化學(xué)工程學(xué)-水：南海飲用水源突發(fā)性污染應(yīng)急處理系統(tǒng)的研究開發(fā)和建立

1、南海飲用水源突發(fā)性污染應(yīng)急處理系統(tǒng)的研究開發(fā)和建立目 錄前言1小試實驗2中試結(jié)果與討論4總結(jié)5中試準(zhǔn)備和調(diào)試3Company Logo無錫藍(lán)藻爆發(fā)事件Company Logo巢湖北岸的煙墩至義城沿岸，湖面上聚積了大量藍(lán)藻Company Logo昆明滇池污染嚴(yán)重暴發(fā)藍(lán)藻 Company Logo昆明滇池污染嚴(yán)重暴發(fā)藍(lán)藻Company Logo2007年7月，江蘇省沭陽縣地面水廠取水口遭受新沂河上游不明污染源污染，城區(qū)供水系統(tǒng)被迫關(guān)閉，城區(qū)20萬人斷水。截至3日22時，沭陽縣地面水廠取水口的水質(zhì)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到取水標(biāo)準(zhǔn)，城區(qū)無法正常供水。20億只田鼠“大鬧”洞庭湖每年1000起水污染事件 每天2-3起

2、 Company Logo從2001年至2004年，中國共發(fā)生水污染事故3988起，平均每年近1000起，每天2到3起。據(jù)國家環(huán)?？偩纸y(tǒng)計，2006年水污染事故占全部環(huán)境污染事故總量的59%。中國有3.2億農(nóng)村人口飲水不安全，其中有5000多萬人飲用水氟、砷含量超標(biāo)。2006年，中國上報法定傳染病發(fā)病人數(shù)460.9萬，其中靠水傳播疾病的發(fā)病人數(shù)127.8萬，占27.7%。今年7月1日，中國新的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)開始實施，水質(zhì)指標(biāo)增加到106項，而全國660多個設(shè)市城市的3000多家水廠中，能完全執(zhí)行106項檢測的，絕對不會超過10家。Company Logo1. 前 言飲用水質(zhì)直接關(guān)系到人的生

3、命與健康,是城鎮(zhèn)公共安全體系中最重要的核心安全問題。隨著生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) (GB5749-2006)的出臺對水質(zhì)要求大幅度提高,給供水企業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)。發(fā)生突發(fā)性水污染時如何保障城市飲用水水質(zhì)安全,成為供水行業(yè)所面臨的新課題。Company Logo1. 前 言開發(fā)和建立具有國內(nèi)先進(jìn)水平的應(yīng)急強化水處理技術(shù)，以此作為技術(shù)儲備以應(yīng)對可能發(fā)生的水源水質(zhì)突發(fā)性污染事故，不但能夠切實保障人民群眾飲用水安全，而且能為其他城市的供水企業(yè)開展水源污染事故處理、建立“城鎮(zhèn)供水安全保障及應(yīng)急體系”提供借鑒，具有良好的社會效益。Company Logo2. 中試準(zhǔn)備和調(diào)試小試試驗回顧中試調(diào)試中試工藝裝置和流程

4、Company Logo小試試驗回顧C(jī)ompany Logo中試工藝裝置和流程Company Logo中試與水廠二期出水濁度和CODcr對比中試調(diào)試Company Logo3.中試結(jié)果與討論CompanyOrganizationSolution MuR&D MUPlanning MUINFRA MU鉻汞重金屬鉛鎘CompanyOrganizationSolution MuR&D MUPlanning MUINFRA MU有機(jī)物揮發(fā)酚苯系物油LASCompany Logo突發(fā)鉛污染應(yīng)急處理工藝研究1. 實驗方法2. 結(jié)果與討論3. 小節(jié)Company Logo實驗方法出水進(jìn)水污染物配水池混合反應(yīng)

