饮用水处理主题学习

第四节

饮用水处理

一、沉淀二、混凝三、过滤四、消毒五、特殊水质改善法人不能离开水而生存，但不洁净的水导致人类历史上多次水媒传染病爆发，死者无数。人类自有史记载以来就一直在寻找改善饮用水的途径和技术。中国古代将明矾置于带孔木杖中搅动水，使汲取的黄河水澄清；古埃及用捣碎杏仁抹在水池内壁，帮助池中尼罗河水澄清；4000年前的印度利用木炭对水过滤，并储存在铜器中保鲜；17世纪以后，氯的发现，导致其后来在大规模水处理中的应用；…………水处理(watertreatment)包括净化和消毒。净化(purification)：利用理化方法，改善水的物理和化学性状。常用方法为沉淀、混凝、过滤。其它还有脱色、除臭味、除铁、除氟、软化、淡化等等。消毒（disinfection）：利用理化方法，杀灭水中病原微生物。广义的净化也把消毒包括在内。一、沉淀(sedimentation)水和水中均匀分布的细小颗粒所构成的体系，称为分散体系。分成三类：真溶液：小于1nm的颗粒，尺寸很小，不能引起光线的散射，所以看起来水呈透明状；胶体溶液：颗粒为1nm-1000nm，能够引起光的散射使水呈浑浊。具有布朗运动的特性，难以自然沉淀下来。需要混凝沉淀。悬浮液：颗粒大于1000nm，能够引起光的散射使水呈浑浊。可以自然沉淀下来。自然沉淀需时较长，平时可作为初步处理用。在行军、野营、战时不适用，此时应考虑混凝沉淀。二、混凝(coagulation)（一）混凝机理水中胶体颗粒带有相同的负电荷，互相排斥，形成稳定的悬浮状态不下沉。加入混凝剂可使胶体颗粒凝聚而沉降。混凝剂遇水形成带阳电荷的胶体，中和水中胶体颗粒的负电荷，破坏胶体的稳定性，使混悬的颗粒相互凝聚结絮，形成的絮状物又有很强的吸附架桥能力，可吸收周围的混悬物质，逐渐增大体积和重量，最后因重力作用而下沉，使水沉清。这种结构松散、有吸附能力的绒体，也叫“矾花”（floc）______________+++++++_（二）混凝剂和助凝剂（要求对人体健康无害，混凝效果好，使用方便及价廉易得）铝盐最常用，包括明矾Al2(SO４)３·K２SO４·24H２O、硫酸铝Al2(SO４)３·18H2O等。价廉易得，但影响因素多，pH范围较窄，澄清时间长。聚合氯化铝(polyaluminiumchloride）(羟基或碱式氯化铝)无机高分子混凝剂。水解后形成多核高价电解质用量少；絮状物形成快，大而细密，沉淀快；影响因素少，混凝效果好。但水面常有浮沫、沉淀物容积较大。铁盐硫酸亚铁(绿矾)FeSO4·7H2Ｏ、三氯化铁FeCl3·6H2Ｏ、硫酸铁Fe2(SO4)3·2H2Ｏ、聚合硫酸铁等。絮状物比重大，沉降较快；pH值宽(pH3.5～11)；低温时效果亦好。缺点是易产生色、味；具有强酸性，对设备有腐蚀作用。净水植物:有混凝作用的：量天尺、仙人掌、木棉树与木瓜等；有助凝作用的：榆树、土肉桂、钝叶樟、木芙蓉等。净水植物多只用于野外少量水处理。聚丙烯酰胺(polyacrylamidePAA):人工合成水溶性非离子型有机高分子物质，在水中可分散成巨大数量的长链状高分子；可以作为混凝剂，也可与其他混凝剂的助凝剂。因单体丙烯酰胺有毒，只用于高浊度，高色度或有特殊嗅味的水，高浓度有机废水，含有毒有害物质的水，放射物质污染的水及含有大量致病菌和病毒的水。水的pH值和碱度:铝盐在5.7～7.8范围内较好。三价铁盐适宜的pH值为6.0～8.4，而二价铁盐只有当pH值大于8.5时才可被氧化为三价铁，因此需投加碱。高分子混凝剂受pH值影响较小。水温:低温时应增大剂量，延长沉淀时间、投加高分子助凝剂或改用聚合氯化铝、聚合硫酸铁等。(三)影响混凝的因素水中杂质:浑浊或稍浑浊的水较透明的水更易凝聚悬浮物极少时，要增加剂量或投加粘土或助凝剂。搅拌:初加时应迅速充分搅动使快速混和均匀，形成微细絮状物，然后慢速搅拌，以增加絮状物碰撞机会形成较大的絮状物下沉。剧烈长时间搅拌或经常改变搅拌方向，都可导致絮状物不可逆的破坏。三、过滤(filtration)意义过滤可去除部分色度、浊度、化学物质及微生物过滤原理1.机械筛滤；2.沉淀；3.吸附；4.生物滤膜滤料种类颗粒状:石英砂、无烟煤、木炭、活性炭等。纤维状:纤维离子交换树脂、布、棉花、羊毛等。多孔成型:陶瓷、硅藻土、活性炭等制成管状或板状。薄膜型:微滤膜和超滤膜等。去除微细悬浮颗料、细菌、病毒和胶体等。一般只用于对小量水处理。影响过滤的因素（自学）过滤方式（慢砂滤、快砂滤、简易砂滤等）四、消毒（disinfection）污染的原水经混凝、沉淀、过滤仍有一部分微生物未能杀灭。从安全方面考虑，水的消毒是水质改善中最重要的一个环节。原则上不论平战时，凡饮用水必需经过消毒。水的各种物理化学消毒法

