给水处理理论与工艺

1、给水处理理论与工艺主要内容 世界与我国水资源现状 我国饮用水源水质与饮用水水质标准之 间的矛盾 常规处理工艺的强化 给水深度处理技术 消毒技术与管道卫生学 展望地球上水的总量1.361018m3淡水储量仅为3.51016m3不足全球总水量的3%易开发利用的淡水储量为4.01015m3，占淡水的11%世界水资源概况世界水资源研究所：全世界有26个国家2.32 亿人口面临缺水的威胁 联合国发出警报：世界范围内的缺水问题将严重制约本世纪的经济发展，并有可能导致国家和地区间发生冲突和战争我国水资源现状n 人均水资源占有量人均水资源占有量2200立方米立方米n 约为世界平均水平的约为世界平均水平的1/4

2、n 排名世界第排名世界第112位位n 每年因缺水而造成的经济损失约每年因缺水而造成的经济损失约 20003000亿元亿元饮用水水质问题饮用水水质问题微量有机污染物微量有机污染物藻类及其代谢产物（藻毒素）藻类及其代谢产物（藻毒素）嗅味嗅味 氯化消毒副产物氯化消毒副产物 致病微生物致病微生物 有机物对胶体的保护作用有机物对胶体的保护作用 稳定性铁锰、色度稳定性铁锰、色度 氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐等氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐等 管网微生物再繁殖（二次污染）管网微生物再繁殖（二次污染） 重金属重金属 微量有机污染物微量有机污染物 浓度低、毒性大，浓度低、毒性大，“致癌、致畸、致突致癌、致畸、致突 变变”，有

3、些是，有些是“内分泌干扰物质内分泌干扰物质”, ,特别特别 是由于面源污染引入的农药等污染物是由于面源污染引入的农药等污染物 杀虫剂杀虫剂、塑化剂、双酚树脂组分、酞酸酯 （玩具、乙烯地板、清洁剂、PVC制品）、 表面活性剂（烷基酚）等 危害：破坏人类的生殖系统，破坏人类的生殖系统，会提前或 延迟青春期的时间。 藻类及其代谢产物藻类及其代谢产物 我国水体富营养化，藻类过量繁殖，有我国水体富营养化，藻类过量繁殖，有 些水体几千万个些水体几千万个/L/L 藻类在代谢过程中产生的藻毒素直接危藻类在代谢过程中产生的藻毒素直接危 害人体健康害人体健康 藻类影响常规水处理工艺，而且在消毒藻类影响常规水处理工

4、艺，而且在消毒 过程中会与氯作用生成氯化消毒副产物过程中会与氯作用生成氯化消毒副产物 嗅味嗅味 化学污染物引起的嗅味，如氯酚、化学污染物引起的嗅味，如氯酚、 硫化物等硫化物等 藻类代谢产物藻类代谢产物 很多嗅味有机物浓度很低很多嗅味有机物浓度很低(ng/L(ng/L级级),), 难于被现行的常规给水处理工艺难于被现行的常规给水处理工艺 去除去除 有机物在消毒过程中与氯作用生成有害有机物在消毒过程中与氯作用生成有害副产物副产物HOCl + 天然有机物天然有机物 及有机污染物及有机污染物副产物前质副产物前质!氧化的氧化的NOMNOM醛、酸等醛、酸等卤代有机物卤代有机物TOXTHMsHAAs氯仿氯仿

5、一溴二氯甲烷一溴二氯甲烷溴仿溴仿 二溴一氯甲烷二溴一氯甲烷 致病微生物致病微生物贾第虫贾第虫隐孢子虫隐孢子虫( , 难以被水厂现行的氯消毒工艺灭活难以被水厂现行的氯消毒工艺灭活引起流行病爆发流行病爆发（如美国） 有机物对胶体的保护作用有机物对胶体的保护作用 水中有机物浓度偏高水中有机物浓度偏高天然有机物浓度增加天然有机物浓度增加3mg/L(3mg/L(以以TOCTOC计计) )， 投药量需要增加约投药量需要增加约5 5倍倍水厂药耗很高水厂药耗很高,铝浓度偏高（老年痴呆铝浓度偏高（老年痴呆 症）症）我国水土流失严重，流失率高达我国水土流失严重，流失率高达30%30% 有机物在无机胶体表面形成高负

