給水處理理論與工藝

1、給水處理理論與工藝主要內(nèi)容 世界與我國水資源現(xiàn)狀 我國飲用水源水質(zhì)與飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之 間的矛盾 常規(guī)處理工藝的強(qiáng)化 給水深度處理技術(shù) 消毒技術(shù)與管道衛(wèi)生學(xué) 展望地球上水的總量1.361018m3淡水儲量僅為3.51016m3不足全球總水量的3%易開發(fā)利用的淡水儲量為4.01015m3，占淡水的11%世界水資源概況世界水資源研究所：全世界有26個國家2.32 億人口面臨缺水的威脅 聯(lián)合國發(fā)出警報：世界范圍內(nèi)的缺水問題將嚴(yán)重制約本世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并有可能導(dǎo)致國家和地區(qū)間發(fā)生沖突和戰(zhàn)爭我國水資源現(xiàn)狀n 人均水資源占有量人均水資源占有量2200立方米立方米n 約為世界平均水平的約為世界平均水平的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經(jīng)濟(jì)損失約每年因缺水而造成的經(jīng)濟(jì)損失約 20003000億元億元飲用水水質(zhì)問題飲用水水質(zhì)問題微量有機(jī)污染物微量有機(jī)污染物藻類及其代謝產(chǎn)物（藻毒素）藻類及其代謝產(chǎn)物（藻毒素）嗅味嗅味 氯化消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物 致病微生物致病微生物 有機(jī)物對膠體的保護(hù)作用有機(jī)物對膠體的保護(hù)作用 穩(wěn)定性鐵錳、色度穩(wěn)定性鐵錳、色度 氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽等氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽等 管網(wǎng)微生物再繁殖（二次污染）管網(wǎng)微生物再繁殖（二次污染） 重金屬重金屬 微量有機(jī)污染物微量有機(jī)污染物 濃度低、毒性大，濃度低、毒性大，“致癌、致畸、致突致癌、致畸、致突 變變”，有

3、些是，有些是“內(nèi)分泌干擾物質(zhì)內(nèi)分泌干擾物質(zhì)”, ,特別特別 是由于面源污染引入的農(nóng)藥等污染物是由于面源污染引入的農(nóng)藥等污染物 殺蟲劑殺蟲劑、塑化劑、雙酚樹脂組分、酞酸酯 （玩具、乙烯地板、清潔劑、PVC制品）、 表面活性劑（烷基酚）等 危害：破壞人類的生殖系統(tǒng)，破壞人類的生殖系統(tǒng)，會提前或 延遲青春期的時間。 藻類及其代謝產(chǎn)物藻類及其代謝產(chǎn)物 我國水體富營養(yǎng)化，藻類過量繁殖，有我國水體富營養(yǎng)化，藻類過量繁殖，有 些水體幾千萬個些水體幾千萬個/L/L 藻類在代謝過程中產(chǎn)生的藻毒素直接危藻類在代謝過程中產(chǎn)生的藻毒素直接危 害人體健康害人體健康 藻類影響常規(guī)水處理工藝，而且在消毒藻類影響常規(guī)水處理工

4、藝，而且在消毒 過程中會與氯作用生成氯化消毒副產(chǎn)物過程中會與氯作用生成氯化消毒副產(chǎn)物 嗅味嗅味 化學(xué)污染物引起的嗅味，如氯酚、化學(xué)污染物引起的嗅味，如氯酚、 硫化物等硫化物等 藻類代謝產(chǎn)物藻類代謝產(chǎn)物 很多嗅味有機(jī)物濃度很低很多嗅味有機(jī)物濃度很低(ng/L(ng/L級級),), 難于被現(xiàn)行的常規(guī)給水處理工藝難于被現(xiàn)行的常規(guī)給水處理工藝 去除去除 有機(jī)物在消毒過程中與氯作用生成有害有機(jī)物在消毒過程中與氯作用生成有害副產(chǎn)物副產(chǎn)物HOCl + 天然有機(jī)物天然有機(jī)物 及有機(jī)污染物及有機(jī)污染物副產(chǎn)物前質(zhì)副產(chǎn)物前質(zhì)!氧化的氧化的NOMNOM醛、酸等醛、酸等鹵代有機(jī)物鹵代有機(jī)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賈第蟲賈第蟲隱孢子蟲隱孢子蟲( , 難以被水廠現(xiàn)行的氯消毒工藝滅活難以被水廠現(xiàn)行的氯消毒工藝滅活引起流行病爆發(fā)流行病爆發(fā)（如美國） 有機(jī)物對膠體的保護(hù)作用有機(jī)物對膠體的保護(hù)作用 水中有機(jī)物濃度偏高水中有機(jī)物濃度偏高天然有機(jī)物濃度增加天然有機(jī)物濃度增加3mg/L(3mg/L(以以TOCTOC計計) )， 投藥量需要增加約投藥量需要增加約5 5倍倍水廠藥耗很高水廠藥耗很高,鋁濃度偏高（老年癡呆鋁濃度偏高（老年癡呆 癥）癥）我國水土流失嚴(yán)重，流失率高達(dá)我國水土流失嚴(yán)重，流失率高達(dá)30%30% 有機(jī)物在無機(jī)膠體表面形成高負(fù)