(最常用的仍然是煮沸和氯消毒法)物理热:煮沸;声:超声波;辐射:紫外线（UV）、微波、γ射线;压力:超滤化学卤族元素:氯、碘、溴卤间化合物:氯化溴、氯化碘、溴化碘过氧化物:臭氧、过锰酸钾、高铁酸钾、过氧乙酸金属:银、铜协同氯胺与碘化钾、氧与溴化碘、铜：维生素C：过氧化物、臭氧和紫外线、银与超声波、载银树脂国家及地区Cl2ClO2O3UV国家及地区Cl2ClO2O3UV澳大利亚++++

+意大利++++++

奥地利++++++日本+++

比利时+++++

中国澳门+++

巴西+

荷兰+

++保加利亚+++

+挪威++

++中国+++

+

南非+++

+

捷克+++

+

西班牙++++++

芬兰+++++

瑞典++++

法国++++++

瑞士+++++++德国+++++++++英国++++

+匈牙利+++

+

美国++++++爱尔兰+++

+

一些国家及地区的水消毒方法

氯消毒法1774瑞典scheele发现氯元素1785年用于消毒降低产褥热1896年开始用于饮用水消毒，因效果好、价廉在世界范围内普及1970年代发现DBPs,引起广泛争议，但无更好的替代品，因此仍然广泛应用液氯（Cl2）氯气在常温下加压6～8个大气压即成，储存于钢瓶中。减压时挥发成气体，通过加氯器，将氯与水配成氯溶液再投入水中。价廉，效果可靠。但有强烈急性毒性。应防止泄漏。漂白粉CaCl(OCl)（bleachingpowder）氯化石灰，含杂质，其有效成分为有效氯。一般商品漂白粉含有效氯35%，保存不当有效氯极易损失（有效氯少于5%时不能用）。使用方便，小量水应用。漂白粉精Ca(OCl)2(calciumhypochlorite)精制氯化，有效氯含量可达70%，有粉剂与片剂，性质较稳定。为我军主要饮水消毒剂。氯消毒剂种类（液态氯、无机氯、有机氯）二氯异氰尿酸钠(C3O3N3NaCl2)商品名“优氯净”，含有效氯62～64.5%。性质极稳定。消毒效果好，但价格较贵，只能用于小量水消毒。次氯酸钠(NaOCl)将氯气通入氢氧化钠溶液或电解食盐溶液可产生，含有效氯12～15%。需消耗能源，适于无液氯供应地区。二氧化氯(ClO2)淡黄绿色气体，强氧化剂，效果快而好，不产生DBPs，是一种有前途的水消毒剂。

