（市政工程专业论文）H2O2O3高级氧化技术预氧化处理汉江水试验研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 随着工业的发展和人民生活水平的提高，工业污水和生活废水的超标排放， 越来越多的有机氯化物的广泛使用，导致全球地表水源受到严重污染。常规水处 理工艺( 如混凝一絮凝- 沉淀过滤- 消毒) 来去除这些污染物仅仅将有机物从一个形 态转移到另外一个形态，不能彻底氧化分解有机污染物。与常规水处理工艺相比， 氧化技术( 尤其是高级氧化技术) 能将微污染物质无害化。高级氧化工艺的机制 主要是基于羟基自由基o h 的形成，随后利用羟基自由基o h 来降解水中有机污 染物为二氧化碳和水。羟基自由基o h 有很强的氧化能力，能直接将水中微量的 有机物氧化成水、二氧化碳，这种氧化过程对饮用水无二次污染，可以取得优于 常规处理的处理效果。 本文是以汉江水为研究对象，采用h 2 0 2 ，0 3 高级氧化技术联合预氧化处理汉 江水。h z 0 2 0 3 工艺是现在国内外比较前沿的研究课题。过氧化氢、臭氧都是比较 强的氧化剂，他们都能产生大量的羟基自由基o h ，能将难以降解的有机物氧化分 解。 h 2 0 2 0 3 预氧化处理汉江微污染水的试验分为实验室小试和现场中试两个阶 段。小试在武汉自来水公司试验室进行，中试在武汉市自鹤嘴水厂进行。h 2 0 2 0 3 联合预氧化处理汉江微污染水的目的旨在去除水中有机污染物质、除藻、除色、 除臭，为后续常规处理工艺创造有利条件。 试验结果表明：0 3 - 2 0 2 预处理汉江水，特别是对一些很典型的有机物， 0 3 h 2 0 2 预处理的效果远远优于单一的0 3 或h 2 0 2 预处理的效果，处理后的水中无 论是有机物的种类还是数量，跟常规水处理出水相比均有较大幅度的下降； 0 3 h 2 0 2 可以通过预者的协同氧化作用杀灭水中微生物并通过助凝助滤作用使水 中的藻类经沉淀、过滤得到有效去除；0 3 h 2 0 2 预处理工艺后可以使沉淀水和滤后 水的浊度比常规水处理相应出水的浊度有较明显的下降，从而显著地改善了滤后 水水质，延长了滤柱的工作周期，节约水厂的自用水量：经初步核算，在常规水 处理工艺上增加预氧化工艺，每吨水的成本在常规处理的制水成本上增加了o 0 9 华中科技大学硕士学位论文 元，这种工艺在实际应用中也是切实可行的。 关键词：高级氧化过程、羟基自由基、过氧化氢、c o d ( h h ) 、u v 2 5 4 、臭氧、 预氧化、汉江水、微污染物质、降解 i l 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f i n d u s t r ya n d t h ei m p r o v e m e n to f p e o p l e sl i v e s ，i n d u s t r y w a s t e 、v a t c ra n dd o m e s t i cs e w a g et h a te x c e e dt h en a t i o n a ld r a i n a g es t a n d a r dd r a i ni n t o w a t e r , t h ew i d e s p r e a du s eo fc h l o r i n a t e dh y d r o c a r b o n st r i c h l o r o t h e n ea n dp e r c h l o r o t h e n e ( t c e a n dp c e ) 酷c l e a n s i n gs o l v e n t sa n dt h e i ra c c i d e n t a la n di l l e g a le m i s s i o ni n t ot h e e n v i r o n m e n th a sl e dt oas e r i o u sp o l l u t i o no fg r o u n d w a t e rr e s o u r c e sa l lo v e rt h e w o r l d c o n v e n t i o n a l t e c h n o l o g i e s f o rar e m o v a lo ft h o s e c o n t a m i n a n t s e g c o a g u l a t i o n - f l o c c u l a t l o n - s e t t l i n g f i l t e r i n g - d i s i n f e c t i o n ，o n l yt r a n s f e rt h ep o l l u t a n t sf r o m t h ew a t e ri n t oa n o t h e rp h a s e i nc o n t r a s tt ot h ec o n v e n t i o n a lp r o c e s