化学工程学-水：粤港供水深度处理讲座

1、粤港供水深度处理讲座目录1 生活饮用水水质标准及要求2 饮用水的深度处理3 深度处理投资建设和日常运营成本4 饮用水深度处理的发展趋势和展望1 生活饮用水水质标准及要求1.1 生活饮用水卫生标准2006年底，卫生部正式颁布了新版生活饮用水卫生标准（GB5749-2006），规定自2007年7月1日起全面实施，全部指标最迟于2012年7月1日实施。 饮用水卫生标准大幅提高，由原来的35项增至106项，增加了检测甲醛、苯、甲苯和二甲苯的含量等项目。新标准适用于各类集中式供水的生活饮用水，也适用于分散式供水的生活饮用水。一是加强了对水质有机物、微生物和水质消毒等方面的要求。新标准中的饮用水水质指标由

2、原标准的35项增至106项，增加了71项。其中，微生物指标由2项增至6项；饮用水消毒剂指标由1项增至4项；毒理指标中无机化合物由10项增至21项；毒理指标中有机化合物由5项增至53项；感官性状和一般理化指标由15项增至20项；放射性指标仍为2项。二是统一了城镇和农村饮用水卫生标准。三是实现饮用水标准与国际接轨。新标准水质项目和指标值的选择，充分考虑了我国实际情况，并参考了世界卫生组织的饮用水水质准则，参考了欧盟、美国、俄罗斯和日本等国饮用水标准。 1.1 生活饮用水卫生标准为防止介水传染病的发生和传播，要求生活饮用水不含病原微生物。水中所含化学物质及放射性物质不得对人体健康产生危害，要求水中的

3、化学物质及放射性物质不引起急性和慢性中毒及潜在的远期危害（致癌、致畸、致突变作用）。水的感官性状是人们对饮用水的直观感觉，是评价水质的重要依据。生活饮用水必须确保感官良好，为人民所乐于饮用。生活饮用水水质标准和卫生要求必须满足三项基本要求1.1 生活饮用水卫生标准生活饮用水卫生新旧标准比较1.浑浊度指标 1985年出台的生活饮用水卫生标准里，饮用水浑浊度的指标是“3-5”，新标准则将之提高到“1-3”， 让饮水更健康是新标准的核心所在。2.有机污染物、农药指标 老的标准只有35项检测项目，其中关于无机污染物的检测项目居多，涉及的有机污染物、农药较少，而且其中根本没有检测如藻毒素等微生物的指标，

4、这与近年来我国水污染致使水中有机物大大增加的形势严重不适应。2022/7/1361.1 生活饮用水卫生标准3.其他指标的增加与修订 在新标准增加的71项水质指标里，微生物学指标由2项增至6项，增加了对蓝氏贾第虫、隐孢子虫等易引起腹痛等肠道疾病、一般消毒方法很难全部杀死的微生物的检测。饮用水消毒剂指标由1项增至4项，毒理学指标中无机化合物由10项增至22项，增加了对净化水质时产生二氯乙酸等卤代有机物质、存于水中藻类植物微囊藻毒素等的检测。有机化合物指标由5项增至53项，感官性状和一般理化指标由15项增加至21项。 并且，还对原标准35项指标中的8项进行了修订。同时，鉴于加氯消毒方式对水质安全的负

5、面影响，新标准还在水处理工艺上重新考虑安全加氯对供水安全的影响，增加了与此相关的检测项目。2022/7/137生活饮用水水源水质分级生活饮用水水源水质分为二级。项目标准限值一级二级色度色度不超过15度，并不得呈现其他异色不应有明显的其他异色浑浊度（度）3嗅和味不得有异臭、异味不应有明显的异臭、异味pH值6.58.56.58.5总硬度（以碳酸钙计）（mg/L）350450溶解铁（mg/L）0.30.5锰（mg/L）0.10.1铜（mg/L）1.01.0锌（mg/L）1.01.0挥发酚（以苯酚计)（mg/L）0.0020.004阴离子合成洗涤剂（mg/L）0.30.3硫酸盐（mg/L）250250

6、氯化物（mg/L）250250溶解性总固体（mg/L）10005 000K)和高压(20MPa),即所谓的热点。超生空化作用图降解机理： 空化泡中的水蒸气在这种极端环境中发生分裂及链式反应,产生氧化活性相当强的氢氧自由基和过氧化氢,并伴有强大的冲击波和射流。 亲水性、难挥发的有机物在空化泡气液界面或本体溶液中与OH、OOH发生氧化反应。 疏水性、易挥发有机物除发生氧化反应外, 直接进入空化泡发生热解反应。超声流程图2.2 饮用水深度处理的主流工艺 在饮用水深度处理领域，国内外的主流处理工艺有臭氧-生物活性炭工艺与膜处理工艺。2.2.1 膜处理法 膜法处理是指在饮用水传统处理工艺基础上增加膜处理