6、電保護(hù)層有機(jī)物在無機(jī)膠體表面形成高負(fù)電保護(hù)層 與地下水中的鐵錳不同，地表水中的地表水中的鐵錳與有機(jī)物絡(luò)合鐵錳與有機(jī)物絡(luò)合，難于去除 在給水廠中剩余的微量鐵錳，會使水會使水的色度增加，影響水的感官指標(biāo)的色度增加，影響水的感官指標(biāo)有機(jī)絡(luò)合性鐵錳有機(jī)絡(luò)合性鐵錳 氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽 在一定條件下氨與氯作用生成氯氨，消 耗氯，影響消毒效果影響消毒效果 在一定條件下氨被轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽， 對人體有害 硝酸鹽的濃度一般不高 可生物同化有機(jī)物可生物同化有機(jī)物 水消毒以后，細(xì)菌在水輸配過程中仍會再度繁殖，這種水在生物學(xué)上認(rèn)為是不穩(wěn)定的。將水中能為細(xì)菌繁殖提供條件的有機(jī)物去除

7、，使細(xì)菌不能再度繁殖，認(rèn)為水已具有生物穩(wěn)定性 去除水中可生物同化有機(jī)物，有利于保障管網(wǎng)水質(zhì)飲用水標(biāo)準(zhǔn)飲用水標(biāo)準(zhǔn) 1976-1984 我國2323項指標(biāo) 1985年3535項指標(biāo)，增加了某些農(nóng)藥和消毒副產(chǎn)物等 2000年建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8888項指標(biāo) 2001年9月1日衛(wèi)生部規(guī)范9696項指標(biāo) 2003年建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)101101項指標(biāo)衛(wèi)生部規(guī)范衛(wèi)生部規(guī)范- -飲用水標(biāo)準(zhǔn)飲用水標(biāo)準(zhǔn)新增加指標(biāo)（新增加指標(biāo)（20012001年年9 9月月1 1日）日）濁度濁度 1 1 度度 （原標(biāo)準(zhǔn)（原標(biāo)準(zhǔn)33度度 ）Al 0.2 mg/LAl 0.2 mg/L耗氧量耗氧量 3 mg/L3 mg/L常規(guī)指標(biāo)常規(guī)指標(biāo)非

8、常規(guī)指標(biāo)非常規(guī)指標(biāo)農(nóng)藥等有機(jī)物及消毒副產(chǎn)物農(nóng)藥等有機(jī)物及消毒副產(chǎn)物5050多項多項重金屬重金屬8 8項項硫化物硫化物1 1項、鈉項、鈉1 1項項飲水與健康飲水與健康 據(jù)世界衛(wèi)生組織報道，據(jù)世界衛(wèi)生組織報道，80%80%疾病與水有關(guān)疾病與水有關(guān) 年世界衛(wèi)生報告：減少威脅和年世界衛(wèi)生報告：減少威脅和促進(jìn)健康生活促進(jìn)健康生活不潔飲水為人類健康的不潔飲水為人類健康的1010大威脅之一。大威脅之一。 但長期飲用純水也不利于人體健康但長期飲用純水也不利于人體健康 需要加強(qiáng)對城市飲用水水質(zhì)凈化需要加強(qiáng)對城市飲用水水質(zhì)凈化現(xiàn)行常規(guī)給水處理工藝的主要功能現(xiàn)行常規(guī)給水處理工藝的主要功能原水混凝沉淀過濾消毒出水 懸