s e s ，t h eo x i d a t i o n t e c h n o l o g i e s ( e s p e c i a l l y a d v a n c e do x i d a t i o n p r o c e s s e s ，a o p s ) c o n v e r t t h e m i c r o p o l l u t a n t s t o h a r m l e s ss u b s t a n c e s t h em e c h a n i s mo fa d v a n c e do x i d a t i o n p r o c e s s e si sb a s e do nt h ef o r m a t i o no fh y d r o x y lr a d i c a l ( o h ) a n dd e g r e d a t i o no f p o l l u t a n t si n t oc a r b o nd i o x i d ea n dw a t e rs u b s e q u e n t l y t h eh y d r o x y lr a d i c a lh a ss t r o n g o x i d a t i o na b i l i t y , w h i c hc a nd e g r a d et r a c eo r g a n i cc o m p o u n d so fw a t e r d i r e c t l yi n t oh 2 0 a n d c 0 2 i tr e d u c e st h eq u a n t i t yo f o r g a n i c si n s t e a do f a c c u m u l a t i n go rc o a v e r t i n g i ti sa m i n e r a l i z a t i o np r o c e s sw i t h o u ts e c o n dp o l l u t i o nt ot h e d r i n k i n g w a t e r t h i sp a p e ri sr e s e a r c h e dt h em a i na p p l i c a t i o n so fh 2 0 2 0 3a d v a n c e do x i d a t i o n p r o c e s s e si nt h et r e a t m e n to f h a n j i a n gf o rd r i n k i n gw a t e rp r o d u c t i o n h y d r o g e n o z o n e i sa na d v a n c e dt r e a t m e n tt h a ti s e x t e n s i v e l ys t u d i e d h o m ea n da b r o a d h y d r o g e no r o z o n ei so n eo f t h em o s t s t r o n g e s to x i d a n t s ，b e c a u s et h e yc a ng e n e r a t em u c ho f h y d r o x y l r a d i c a l ( o h ) h y d r o g e no ro z o n ec a nd e c o m p o s eo r g a n i cs u b s t a n c e ，w h i c ha r eh a r dt o b ed e g r e a d e d e x p e r i m e n tw i t hh y d r o g e n o z o n ep e r o x i d a t i o nw a st e s t e di n al a b o r a t o r ys c a l e r e a c t o ra n dsp i l o ts c a l es p o tf o rt r e a t m e n to f h a n j a n gm i c r o p o l l u t a n tw a t e r , t h ea i mo f t h eh 2 0 2 0 3a d v a n c e do x i d a t i o np r o c e s s e sp e r o x i d ew a st h er e m o v a lo ft h eo d o r 、 c o l o r 、o r g a n i cm a t t e r s 、t u r b i d i t y 、a l g a a n db a c t e r i a t h er e s u l to ft h er e s e a r c hs h o w ：c o n t r a s tt h r e ek i n d so fs i t u a t i o n p r