氯的消毒作用通过HOCl产生。HOCl是小的中性分子，极易穿过细菌的细胞膜进入细菌内部，通过Cl原子的氧化作用，破坏细菌磷酸丙糖巯基酶活性导致细菌死亡。而OCl—带负电，不能靠近带负电的细菌，很难起消毒作用。

HOCl的杀菌能力比OCl—大80倍.。

氯消毒机理氯的水解：C12十H20H-十C1-十HOCl

次氯酸的离解：HOCl

H+

十OCl—

PH值HOCl(%)OCl-(%)4100.00.0599.70.3696.83.2775.224.8823.276.892.997.1100.399.7110.0399.97凡含氯化合物的分子团中氯的价数大于负一价者均为有效氯。有效氯(availablechlorine)代表氯制剂在氧化还原反应中的当量值（获取电子的能力）。Cl2含氯100%，Cl0→Cl－1的氧化过程中有1个电子转移，故其当量有效氯为1×100％＝100％。HOCl含氯67.7%，Cl+1→Cl－1的氧化过程中有2个电子转移，故其当量有效氯为2×67.7％＝135.4％。NaOCl含氯47.7％，Cl+1→Cl－1的氧化过程中有2个电子转移，故其当量有效氯为2×47.7％＝95.4％。ClO2含氯52.6%，Cl+4→Cl－1的氧化过程中有5个电子转移，故其当量有效氯为52.6%×5＝263％。表明ClO2氧化能力是Cl2的2.5倍左右。Chlorineisgreenandactuallynamedafterkhlôros,thegreekwordforgreen.BoilingPoint:-34.6°C(238.55°K,-30.279997°F)NumberofProtons/Electrons:17NumberofNeutrons:18Classification:HalogenCrystalStructure:OrthorhombicDensity@293K:3.214g/cm3影响氯消毒的因素水的性质pH值:酸性环境下杀菌能力强。水温:水温升高，杀菌作用也增强水中杂质:能与氯作用而消耗氯；水中悬浮物除消耗氯外，还可将细菌包裹在内而影响杀菌效果。应先经过处理，才能保证氯消毒的效果。病原体种类无芽胞菌抵抗力较低，尤其是G-肠道致病菌。G+菌抵抗力较G-细菌强，细胞壁较厚。有芽胞菌、结核杆菌、立克氏体对氯的抵抗力强。肠道病毒的抵抗力一般比肠道细菌强，但不同的病毒对氯抵抗力差别很大。各种包囊对氯的抵抗力强。加氯量与接触时间消毒时，加氯量必须满足水中杂质消耗的氯量(需氯量)，并在充分的接触时间后，还余留有一定的氯量(余氯量)，才能保证消毒的可靠。

加氯量=需氯量+余氯量氯消毒剂量和接触时间存在着一定关系。即接触时间长，消毒剂量小，接触时间短，消毒剂量大。据此可得出浓时积公式Cnt＝K。这两个因素虽可互相调节，但亦不可无限的过大过小或过长过短，如剂量过小，时间再长也达不到消毒目的，反之亦然。因此，一般游离余氯不宜低于0.3mg/L，接触时间不应短于15min。氯消毒方法常氯消毒法用于经常性消毒。水源良好，水质透明无污染时，单独用常氯消毒即可保证饮水安全。水质污染严重时，则必须先经处理再用常量氯消毒。一般加氯量为1～3mg/l，消毒30min后，应保持游离余氯0.3～0.5mg/L。超氯消毒法适用于污染严重或紧急情况时（如行军、野营、战时紧急情况下，水源受到严重污染或发生肠道传染病流行或生物战时）。用超过正常氯量5～10倍或更大的氯量消毒水。效果好，时间短。但耗药量大，余氯很高，必须脱氯方可饮用。加入正常5～10倍漂白粉量，消毒10～15min，测定余氯，脱氯。氯消毒步骤计算水量确定加漂白粉(精)量加氯消毒测定余氯脱氯（超氯消毒时用）应熟悉水井、水池的水量计算方法，以及军队常用容器水桶、行军锅、面盆的容量。1mg余氯可用3.5mg硫代硫酸钠脱去加漂白粉量一半的硫代硫酸钠即可亦可将水通过活性炭或木炭过滤器脱氯每片100mg维生素C可脱氯64.7mg保证消毒效果的重要环节。一般要求游离余氯0.3～0.5mg/L。战时或有肠道传染病流行时，应不低于1～2mg/L。水被生物战剂污染时不低于5mg/L。应先将漂白粉(精)调成浆状或配成溶液加入，充分搅拌，放置30min。估计法：根据水质清浊估计加漂白粉量。简便但不太准确。试验法：可用三杯法或三桶法。以余氯量评判正确的漂白粉加量。计算法：必须先知道漂白粉有效氯含量，再根据水质确定加氯量，按公式计算加漂白粉量(g)continuouschlorinationshockchlorination其它消毒法

