飲用水深度處理方式技術(shù)應(yīng)用開(kāi)展趨勢(shì)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)講義

1、飲用水深度處理方式技術(shù)應(yīng)用開(kāi)展趨勢(shì)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)講義主要內(nèi)容中國(guó)環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀我國(guó)的水源水質(zhì)情況我國(guó)自來(lái)水廠現(xiàn)有工藝的欠缺水廠工藝改造的技術(shù)深度處理的發(fā)展趨勢(shì) 中國(guó)環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀政府一貫重視經(jīng)濟(jì)發(fā)展很快，污染程度嚴(yán)重環(huán)保工作滯后 城鎮(zhèn)污水處理一級(jí)A排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) CODcr50mg/L 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)V水體 CODcr40mg/L 農(nóng)村面污染：養(yǎng)殖業(yè)、化肥、農(nóng)藥 突發(fā)污染事故頻發(fā)期水體污染嚴(yán)重松花江水體污染無(wú)錫太湖水體污染 水環(huán)境生態(tài)修復(fù)必須付出代價(jià)日本 琵琶湖 用了25年 耗費(fèi)1000億元（人民幣）（1/5太湖水體）英國(guó) 泰晤士河 用了50年 耗費(fèi)3000億元（人民幣）歐洲 萊茵河 用了50-70年

2、 耗費(fèi)10000億元（人民幣）（沿河各國(guó)）中國(guó) 淮河、黃河、海河發(fā)展污染 是一對(duì)矛盾，發(fā)展快，污染大我國(guó)還要發(fā)展，還會(huì)污染，環(huán)保形勢(shì)嚴(yán)峻大的水體生態(tài)修復(fù)沒(méi)有30-50年是不會(huì)生效的 我國(guó)水源水質(zhì)情況工業(yè)污染：基本治理，但排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)低，尚待提高農(nóng)業(yè)污染：量大面廣，處理難度大，有待時(shí)日城市生活污染：污水處理廠發(fā)展很快，但管道不配套。 2012年6月止，全國(guó)市縣城鎮(zhèn)污水廠3243座，日處理能力達(dá)1.39億立方米（全世界發(fā)展最快的國(guó)家）1、無(wú)機(jī)離子污染 汞水俁病 鎘痛痛病 重金屬離子污染土壤，通過(guò)食物鏈危害人類(lèi) 加強(qiáng)廠內(nèi)處理，就可緩解2、有機(jī)物污染 合成有機(jī)物既造福人類(lèi)，也禍害人類(lèi) ！ 持久性有機(jī)污

3、染物（POPS) 長(zhǎng)久存在于環(huán)境中，通過(guò)食物鏈，危害人類(lèi)。 內(nèi)分泌干擾物（EDCs) 類(lèi)似于激素與生物體本身的激素爭(zhēng)奪受體，影 響內(nèi)分泌系統(tǒng)，長(zhǎng)期作用導(dǎo)致野生動(dòng)物減少甚至滅絕。2、有機(jī)物污染 藥品與個(gè)人護(hù)理用品（PPCPs) 可溶于水，但很難被降解和轉(zhuǎn)化。對(duì)水生生物產(chǎn)生生 物毒性。 地表水、地下水體都檢出 污水處理廠排水與飲用水中皆有檢出 傳統(tǒng)工藝風(fēng)險(xiǎn)大，深度處理工藝基本清除3、微生物污染 新的細(xì)菌、病毒的產(chǎn)生，在惡化的環(huán)境下會(huì)變異。 微生物污染仍然是第一位要控制的。我國(guó)自來(lái)水廠現(xiàn)有工藝的欠缺我國(guó)現(xiàn)有的自來(lái)水廠95%以上仍然采用的是常規(guī)工藝（百年老店）：混凝沉淀過(guò)濾消毒老三套，主要是應(yīng)對(duì)濁度、