5、池斜管沉淀池砂濾池氯堿PACPAM應(yīng)急除鉛中試流程：實驗方案：原水鉛濃度不變的情況下，綜合比較各種處理方法對鉛的應(yīng)急處理效果，以驗證小試結(jié)果。在優(yōu)化應(yīng)急處理工藝條件下，改變原水鉛濃度，考察其應(yīng)急處理能力。Company Logo結(jié)果與討論加堿PAC(mg/L) PAM(mg/L) 鉛濃度(mg/L) 濾前 濾后 1-20-0.02280.00432-50-0.00790.00043氫氧化鈉調(diào)pH9 200.40.00160.00024石灰水調(diào)pH9 200.40.00300.00035石灰乳調(diào)pH920-0.00220.00046石灰乳調(diào)pH9200.40.00110.00027石灰乳調(diào)pH1

6、0200.40.00090.0002各處理工藝中試運行結(jié)果注：原水鉛濃度為0.9872-1.1023mg/L Company Logo結(jié)果與討論預(yù)加堿強化混凝的應(yīng)急除鉛處理能力 石灰乳調(diào)pH-9.0PAC-20mg/LPAM-0.4mg/L優(yōu)化應(yīng)急處理工藝Company Logo結(jié)果與討論應(yīng)急除鉛成本分析項目單價噸水用量噸水費用備注元/噸公斤元石灰400 0.00720.00288PAC5250.020.0105液體商品PAM250000.00040.01陰離子濃硫酸6500.00460.00299總計0.02637Company Logo小節(jié)pH值是影響水中鉛的形態(tài)的重要因素，燒杯實驗除鉛的

7、最佳pH值為10.0，中試試驗pH值9和10除鉛效果相當(dāng)。權(quán)衡石灰投加量的增加、污泥量和除鉛效果，實際生產(chǎn)中pH值以9.0較為適宜。預(yù)加堿后，混凝劑和助凝劑復(fù)配能夠增強應(yīng)急除鉛的效果。最佳復(fù)配投藥量為：PAC為20mg/L，PAM為0.4mg/L。中試試驗除鉛效果較燒杯實驗結(jié)果好，石灰乳的預(yù)堿化除鉛效果較氫氧化鈉和石灰水好。在無加堿設(shè)施的情況下，PAC投加量增加至50mg/L能使鉛在濾后達(dá)標(biāo)，是臨時應(yīng)急的有效措施，但會造成濾池污染。原水鉛濃度在超標(biāo)168倍以下，采取預(yù)加堿強化混凝的方法可以使濾后水中鉛穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，濾前水中鉛控制在0.03mg/L以下。Company Logo突發(fā)鎘污染應(yīng)急處理工藝

8、研究1. 實驗方法2. 結(jié)果與討論3. 小節(jié)Company Logo實驗方法出水進(jìn)水污染物配水池混合反應(yīng)池斜管沉淀池砂濾池氯堿PACPAM應(yīng)急除鎘中試流程：實驗方案：原水鎘濃度不變的情況下，綜合比較各種處理方法對鎘的應(yīng)急處理效果，以驗證小試結(jié)果。在優(yōu)化應(yīng)急處理工藝條件下，改變原水鎘濃度，考察其應(yīng)急處理能力。Company Logo結(jié)果與討論加堿PAC(mg/L) PAM(mg/L) 鎘濃度(mg/L) 濾前 濾后 1-20-0.01110.00632-50-0.00660.00223氫氧化鈉調(diào)pH9 20-0.00350.00084氫氧化鈉調(diào)pH10 20-0.00300.00075氫氧化鈉調(diào)

9、pH10200.10.00320.00046石灰乳調(diào)pH920-0.00370.00047石灰乳調(diào)pH1020-0.00400.00058石灰乳調(diào)pH10200.10.00410.0011各處理工藝中試運行結(jié)果注：原水鎘濃度為0.1723-0.2112mg/LCompany Logo結(jié)果與討論預(yù)加堿混凝的應(yīng)急除鎘處理能力 石灰乳調(diào)pH-9.0PAC-20mg/L優(yōu)化應(yīng)急處理工藝Company Logo結(jié)果與討論應(yīng)急除鎘成本分析項目單價噸水用量噸水費用備注元/噸公斤元石灰400 0.00750.003PAC5250.020.0105液體商品濃硫酸6500.00520.00338總計0.01688

