给水处理理论与工艺

1、给水处理理论与工艺第1页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二主要内容 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 展望第2页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二地球上水的总量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

2、突和战争第3页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二我国水资源现状 人均水资源占有量2200立方米 约为世界平均水平的1/4 排名世界第112位 每年因缺水而造成的经济损失约 20003000亿元第4页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二饮用水源水质与 饮用水标准第5页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二第6页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二饮用水水质问题微量有机污染物藻类及其代谢产物（藻毒素）嗅味氯化消毒副产物致病微生物有机物对胶体的保护作用稳定性铁锰、色度氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐等管网微生物再繁殖（二次污染）重

3、金属第7页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二微量有机污染物 浓度低、毒性大，“致癌、致畸、致突 变”，有些是“内分泌干扰物质”,特别 是由于面源污染引入的农药等污染物 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，会提前或 延迟青春期的时间。第8页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二藻类及其代谢产物 我国水体富营养化，藻类过量繁殖，有 些水体几千万个/L 藻类在代谢过程中产生的藻毒素直接危 害人体健康 藻类影响常规水处理工艺，而且在消毒 过程中会与氯作用生成氯化消毒副产

4、物第9页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二嗅味 化学污染物引起的嗅味，如氯酚、 硫化物等 藻类代谢产物 很多嗅味有机物浓度很低(ng/L级), 难于被现行的常规给水处理工艺 去除第10页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二有机物在消毒过程中与氯作用生成有害副产物HOCl + 天然有机物 及有机污染物副产物前质!氧化的NOM醛、酸等卤代有机物TOXTHMsHAAsThe THMs氯仿一溴二氯甲烷溴仿 二溴一氯甲烷 第11页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二致病微生物贾第虫(包囊，长9-12m), 宿主有哺乳动物、两栖动物、鸟类隐孢子

5、虫(包囊，长4-6m) , 寄生于哺乳动物、鸟类、鱼类、难以被水厂现行的氯消毒工艺灭活引起流行病爆发（如美国）第12页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二有机物对胶体的保护作用 水中有机物浓度偏高天然有机物浓度增加3mg/L(以TOC计)， 投药量需要增加约5倍水厂药耗很高,铝浓度偏高（老年痴呆 症）我国水土流失严重，流失率高达30% 有机物在无机胶体表面形成高负电保护层第13页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二与地下水中的铁锰不同，地表水中的铁锰与有机物络合，难于去除在给水厂中剩余的微量铁锰，会使水的色度增加，影响水的感官指标有机络合性铁锰第14页，

6、共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二氨氮、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 在一定条件下氨被转化成亚硝酸盐， 对人体有害 硝酸盐的浓度一般不高第15页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二 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，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第16页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二饮用水标准1976-1984 我国23项指标198

7、5年35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88项指标2001年9月1日卫生部规范96项指标2003年建设部行业标准101项指标第17页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二卫生部规范-饮用水标准新增加指标（2001年9月1日）浊度 1 度 （原标准3度 ）Al 0.2 mg/L耗氧量 3 mg/L常规指标非常规指标农药等有机物及消毒副产物50多项重金属8项硫化物1项、钠1项第18页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二饮水与健康据世界卫生组织报道，80%疾病与水有关年世界卫生报告：减少威胁和促进健康生活不洁饮水为人类健康的10大威胁

8、之一。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第19页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二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浮性成分（粘土颗粒、有机颗粒等）天然有机物（如腐殖酸、富里酸等）胶体成分（如无机与有机胶体）微生物（细菌、浮游生物、藻类等）第20页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二 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除效果较差第21页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二 浓度低、危害大、去除难 饮用水源中微量有机物特点第22页，共77页，2022年，5月20日，19点3

9、9分，星期二 饮用水水质安全保障技术水质处理管网输配水源保护第23页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二城市水源保护和受污染水体恢复第24页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二饮用水源保护 控制点源污染 （工业与城市污水） 控制面源污染（农药、化肥、大气污染 降雨等） 饮用水水源保护（饮用水源设保护区， 严格控制人类和牲畜的污染） 清除水体底部污染沉积物 采用各种水体修复技术： 复氧、化学剂 处理、生物修复技术等 加强对水源水质的监测、设立水质预警 系统第25页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二常规处理工艺的强化措施第26页，共77

10、页，2022年，5月20日，19点39分，星期二 强化混凝 预氧化技术 强化沉淀与气浮 强化过滤技术第27页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二强化混凝措施混凝剂的优选助凝剂混凝条件的改善与高效混凝设备混凝剂投量的控制第28页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二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(聚合铝、聚合铁、聚硅铝、聚硅铁、聚合铁铝等）控制最优的混凝条件如pH, 混凝剂投量几种混凝剂（具有不同水解速度）的组合混凝剂的优选第29页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二投加助凝剂 3. 聚合物 (天然或人工合

11、成的)天然的 : 淀粉, 甲壳素2. 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Na2O + SiO2 Na2SiO3OH (-O-Si-O-)nOH-第30页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二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、折板絮凝等第31页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二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第32页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二预氧化措施除藻消毒