6、电保护层有机物在无机胶体表面形成高负电保护层 与地下水中的铁锰不同，地表水中的地表水中的铁锰与有机物络合铁锰与有机物络合，难于去除 在给水厂中剩余的微量铁锰，会使水会使水的色度增加，影响水的感官指标的色度增加，影响水的感官指标有机络合性铁锰有机络合性铁锰 氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐 在一定条件下氨与氯作用生成氯氨，消 耗氯，影响消毒效果影响消毒效果 在一定条件下氨被转化成亚硝酸盐转化成亚硝酸盐， 对人体有害 硝酸盐的浓度一般不高 可生物同化有机物可生物同化有机物 水消毒以后，细菌在水输配过程中仍会再度繁殖，这种水在生物学上认为是不稳定的。将水中能为细菌繁殖提供条件的有机物去除

7、，使细菌不能再度繁殖，认为水已具有生物稳定性 去除水中可生物同化有机物，有利于保障管网水质饮用水标准饮用水标准 1976-1984 我国2323项指标 1985年3535项指标，增加了某些农药和消毒副产物等 2000年建设部行业标准8888项指标 2001年9月1日卫生部规范9696项指标 2003年建设部行业标准101101项指标卫生部规范卫生部规范- -饮用水标准饮用水标准新增加指标（新增加指标（20012001年年9 9月月1 1日）日）浊度浊度 1 1 度度 （原标准（原标准33度度 ）Al 0.2 mg/LAl 0.2 mg/L耗氧量耗氧量 3 mg/L3 mg/L常规指标常规指标非

8、常规指标非常规指标农药等有机物及消毒副产物农药等有机物及消毒副产物5050多项多项重金属重金属8 8项项硫化物硫化物1 1项、钠项、钠1 1项项饮水与健康饮水与健康 据世界卫生组织报道，据世界卫生组织报道，80%80%疾病与水有关疾病与水有关 年世界卫生报告：减少威胁和年世界卫生报告：减少威胁和促进健康生活促进健康生活不洁饮水为人类健康的不洁饮水为人类健康的1010大威胁之一。大威胁之一。 但长期饮用纯水也不利于人体健康但长期饮用纯水也不利于人体健康 需要加强对城市饮用水水质净化需要加强对城市饮用水水质净化现行常规给水处理工艺的主要功能现行常规给水处理工艺的主要功能原水混凝沉淀过滤消毒出水 悬

9、浮性成分悬浮性成分（粘土颗粒、有机颗粒等） 天然有机物天然有机物（如腐殖酸、富里酸等） 胶体成分胶体成分（如无机与有机胶体） 微生物微生物（细菌、浮游生物、藻类等） 但常规处理对于水中微量有但常规处理对于水中微量有机污染物和氨氮等污染物的去机污染物和氨氮等污染物的去除效果较差除效果较差 浓度低、危害大、去除难浓度低、危害大、去除难 饮用水源中微量有机物特点饮用水源中微量有机物特点饮用水源保护饮用水源保护 强化混凝 预氧化技术 强化沉淀与气浮 强化过滤技术 混凝剂的优选混凝剂的优选 助凝剂助凝剂 混凝条件的改善与高效混凝设备混凝条件的改善与高效混凝设备 混凝剂投量的控制混凝剂投量的控制 根据水质

10、情况选择合理的混凝剂及组合根据水质情况选择合理的混凝剂及组合 如采用预先部分水解的混凝剂如采用预先部分水解的混凝剂(聚合铝、聚聚合铝、聚合铁、聚硅铝、聚硅铁、聚合铁铝等）合铁、聚硅铝、聚硅铁、聚合铁铝等） 控制最优的混凝条件如控制最优的混凝条件如pH, 混凝剂投量混凝剂投量 几种混凝剂（具有不同水解速度）的组合几种混凝剂（具有不同水解速度）的组合投加投加助凝剂助凝剂 3. 聚合物聚合物 (天然或人工合成的)天然的 : 淀粉, 甲壳素2. 投加比重大成分或吸附剂投加比重大成分或吸附剂 膨润土: 10 to 50 mg/L粉末石灰石粉末硅粉末活性炭1。活化硅酸。活化硅酸Na2O + SiO2 Na

11、2SiO3OH (-O-Si-O-)nOH-混凝条件的改善与高效混凝设备混凝条件的改善与高效混凝设备 高效混合设备 机械搅拌具有较大的适应性，但对设备质量要求高 网格絮凝、折板絮凝等 数学模型法 流动电流 PDA（透光率脉动检测） 显微摄像观测混凝剂投量的自动检测控制混凝剂投量的自动检测控制 生物稳定性生物稳定性00.511.522.53氯二氧化氯高锰酸钾过氧化氢臭氧高铁酸钾原子氧羟基自由基氧化剂标准E （V）可应用于给水处理中的氧化剂可应用于给水处理中的氧化剂臭氧预氧化臭氧预氧化-原理原理O3OH分解分解 H2O, O2H2O, O2直接氧化直接氧化间接氧化间接氧化NOMVOCsFe/Mn氧