10、Company Logo小節(jié)沒有應(yīng)急加堿設(shè)施的情況下，可以增加混凝劑的投加量并配合高頻度的反沖洗來應(yīng)急處理，使出水鎘達(dá)標(biāo)，但是此方法濾前水不穩(wěn)定，容易污染濾池，且有出水鋁超標(biāo)的風(fēng)險。 預(yù)投加氫氧化鈉和石灰乳的除鎘效果相當(dāng)。 燒杯實驗的最佳pH值為10，中試pH值9和10對鎘的去除率相差不到0.2%。 投加助凝劑對鎘的去除沒有得到增強。 原水鎘濃度在超標(biāo)100倍以下，采取預(yù)加堿應(yīng)急除鎘可以使濾前水和濾后水中鎘穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。 Company Logo突發(fā)鉻（六價）污染應(yīng)急處理工藝研究1. 實驗方法2. 結(jié)果與討論3. 小節(jié)Company Logo實驗方法應(yīng)急除鉻中試流程：實驗方案：原水鉻濃度不變的情況

11、下，綜合比較各種處理方法對鉻的應(yīng)急處理效果，以驗證小試結(jié)果。在優(yōu)化應(yīng)急處理工藝條件下，改變原水鉻濃度，考察其應(yīng)急處理能力。出水進(jìn)水污染物配水池混合反應(yīng)池斜管沉淀池砂濾池硫酸亞鐵堿PACPAMCompany Logo結(jié)果與討論硫酸亞鐵(mg/L)加堿PAC(mg/L) PAM(mg/L) 六價鉻濃度(mg/L)總鉻濃度(mg/L) 濾前 濾后 濾前 濾后 1-20-0.664 0.6030.7440.7392-50-0.658 0.585 0.7030.698316.5-20-0.012 0.005 0.0850.017416.5氫氧化鈉pH920-0.004 0.004 0.0250.0045

12、16.5石灰乳pH920-0.004 0.004 0.0180.008616.5石灰乳pH9200.10.004 0.004 0.0150.004各處理工藝中試運行結(jié)果注：原水鉻（VI）濃度為0.694-0.770mg/L Company Logo結(jié)果與討論預(yù)加堿強化混凝的應(yīng)急除鉻處理能力 硫酸亞鐵投量1：22（Cr6+:FeSO47H20） 石灰乳調(diào)pH9.0PAC-20mg/L優(yōu)化應(yīng)急處理工藝Company Logo結(jié)果與討論應(yīng)急除鉻成本分析項目單價噸水用量噸水費用備注元/噸公斤元硫酸亞鐵3000.0880.0264以80倍污染計石灰400 0.00750.003PAC5250.020.0

13、105液體商品濃硫酸6500.00520.00325總計0.04315Company Logo小節(jié)常規(guī)處理以及強化常規(guī)處理對鉻的去除率都低于20%，處理效果不好。投加適量的硫酸亞鐵后，鉻的去除率可達(dá)89%以上。投加硫酸亞鐵后，再加入堿至pH9，可提高總Cr的去除率，并且提高出水的穩(wěn)定性。加入的堿氫氧化鈉和石灰乳對鉻的去除效果差別不大。投加助凝劑對鉻的去除效果改善不明顯。硫酸亞鐵投量少于最佳投量比時，出水鉻有超標(biāo)的風(fēng)險，而按投量比投加過量20%的硫酸亞鐵，出水鉻可達(dá)標(biāo)，且出水不會殘留過量的鐵離子。原水鉻濃度在超標(biāo)80倍以下，采取硫酸亞鐵應(yīng)急除鉻可以使濾前水和濾后水中鉻穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。Company L

14、ogo突發(fā)汞污染應(yīng)急處理工藝研究1. 實驗方法2. 結(jié)果與討論3. 小節(jié)Company Logo實驗方法出水進(jìn)水污染物配水池混合反應(yīng)池斜管沉淀池砂濾池堿硫化鈉PACPAM應(yīng)急除汞中試流程：實驗方案：原水汞濃度不變的情況下，綜合比較各種處理方法對汞的應(yīng)急處理效果，以驗證小試結(jié)果。在優(yōu)化應(yīng)急處理工藝條件下，改變原水汞濃度，考察其應(yīng)急處理能力。Company Logo結(jié)果與討論處理方法結(jié)果pHNa2S(mg/L)FeSO4(mg/L)PAC(mg/L) PAM(mg/L) 汞濃度(mg/L) 濾前 濾后 1-20-0.038990.0059929-20-0.038420.009773-0.12-20