e o x i d a t i o n h a n g i i a n gr i v e rw a t e r w i t hh 2 0 2 0 3w a sb e t t w e rt h a nw i t hh 2 0 2o r0 3f o rt h eo r g a n i c m a t t e rb ed e g r a d e d ，a n dc u td o w nt op a s st h r o u g ht h er e m a i n i n ga m o u n to fh 2 0 2t o 1 1 1 华中科技大学硕士学位论文 i a v o i da f f e c t i n gf o l l o wc h l o r i n ed i s i n f e c te f f e c t ，a l o n gw i t hd e c r e a s e d0 3 st h ea m o u n tt o b eu s e d t h e p r o c e s s o f1 - 1 2 0 2 0 3i s v e r y e f f e c i t i v eo nt h er e m o v a lo fc o l o ra n d o d o r , c o r r e s p o n d i n g l yc o d m a 、t o ca n du v 捌c a nb e r e m o v a l b y ac e r t a i n d e g r e e u s u a l l y , h y d r o g e n o z o n ep e r o x i d a t i o n o fw a t e rl e a d st ot h ee l i m i n a t i o no f m i n e r a l c o m p o u n d s ，c o l o r , t u r b i d i t y a n d s u s p e n d e d s o l i d s ，b a d t a s t e sa n do d o r s i n a d d i t i o n t h i s s t e pp a r t l yd e g r a d e s n a t u r e o r g a n i c m a t t e ra n di n a c t i v a t e s m i c r o o r g a n i s m s ，a l s o a i dt o c o a g u l a t i o n - f l o c c u l a t i o n a n df i l t e r i n g p r o c e s s ，i n t e n d t o d e g r a d e t o x i cm i c r o p o l l u t a n t sa n dd i s i n f e c t i o n a r e rh y d r o g e n o z o n ep e r o x i d a t i o n ，t h et a p ew a t e ro fh a n j i a n gq u a l i t yi m p r o v e s o b v i o u s l ya n dm e e t st h ed r i n k i n g w a t e rs t a n d a r d ，i na d d i t i o n , t h e a p p l i c a t i o no f t h i s p r o c e s si sa l s oe c o n o m i c a l l yf c a s i b l e k e y w o r d s ：a d v a n c e do x i d a t i o np r o c e s s e s ( a o p s ) h y d r o x y i r a d i c a l ( , o h ) h y d r o g e n o z o n ep e r o x i d a t e c o d ( m n ) u v 2 5 4 r h a n j i a n g r i v e r m i c r o p o l l u t a n td e g r a d e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：亩f l 晓孑乏 日期：三船罕年中月；a 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打4 ) 学位论文作者签名 日期：悻年月孑。日 、脚色 燧名旋咚舔 曷期：孙“1 ) 年弘月知f j 、矽 华中科技大学硕士学位论文 1 1 水资源状况 1 绪论 水是极其宝贵的自然资源，它是人类生产和生活活动中不可缺少的物质，也 是一种不可替代的宝贵资源，它又是地球上一切生物赖以存在的物质基础。虽然 地球的表面有7 1 面积被水覆盖着，但是在1 3 亿( k i n ) 3 的水资源中，9 8 都是 含盐水，淡水只有3 0 0 0 万( k m ) 3 ，而且其中8 8 呈固态( 冰冒和冰川) 。