4、細(xì)菌、病毒的（可以去除懸浮物與膠體）。對(duì)于百年后的水源中出現(xiàn)的溶解性小分子有機(jī)污染物、大量的氨氮、臭味物質(zhì)就無(wú)能為力了。常規(guī)工藝只能去除30%左右的CODMn。給水深度處理傳統(tǒng)工藝的不足砂子為濾料的過(guò)濾技術(shù)，可以保證去除5m的顆粒，但不能保證去除溶解性有機(jī)污染物 在水處理中“混凝沉淀過(guò)濾”約可去除CODMn20-30%。給水深度處理傳統(tǒng)工藝的不足超濾：可截留分子量10萬(wàn)以上的顆粒，可去除藻類(lèi)（1m）、細(xì)菌、病毒（0.011m），保證出廠水的微生物安全。在截留大分子有機(jī)污染物的同時(shí)，也能去除少部分小分子有機(jī)污染物。在水處理中，超濾可去除10%CODMn，但理論上截留不了小于1萬(wàn)分子量（相當(dāng)粒徑5

5、nm）的有機(jī)物。水中污染物的分子量與分子尺寸給水水源中的主要污染物當(dāng)前我國(guó)環(huán)境污染形勢(shì)已經(jīng)嚴(yán)重影響給水水源，主要污染物是溶解性有機(jī)污染物（殺蟲(chóng)劑、除草劑、塑化劑、藥與個(gè)人防護(hù)用品等）。根據(jù)陶氏公司的資料與蔣仁甫研究員的整理，水中污染物的分子量大都在10000Da以下，尺寸小于50，即5nm，要去除這些有機(jī)污染物，就要具有去除小于5nm的技術(shù)。我國(guó)地表水源中有機(jī)污染物分子量分析 我國(guó)地表水水源中形成TOC（總有機(jī)碳）的污染物分子量大都在5000以下！給水深度處理傳統(tǒng)工藝的不足綜合以上圖表，針對(duì)當(dāng)前水源水中主要污染物溶解性有機(jī)污染物（尺寸在5nm ），傳統(tǒng)工藝是無(wú)能為力的；去除有機(jī)污染物的主要技術(shù)

6、是氧化、吸附、膜濾（納濾與反滲透）技術(shù)。水廠工藝改造的技術(shù)在水源水質(zhì)不斷惡化的條件下，要使自來(lái)水達(dá)到新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，必須將常規(guī)工藝改造成深度處理工藝，增加去除溶解性有機(jī)污染、臭味與氨氮的能力：水廠工藝的改造首先應(yīng)是強(qiáng)化常規(guī)處理，不用增加構(gòu)筑物；在強(qiáng)化常規(guī)處理還不能達(dá)到要求時(shí)，可增設(shè)其他深度處理技術(shù)。深度處理技術(shù)分為以下幾類(lèi)投加氧化劑活性炭吸附生物預(yù)處理臭氧-生物炭膜技術(shù)投加氧化劑加氯或投加高錳酸鉀、臭氧、過(guò)氧化氫、二氧化氯等氧化劑取代氯，使氯的消毒副產(chǎn)物減少，可以改善水的混凝條件，將粘附在膠體表面的有機(jī)物氧化，使膠體容易凝聚下沉?；钚蕴课揭酝捎玫幕钚蕴恳晕⒖渍冀^大多數(shù)，屬于氣相炭，而水處

7、理用炭要吸附水中一定分子量的有機(jī)污染物，就要求炭的次微孔發(fā)達(dá)，平均孔徑1.2nm3.2nm。原有的活性炭炭源只選擇一種煤，因此它的孔徑分布就有一定的局限性。應(yīng)選擇不同孔徑的煤作炭源，混合、磨粉、壓塊成型、進(jìn)爐炭化、活化，然后再破碎篩分，此類(lèi)炭稱(chēng)為壓塊破碎炭，它具有合理的孔徑（大孔、中孔、微孔）分布，將能高效地吸附水中污染物?；钚蕴课桨词Y仁甫研究員研究結(jié)果，建議最能有效去污染物的活性炭孔徑（D）與污染物粒徑（d）之比 D/d=36，以去除5nm的污染物的 6 倍計(jì)，則炭孔徑需30nm為宜。 活性炭孔隙功能圖從圖可見(jiàn)，活性炭的中孔（2nm-50nm）最適宜吸附有機(jī)污染物?；钚蕴课轿覀儗?shí)驗(yàn)結(jié)果活