15、-0.0022030.00143490.12-20-0.005860.00203590.122020-0.004230.00188690.12-400.10.001070.000319各處理工藝中試運行結(jié)果注：原水汞濃度為0.05914-0.06375mg/LCompany Logo結(jié)果與討論預(yù)加堿強化混凝的應(yīng)急除鉛處理能力 石灰乳調(diào)pH-9.0硫化鈉投加量1：2（Hg2+:Na2S9H2O） PAC-40mg/LPAM-0.1mg/L優(yōu)化應(yīng)急處理工藝Company Logo結(jié)果與討論應(yīng)急除汞成本分析項目單價噸水用量噸水費用備注元/噸公斤元硫化鈉248000.00020.00496以100倍污

16、染計石灰400 0.00720.00288PAC5250.040.021液體商品PAM250000.00010.0025濃硫酸6500.00520.00325總計0.03459Company Logo小節(jié)常規(guī)混凝處理濾前水汞（超標(biāo)約60倍）的去除率不到30%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)值，濾后水去除率約為90%，但仍未達(dá)標(biāo)。預(yù)加堿調(diào)pH至9后，汞的去除效果較常規(guī)混凝處理沒有得到加強。硫化鈉單獨使用對濾前水汞的去除率為63.9%，配合預(yù)加堿至pH9后，濾前汞的去除率為90.4%，去除率提高了26.5%。強化混凝能提高硫化鈉對汞的去除率約7.8%。實驗確定的最佳藥劑方案為PAC20mg/L，PAM0.1mg/L

17、。中試運行基本和小試結(jié)果一致。采用硫化鈉沉淀聯(lián)合強化混凝應(yīng)急除汞，在汞超標(biāo)100倍以下，濾后水可達(dá)標(biāo)，在汞超標(biāo)60倍以下，沉后水可達(dá)標(biāo)。Company Logo突發(fā)揮發(fā)酚污染應(yīng)急處理工藝研究1. 實驗方法2. 結(jié)果與討論3. 小節(jié)Company Logo實驗方法應(yīng)急除揮發(fā)酚中試流程：實驗方案：原水揮發(fā)酚濃度不變的情況下，綜合比較各種處理方法對揮發(fā)酚的應(yīng)急處理效果，以驗證小試結(jié)果。在優(yōu)化應(yīng)急處理工藝條件下，改變原水揮發(fā)酚濃度，考察其應(yīng)急處理能力。出水進(jìn)水污染物配水池混合反應(yīng)池斜管沉淀池砂濾池活性炭PAC活性炭吸附池Company Logo結(jié)果與討論揮發(fā)酚突發(fā)污染特征分析污染倍數(shù)濁度CODcr色度

18、嗅味感官質(zhì)量020.85.125無一般5020.86.125無一般10020.73.225無一般20020.85.725無一般40020.65.525輕微一般Company Logo結(jié)果與討論各處理工藝中試運行結(jié)果注：原水揮發(fā)酚濃度為0.168-0.173mg/LCompany Logo結(jié)果與討論預(yù)加堿強化混凝的應(yīng)急除鉛處理能力 活性炭-30mg/L吸附時間-45minPAC-20mg/L優(yōu)化應(yīng)急處理工藝Company Logo結(jié)果與討論應(yīng)急除揮發(fā)酚成本分析項目單價噸水用量噸水費用備注元/噸公斤元活性炭40000.030.12市價PAC5250.020.0105液體商品總計0.1305Comp

