摘要：通過(guò)綜合大量文獻(xiàn)，概述了強(qiáng)化混凝概念、機(jī)理和影響因素；介紹了強(qiáng)化混凝技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用；總結(jié)了強(qiáng)化混凝技術(shù)和混凝劑的研究進(jìn)展情況；提出了強(qiáng)化混凝技術(shù)和混凝劑在研究和應(yīng)用方面有待解決的問(wèn)題，以供今后研究參考。
強(qiáng)化混凝是在常規(guī)混凝的基礎(chǔ)上，基于新型混凝劑的開(kāi)發(fā)而發(fā)展起來(lái)的一種水處理工藝，能有效去除污染水體中的懸浮顆粒、膠體雜質(zhì)、總磷和藻類等污染物質(zhì)[1].關(guān)于強(qiáng)化混凝，有強(qiáng)化混凝、化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理和強(qiáng)化絮凝等多種提法，本文統(tǒng)稱之為強(qiáng)化混凝。強(qiáng)化混凝技術(shù)的概念還沒(méi)有形成權(quán)威的解釋，筆者認(rèn)為，強(qiáng)化混凝技術(shù)是對(duì)常規(guī)混凝中藥劑、混合、凝聚和絮凝任一環(huán)節(jié)或多環(huán)節(jié)的強(qiáng)化和優(yōu)化，從而進(jìn)一步提高對(duì)水中污染物，包括低分子溶解性污染物的凈化效果。
強(qiáng)化混凝作用機(jī)理與常規(guī)混凝并無(wú)太大差別，主要包括壓縮雙電層作用、吸附電中和作用、吸附－架橋作用、沉析物網(wǎng)捕作用和特殊混凝作用等[2].向污染水體投入混凝劑后，一方面通過(guò)壓縮雙電層和吸附電中和作用，膠體擴(kuò)散層被壓縮，ξ電位降低，膠體脫穩(wěn)；另一方面通過(guò)吸附－架橋和沉析物網(wǎng)捕等作用使脫穩(wěn)后的膠體相互聚結(jié)成大的絮體并沉淀，最終固液分離。新型高分子混凝劑的使用使以上作用得到強(qiáng)化，它不僅具有以絮凝體吸附水中非溶性大分子有機(jī)污染物的物理吸附作用；又能對(duì)水中溶解性低分子有機(jī)物產(chǎn)生很強(qiáng)的化學(xué)吸附和強(qiáng)氧化等多種凈化效果，從而可以提高污染物的去除率。但是，要取得良好的混凝效果還和許多因素有關(guān)，其中包括混凝劑品種、混凝劑投加量、水質(zhì)、水力條件、水溫、堿度和pH等。只有優(yōu)化這些反應(yīng)條件，使混凝劑在條件下起作用，才能達(dá)到強(qiáng)化混凝提高常規(guī)混凝效果的目的。
1 強(qiáng)化混凝技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用
1.1 在生活污水處理中的應(yīng)用
英國(guó)[3]早在1870年就開(kāi)始應(yīng)用混凝技術(shù)，但很快被生物處理所取代，到了20世紀(jì)80年代，隨著新型高效混凝劑的不斷問(wèn)世，同時(shí)為了進(jìn)一步提高污水中有機(jī)物和磷的去除率，強(qiáng)化混凝技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于實(shí)際工程。
美國(guó)對(duì)于強(qiáng)化混凝技術(shù)在給水處理中的研究和應(yīng)用較多[4]，但是在城市污水處理中也有報(bào)道[5].美國(guó)落杉磯市的Hyperion污水處理廠采用一種陰離子高聚物（0.15 mg/L），與10 mg/L的FeCl3復(fù)配處理城市污水，連續(xù)運(yùn)行6 a，SS和BOD5的一級(jí)處理去除率穩(wěn)定在83%和51%左右，同時(shí)對(duì)磷和重金屬的去除效果也很好，而其基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)卻只有二級(jí)處理廠的30%左右。南加利福尼亞4大污水處理廠通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)一級(jí)處理的工藝進(jìn)行改進(jìn)，投加FeCl3混凝劑和部分助凝劑，處理效果大幅度提高。改進(jìn)后的一級(jí)處理工藝，SS去除率達(dá)到了85%，BOD5的去除率增加到50%以上。Mete等[6]認(rèn)為，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上來(lái)講，強(qiáng)化混凝法是一項(xiàng)簡(jiǎn)單而有效的水處理技術(shù)，能有效去除水中溶解性有機(jī)物、膠體雜質(zhì)等。