7、工序， 使出水水质更高的工艺，膜技术如微滤、超滤、纳滤和反渗透等渐渐成为城市净水处理的主流工艺。能弥补传统工艺的缺陷重金属去除效果好能留下绝大部分的矿物质离子膜材料、膜反应器购置成本定期维护成本高推广存在困难膜处理工艺优缺点2.2.3 臭氧-生物活性炭工艺（O3-BAC） 臭氧-生物活性炭工艺，既在炭滤池前加入臭氧，利用臭氧和微生物共同分解吸附在活性炭上的有机物，使活性炭长期保持活性，从而避免了活性炭频繁再生。有效去除水源中消毒副产物前质降解水中各种稳定化学污染物工艺相对经济简单对一些稳定的物质分解效率很低生物活性炭颗粒易泄漏到出厂水中降低处理水的消毒效果臭氧-生物活性炭工艺优缺点2.2.5

8、饮用水深度处理工艺的选择 对于给水深度处理工艺的选择，无论是臭氧-活性炭工艺，还是膜工艺，需要根据原水水质来决定具体采用何种深度处理方式,如沿海地区以及黄河干流地区，水源中溴化物浓度往往较高，所以臭氧-活性炭工艺并不适用于。2.3 饮用水深度处理的实验研究 饮用水深度处理试验以常规处理的砂滤出水作为原水，对其进行深度处理。根据试验原水各项指标以及试验室试验条件，采用臭氧生物活性炭饮用水深度处理工艺。各工艺联合试验处理效果 深度处理和常规处理对浊度去除的对比 深度处理和常规处理对色度去除的对比 深度处理和常规处理对 CODMn去除的对比深度处理和常规处理对氨氮去除的对比深度处理和常规处理对亚硝酸

9、盐氮去除的对比深度处理和常规处理对锰去除的对比 深度处理与常规处理相比，5 项污染指标都大幅度的降低，说明深度处理非常有效。通过臭氧氧化和活性炭吸附，能够使出水的色度和浊度控制在极低的水平；深度处理能够有效的去除有机物，臭氧能够将常规处理难以去除的有机物氧化分解，然后通过生物活性炭进行有效的吸附、降解，使深度处理出水的 CODMn保持在 1.5mg/L。结论：深度处理水厂推荐工艺流程3 深度处理投资建设和日常运营成本3.1 深度处理的投资建设3.2 深度处理的日常运营成本深度处理的去除效果与投资费用比较处理工艺作用机理功能COD去除率（%）NH3-N去除率（%）NO2-N去除率色度去除基建增加

10、费用（元/m）运转增加费用（元/m）常规混凝、凝聚除浊、消毒201020负增长一定活性炭吸附物理吸附、生物降解去除有机物2050少量少量很有效801000.120.15生物预处理生物降解、吸附、絮凝去除氨氮、亚硝酸氮1025859090部分1001200.1O3-BAC化学氧化、生物降解、吸附去除有机物205080908090很有效2003000.200.30超滤/纳滤外加压力下膜分离去除浊度及有机物508040504050很有效3006000.150.25 以臭氧-生物活性炭处理技术为例，臭氧-生物活性炭处理工艺流程如下：加氯消毒生物活性炭滤池砂滤池折板反应器平流沉淀池后臭氧接触池加药混合预

11、臭氧接触池配水井格栅、滤网清水池加压泵市区管网原水混凝剂O3O33.1 深度处理的投资建设深度处理水厂基建费用费用名称费用（万元）厂房建设400主要设备1197.2活性炭费用495流动资金200年运行总费用2292.2臭氧发生规模的运营投资和运营成本项目臭氧发生规模20kg/h液氧空气源初期投资/元-臭氧发生器65000008500000空气压缩机01200000运行费用/元-液氧价格（含税及运费）69120000系统设备月租费用（5000元/月）6000000电能消耗费用66528009072000空气压缩机电耗03628800系统设备润滑、维修、保养费/元200000300000备品备件消

12、耗费用/元400000600000年运行和维修费用总计/元20964800233008003.2 深度处理的日常运营成本 日常运营费用：电耗、药剂费、原水、维修维护费、人工费、资产折旧费等。药剂费：次氯酸钠、活性炭等。电耗：E1=303000.51=15960元 水厂工作人员按6人计算，实行运行工人三班制，每班2人，管理员2人，人工月工资及福利平均按1000元计算，则工资福利费E2=10008=8000元 每月折旧费定为E3，检修费E4，药剂费为E5，原水费用定为E6，则每月运营成本为： E=E1+E2+E3+E4+E5+E64 饮用水深度处理的发展趋势和展望4.1 饮用水深度处理的发展趋势4