19、any Logo小節(jié)揮發(fā)酚突發(fā)污染具有以下特征：輕微嗅味，色度、濁度、CODcr均無明顯變化，感官上無明顯特征，且在水中殘留時間長。 約100倍揮發(fā)酚污染，常規(guī)混凝處理濾前揮發(fā)酚去除率平均為19.4%，去除率較低，濾后揮發(fā)酚可達(dá)標(biāo)。 約100倍揮發(fā)酚污染，活性炭吸附可使濾前揮發(fā)酚去除率提高到64.6%，濾后揮發(fā)酚達(dá)標(biāo)。投加活性炭30mg/L，保證吸附時間45min，可使200倍以下濾后水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，15倍以下濾前水達(dá)標(biāo)。 Company Logo突發(fā)LAS污染應(yīng)急處理工藝研究1. 實驗方法2. 結(jié)果與討論3. 小節(jié)Company Logo實驗方法應(yīng)急除LAS中試流程：實驗方案：原水LAS濃度不變

20、的情況下，綜合比較各種處理方法對LAS的應(yīng)急處理效果，以驗證小試結(jié)果。在優(yōu)化應(yīng)急處理工藝條件下，改變原水LAS濃度，考察其應(yīng)急處理能力。出水進(jìn)水污染物配水池混合反應(yīng)池斜管沉淀池砂濾池活性炭PAC活性炭吸附池預(yù)氧化池氧化劑Company Logo結(jié)果與討論LAS突發(fā)污染特征分析污染倍數(shù)濁度CODcr色度嗅味感官質(zhì)量0（原水）18.25.125無一般520.523.630無少量泡沫1022.337.130無少量泡沫2022.742.545無較滑，少量泡沫5023.466.340無較滑，少量泡沫Company Logo結(jié)果與討論各處理工藝中試運行結(jié)果LAS濾前去除效果LAS濾后去除效果Company

21、 Logo結(jié)果與討論預(yù)加堿強化混凝的應(yīng)急除鉛處理能力 活性炭-30mg/L吸附時間-45minPAC-20mg/L優(yōu)化應(yīng)急處理工藝Company Logo結(jié)果與討論應(yīng)急除LAS成本分析項目單價噸水用量噸水費用備注元/噸公斤元活性炭40000.030.12市價PAC5250.020.0105液體商品總計0.1305Company Logo小節(jié)突發(fā)LAS污染原水，濁度、色度略有增加，CODcr增加趨勢較明顯，沒有明顯嗅味，5倍污染原水即有少量泡沫，20倍以上污染原水感官差。水中殘留時間長。 常規(guī)混凝對LAS沒有去除效果。 高錳酸鉀預(yù)氧化，可使濾前LAS去除率為21.1%，濾后LAS去除率為26.0

22、%。投加30mg/L活性炭吸附處理，濾前LAS平均去除率為74.7%，濾后LAS平均去除率為85.0%，濾后超標(biāo)約1.5倍，但是去除效果明顯較前述處理方法好。 活性炭吸附應(yīng)急處理，LAS污染在8倍以下，濾后水LAS濃度均低于0.25mg/L，濾前水LAS濃度低于0.3mg/L,均可達(dá)標(biāo)。Company Logo突發(fā)油類污染應(yīng)急處理工藝研究1. 實驗方法2. 結(jié)果與討論3. 小節(jié)Company Logo實驗方法應(yīng)急除油中試流程：實驗方案：原水油濃度不變的情況下，綜合比較各種處理方法對油的應(yīng)急處理效果，以驗證小試結(jié)果。在優(yōu)化應(yīng)急處理工藝條件下，改變原水油濃度，考察其應(yīng)急處理能力。出水進(jìn)水污染物配水

23、池混合反應(yīng)池斜管沉淀池砂濾池活性炭PAC活性炭吸附池Company Logo結(jié)果與討論油類突發(fā)污染特征分析污染倍數(shù)濁度CODcr色度嗅味感官質(zhì)量0（原水）11.35.125無一般512.15.840輕少量浮油1013.26.730輕少量浮油5017.514.645中大量浮油10020.858.950重大量浮油Company Logo結(jié)果與討論各處理工藝中試運行結(jié)果總油濾前去除效果總油濾前去除效果Company Logo結(jié)果與討論預(yù)加堿強化混凝的應(yīng)急除鉛處理能力 活性炭-30mg/L吸附時間-45minPAC-20mg/L優(yōu)化應(yīng)急處理工藝Company Logo結(jié)果與討論應(yīng)急除油成本分析項目單價