12、化产物氧化产物氧化产物氧化产物臭氧预氧化（效果）臭氧预氧化（效果） 可破坏有机物中不饱和键可破坏有机物中不饱和键 可将氨可将氨(NH(NH3 3) )氧化成硝酸盐氧化成硝酸盐(NO(NO3 3) )，在中性，在中性pHpH速度极慢速度极慢 有机物分子量降低、可生化性提高有机物分子量降低、可生化性提高 初级中间产物初级中间产物AmesAmes试验阳性试验阳性, ,但在较高的臭但在较高的臭氧投量下，致突变活性又会下降。氧投量下，致突变活性又会下降。臭氧预氧化效果（续）臭氧预氧化效果（续） 较低臭氧投量有利于助凝较低臭氧投量有利于助凝, , 投量过高不利投量过高不利于混凝于混凝 溶解性有机物溶解性有

13、机物DOCDOC浓度升高浓度升高 由于臭氧氧化由于臭氧氧化, ,水中有机物羧基官能团增多水中有机物羧基官能团增多, ,滤后水中铝滤后水中铝( (或铁或铁) )总浓度升高总浓度升高( (新修订的新修订的9696项水质指标中铝的残余浓度为项水质指标中铝的残余浓度为0.2mg/L)0.2mg/L)臭氧预氧化效果（续）臭氧预氧化效果（续） 能灭活水中浮游生物、细菌、病毒、能灭活水中浮游生物、细菌、病毒、孢子及一些致病微生物孢子及一些致病微生物;在高浓度长氧在高浓度长氧化时间下显著灭活贾第虫和隐孢子虫化时间下显著灭活贾第虫和隐孢子虫 可进一步提高常规给水处理除藻效果可进一步提高常规给水处理除藻效果 可可

14、去除嗅味，对含饱和键的嗅味去除去除嗅味，对含饱和键的嗅味去除作用有限作用有限臭氧预氧化效果（续臭氧预氧化效果（续） 破坏水中部分三卤甲烷前质，水中重破坏水中部分三卤甲烷前质，水中重碳酸盐含量较高时效果好碳酸盐含量较高时效果好 (直接氧化作直接氧化作用为主用为主) 将溴离子氧化成溴酸根和次溴酸根，将溴离子氧化成溴酸根和次溴酸根，后者易于与卤代有机物前驱物质作用后者易于与卤代有机物前驱物质作用生成危害性更大的溴代三卤甲烷生成危害性更大的溴代三卤甲烷 使水中三氯硝基甲烷的生成势升高使水中三氯硝基甲烷的生成势升高高锰酸盐复合药剂预氧化技术高锰酸盐复合药剂预氧化技术1982-1990年年 重点研究了高锰

15、酸钾除污染特性重点研究了高锰酸钾除污染特性 高锰酸钾的强化混凝与强化过滤特性高锰酸钾的强化混凝与强化过滤特性 1990年以后年以后 高锰酸盐复合药剂的除污染特性高锰酸盐复合药剂的除污染特性 强化混凝与除污染特性强化混凝与除污染特性 高锰酸盐复合剂除污染生产应高锰酸盐复合剂除污染生产应用观测用观测(20(20万吨万吨/ /日规模日规模) )原水高锰酸盐复合药剂处理滤后高锰酸盐复合剂对水中藻类去除效果高锰酸盐复合剂对水中藻类去除效果 藻含量：2.5106个/L，pH7.2-7.5, 水温27oC高锰酸盐复合剂对嗅味的去除效果高锰酸盐复合剂对嗅味的去除效果（巢湖水）（巢湖水） 优化斜板间距优化斜板间