8、性炭對(duì)分子量10003000的污染物去除效果最好。活性炭吸附可作為去除有機(jī)污染物的把關(guān)技術(shù)。生物預(yù)處理如原水中氨氮高，則采用生物預(yù)處理去除。水中氨氮可在混凝沉淀過(guò)程中去除20%左右，在砂濾池中去除3050%（不預(yù)加氯時(shí)），在生物炭池中去除3050%，最后加氯過(guò)程還可部分去除。一般情況下，如有臭氧生物炭技術(shù)，即使氨氮23mg/L時(shí)，也可不設(shè)生物預(yù)處理。臭氧-生物炭臭氧的作用投加臭氧的問(wèn)題生物炭的作用生物炭的問(wèn)題臭氧-生物炭存在問(wèn)題的解決方法臭氧的作用能將較大分子有機(jī)物降解到較小分子，更易被后續(xù)活性炭吸附，還可將小分子有機(jī)物直接降解至H2O與CO2；可使難生物降解有機(jī)物（NBDOC）轉(zhuǎn)化為易生物降

9、解有機(jī)物（BDOC），便于活性炭上生物膜進(jìn)一步降解；可充氧，使炭池水中溶解氧（DO）達(dá)過(guò)飽和狀態(tài)（達(dá)12mg/L），給炭表面微生物創(chuàng)造良好的生長(zhǎng)環(huán)境，充分發(fā)揮生物降解作用；宏觀上，可以加強(qiáng)脫色、脫臭、殺菌等作用。投加臭氧的問(wèn)題產(chǎn)生某些有毒有害副產(chǎn)物，如溴酸鹽、甲醛；氧化有機(jī)氮成無(wú)機(jī)氮，氨氮會(huì)增高；氧化后小分子有機(jī)物增加，使生物可同化有機(jī)碳（AOC）增加。如臭氧單獨(dú)使用，則會(huì)增加管網(wǎng)水生物不穩(wěn)定性。生物炭的作用活性炭不僅具有物理吸附功能，由于臭氧的作用，炭表面的微生物生長(zhǎng)迅速，形成生物膜對(duì)易生物降解的有機(jī)物起生物降解作用，因此，稱(chēng)為生物炭。物理吸附與生物降解兩種作用的相加，可以延長(zhǎng)活性炭的工作周

10、期，減少再生次數(shù)，降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。實(shí)踐證明 臭氧生物炭中的活性炭可運(yùn)轉(zhuǎn)34年，長(zhǎng)期去除CODMn2025%；生物炭的問(wèn)題由于活性炭吸附污染物的容量有限制，去除有機(jī)污染物效果會(huì)隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)而下降，到一定時(shí)限，需及時(shí)再生；活性炭如單獨(dú)使用，其工作周期約0.5年1年，就需再生，再生活性炭的費(fèi)用約是新活性炭的1/3。由于炭粒徑較大，且有微生物膜生長(zhǎng)在炭表面，炭池出水中攜帶微生物。炭上的微生物因冬季水溫低而生物作用下降，去除有機(jī)物效率會(huì)有所降低。臭氧-生物炭存在問(wèn)題的解決方法溴酸鹽的控制： 原水中Br-濃度過(guò)高（100g/L）時(shí)投加臭氧會(huì)引起出水中消毒副產(chǎn)物溴酸鹽（BrO3-）超標(biāo)（10g/L）?？?/p>

11、制BrO3-的產(chǎn)生有多種方法，如：減少臭氧投加量；調(diào)低pH；投加氨氮、FeSO4、投堿、投加H2O2等。臭氧-生物炭存在問(wèn)題的解決方法微生物泄漏的控制 可采用如下辦法： 濾池、炭池加蓋，防止搖蚊下卵，防止日光照射、水蚤生長(zhǎng)。將濾池置于炭池后，炭池出水可加助濾劑、消毒劑，濾池濾料采用細(xì)濾料（d=0.51.2mm）截留微生物。適當(dāng)增加炭池反沖洗次數(shù)。生物炭池出水處設(shè)不銹鋼網(wǎng)（200目）截留微生物。如有一定泄漏，也可改成紫外線與氯聯(lián)用消毒，紫外線能有效殺滅兩蟲(chóng)與細(xì)菌、病毒，氯可維持管網(wǎng)的消毒劑余量。膜技術(shù)微濾（孔徑約0.1m）和超濾（孔徑約0.01m，可截留分子量5萬(wàn)100萬(wàn)）在給水廠可取代砂濾。超