此外，以色列[7]、埃及[8]、日本[9]和挪威等國(guó)[10]對(duì)強(qiáng)化混凝的研究和應(yīng)用均有較多成功的實(shí)例。近年來(lái)，隨著環(huán)境保護(hù)力度的加強(qiáng)，強(qiáng)化混凝技術(shù)在我國(guó)也得到一定的發(fā)展。
Harleman等[11]在香港的一座CEPT污水處理廠建造之前，曾做了強(qiáng)化混凝工藝和常規(guī)一級(jí)處理工藝的比較試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，10 mg/L的FeCl3和0.15 mg/L的聚合物能使SS的去除率從71%提高到91%，BOD5的去除率從42%提高到80%，且可節(jié)省30%沉淀池體積。
臺(tái)灣的Chen Chiuyang研究了城市污水排海前的強(qiáng)化混凝處理，投加硫酸鋁和PAC各30 mg/L，沉淀1 h，SS和BOD5的去除率分別為70%和60%，比強(qiáng)化處理前提高了25和35個(gè)百分點(diǎn)。
強(qiáng)化混凝處理生活污水在國(guó)內(nèi)外均有很多成功的實(shí)例，北歐大型湖泊周邊城鎮(zhèn)和南歐地中海沿岸城鎮(zhèn)經(jīng)常采用強(qiáng)化混凝技術(shù)作為生活污水處理技術(shù)，可以說(shuō)強(qiáng)化混凝是僅次于生化處理的生活污水處理主流技術(shù)。在強(qiáng)化混凝技術(shù)研究和應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)外均注重于現(xiàn)有常規(guī)混凝劑及絮凝劑的組合或復(fù)配，以求達(dá)到低成本和高去除率的統(tǒng)一。相對(duì)于常規(guī)生化處理工藝，強(qiáng)化混凝技術(shù)可以節(jié)省工程投資，減少水處理成本費(fèi)用和節(jié)約用地面積，特別是該技術(shù)對(duì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化元素之一的總磷的去除率能達(dá)到90%以上，是很多常規(guī)生物處理技術(shù)不可比擬的。因此，強(qiáng)化混凝技術(shù)是解決我國(guó)城鎮(zhèn)由于資金不足導(dǎo)致污水處理率低的出路之一。上海市在建的兩個(gè)超大型污水處理廠：竹園污水處理廠（一期）與白龍港污水處理廠（設(shè)計(jì)日處理能力分別為170萬(wàn)m3與130萬(wàn)m3）也采用以強(qiáng)化混凝為主的處理工藝流程。隨著強(qiáng)化混凝技術(shù)在我國(guó)的普及，2003年頒布的國(guó)家城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 189118－2002）中對(duì)該工藝技術(shù)的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)定。
1.2 在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用
強(qiáng)化混凝技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水的（預(yù)）處理，特別是在化工廢水、染整廢水和造紙廢水的預(yù)處理中更為普遍。阮湘元等[14]用PAC、PAM預(yù)處理富含有機(jī)染料的染整廢水，聯(lián)合氧化絮凝床，出水可達(dá)工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)；朱虹等[15]研究表明，新型絮凝劑聚磷硫酸鐵是一種更為有效的染整廢水處理絮凝劑。另外，強(qiáng)化混凝在染整廢水的脫色處理中應(yīng)用較多，這方面，李春華等[16]做過(guò)比較詳細(xì)的綜述。
此外，強(qiáng)化混凝在造紙廢水處理中的應(yīng)用較多，李福仁[17]用PAC與PAM復(fù)配預(yù)處理，聯(lián)合氣浮工藝處理高濃度CTMP制漿造紙廢水，處理效率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定，可直接排入城市污水處理廠集中處理；張學(xué)洪等[18]比較了多種混凝劑對(duì)造紙廢水的處理，發(fā)現(xiàn)PAC最為合適，不必調(diào)節(jié)pH，出水達(dá)國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。