9、浮性成分懸浮性成分（粘土顆粒、有機(jī)顆粒等） 天然有機(jī)物天然有機(jī)物（如腐殖酸、富里酸等） 膠體成分膠體成分（如無機(jī)與有機(jī)膠體） 微生物微生物（細(xì)菌、浮游生物、藻類等） 但常規(guī)處理對于水中微量有但常規(guī)處理對于水中微量有機(jī)污染物和氨氮等污染物的去機(jī)污染物和氨氮等污染物的去除效果較差除效果較差 濃度低、危害大、去除難濃度低、危害大、去除難 飲用水源中微量有機(jī)物特點飲用水源中微量有機(jī)物特點飲用水源保護(hù)飲用水源保護(hù) 強(qiáng)化混凝 預(yù)氧化技術(shù) 強(qiáng)化沉淀與氣浮 強(qiáng)化過濾技術(shù) 混凝劑的優(yōu)選混凝劑的優(yōu)選 助凝劑助凝劑 混凝條件的改善與高效混凝設(shè)備混凝條件的改善與高效混凝設(shè)備 混凝劑投量的控制混凝劑投量的控制 根據(jù)水質(zhì)

10、情況選擇合理的混凝劑及組合根據(jù)水質(zhì)情況選擇合理的混凝劑及組合 如采用預(yù)先部分水解的混凝劑如采用預(yù)先部分水解的混凝劑(聚合鋁、聚聚合鋁、聚合鐵、聚硅鋁、聚硅鐵、聚合鐵鋁等）合鐵、聚硅鋁、聚硅鐵、聚合鐵鋁等） 控制最優(yōu)的混凝條件如控制最優(yōu)的混凝條件如pH, 混凝劑投量混凝劑投量 幾種混凝劑（具有不同水解速度）的組合幾種混凝劑（具有不同水解速度）的組合投加投加助凝劑助凝劑 3. 聚合物聚合物 (天然或人工合成的)天然的 : 淀粉, 甲殼素2. 投加比重大成分或吸附劑投加比重大成分或吸附劑 膨潤土: 10 to 50 mg/L粉末石灰石粉末硅粉末活性炭1。活化硅酸?；罨杷酦a2O + SiO2 Na

11、2SiO3OH (-O-Si-O-)nOH-混凝條件的改善與高效混凝設(shè)備混凝條件的改善與高效混凝設(shè)備 高效混合設(shè)備 機(jī)械攪拌具有較大的適應(yīng)性，但對設(shè)備質(zhì)量要求高 網(wǎng)格絮凝、折板絮凝等 數(shù)學(xué)模型法 流動電流 PDA（透光率脈動檢測） 顯微攝像觀測混凝劑投量的自動檢測控制混凝劑投量的自動檢測控制 生物穩(wěn)定性生物穩(wěn)定性00.511.522.53氯二氧化氯高錳酸鉀過氧化氫臭氧高鐵酸鉀原子氧羥基自由基氧化劑標(biāo)準(zhǔn)E （V）可應(yīng)用于給水處理中的氧化劑可應(yīng)用于給水處理中的氧化劑臭氧預(yù)氧化臭氧預(yù)氧化-原理原理O3OH分解分解 H2O, O2H2O, O2直接氧化直接氧化間接氧化間接氧化NOMVOCsFe/Mn氧

12、化產(chǎn)物氧化產(chǎn)物氧化產(chǎn)物氧化產(chǎn)物臭氧預(yù)氧化（效果）臭氧預(yù)氧化（效果） 可破壞有機(jī)物中不飽和鍵可破壞有機(jī)物中不飽和鍵 可將氨可將氨(NH(NH3 3) )氧化成硝酸鹽氧化成硝酸鹽(NO(NO3 3) )，在中性，在中性pHpH速度極慢速度極慢 有機(jī)物分子量降低、可生化性提高有機(jī)物分子量降低、可生化性提高 初級中間產(chǎn)物初級中間產(chǎn)物AmesAmes試驗陽性試驗陽性, ,但在較高的臭但在較高的臭氧投量下，致突變活性又會下降。氧投量下，致突變活性又會下降。臭氧預(yù)氧化效果（續(xù)）臭氧預(yù)氧化效果（續(xù)） 較低臭氧投量有利于助凝較低臭氧投量有利于助凝, , 投量過高不利投量過高不利于混凝于混凝 溶解性有機(jī)物溶解性有