紫外线（UV）由低压汞灯产生具有杀菌作用的波长250～265μm的紫外线，对微生物细胞DNA的胸腺嘧啶起光化学转变作用，导致细胞死亡。优点:不改变水的理化性质，不产生嗅味，消毒快，过量照射亦无影响。缺点:杀灭芽胞、病毒效果比繁殖型细菌差，受水质、水层厚度影响较大，无余留作用，不易确定失效时间，价格较贵等。适用于水质较好的地下水。U-VTubeU-VSterilizer臭氧（O3）臭氧是将干燥空气或氧气通过高压放电而制得。常温下为无色气体，有特殊臭味，不易溶于水，一般常温下每斤水只溶解十几毫克。优点：氧化能力很强，杀菌迅速（一般在几分钟内即可将细菌杀灭）。其杀菌、杀芽胞、杀病毒效果均较氯好。缺点：价格昂贵，设备复杂，消耗能源多，无余留作用，不能储存需现制现用等。银（silver）银吸附于细胞壁破坏细菌的分裂功能，量大时可进入细胞内与含疏基的酶形成不可逆的硫银化合物，影响细胞的呼吸作用，导致细菌死亡。银有持续杀菌作用，可用于长期储水。但杀菌慢，作用弱，特别是对芽胞、病毒、包囊，影响因素多，价格昂贵，故使用受到限制。银离子消毒方法：可以直接加入硝酸银、电解银将银载在陶粒、羊毛织物、尼龙纤维、颗粒活性炭、离子交换树脂上，同时起到消毒和过滤作用。我军研制的载银树脂、载银活性炭已广泛用于个人饮水消毒管和净水器材。五、特殊水质改善方法除铁锰除氟除硬度（软化）淡化（除盐）除铁锰(removalofironandmanganese)地下水中经常铁和锰同时存在，影响感官性状。除铁常用方法曝气法:将压缩空气通入水中或将水喷洒于空气中，促使二价铁氧化为三价铁沉淀，再经过滤去除。锰砂过滤:二氧化锰可将二价铁氧化为三价铁而滤除。混凝法:常用的混凝剂如硫酸铝、聚氯化铝都可去除水中的铁。石灰法:提高水的pH值，使铁盐水解生成氢氧化铁胶体，能混凝为絮状物而沉淀。水中锰的去除较困难，可采取长时间或多次曝气、或用氧化剂使锰快速氧化，使二价锰变成四价锰，以二氧化锰形式沉淀。除氟(defluoridation)混凝法:使用硫酸铝、聚氯化铝都有除氟效果，但用量较大，需100～300mg／L或更高。使水中铝增高，有时可使水带涩味。活性氧化铝法:是目前我国除氟主要方法。活性氧化铝是一种多孔吸附剂，有较大表面积，吸附容量为1.2～1.6mgF-／g骨碳法:骨碳主要成分为磷酸钙Ca３(PO4)2·CaCO３，国内研究认为主要成分为羟基磷酸钙Ca5(PO4)３OH，除氟机理为离子交换，此外还有吸附作用。特异净水器：除氟除砷除硬(软化)(removalofhardness)加热法将水加热到100℃以上时，可去除大部分碳酸盐硬度，非碳酸盐硬度加热不能去除。药剂法——石灰法最简便而经济Ca(HCO３)2＋Ca(OH)2→2CaCO３↓＋２Ｈ2ＯMg(HCO３)2＋２Ｃa(OH)2→2CaCO３↓＋Mg(OH)2↓＋２Ｈ2Ｏ离子交换法利用离子交换剂的活性基因与水中钙、镁交换而使水软化。Na2Ｒ＋ＣaSO４→RCa＋Na2SO４交换饱和后，可用5～15％的氯化钠溶液再生后反复使用。CaR＋２ＮaCl→RNa2＋CaCl2