在1 2 的 淡水中多数为地下水，直接从江河湖泊中可取用的淡水，只占o 0 1 4 ，可以说，在 一定的经济技术条件下能为人们所利用的水量极为有限。 从整体上看，全球的总水量是平衡的。地表水、地下水、大气含水和生物水 都可以循环或补给，是一个紧密联系、相互作用的整体。但是，由于不同地区外 界条件的差异，水资源在时间和空间上的分布又是不均匀的。约6 5 的水资源集 中在不到1 0 个国家里，而人口占世界总人1 ：3 的4 0 的8 0 个国家却严重缺水【“5 6 o 我国相对来说是一个水资源比较缺乏的国家，水资源总量为2 8 1 2 4 亿m 3 ，但 是我国人口多，人平均占有的水资源就极为有限。由于我国幅员辽阔，地处亚欧 大陆东侧，跨高、中、低3 个纬度区，受季风与自然地理特征的影响，南北气候 差异很大，致使我国水资源时间和地区分布极不平衡。总格局是南方多，北方少， 东南多，西北少；大多数降水集中在夏季7 、8 、9 三个月，这样导致干旱地区的 经济发展受到水资源的严重制约1 2 。此外，人们的生产活动和生活活动还会产生大 量的废水，这些未经处理的废水排入受纳水体或土壤，会造成地表水和地下水的 污染，严重时使得水体完全不能利用，这是许多地区严重缺水的最主要因素。 1 2 水体污染现状 水体污染主要是由于人类的活动排放的污染物质进入河流、湖泊、海洋或地 l 华中科技大学硕士学位论文 下水等水体，使水和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而 降低了水体的使用价值。 水体污染主要来自三个方面：工业生产废水；生活污水；农业生产污 水。随着经济的持续发展，尤其是有机化工、石油化工、生物制药、化肥、农药、 杀虫剂、除草剂养殖业等生产工业的迅速增长，有机化合物的产量和种类不断增 加，各种工农业生产废水和生活污水未达到排放标准就直接进入水体，对水体造 成了极大的危害，水源水质急剧恶化。 当前我国每年排放废水约1 0 0 0 x 1 0 9 m 3 ，8 0 左右的废水未经处理就直接排入 水体造成水源污染。 表1 1 我国七大水系环境质量( 1 9 9 8 年) 1 3 1 表1 - 2 我国七大水系环境质量( 2 0 0 0 年) 1 3 从表1 - 1 和表1 - 2 全国七大江河流域水质统计资料表明：我国七大水系普遍存 在着有机污染，特别是流经城市的河段有机物污染严重。符合地面水环境质量 标准i 类、i i 类的仅占3 2 ，i i i 类的占2 9 ；属于类、v 类的占3 9 。我国 华中科技大学硕士学位论文 城市地表水中有8 5 7 的河流受污染，城市地下水有5 0 受污染。实际上污水处理 量增加速度和幅度赶不上污水量增加的速度和幅度，水源污染不仅加剧了城市生 活用水和工业用水间的供需矛盾，还直接影响了饮用水水质，制约了经济的发展。 据调查，全国4 3 0 个城市有9 0 以上的饮用水源受到不同程度的污染，造成经济 损失达3 7 7 亿元。 随着人类的生命活动范围以及工农业生产种类和规模的不断扩大，天然水中 的污染物的数目和相应的污染物浓度也就不断增加，其中数量最多的是合成的有 机物，据1 9 7 7 年报导，1 9 7 0 年以前约有1 0 0 多种有机化合物在水中被检测出来， 1 9 7 5 年末，数目己超过1 5 0 0 多种，其中4 0 0 5 0 0 种在世界范围内的饮用水中发现 过 4 1 ，另据1 9 8 1 年报导，根据世界范围内的调查结果，鉴别了2 2 2 1 种合成有机物， 其中7 6 5 种出现在饮用水中，有2 q 种为公认的致癌沾污物，2 3 种为可疑的致癌沾 污物，1 8 种为癌促进剂，5 6 种为诱变剂 5 】。美国环保局( e p a ) 确定的水中污染 物共有1 2 9 种，其中绝大多数( 1 1 4 种) 是有机污染物；这些有机污染物主要是烃 类和它们的含卤素、含氮、含氧化合物。除此之外，还有多种重金属及其化合物， 如a s 、s b 、c d 、b e 、c d 、c r 、c u 、p b 、h g 、n i 、s e 、a g 、t 1 和z n 等等。 饮用水中化学成分急剧增加的原因是水源水体受到了严重的污染。水体的污 染是现代出现的空前规模的人类活动造成的。有下列一些情况： ( 1 ) 城市生活污水排放，城市生活污水含有大量的碳水化合物和氮、磷、硫 等营养元素的有机物、氨氮和挥发酚，还包括洗涤剂和许多痫原菌。在 进入天然水体后，会造成水中溶解氧的大量消耗和促进水体的富营养 化，在厌氧细菌作用下易产生恶臭物质，同时还能造成瘸原菌和病毒通 过水这种媒介而使疾病蔓延； ( 2 ) 城市工业废水工业废水是天然水体最主要的污染源，它们种类繁多、 排放量大，所含污染物质种类多，组成复杂。它们的毒性和污染危害较 严重，且在水中不易净化，难于处理。具有以下几个特点： 悬浮物含量高； 生化需氧量( b o d 5 ) 与化学需氧量( c o d c ，) 较高； 酸碱度变化大，p h 值在2 1 3 范围内变化； 温度高，造成热污染； 华中科技大学硕士学位论文 含多种有毒有害成分，如油、酚、农药、多环芳烃、燃料等。 