12、濾可去除細(xì)菌、病毒等顆粒污染物，但對(duì)溶解性小分子有機(jī)污染物和臭味物質(zhì)不能去除，可去除CODMn約10%（主要去除1萬(wàn)以上分子量）。膜技術(shù)超濾的優(yōu)點(diǎn)濁度可降至0.1NTU（低溫低濁水適宜），可去除兩蟲(chóng)、細(xì)菌和病毒，保證管網(wǎng)水的生物安全性；不加任何化學(xué)藥劑，純物理作用；只需維持管網(wǎng)水的沿途消毒，消毒劑量可降低。膜技術(shù)納濾可去除大于300分子量、反滲透可去除大于200分子量的有機(jī)物，所以基本上有機(jī)物的污染都能去除。但，納濾、反滲透膜價(jià)貴、使用年限短（約3年）、運(yùn)轉(zhuǎn)要求高、使用壓力高、濃縮水處置難等原因，暫時(shí)尚不適用。深度處理的發(fā)展趨勢(shì)地表水深度處理發(fā)展趨勢(shì)地下水深度處理發(fā)展趨勢(shì)地表水深度處理發(fā)展趨勢(shì)

13、從我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r分析，針對(duì)水源受有機(jī)污染物的危害，應(yīng)采用：活性炭作為把關(guān)技術(shù)；臭氧-生物炭可作為主導(dǎo)推廣技術(shù)，必要時(shí)，可設(shè)紫外消毒。當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定條件時(shí)，可將砂濾改成超濾，或在臭氧-生物炭后增設(shè)超濾以保管網(wǎng)水生物安全。地表水深度處理發(fā)展趨勢(shì)如果原水氨氮高，有機(jī)污染高，可考慮采用嘉興貫涇港二期的工藝： 原水混凝沉淀生物濾池臭氧-生物炭砂濾消毒出水 該工藝中去除氨氮采用生物預(yù)處理，但置于沉淀池后，這樣可以充分發(fā)揮沉淀池的作用，不致“越俎代庖”，只需去除有機(jī)物與氨氮；砂濾放在最后，可以截留生物炭池泄露的微生物。地表水深度處理發(fā)展趨勢(shì)具有經(jīng)濟(jì)條件的城市，則可考慮北京郭公莊水廠的工藝 原水混凝沉

14、淀臭氧-生物炭超濾紫外出水其中， 臭氧-生物炭：投資約350元/m3/d，運(yùn)行費(fèi)用小于0.2元/m3； 超濾：投資約350元/m3/d，運(yùn)行費(fèi)用小于0.15元/m3； 紫外：投資約30元/m3/d，運(yùn)行費(fèi)用約0.03元/m3。地表水深度處理發(fā)展趨勢(shì)國(guó)外深度處理發(fā)展情況：高級(jí)氧化荷蘭阿姆斯特丹PWN水廠工藝膜濾（納濾）法國(guó)Mery-sur-ise水廠高級(jí)氧化荷蘭阿姆斯特丹PWN水廠工藝工藝流程： 湖水混凝上向流過(guò)濾UV/H2O2活性炭濾池活性炭濾池出水UV：0.9KWH/m3，H2O2投加量：4mg/L。采用了“高級(jí)氧化-活性炭吸附”，使農(nóng)藥去除率大于80%；減少消毒副產(chǎn)物，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行良好，全面提高了水質(zhì)。膜濾（納濾）法國(guó)Mery-sur-ise水廠法國(guó)Mery-sur-ise水廠由于殺蟲(chóng)劑濃度較高，臭氧-生物炭還不能完全去除，所以采用納濾去除。出水水質(zhì)：Actiflo沉淀出口濁度為1.1NTU；濾池出口濁度為0.05NTU。納濾后TOC平均含量為0.18mg/L，殺蟲(chóng)劑低于分析儀器的下限50ng/L，鈣離子的平均含量40mg/L。工藝去除95%有機(jī)物，100%硫酸鹽，95%殺蟲(chóng)劑，50%礦物質(zhì)。投資1100歐元/(m3/d)10000元/(m3/d)，處理成本1.07歐元/m310元/m3。地下水深度處理發(fā)展趨勢(shì)