第五节 严寒及寒冷地区水质净化技术研究趋势
综合国内外研究现状，目前，需要在以下几个方面对低温高色高氨氮水处理进行系统深入地研究。
一、低温高色水处理工艺方面
在目前低温高色水处理技术应用中，气浮、微絮凝、微涡流、基于载体（污泥或细砂）絮凝技术的新型高效沉淀工艺均存在设备复杂、工艺要求高等弊端，因此，对原有工艺进行升级改造、技术革新，设计低温期与平常期处理均有效、流程简洁、控制灵活、单元操作方便以及节约用地的一体化工艺流程，将成为低温低浊高色水处理的发展趋势。
二、低温高色水处理净水药剂方面
（1）目前美国、欧盟、澳大利亚提倡用铁盐混凝剂代替铝盐混凝剂处理饮用水，以降低水中Al3+含量，但我国东北地区、长江流域及长江以南的大部分地区水厂铝盐类混凝剂的使用相当普遍，且以硫酸铝（AS）、聚合氯化铝（PAC）为主，在华北、西北地区使用的相对较少，由于其目前的不可替代性，因此还需考虑采用有效方法来去除水中残余铝含量。
（2）目前一体式载体絮凝剂多为PAM，在水处理中易产生二次污染；若载体为细砂，要配备专门的细砂装置，同时砂分离后矾花破碎，含水率高，不利于污泥的处置；因此，有必要开发一种不用分离载体的、低温专用的高效低耗、质优价廉、无毒无二次污染的一体化载体絮凝剂。
（3）近年来，利用天然材料制备的高效复合絮凝剂为低温低浊高色水混凝剂的研制提供了方向。天然矿物在水中分散悬浮性差，CODMn去除率低；天然有机高分子絮凝剂对CODMn去除率高，但其成本高、沉降速度慢、溶液不稳定、需现用现配，至今仍未在水处理领域大范围推广与应用。针对上述问题，一些学者试图将天然矿物改性并与无机絮凝剂或淀粉等天然高分子絮凝剂复配使用，虽略有成效，但研究目前仅停留在试验室阶段，且性价比与传统絮凝剂仍存在差距。综上，将食品级天然矿物（如凹凸棒土）与有机高分子絮凝剂（如壳聚糖）物化结合制备成有机复合絮凝吸附剂已成为一种必然趋势，但相关研究在饮用水处理中的应用还未见报道。
三、低温高氨氮水处理工艺方面
（1）硅藻土（DE）过滤技术是被USEPA认可且符合“地表水处理规范（SWTR）”要求的一项技术，对臭味、溶解性有机物及金属铁等污染指标具有很好的去除效果，但该技术的低温应用甚少，若研发可替代硅藻土的低温除氨氮滤料，将拓展该技术的研究领域，在此基础上还需在以下方面进行深入探讨：①认识低温动态膜形成机理，优化控制形成过程；②确定低温条件下该过滤技术与其他工艺联合应用的最佳运行条件，建立数据库，使其在饮用水净化中发挥更大的作用。
（2）基于低温高浓度PAC-MBR组合技术的研究与应用，开发可代替PAC的低廉高效吸附剂，利用同步硝化反硝化（SND）现象实现短时间水力停留、高负荷运行，具备能耗小、污染物去除效率高、容积负荷大、设备占地省、污泥产率低、抗冲击负荷能力强的MBR组合工艺，并且通过运行参数的控制使其膜污染现象减轻，上述研究对于严寒与寒冷地区低温高氨氮水源水的处理具有十分重要的意义。
四、低温高氨氮水处理药剂方面
目前，研究者多注重药剂在低温水净化中的效果，而对其在低温水中存在形式、转化规律及相互作用机理尚未报道，因此，低温条件下药剂微观结构基础理论研究亟待开展。
本书根据《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）提出的新要求，针对水厂常规处理工艺对低温低浊高色高氨氮水源水处理效果不佳的问题，优选江苏盱眙凹凸棒土，分离提纯后，分别进行热改性、酸改性、有机改性、碱改性处理，基于微观结构、矿物特征、界面配位理论考察改性土样形成机理及其对色度、
的去除效果，确定最优改性方式。运用表面络合—吸附—混凝理论与正交—响应面分析法，通过仪器测试表征，从反应动力学与物质转化等方面，探索优选改性凹凸棒土低温脱色脱氨氮的性能与反应条件。研究“载体絮凝—高效沉淀—预涂膜过滤”工艺集成新技术，对各单元脱色脱氨氮机理与规律进行理论研究与分析，并探索优化新型高密度沉淀池与4A分子筛预涂膜过滤器的运行控制方式。研究高浓度凹凸棒土—UF—MBR组合工艺，分析其对有机物、无机氮的处理效果，考察凹凸棒土强化反应器内污泥混合液性能、减缓膜污染的机理，为饮用水安全保障技术提供可行的理论技术支撑。严寒及寒冷地区凹凸棒土饮用水净化技术的技术路线如图1-2所示。
图1-2 技术路线