在化肥，农药和其他化学制品以及其他工业产品的生产和使用过程中，由于 生产废水排入水体，或者在使用过程中的残留物或分解物通过各种途径进入水体； 化工和石油化工废水中含有许多迄今尚未列入治理程序但危害更为严重的许多有 毒有害的化合物； ( 3 ) 养殖业的粪便和废水的排放，其中所含高浓度的有机物及氮、磷污染物 成为城乡水体污染最严重的肇事者； ( 4 ) 开矿、建设和废物处置等过程中，所产生或引起的化学物质通过径流或 渗漏等进入水体；废气粉尘排入大气，通过降水最后进入水体； ( 5 ) 水上运输，娱乐活动和废水处置对水体的直接污染； ( 6 ) 化学制品的运输事故引起的水体污染。 ( 7 ) 垃圾渗滤液城市工业垃圾与生活垃圾的露天堆放也是地表水体的污 染源之一。降水流经垃圾时携带其中的无机与有机毒物形成垃圾渗滤 液，最终进入城市附近的地表水体，引起水体的污染。其中，沿河道岸 边堆放的的生活垃圾中的大量有机污染物和细菌等极易进入河流。 1 3 水中有机污染物的种类及危害 酚类：酚类化合物的毒性以苯酚为最大，苯酚、甲酚都能对人的神经系统造 成很大危害。环境导致的酚中毒往往呈慢性状态，使人出现神经症状( 头昏、头 痛、精神不安等) 及慢性消化道症状( 呕吐、腹泻) 。高浓度酚可引起急性中毒， 以至昏迷死亡。 氰及腈化物：如丙烯腈、乙腈、氰醇等。急性中毒时造成细胞氧化作用障碍， 引起组织缺氧使人窒息，意识丧失直至死亡。 芳烃及其衍生物：如苯、二甲苯、苯酐等。会损害人的中枢神经，造成神经 系统障碍，危害造血器官和生殖系统。 有机氧化物：酸、醇、醛、酯、环氧化物等。对人有刺激作用，如甲醛可引 起皮肤炎、鼻炎、支气管哮喘等。 有机氯化物：有致癌作用。多氯联苯的急性中毒会造成人的死亡，还可以通 华中科技大学硕士学位论文 过胎盘造成胎儿中毒。 农药：可分为有机氯农药、有机磷农药、有机汞农药、有机砷农药、氨基甲 酸酯及苯酰胺类农药。有机氯农药会造成中枢神经及肝脏、肾脏的损害，弗能产 生致癌作用。这些农药通过食物链进入人体。损害人体健康。 1 4 汉江水质现状及面临的问题 汉江是长江的一大支流，由陕西白河入境，流经湖北境内1 3 个县市，( 包括 支流跨2 0 多个县区) ，于武汉汇入长江，是长江中游地区仅次于长江的重要水资 源。流域面积1 5 9 x 1 0 4 k m 2 ，干流全长1 5 7 7 k m ，沿岸城市是湖北省重要的工农业 生产基地，占该省g d p 的4 0 。汉江上游主要辖于湖北省的十堰市，包括郧西县、 郧县、丹江口市：由丹江口市三官渡镇出境，进入襄樊市谷城县，成为汉江中游； 襄樊以下至武汉降段为汉江下游。汉江水清，硬度低、口感好、含硒量高，是不 可多得的优质水源，汉江上游的丹江口水库是国家南水北调中线工程引水水源， 保证流域内2 2 1 3 万人的饮水安全以及十堰、襄樊、武汉等重要城市的可持续发展 具有重要的战略意义。 目前，汉江干流和丹江口库区现状水质为i i 类标准，但因汉江及其支流已成 为沿岸市、县工业废水和生活污水的天然受纳水体，沿岸1 3 个主要城市江段现有 4 0 多个排污口。相应形成4 0 多条污染带，每年约有6 - 2 亿t 生活废水排入汉江。 虽然汉江干流水质为i i 类标准，但汉江支流污染非常严重，如唐白河、竹皮河、 小清河、神定河等水质超过类，汉江支流在于流汇入口处的水质超i i i 类标准的 己占8 5 7 。另外，上游对下游的污染、跨区域的污染矛盾也日渐突出，尤其是武 汉等沿江城市的饮用水源污染问题多次出现危机。表1 3 列出了汉江武汉段水源水 质。 抽样结果表明；在汉江沿岸重要水源取水口的水样中c o d 、氨氮、总磷3 项 指标不符合国家i i 类水质标准。汉江中下游水质已呈有机污染，藻类种群多样性 减少藻类细胞总数增加。1 9 9 2 、1 9 9 8 、2 0 0 0 年三次出现“水华”现象，严重影响了 饮用水的供应，这已成为流域内的一个重要环境问题。进一步地分析表明：c o d 的污染主要来源城镇居民生活废水和造纸工业废水，氨氮的污染主要来自化工工业和 华中科技大学硕士学位论文 农村化肥的使用。嘲 表】3 19 9 8 年汉江武汉段水源水质统计年报表【7 j 趄样源水水质 项目最高值日期最低值日期 平均值 水温 3 1 5 9 月8 曰 3 01 月1 9 日1 8 7 臭和味无全年无全年无 色度 6 45 月2 8 曰6 6 月1 6 日 1 4 8 浊度4 9 95 月2 8 日 4 6 月1 7 日4 4 1 氨氮m g l 0 3 21 月2 1 日 o 0 26 月1 5 日o 0 6 5 蛋白性氮m g l o 2 33 月1 3 日0 0 41 2 月1 6 日0 0 9 0 亚硝酸盐氮m g l 1 0 78 月1 7 日0 3 99 月1 5 日o 7 l 氯化物m g l 2 81 月5 日38 月5 日6 8 硫酸盐m g , l 2 11 月1 5 日59 月1 5 日1 4 3 耗氧量m g l 7 _ 35 月2 8 日o 96 月1 6 日2 6 8 余氯m # l0 3 96 月3 0 日 o ，1 0l o 月1 日o 。