蒸馏法:最古老的方法。膜技术：电渗析法(electrodialysis)反渗透法(reverseosmosis):美军在海湾战争中普遍配备ROWPH（ReverseOsmosiswaterpurificatiosunit）。可用于海水、苦咸水淡化，并去除ABC战剂。离子交换法:交换容量较低，只适用于含盐量很低的苦咸水。故多只用于海、空军作救生用或边防小分队淡化苦咸水用。单兵和小分队救生用海水脱盐剂主要成分为银泡沸石，可使海水中氯、钠、钙、镁等离子形成不溶性沉淀物，并被过滤装置截留。淡化(除盐desalination)SchematicofSoftenerWaterSoftenerRESIN(Sodium)RawWater(Sodium)Calcium&MagnesiumTreatedWaterIonExchange:SodiumforCalcium&MagnesiumHeatSourceCoolingWaterRawWaterTreatedWaterSteamDistillationSchematicofReverseOsmosisMoreConcentratedSolutionLessConcentratedSolutionMembranePressureReverseOsmosisUnit第五节军队给水卫生

一、分散式给水二、集中式供水三、军队饮用水卫生标准四、野战条件下水质检验五、用水量规定六、水源卫生侦察七、水源选择与防护八、野战条件下净水器材军队给水方式可分为集中式和分散式。我军在五十至七十年代除驻城市或大单位为集中式给水外，大部分部队以分散式给水为主。至八十年代中期，集中式给水已占军队自备水源70％以上，饮用自来水人数已超过90％。从发展来看集中式给水将取代分散式给水。从全军水源卫生调查和全军边远地区分散部队给水卫生调查结果表明不论集中式或是分散式给水，在技术上和管理上都存在不少问题。分散式给水(separatewatersupply)用水者在分散地由水源直接取水。在水量，水质上都不如集中式给水，但设备简单、可就地利用水源。我军分散式给水存在的主要问题:水源水量不足，缺水和无水源占12.2％；水源水质问题不少：有部分高铁、高氟、高硬度及苦咸水水源；卫生管理落后：水源卫生防护差，细菌超标严重；设备简陋；管理者卫生意识薄弱；无专人管理——绝大多数水源水未经处理，只极少数水源水不定期的用漂白粉消毒。目前边远地区分散部队（边防海防部队，偏远山区的导弹、雷达、通信和一些守备部队）仍为分散式给水。任务严峻。集中式供水(centralizedwatersupply)集中式给水通常称自来水，是指由水源集中取水，然后集中对水进行净化和消毒，再通过配水管网将水送到给水站或用户。集中式给水便于水源选择和防护，集中净化消毒有利于保证水质的卫生安全，由管网运输配水可以防止运送过程污染，卫生管理和监督也比较容易。但一旦发生污染，引起疾病的发生和流行，受害人群多，甚至达千万人。工艺流程一般分为取水、净水和配水三个过程，由于水源类型、水质情况、生产能力、经济技术条件等不同，各过程的设备可有较大的差别。地面水或浅井水地面水作为水源时的常规流程过滤池水泵取水混凝沉淀池清水池加压水泵用户（管网末梢）输水管网水塔高位水池混凝剂消毒剂地下水作为水源可省略沉淀混凝步骤深井水或泉水地下水为水源或水质良好时可省去混凝沉淀步骤（一）集中式给水工艺流程原水浑浊度(度)净化工艺的调整≤5氯消毒或紫外线消毒<20～50慢砂滤或快砂滤(<20度)、氯消毒50～150沉淀池或初步滤池、慢砂滤、氯消毒或接触过滤、氯消毒>150混凝沉淀或澄清、快砂滤或无阀滤池、氯消毒>1000预沉淀、混凝沉淀或澄清（助凝剂）、快砂滤或无阀滤池、氯消毒（二）集中式给水取水设备（三）集中式给水混凝沉淀（四）集中式给水过滤（慢滤池、快滤池、无阀滤池）（五）集中式给水消毒（六）集中式给水配水设备（七）集中式给水卫生管理(二次加压)三、军队饮用水卫生标准