12、除色分解嗅味有机物强化混凝 (破坏有机物对胶体的保护作用)降解农药氧化铁锰生物稳定性第33页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二可应用于给水处理中的氧化剂第34页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二 目前能够工程应用的预氧化措施主要包括：臭氧氧化、高锰酸盐复合药剂预氧化和投氯预氧化第35页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二臭氧预氧化-原理O3OH分解 H2O, O2H2O, O2直接氧化间接氧化NOMVOCsFe/Mn氧化产物氧化产物第36页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二臭氧预氧化（效果）可破坏有机物中不饱

13、和键可将氨(NH3)氧化成硝酸盐(NO3)，在中性pH速度极慢有机物分子量降低、可生化性提高初级中间产物Ames试验阳性,但在较高的臭氧投量下，致突变活性又会下降。第37页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二臭氧预氧化效果（续）较低臭氧投量有利于助凝, 投量过高不利于混凝溶解性有机物DOC浓度升高由于臭氧氧化,水中有机物羧基官能团增多,滤后水中铝(或铁)总浓度升高(新修订的96项水质指标中铝的残余浓度为0.2mg/L)第38页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二臭氧预氧化效果（续）能灭活水中浮游生物、细菌、病毒、孢子及一些致病微生物;在高浓度长氧化时间下

14、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去除嗅味，对含饱和键的嗅味去除作用有限第39页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二臭氧预氧化效果（续）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 (直接氧化作用为主)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第40页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二高锰酸盐复合药剂预氧化技术1982-1990年 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 1990年以后 高锰酸盐复合药剂的除污染特性

15、强化混凝与除污染特性 第41页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二高锰酸盐复合剂除污染生产应用观测(20万吨/日规模)原水高锰酸盐复合药剂处理滤后第42页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二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第43页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二高锰酸盐复合剂对嗅味的去除效果（巢湖水）第44页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二优化斜板间距斜管沉淀气浮多功能沉淀-气浮强化沉淀与气浮第45页，共77页，2022年，5月20日，19点3

16、9分，星期二 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,特别是突然高浊、持续高浊等时期处理困难问题第46页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二沉淀-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第47页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二强化过滤技术采用双层或多层滤料采用助滤剂采用改性 (滤料表面改性)降低滤速(5m/h以下)减速过滤采用新型滤池

17、(如翻版阀滤池)第48页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二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第49页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二改性滤料对水中藻类的强化去除效果第50页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二给水深度处理技术第51页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二活性炭吸附臭氧-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 生物处理技术第52页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二活性炭吸附技术 活性炭吸附是去除水中有机污染物最成熟有

18、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 活性炭的再生问题第53页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二臭氧-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第54页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二高锰酸盐预氧化氧-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。第55页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二高锰酸盐预氧化对生物活性炭去除水中的影响 (a)-负荷

19、6m/h (b)-负荷 9m/h第56页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二高锰酸盐复合药剂预氧化对生物活性炭去除水中UV254的影响 (a)-负荷6m/h (b)-负荷9m/h第57页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二高锰酸盐复合剂预氧化对生物活性炭出水中色度的影响() (a)-负荷6m/h (b)-负荷9m/h第58页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二高锰酸盐复合药剂预氧化对生物活性炭去除氨氮的影响 (a)-负荷6m/h (b)-负荷9m/h(b)(a)第59页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二臭氧高级氧

20、化处理技术目的：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）例如，臭氧只能氧化分解去除10-20%的莠去津（也称阿特拉津，一种除草剂，一种内分泌干扰物质）粉末活性炭去除小于5%。第60页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二臭氧催化氧化处理工艺O3 + UV light , O3 + TiO2 H2O2 + UV light , H2O2 + O3 + UV lightHigh energy UV H2O2 + Fe+ Electron beam radiation , Gamma - IrradiationO3 + catalyst 第61页，共77页，2022

21、年，5月20日，19点39分，星期二臭氧催化氧化强化除污染机理 催化剂OH.农药产物O3第62页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二臭氧催化氧化特点能够显著地降低水中农药、嗅味、内分泌干扰物等浓度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可提高臭氧转移效率可降低臭氧投量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）第63页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二膜技术微滤、超滤、纳滤、反渗透是具有强大生命力的现有技术替代技术已经得到了部分应用投资较大，运行成本高目前在大规模的水厂还难以应用第64页，共77页，2022年

22、，5月20日，19点39分，星期二生物处理技术是较为经济的除污染技术可在现有的水厂进行技术改造可有效地去除有机污染物和氨氮需要与氧化或高级氧化有机结合安全性问题备受关注第65页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二消 毒 第66页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二最大限度地取得好的消毒效果尽可能地降低副产物生成量氯消毒经济有效、管网中持续时间长，防止细菌二次繁殖但氯消毒会生成对人体有害的副产物。 两条解决途径：采用其他消毒剂安全氯化消毒 第67页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二采用替代消毒剂臭氧消毒，消毒效果很好，但当水中有溴化物时，会产生有害的溴酸盐（致癌、致突变）。水质标准25g/L，但处理水中可达60-90 g/L。二氧化氯，消毒效果也很好，但会产生有害的亚氯酸盐（70%转化率）（溶血性贫血）及甲醛等。水质标准要求亚氯酸盐0.2mg/L,故CLO2投量0.3mg/L,受使用限制。第68页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二臭氧和二氧化氯，一般需现场制作，设备费高，维护管理复杂，运行费较高，推广较慢。美、加、日、俄等国现仍以氯化消毒为主。第69页，共77页，2022年，5月20日，19点39分，星期二安全氯化消毒 安全