1 1 l p h 值 8 4 03 月6 日7 6 0 4 月7 日7 9 9 总碱度m g l c a c 0 3 1 6 51 月2 0 日 1 0 98 月2 3 日1 2 9 3 总硬度m g l c a c 0 3 1 9 01 月1 9 日1 1 57 月1 1 日1 4 4 0 溶解固体物总置 4 6 84 月1 6 日2 1 59 月1 5 日2 4 8 6 挥发酚类m g l o 0 0 2全年 o 0 0 2全年 1 6 0 0 01 月1 4 日 3 3 06 月2 6 日 总磷m g l 0 9 28 月1 7 日o 1 51 0 月1 5 日0 4 3 3 表1 419 9 9 年汉江武汉段水源水质统计年报表 7 1 莲舻 源水 项目、最高值日期最低值日期平均值 水温 3 2 ，5 8 月1 日 6 0 1 月l o 日 1 8 7 臭和味无全年无全年无 色度 2 1 6 月2 9 日 6 5 月1 日 9 1 浊度 1 1 3 4 月1 2 日 3 1 2 月4 日 1 9 3 氨氮m g l 0 4 5 4 月1 2 日 0 0 2 5 月2 8 日 0 0 7 1 蛋白性氮m g l 0 6 6 4 月1 2 日 o 0 5 1 月l o 日 o 1 5 2 亚硝酸盐氮m g l o 1 7 6 7 月1 日 0 0 0 3 8 月2 曰 0 0 3 4 硝酸盐氮m g l o 9 3 3 月1 6 日 0 4 9 5 月1 7 日 0 6 6 8 氯化物m g l 6 8 1 2 月2 3 日 5 2 月2 7 日 9 9 硫酸盐m g l 2 7 1 2 月1 5 日 1 0 1 月1 0 日 2 0 5 耗氧量m g l 5 4 9 月3 0 日 1 4 6 月1 2 日 2 7 2 余氯m g l o 6 0 2 月2 日 o 1 0 1 月4 日 0 1 4 p h 值 8 4 0 5 月1 3 日 6 9 7 1 2 月1 9 日 7 9 9 6 华中科技大学硕士学位论文 总碱度m g l c a c 0 3 1 5 7 2 月1 3 日 9 4 8 月2 4 日 1 2 9 5 总硬度m g l c a c 0 3 1 7 1 1 2 月2 4 日 1 1 6 8 月9 日 1 4 4 3 溶解固体物总量 2 9 6 1 2 月1 5 日 1 5 5 8 月1 9 日 2 4 1 1 挥发酚类m g l 0 0 0 2 全年 o 0 0 2 全年 1 6 0 0 0 1 月1 2 日 2 3 0 7 月2 8 日 总磷m g l 0 4 l 4 月1 5 曰 o 0 8 7 月1 9 日 o 2 2 l 表1 - 52 0 0 0 年汉江武汉段水源水质统计年报表1 7 水样 源水 项目、最高值日期 最低值日期平均值 水温 3 2 o 7 月1 7 日 2 o 1 月1 7 日 1 8 5 臭和味弱全年无全年 色度 3 0 7 月1 1 日 6 5 月7 日 1 0 浊度 8 3 0 7 月9 日 3 5 月1 6 日 5 7 4 氨氮m g l 0 7 2 1 月2 2 日 o 0 2 6 月1 4 日 o 0 3 1 蛋白性氮m g l o 2 9 7 月1 3 日 0 0 5 9 月1 4 日 o 1 5 2 亚硝酸盐氮m g l o 1 4 4 9 月3 0 日 0 0 0 6 7 月2 7 日 0 0 3 2 6 硝酸盐氮m g l 0 9 7 8 月1 6 日 0 2 8 5 月1 8 日 0 5 4 8 氯化物m g l 2 9 1 月6 日 4 7 月2 0 日 1 0 。2 硫酸盐m g l 4 6 1 2 月1 5 日 1 2 2 月2 2 日 2 5 3 耗氧量m 啦 ! 2 o 7 胃9 日 1 5 5 月2 1 日 2 9 余氯m g l o 2 5 3 月2 5 日 0 1 0 1 月7 日 0 1 0 p h 值 8 4 0 3 月1 5 日 6 8 9 1 1 月2 3 日 7 5 3 总碱度m g l c a c 0 3 1 5 7 6 1 月2 1 日 8 6 7 月1 0 日 1 2 0 总硬度m g , c a c 0 3 1 7 3 1 月2 8 日 1 1 2 6 月2 7 日 1 4 1 9 溶解固体物总量 2 9 7 4 2 月2 2 日 1 5 9 1 1 月1 5 日 2 2 0 3 挥发酚类m g l o 0 0 2 全年 0 0 0 2 全年 1 6 0 0 0 1 月2 日 1 7 0 5 月6 日 总磷m g l 1 8 0 3 月2 8 日 o 0 9 3 月2 2 日 0 2 0 1 表1 - 62 0 0 1 年汉江武汉段水源水质统计年报表1 7 】 趣样 源水 项r 最高值日期最低值曰期平均值 水温 3 2 5 7 月2 8 日 4 5 1 月2 6 日 1 8 4 臭和昧无全年无 全年无 色度 2 5 6 月1 1 日 5 5 月3 日 7 8 7 