13、.2 饮用水深度处理的新工艺、新技术4.3 饮用水深度处理工艺的展望地表水深度处理发展趋势地表水出水混凝剂氯化消毒砂滤池沉淀池絮凝池地表水常规处理工艺流程图 1）活性炭作为把关技术，臭氧生物活性炭作为主导推广技术，必要时可设紫外消毒。4.1 饮用水深度处理的发展趋势 2）若原水氨氮高、有机污染高，可考虑采用嘉兴贯泾港水厂二期的工艺： 原水混凝沉淀生物滤池臭氧生物炭砂滤消毒出水 该工艺中氨氮采用生物处理去除，但置于沉淀池后；砂滤放在最后可以截留生物炭池泄露的微生物。 3）随着经济的发展，可将砂滤改成超滤或在臭氧生物炭后增设超滤以保出厂水生物安全。如北京郭公庄水厂工艺流程如下： 原水混凝沉淀臭氧生

14、物炭超滤紫外消毒出水 4）国外深度处理发展情况： 技术名称实例特点高级氧化技术阿姆斯特丹PWN水厂整个系统运行良好，全面提高了水质，农药去除率80%以上纳滤法国Mery-surise水厂系统运行良好2.地下水深度处理发展趋势 污染现状： 地下水普遍受到化肥、农药污染与工业废水污染，致使耗氧量增加、溶解性总固体升高（硬度、硝酸盐增高）。 处理方法：离子交换、电渗析、纳滤或反渗透等高投资技术。可根据当地水质情况、经济条件，选择价格适宜的可靠技术。1.活性炭-膜处理技术 （1）利用活性炭的吸附作用，对进水预处理，从而去除浊度、色度和各类有机化合物； （2）用膜技术去除水中的细菌，提高出水水质。 该工

15、艺中的活性炭可为后续膜处理过程提供保障，缓解膜阻塞和膜污染等问题，从而延长的膜的使用寿命。4.2 饮用水深度处理的新工艺、新技术2.臭氧-生物活性炭处理技术 作用机理：利用臭氧氧化、臭氧灭菌消毒、生物降解和活性炭吸附四者协同作用进行的。 该法在传统水处理工艺的基础上，以预臭氧氧化代替预氯化，在快氯池后设置生物活性炭滤池。该处理技术广泛应用于各国受污染原水和饮用水中有机物的处理。3.臭氧-生物活性炭-膜处理法 由于臭氧-生物活性炭处理法的局限性，在此基础上增加了膜处理法。李邵峰等研究发现，该组合具有良好的运行效能。 进水出水去除率浊度（NTU）0.30.80.1-高锰酸盐指数(mg/L)1.54

16、0.51.568.0%TOC（ug/L）24002900700160056.33%亚硝酸盐氮(mg/L)0.10.45检测限以下-氨氮(mg/L)0.030.35检测限以下-硝酸盐氮(mg/L)-10-3.臭氧-生物活性炭-膜处理法 分质供水工艺流程流程为：用户直接饮用供水管网生活小区净水站净水管网自来水厂用户生活用水3.臭氧-生物活性炭-膜处理法 净水站工艺流程为：投ClO2前氧化塔O3氧化活性炭微滤超滤供水管网出水管网成品水箱4.光催化氧化技术 作用机理：以化学稳定性和催化性俱佳的TiO2 为代表的N型半导体为敏化剂的一种光敏化氧化技术。 该技术的强氧化性可使有机物完全矿化，从而成为饮用水

17、深度处理的一种重要方法， 但是，因其处理成本高，设备复杂，TiO2 粉末颗粒细小，不易回收等问题限制了它的广泛应用。5.高级消毒技术名称特点应用紫外消毒杀菌范围广、一体化设备小，易于管理无持续消毒能力，设备造价高，使得其仅适用于部分小型消毒水厂膜法消毒消毒效果好可能会造成膜污染，需要进一步提高TiO2光催化消毒消毒效果良好-电化学消毒能使各种致病菌消失主要应用于含多种微生物的水样6.超滤组合技术针对不同去除对象的超滤组合技术名称处理工艺处理效果去除率DOC、UV254混凝+UF去除率分别为53%、78%，膜污染低有机物混凝+UF有机物含量明显降低高锰酸盐指数、酚浊度PAC+UF整个系统去除率低色度、苯、腐殖酸PCA+UF去除率分别问96%、89%、97%7.反渗透脱盐技术 由于水源短缺问题日益严重，海水成为继地下水地表水后的又一主要饮用水水源。反渗透（RO）技术在用于脱盐工艺时，产水水质及其稳定性都较好，但由于饮用水水质标准的不断提高，RO膜脱盐工艺还需要不断完善。8.超声空化技术定义：指水中的微小泡核在