08 NTU	［43］
PAC/Sodium Alginate +PAM+ Hydroxypropyl methylcellulose	-	Temperature： 0~2 ℃ Turbidity： 20~30 NTU	ρ（PAC）=102 mg/L ρ（PAM）=4.5 mg/L ρ（sodium alginate）=2 mg/L ρ（hydroxypropyl methylcellulose）=2 mg/L	-	Turbidity=0.6 NTU	［44］
PFAC/PAM	-	Temperature=（5.01±0.24） ℃ Turbidity=（8.15±0.19） NTU ρ（ammonia nitrogen）=（0.80±0.02） mg/L	V（PFAC）=7.87 mg/L V（PAM）=6.06 mg/L Sand filter	Turbidity=16.3% Ammonia nitrogen=14.7%	Turbidity=0.76 NTU COD_Mn=2.72 mg/L ρ（ammonia nitrogen）=0.44 mg/L	［45］
FeCl₃/PAM	-	Temperature=18 ℃ 6.5＜pH＜7 Turbidity=2.72 NTU	pH=8.0 ρ（FeCl₃）： 3.2~3.8 mg/L ρ（PAM）=0.2 mg/L	Turbidity=87.1%	Turbidity=0.35 NTU	［46］
PAC+PDMDAAC	Taihu Lake Lake water in winter	Temperature： 2~5 ℃ Turbidity： 9~20 NTU	Intrinsic viscosity： 1.53~3.32 Mass fraction： 10%~20%	-	Turbidity＜1 NTU	［49］
PFM+PDMDAAC	Winter raw water from a water plant in Nanchang City	Temperature： 7~9 ℃ 7.12＜pH＜7.35 Turbidity 17.4~21.5 NTU DOC： 2.56~2.84 mg/L	PD/FM≥0.20 ρ（PFM+PDMDAAC）=3 mg/L	Turbidity＞95% DOC＞55%	Turbidity＜0.87 NTU DOC＜1.15 mg/L	［50］
PATC+PDMDAAC	Xiangjiang River	Temperature=（7.5±0.3） ℃ pH=7.24±0.2 Turbidity=（17±0.5） NTU TOC=7.23 mg/L	The ratio of organic-inorganic is 0.15 ρ（PATC+PDMDAAC）=3.6 mg/L	TOC=62.18%	Residual turbidity=0.56 NTU TOC=2.734 mg/L	［51］

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