华中科技大学硕士学位论文 浊度 4 4 8 6 月1 1 日 1 0 7 月2 2 曰 3 4 2 氨氮m g l 0 1 1 6 月1 3 日 0 0 2 1 月4 日 0 0 3 3 蛋白性氦m g l o 1 3 1 2 月1 4 日 o 0 2 6 月1 8 日 0 0 6 4 亚硝酸盐氮m g l 0 0 8 5 6 月1 3 日 0 0 0 6 1 2 月7 日 o 0 2 0 6 硝酸盐氮m g l 0 ，8 5 1 月1 6 日 o 2 2 8 月1 6 日 0 6 2 5 氯化物m g l 1 6 6 月1 2 日 4 l o 月1 5 日 7 2 硫酸盐m g l 3 6 3 月1 5 日 1 7 2 月1 5 日 2 5 2 耗氧量m g l 6 1 8 月1 6 日 1 4 7 月1 9 日 2 3 3 余氯m g l o 6 0 1 0 月2 5 日 0 1 0 1 月6 日 0 0 8 p h 傻 8 7 1 5 月1 8 丑 7 5 8 1 0 月2 2 日 8 1 4 总碱度m g l c a c o a 1 4 4 1 2 月2 7 日 1 0 3 8 月8 日 1 2 3 总硬度m 啦c a c 0 3 1 6 8 1 月2 7 日 1 2 4 8 月1 4 目 1 4 4 溶解固体物总量 2 4 4 1 月1 6 日 1 3 1 2 月1 5 日 2 0 0 挥发酚类m g l 0 0 0 2 全年 0 0 0 2 全年 1 6 0 0 0 1 月1 日 3 3 0 3 月1 4 日 总磷m g l 0 4 0 9 月1 7 日 0 0 7 1 1 月1 4 日 o - 2 0 表1 72 0 0 2 年汉江武汉段水源水质统计年报表f q z k 样 源水 项目最高值日期最低值日期平均值 水温 3 2 。5 7 月1 5 日 4 o 1 2 月2 8 日 1 9 7 臭和昧无全年无全年无 色度 1 2 3 月1 3 目 5 5 月2 7 日 8 o 浊度 3 1 7 7 月5 日 3 8 月2 7 日 4 0 5 氨氮m g l 0 4 7 1 月2 2 日 0 0 2 8 月8 日 0 1 8 亚硝酸盐氮m g l 0 0 9 0 5 月1 5 日 0 0 0 6 7 月2 日 0 。0 2 6 硝酸盐氮m g l o 7 3 3 月1 5 日 0 2 3 9 月1 1 日 0 4 4 7 氯化物m g l 2 9 7 月1 5 曰 5 9 月3 日 8 7 5 硫酸盐m g l 3 4 3 月1 5 日 1 6 7 月1 6 日 2 3 9 耗氧垂m g l 5 7 1 2 月1 8 日 l _ 3 6 月1 曰 2 5 1 p h 值 8 3 6 1 1 月5 日 7 4 3 7 月2 6 日 7 9 0 总碱度m g l c a c o j 1 5 4 1 月2 9 日 1 0 4 6 月1 1 日 1 2 4 总硬度m g l c a c o a 1 8 9 1 2 月2 5 日 1 1 8 7 月1 8 日 1 4 7 溶解固体物总量 2 4 1 2 月6 日 1 4 9 7 月1 6 日 2 0 2 。2 挥发酚类m g l 0 0 0 2 全年 o 0 0 2 全年 1 6 0 0 0 1 月2 日 7 9 0 5 月2 7 日 总磷m g l 0 3 9 3 月1 5 日 o 1 3 2 月6 日 0 + 2 8 8 华中科技大学硕士学位论文 由于生活污水和不少工业废水中含有磷、氮等营养素，而在冬末春初枯水季 节，汉江水位较低，在入口处与长江水位落差小，水体流动的稀释作用大大减弱， 受长江较高水位顶托和汉江流量减少的共同作用，从而导致汉江水流速度变缓。流 速减小又使汉江水体运动性能变差，纳污和自净能力降低，水体表现出近似湖泊特 性，里面的水流滞缓，滞留时间相对平时来说比较长，十分适宜植物营养素的积聚 和水生植物的生长繁殖。在阳光和气温达到最适宜藻类繁殖的季节，大片的水面 将被藻类覆盖，形成“水华”，水华”不仅使水带有恶臭，并且会遮蔽阳光，隔绝氧 向水中溶解。枯死的藻类沉积水底，又是新生的污染源，他们进行厌氧发酵，使 溶解氧消耗殆尽，并会不断释放出氮磷，供水生植物作为营养物。“水华”给饮用水 处理及饮用水水质带来的问题有： ( 1 ) 水中大量藻类和水生微生物的孳生繁殖使滤池堵塞，破坏滤池的正常 运行。而且，微生物还会穿透滤池在配水系统中繁殖，造成配水系统 流水不畅或堵塞，水中有机物的增加以及管壁上粘膜的形成，促使水 微生物在配水系统中孳生繁殖。 ( 2 ) 藻类产生的微量有机物使水带有强烈的异味。 ( 3 ) 藻类分泌的有机物会妨碍絮凝作用，导致出水浑浊，并影响加氯消毒 过程。 ( 4 ) 藻类分泌出的有机物经分解生成难以降解的腐殖酸。即为“三卤甲烷前 致物”( t h m 的前驱物) ，如用氯消毒即生成具有致癌、致畸和致突变 作用的总三卤甲烷( t t h m ) ，使原水水质更加恶化，不宜作为饮用水 水源。 ( 5 ) 原水中的n h 4 - n 在一定的条件下会转化为亚硝酸盐，严重时将使饮用 水不能达到安全水质标准。 ( 6 ) 原水中过量的n i - 1 4 - n 还会干扰氯消毒过程 8 】。 华申科技大学硕士学位论文 2 预氧化技术 水体中的有机物污染物大致有两类：一是天然的大分子有机物，一般是动植 物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的物质，如腐殖质、丹宁、木质素、微生 物分泌物( 藻类有机物) 、溶解的动物组织及动物的废弃物等，其中在腐殖质中有 羟基、羧基一系列的官能团，对各种阳离子或基团存在极强的吸附能力或结合反 应能力，同水中有机微污染物形成“络合体”，成为有毒、难溶于水的元素和有机微 污染物在水环境中的“增溶剂”和运载工具；另一类是人工合成的小分子有机物，大 多为有毒的有机物，如农药、杀虫剂等，它们属于高稳定性的不易生物降解的有 机物。 2 1 常规水处理的局限性 水中有机物浓度高时，对水中胶体产生保护作用，采用常规的水处理工艺不 但增加自来水厂絮凝剂的药耗，提高制水成本；在我国絮凝剂一般采用含铝的絮 凝剂进行混凝，用氯消毒，这样就会使出厂水中的铝离子的浓度升高，并且有可 能产生大量的氯化消毒副产物，致突变物质含量增加；出厂水生物稳定性难以保 证：如果藻类大量繁殖，水体爆发水华现象，产生异臭和藻毒素，不利于居民的 身体健康，减少管网使用寿命，增加输水能耗。 在2 0 世纪初，饮用水净化技术已基本上形成了现在被人们普遍称之为常规处 理工艺的处理方法，即：絮凝、沉淀或澄清、过滤和消毒。这种常规的处理工艺 至今仍被世界大多数国家所采用，是目前饮用水处理的主要工艺。 常规水处理工艺主要是去除水源中的悬浮物、胶体杂质和细菌，但是随着工 业现代化的快速发展，城市化和人口增长，许多水体都遭受到不同程度的污染， 水中有害物质逐年增多。同时，随着水质分析技术逐渐改进，水源水和饮用水中 能够检测的微量污染物质的种类也在不断增加。如我国的上海、武汉、哈尔滨等 地的饮用水在致突变活性试验中均呈阳性结果，说明我国的饮用水源水质污染程 华中科技大学硕士学位论文 度日益严重。常规水处理工艺受到了严峻的挑战，已经不能与现有的水源和水质 标准相适应了。因此，预氧化处理技术应运而生了。 2 2 预氧化技术 预氧化技术是对水中污染物进行初级去除，减轻后续常规处理和深度处理的 负荷。使常规处理更大限度的发挥作用，提高对污染物的去除效果，改善和提高 饮用水水质。预氧化技术分为化学氧化法、光氧化法和生物氧化法。 2 2 。1 化学氧化法 化学氧化法是利用氧化剂的能力，分解破坏水中污染物的结构，从而达到去 除污染物的目的。目前采用的氧化剂有氯气( c 1 2 ) 、二氧化氯( c 1 0 2 ) 、高锰酸钾 ( k m n o d 、高铁酸盐、过氧化氢( h 2 0 2 ) 、臭氧( 0 3 ) 等 ( 1 ) 氯气( c 1 2 ) 氧化法 氯气( c 1 2 ) 是最早使用的预氧化剂，预氯化可以控制微生物和藻类在管道内 和水处理构筑物池壁上生长，可以氧化一部分有机物提高混凝效果，从而减少混 凝剂的投加量，但是美国环保署发现预氯化导致较高浓度的氯仿、一溴二氯甲烷、 二溴一氯甲烷等7 0 0 多种有机化合物生成，造成饮用水的毒理学安全性下降，所 以应该慎重考虑预氯化这种工艺。 ( 2 ) 二氧化氯( c 1 0 2 ) 氧化法 二氧化氯( c 1 0 2 ) 是一种黄绿色气体，易溶于水，在水中以纯粹的溶解气体 存在，不易发生水解反应。二氧化氯分子中具有1 9 个价电子，有一个未成对的价 电子。这个价电子可以在氯与两个氧原子之间跳来跳去，这种特殊的分子结构决 定了c 1 0 2 具有强氧化性。c 1 0 2 在水中发生了下列反应： c 1 0 2 + h 2 0 一h c l 0 3 + h c i c 1 0 2 一c f 2 + 0 2 a 2 + h 2 0 _ 肌，+ h c i o ( 2 1 ) ( 2 - 2 ) ( 2 - 3 ) 华中科技大学硕士学位论文 2 脚习d 叫a 2 + h 2 0 ( 2 - 4 ) h c l 0 2 + c 1 2 + h 2 0 - 删0 3 + 2 h c i( 2 - 5 ) 从以上几个式子可以看出：二氧化氯遇水迅速分解，生成多种强氧化剂 h c l 0 3 、h c l 0 2 、c 1 2 等，并能产生多种氧化能力极强的活性基团( 既自由基) ， 这些自由基能激发有机物分子中活泼氢，通过脱氢反应生成r 自由基，成为进一 步氧化的诱发剂；还可以通过羟基取代反应将芳烃上的一s 0 3 h 、_ n 0 2 等基团取 代下来，生成不稳定的羟基取代中间体，这种羟基取代中间体易于发生开环裂解， 直至完全分解为无机物：此外c 1 0 2 还能将还原性物质氧化。c 1 0 2 的分解产物对色 素中的某些基团有取代作用，对色素分子结构中的双键有加成作用。因此，c 1 0 2 能很好的氧化分解水中的酚、氯酚、硫醇、仲胺、叔胺等难降解的有机物和氰化 物、硫化物、铁、锰等无机物。二氧化氯对藻类的控制是因为它对苯环有一定的 亲和性，能使苯环发生变化而无臭无味。藻中的叶绿素中吡咯环与苯环非常相似， 这样，二氧化氯氧化叶绿素，植物新陈代