（militarystandardofdrinkingwater）

（包括军队战时饮用水卫生标准和低矿化度饮用水卫生标准）军队战时饮用水卫生标准(militarystandardofdrinkingwateratwartime）军队平时在营区内执行国家《生活饮用水卫生标准》，但在战时或野外条件执行《军队战时饮用水卫生标准》(GJB651-89）饮水期限的规定：分为7天与90天两类。7天以内是指应急情况，如遭受核、化、生武器袭击、缺水地区战斗、供水极端困难或天灾等意外或不正常的环境条件。此时，指标项目减少至最低限度，各指标限量值以不发生介水传染病和急性中毒，能保持军队战斗力为目标而定。90天以内指离开平时固定的营房，较长时期野营训练、防御战斗、施工等情况。此时不考虑可逆性慢性危害，亦不考虑敏感人群，主要以亚慢性毒理实验为依据。军用化学毒剂限量值的确定，以3天计算。饮水量的规定国内外饮水水质标准的制定多以2L计算，但军队所处的环境和劳动强度与一般人不同，饮水量定为5L。水质指标的选择7天应急情况下设18项指标(非核、化战争时，只有11项指标)。90天与7天比较，减去军用毒剂指标6项，增加一般化学指标3项，毒理学指标5项，如饮用淡化水再增加硼一项。低矿化度饮用水矿化卫生标准(JDl335—92)（Mineralizationstandardofdrinkingwaterwithlowminerallevel)1992年颁发。规定了军队平战时饮用低化度水(淡化水、冰雪水、雨水等)时进行矿化处理的水质卫生要求。低矿化度水(waterwithlowminerallevel)：天然水中总无机盐(溶解性总固体)含量（即矿化度）在100mg/l以下的水。淡化水(desalinationwater)：海水、苦咸水经脱盐处理后的水。矿化水(mineralizationwater)：矿化处理(即人工添加人体需要的无机物)的水。矿化标准:低矿化度水经矿化处理后，各成分的含量应在表1所规定的限值范围，最低应达到适宜浓度下限值。

四、野战条件下的水质检验我军：水质理化检验：WEF91—2检水检毒箱水质卫生微生物学检验:水质细菌检验箱外军；工程水质检验箱：供净水操作人员用。预防医学检水箱：主用于现场检测水质。野战微生物检验箱有机物：现有掌上GC/MS。六、水源卫生侦察目的解决部队在行军野营或野战条件下给水的安全问题。战时、或使用核化生武器时，更具有重要意义。重点要解决的问题：水源有无遭受污染、水质是否符合军队战时饮用水卫生标准、水量是否充沛等问题。提出水源利用、防护及水质改善意见，供指挥者参考。水源卫生侦察的内容如下：卫生地形学调查：判断周围有无污染源卫生流行病学调查：周围有无水媒传染病或地方病水质检验：水质是否合格水量测定：水量是否充沛水源卫生侦察报告：水源种类、分布、水量、水质特点、利用方法、需要采取的措施，应附上地形分布图。七、水源选择与防护平时水源选择（新辟水源或另辟水源时）基本原则：水量必须充足可靠。特别要考虑季节性变化（如河流枯水期），上游用水情况，地下水开采情况等。水源水质必须合乎地面水卫生要求。如果水质符合生活饮用水卫生标准，只经消毒即可饮用。否则应采取水质改善措施。水源周围无污染源，以及便于防护。管理使用方便。通常按以下顺序：深层地下水（非地方病区）、浅层地下水、江河水、湖水、水库水、塘水。其它：尽可能利用地方给水措施。还要考虑水质改善技术的可能，如高铁水、高氟水、苦咸水或污染严重的水源，应考虑能否有改善的能力