16、距 斜管沉淀斜管沉淀 气浮气浮 多功能沉淀多功能沉淀-气浮气浮 强化处理低温低浊、高藻等难处理强化处理低温低浊、高藻等难处理水质且提高处理系统的适应性水质且提高处理系统的适应性, ,特别是特别是突然高浊、持续高浊等时期处理困难突然高浊、持续高浊等时期处理困难问题问题沉淀沉淀-气浮的技术特点气浮的技术特点 适应性强 已经在很多水厂应用 研究了能够满足气浮和沉淀要求的设计方法 通过流态斜板、间距、池子的几何尺寸等优化，提出了一种新的设计方法 该方法是为以气浮为主导的设计思想 按此方法进行的模型实验比现行的生产运行的气浮-沉淀系统有更高的水质强化过滤技术强化过滤技术 采用双层或多层滤料采用双层或多层

17、滤料 采用助滤剂采用助滤剂 采用改性采用改性 (滤料表面改性滤料表面改性) 降低滤速降低滤速(5m/h以下以下) 减速过滤减速过滤 采用新型滤池采用新型滤池 (如翻版阀滤池如翻版阀滤池)改性滤料现行的石英砂滤料多功能改性滤料吸附能力有限提高表面吸附能力进水进水改性滤料对水中藻类的强化去除效果改性滤料对水中藻类的强化去除效果 （滤前水平均叶绿素含量1 4 7 . 7 3 m g / L ）0501001500246810过滤时间（h ）叶绿素a 含量（m g/L）复合改性砂石英砂给水深度处理技术给水深度处理技术 活性炭吸附 臭氧-活性炭联用 高锰酸盐预氧化与活性炭联用 臭氧高级氧化技术 膜技术

18、生物处理技术活性炭吸附技术活性炭吸附技术 活性炭吸附是去除水中有机污染物最成熟有效的方法之一。存在问题： 活性炭吸附饱和问题 活性炭的选择性吸收 活性炭的再生问题臭氧臭氧-活性炭联用技术活性炭联用技术 臭氧-活性炭联用技术能够充分发挥臭氧的强氧化能力和活性炭的高吸附性能，具有良好的除污染效果。存在问题： 投资大，运行成本高 对某些高稳定性的有机污染物去除效果差高锰酸盐预氧化氧高锰酸盐预氧化氧-活性炭联用技术活性炭联用技术 同臭氧-活性炭联用技术相比，降低了工程投资和运行成本。高锰酸盐预氧化对生物活性炭去除高锰酸盐预氧化对生物活性炭去除水中水中的影响的影响 (a)-负荷 6m/h (b)-负荷

19、9m/h高锰酸盐复合药剂预氧化对生物高锰酸盐复合药剂预氧化对生物活性炭去除水中活性炭去除水中UV254的影响的影响 (a)-负荷6m/h (b)-负荷9m/h高锰酸盐复合剂预氧化对生物活高锰酸盐复合剂预氧化对生物活性炭出水中色度的影响性炭出水中色度的影响() (a)-负荷6m/h (b)-负荷9m/h高锰酸盐复合药剂预氧化对生物活高锰酸盐复合药剂预氧化对生物活性炭去除氨氮的影响性炭去除氨氮的影响 (a)-负荷6m/h (b)-负荷9m/h(b)(a)臭氧高级氧化处理技术臭氧高级氧化处理技术 目的：去除水中高稳定性微量有机目的：去除水中高稳定性微量有机污染物，如农药（内分泌干扰物质）污染物，如农

20、药（内分泌干扰物质） 例如，臭氧只能氧化分解去除例如，臭氧只能氧化分解去除10-20%的莠去津（也称阿特拉津，一的莠去津（也称阿特拉津，一种除草剂，一种内分泌干扰物质）种除草剂，一种内分泌干扰物质） 粉末活性炭去除小于粉末活性炭去除小于5%。臭氧催化氧化强化除污染机理臭氧催化氧化强化除污染机理 催化剂OH.农药产物O3臭氧催化氧化特点臭氧催化氧化特点 能够显著地降低水中农药、嗅味、内分泌能够显著地降低水中农药、嗅味、内分泌干扰物等浓度干扰物等浓度 可充分地利用剩余臭氧，强化分解水中有可充分地利用剩余臭氧，强化分解水中有机物，避免臭氧泄露到空气中机物，避免臭氧泄露到空气中 可提高臭氧转移效率可提高臭氧转移效率 可降低臭氧投量可降低臭氧投量 既适合现有水厂改造（改造接触池）、也既适合现有水厂改造（改造接触池）、也适合新水厂建设（建催化氧化池）适合新水厂建设（建催化氧化池）膜技术膜技术 微滤、超滤、纳滤、反渗透微滤、超滤、纳滤、反渗透 是具有强大生命力的现有技术替代技术是具有强大生命力的现有技术替代技术 已经得到了部分应用已经得到了部分应