強(qiáng)化混凝是在常規(guī)混凝的基礎(chǔ)上，基于新型混凝劑的開(kāi)發(fā)而發(fā)展起來(lái)的一種水處理工藝，能有效去除污染水體中的懸浮顆粒、膠體雜質(zhì)、總磷和藻類等污染物質(zhì)[1].關(guān)于強(qiáng)化混凝，有強(qiáng)化混凝、化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理和強(qiáng)化絮凝等多種提法，本文統(tǒng)稱之為強(qiáng)化混凝。強(qiáng)化混凝技術(shù)的概念還沒(méi)有形成權(quán)威的解釋，筆者認(rèn)為，強(qiáng)化混凝技術(shù)是對(duì)常規(guī)混凝中藥劑、混合、凝聚和絮凝任一環(huán)節(jié)或多環(huán)節(jié)的強(qiáng)化和優(yōu)化，從而進(jìn)一步提高對(duì)水中污染物，包括低分子溶解性污染物的凈化效果。
強(qiáng)化混凝作用機(jī)理與常規(guī)混凝并無(wú)太大差別，主要包括壓縮雙電層作用、吸附電中和作用、吸附－架橋作用、沉析物網(wǎng)捕作用和特殊混凝作用等[2].向污染水體投入混凝劑后，一方面通過(guò)壓縮雙電層和吸附電中和作用，膠體擴(kuò)散層被壓縮，ξ電位降低，膠體脫穩(wěn)；另一方面通過(guò)吸附－架橋和沉析物網(wǎng)捕等作用使脫穩(wěn)后的膠體相互聚結(jié)成大的絮體并沉淀，最終固液分離。新型高分子混凝劑的使用使以上作用得到強(qiáng)化，它不僅具有以絮凝體吸附水中非溶性大分子有機(jī)污染物的物理吸附作用；又能對(duì)水中溶解性低分子有機(jī)物產(chǎn)生很強(qiáng)的化學(xué)吸附和強(qiáng)氧化等多種凈化效果，從而可以提高污染物的去除率。但是，要取得良好的混凝效果還和許多因素有關(guān)，其中包括混凝劑品種、混凝劑投加量、水質(zhì)、水力條件、水溫、堿度和pH等。只有優(yōu)化這些反應(yīng)條件，使混凝劑在條件下起作用，才能達(dá)到強(qiáng)化混凝提高常規(guī)混凝效果的目的。
1 強(qiáng)化混凝技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用
1.1 在生活污水處理中的應(yīng)用
英國(guó)[3]早在1870年就開(kāi)始應(yīng)用混凝技術(shù)，但很快被生物處理所取代，到了20世紀(jì)80年代，隨著新型高效混凝劑的不斷問(wèn)世，同時(shí)為了進(jìn)一步提高污水中有機(jī)物和磷的去除率，強(qiáng)化混凝技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于實(shí)際工程。
美國(guó)對(duì)于強(qiáng)化混凝技術(shù)在給水處理中的研究和應(yīng)用較多[4]，但是在城市污水處理中也有報(bào)道[5].美國(guó)落杉磯市的Hyperion污水處理廠采用一種陰離子高聚物（0.15 mg/L），與10 mg/L的FeCl3復(fù)配處理城市污水，連續(xù)運(yùn)行6 a，SS和BOD5的一級(jí)處理去除率穩(wěn)定在83%和51%左右，同時(shí)對(duì)磷和重金屬的去除效果也很好，而其基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)卻只有二級(jí)處理廠的30%左右。南加利福尼亞4大污水處理廠通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)一級(jí)處理的工藝進(jìn)行改進(jìn)，投加FeCl3混凝劑和部分助凝劑，處理效果大幅度提高。改進(jìn)后的一級(jí)處理工藝，SS去除率達(dá)到了85%，BOD5的去除率增加到50%以上。Mete等[6]認(rèn)為，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上來(lái)講，強(qiáng)化混凝法是一項(xiàng)簡(jiǎn)單而有效的水處理技術(shù)，能有效去除水中溶解性有機(jī)物、膠體雜質(zhì)等。