13、機(jī)物DOCDOC濃度升高濃度升高 由于臭氧氧化由于臭氧氧化, ,水中有機(jī)物羧基官能團(tuán)增多水中有機(jī)物羧基官能團(tuán)增多, ,濾后水中鋁濾后水中鋁( (或鐵或鐵) )總濃度升高總濃度升高( (新修訂的新修訂的9696項水質(zhì)指標(biāo)中鋁的殘余濃度為項水質(zhì)指標(biāo)中鋁的殘余濃度為0.2mg/L)0.2mg/L)臭氧預(yù)氧化效果（續(xù)）臭氧預(yù)氧化效果（續(xù)） 能滅活水中浮游生物、細(xì)菌、病毒、能滅活水中浮游生物、細(xì)菌、病毒、孢子及一些致病微生物孢子及一些致病微生物;在高濃度長氧在高濃度長氧化時間下顯著滅活賈第蟲和隱孢子蟲化時間下顯著滅活賈第蟲和隱孢子蟲 可進(jìn)一步提高常規(guī)給水處理除藻效果可進(jìn)一步提高常規(guī)給水處理除藻效果 可可

14、去除嗅味，對含飽和鍵的嗅味去除去除嗅味，對含飽和鍵的嗅味去除作用有限作用有限臭氧預(yù)氧化效果（續(xù)臭氧預(yù)氧化效果（續(xù)） 破壞水中部分三鹵甲烷前質(zhì)，水中重破壞水中部分三鹵甲烷前質(zhì)，水中重碳酸鹽含量較高時效果好碳酸鹽含量較高時效果好 (直接氧化作直接氧化作用為主用為主) 將溴離子氧化成溴酸根和次溴酸根，將溴離子氧化成溴酸根和次溴酸根，后者易于與鹵代有機(jī)物前驅(qū)物質(zhì)作用后者易于與鹵代有機(jī)物前驅(qū)物質(zhì)作用生成危害性更大的溴代三鹵甲烷生成危害性更大的溴代三鹵甲烷 使水中三氯硝基甲烷的生成勢升高使水中三氯硝基甲烷的生成勢升高高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化技術(shù)高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化技術(shù)1982-1990年年 重點研究了高錳

15、酸鉀除污染特性重點研究了高錳酸鉀除污染特性 高錳酸鉀的強(qiáng)化混凝與強(qiáng)化過濾特性高錳酸鉀的強(qiáng)化混凝與強(qiáng)化過濾特性 1990年以后年以后 高錳酸鹽復(fù)合藥劑的除污染特性高錳酸鹽復(fù)合藥劑的除污染特性 強(qiáng)化混凝與除污染特性強(qiáng)化混凝與除污染特性 高錳酸鹽復(fù)合劑除污染生產(chǎn)應(yīng)高錳酸鹽復(fù)合劑除污染生產(chǎn)應(yīng)用觀測用觀測(20(20萬噸萬噸/ /日規(guī)模日規(guī)模) )原水高錳酸鹽復(fù)合藥劑處理濾后高錳酸鹽復(fù)合劑對水中藻類去除效果高錳酸鹽復(fù)合劑對水中藻類去除效果 藻含量：2.5106個/L，pH7.2-7.5, 水溫27oC高錳酸鹽復(fù)合劑對嗅味的去除效果高錳酸鹽復(fù)合劑對嗅味的去除效果（巢湖水）（巢湖水） 優(yōu)化斜板間距優(yōu)化斜板間

16、距 斜管沉淀斜管沉淀 氣浮氣浮 多功能沉淀多功能沉淀-氣浮氣浮 強(qiáng)化處理低溫低濁、高藻等難處理強(qiáng)化處理低溫低濁、高藻等難處理水質(zhì)且提高處理系統(tǒng)的適應(yīng)性水質(zhì)且提高處理系統(tǒng)的適應(yīng)性, ,特別是特別是突然高濁、持續(xù)高濁等時期處理困難突然高濁、持續(xù)高濁等時期處理困難問題問題沉淀沉淀-氣浮的技術(shù)特點氣浮的技術(shù)特點 適應(yīng)性強(qiáng) 已經(jīng)在很多水廠應(yīng)用 研究了能夠滿足氣浮和沉淀要求的設(shè)計方法 通過流態(tài)斜板、間距、池子的幾何尺寸等優(yōu)化，提出了一種新的設(shè)計方法 該方法是為以氣浮為主導(dǎo)的設(shè)計思想 按此方法進(jìn)行的模型實驗比現(xiàn)行的生產(chǎn)運行的氣浮-沉淀系統(tǒng)有更高的水質(zhì)強(qiáng)化過濾技術(shù)強(qiáng)化過濾技術(shù) 采用雙層或多層濾料采用雙層或多層