24、噸水用量噸水費用備注元/噸公斤元活性炭40000.030.12市價PAC5250.020.0105液體商品總計0.1305Company Logo小節(jié)突發(fā)油類污染原水，濁度、色度略有增加，CODcr增加趨勢較明顯，10倍污染以下有輕微嗅味，并且水面漂浮少量浮油，50倍以上污染原水嗅味較重，且水面漂浮大量浮油，感官較差。常規(guī)混凝處理濾前總油的平均去除率為39%，去除率不高，濾后總油的平均去除率為83.5%，濾后水超標(biāo)約1.6倍。PAC投加40mg/L強化常規(guī)混凝處理后，濾前總油的平均去除率為65.5%，濾后總油的平均去除率為89.5%，較未強化之前均有一定提高，雖然出水解決達(dá)標(biāo)，但是嗅味明顯。投

25、加活性炭30mg/L吸附，濾前和濾后水基本達(dá)標(biāo)，且無嗅味。 原水在38倍污染以下，濾后水中總油均低于0.05mg/L，可達(dá)標(biāo)。5倍污染原水應(yīng)急處理后濾前濾后水中油均可達(dá)標(biāo)。 Company Logo突發(fā)苯及苯系物污染應(yīng)急處理工藝研究1. 實驗方法2. 結(jié)果與討論3. 小節(jié)Company Logo實驗方法應(yīng)急除苯及苯系物中試流程：出水進(jìn)水污染物配水池混合反應(yīng)池斜管沉淀池砂濾池活性炭PAC活性炭吸附池Company Logo結(jié)果與討論苯及苯系物突發(fā)污染特征分析揮發(fā)性強嗅味重濃度高時，濃度隨時間變化趨勢明顯少量浮于液面上Company Logo結(jié)果與討論各處理工藝中試運行結(jié)果常規(guī)混凝（PAC20mg

26、/L）對苯及苯系物的去除效果 粉末活性炭（30mg/L）吸附對苯及苯系物的去除效果 Company Logo結(jié)果與討論除苯及苯系物應(yīng)急處理工藝 石灰乳調(diào)pH-9.0PAC-20mg/LPAM-0.4mg/L優(yōu)化應(yīng)急處理工藝Company Logo結(jié)果與討論Company Logo結(jié)果與討論Company Logo結(jié)果與討論Company Logo小節(jié)突發(fā)苯及苯系物類污染原水，濃度隨時間變化趨勢明顯，有較強的嗅味，對原水的色度改變不大。 投加粉末活性炭吸附，可增強對苯及苯系物污染原水的嗅味的去除效果。 投加活性炭30mg/L對苯、甲苯、二甲苯的處理能力約為5、2、2倍。Company LogoC

27、ompany Logo飲用水處理新技術(shù)光催化氧化技術(shù)生物活性碳技術(shù)超濾技術(shù)微濾膜技術(shù)反滲透技術(shù)鈉濾技術(shù)Company Logo光催化氧化技術(shù)對飲用水中致癌物質(zhì)特性的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些致癌物質(zhì)主要是由小相對分子質(zhì)量的有機(jī)物造成的，一般處理技術(shù)對此去除率不高，近20年發(fā)展起來的光化學(xué)催化技術(shù)對相對分子質(zhì)量小于120的有機(jī)物具有良好的去除能力。1972年，日本的Fujishima和Hoda發(fā)現(xiàn)受光照的TiO2半導(dǎo)體電極可以持續(xù)發(fā)生水的氧化還原反應(yīng)；1983年，美國A.L.Pruden等人就一系列污染物的光催化作了連續(xù)報道，隨后光催氧化技術(shù)的研究推廣到金屬離子，無機(jī)物和微生物的光降解。國內(nèi)武漢大學(xué)、中國科學(xué)院感光所、中國科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)所及清華大學(xué)等對半導(dǎo)體光催化的水處理技術(shù)作了大量研究，結(jié)