此外，以色列[7]、埃及[8]、日本[9]和挪威等國(guó)[10]對(duì)強(qiáng)化混凝的研究和應(yīng)用均有較多成功的實(shí)例。近年來(lái)，隨著環(huán)境保護(hù)力度的加強(qiáng)，強(qiáng)化混凝技術(shù)在我國(guó)也得到一定的發(fā)展。
Harleman等[11]在香港的一座CEPT污水處理廠建造之前，曾做了強(qiáng)化混凝工藝和常規(guī)一級(jí)處理工藝的比較試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，10 mg/L的FeCl3和0.15 mg/L的聚合物能使SS的去除率從71%提高到91%，BOD5的去除率從42%提高到80%，且可節(jié)省30%沉淀池體積。
臺(tái)灣的Chen Chiuyang研究了城市污水排海前的強(qiáng)化混凝處理，投加硫酸鋁和PAC各30 mg/L，沉淀1 h，SS和BOD5的去除率分別為70%和60%，比強(qiáng)化處理前提高了25和35個(gè)百分點(diǎn)。
強(qiáng)化混凝處理生活污水在國(guó)內(nèi)外均有很多成功的實(shí)例，北歐大型湖泊周邊城鎮(zhèn)和南歐地中海沿岸城鎮(zhèn)經(jīng)常采用強(qiáng)化混凝技術(shù)作為生活污水處理技術(shù)，可以說(shuō)強(qiáng)化混凝是僅次于生化處理的生活污水處理主流技術(shù)。在強(qiáng)化混凝技術(shù)研究和應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)外均注重于現(xiàn)有常規(guī)混凝劑及絮凝劑的組合或復(fù)配，以求達(dá)到低成本和高去除率的統(tǒng)一。相對(duì)于常規(guī)生化處理工藝，強(qiáng)化混凝技術(shù)可以節(jié)省工程投資，減少水處理成本費(fèi)用和節(jié)約用地面積，特別是該技術(shù)對(duì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化元素之一的總磷的去除率能達(dá)到90%以上，是很多常規(guī)生物處理技術(shù)不可比擬的。因此，強(qiáng)化混凝技術(shù)是解決我國(guó)城鎮(zhèn)由于資金不足導(dǎo)致污水處理率低的出路之一。上海市在建的兩個(gè)超大型污水處理廠：竹園污水處理廠（一期）與白龍港污水處理廠（設(shè)計(jì)日處理能力分別為170萬(wàn)m3與130萬(wàn)m3）也采用以強(qiáng)化混凝為主的處理工藝流程。隨著強(qiáng)化混凝技術(shù)在我國(guó)的普及，2003年頒布的國(guó)家城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 189118－2002）中對(duì)該工藝技術(shù)的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)定。
1.2 在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用
強(qiáng)化混凝技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水的（預(yù)）處理，特別是在化工廢水、染整廢水和造紙廢水的預(yù)處理中更為普遍。阮湘元等[14]用PAC、PAM預(yù)處理富含有機(jī)染料的染整廢水，聯(lián)合氧化絮凝床，出水可達(dá)工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)；朱虹等[15]研究表明，新型絮凝劑聚磷硫酸鐵是一種更為有效的染整廢水處理絮凝劑。另外，強(qiáng)化混凝在染整廢水的脫色處理中應(yīng)用較多，這方面，李春華等[16]做過(guò)比較詳細(xì)的綜述。
此外，強(qiáng)化混凝在造紙廢水處理中的應(yīng)用較多，李福仁[17]用PAC與PAM復(fù)配預(yù)處理，聯(lián)合氣浮工藝處理高濃度CTMP制漿造紙廢水，處理效率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定，可直接排入城市污水處理廠集中處理；張學(xué)洪等[18]比較了多種混凝劑對(duì)造紙廢水的處理，發(fā)現(xiàn)PAC最為合適，不必調(diào)節(jié)pH，出水達(dá)國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。