17、濾料 采用助濾劑采用助濾劑 采用改性采用改性 (濾料表面改性濾料表面改性) 降低濾速降低濾速(5m/h以下以下) 減速過濾減速過濾 采用新型濾池采用新型濾池 (如翻版閥濾池如翻版閥濾池)改性濾料現(xiàn)行的石英砂濾料多功能改性濾料吸附能力有限提高表面吸附能力進(jìn)水進(jìn)水改性濾料對水中藻類的強(qiáng)化去除效果改性濾料對水中藻類的強(qiáng)化去除效果 （濾前水平均葉綠素含量1 4 7 . 7 3 m g / L ）0501001500246810過濾時間（h ）葉綠素a 含量（m g/L）復(fù)合改性砂石英砂給水深度處理技術(shù)給水深度處理技術(shù) 活性炭吸附 臭氧-活性炭聯(lián)用 高錳酸鹽預(yù)氧化與活性炭聯(lián)用 臭氧高級氧化技術(shù) 膜技術(shù)

18、生物處理技術(shù)活性炭吸附技術(shù)活性炭吸附技術(shù) 活性炭吸附是去除水中有機(jī)污染物最成熟有效的方法之一。存在問題： 活性炭吸附飽和問題 活性炭的選擇性吸收 活性炭的再生問題臭氧臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)活性炭聯(lián)用技術(shù) 臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)能夠充分發(fā)揮臭氧的強(qiáng)氧化能力和活性炭的高吸附性能，具有良好的除污染效果。存在問題： 投資大，運行成本高 對某些高穩(wěn)定性的有機(jī)污染物去除效果差高錳酸鹽預(yù)氧化氧高錳酸鹽預(yù)氧化氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)活性炭聯(lián)用技術(shù) 同臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)相比，降低了工程投資和運行成本。高錳酸鹽預(yù)氧化對生物活性炭去除高錳酸鹽預(yù)氧化對生物活性炭去除水中水中的影響的影響 (a)-負(fù)荷 6m/h (b)-負(fù)荷

19、9m/h高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化對生物高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化對生物活性炭去除水中活性炭去除水中UV254的影響的影響 (a)-負(fù)荷6m/h (b)-負(fù)荷9m/h高錳酸鹽復(fù)合劑預(yù)氧化對生物活高錳酸鹽復(fù)合劑預(yù)氧化對生物活性炭出水中色度的影響性炭出水中色度的影響() (a)-負(fù)荷6m/h (b)-負(fù)荷9m/h高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化對生物活高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化對生物活性炭去除氨氮的影響性炭去除氨氮的影響 (a)-負(fù)荷6m/h (b)-負(fù)荷9m/h(b)(a)臭氧高級氧化處理技術(shù)臭氧高級氧化處理技術(shù) 目的：去除水中高穩(wěn)定性微量有機(jī)目的：去除水中高穩(wěn)定性微量有機(jī)污染物，如農(nóng)藥（內(nèi)分泌干擾物質(zhì)）污染物，如農(nóng)

20、藥（內(nèi)分泌干擾物質(zhì)） 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（也稱阿特拉津，一的莠去津（也稱阿特拉津，一種除草劑，一種內(nèi)分泌干擾物質(zhì)）種除草劑，一種內(nèi)分泌干擾物質(zhì)） 粉末活性炭去除小于粉末活性炭去除小于5%。臭氧催化氧化強(qiáng)化除污染機(jī)理臭氧催化氧化強(qiáng)化除污染機(jī)理 催化劑OH.農(nóng)藥產(chǎn)物O3臭氧催化氧化特點臭氧催化氧化特點 能夠顯著地降低水中農(nóng)藥、嗅味、內(nèi)分泌能夠顯著地降低水中農(nóng)藥、嗅味、內(nèi)分泌干擾物等濃度干擾物等濃度 可充分地利用剩余臭氧，強(qiáng)化分解水中有可充分地利用剩余臭氧，強(qiáng)化分解水中有機(jī)物，避免臭氧泄露到空氣中機(jī)物，避免臭氧泄露到空氣中 可提高臭氧轉(zhuǎn)移效率可提高臭氧轉(zhuǎn)移效率 可降低臭氧投量可降低臭氧投量 既適合現(xiàn)有水廠改造（改造接觸池）、也既適合現(xiàn)有水廠改造（改造接觸池）、也適合新水廠建設(shè)（建催化氧化池）適合新水廠建設(shè)（建催化氧化池）膜技術(shù)膜技術(shù) 微濾、超濾、納濾、反滲透微濾、超濾、納濾、反滲透 是具有強(qiáng)大生命力的現(xiàn)有技術(shù)替代技術(shù)是具有強(qiáng)大生命力的現(xiàn)有技術(shù)替代技術(shù) 已經(jīng)得到了部分應(yīng)用已經(jīng)得到了部分應(yīng)