1、饮用水保障与深度处理技术,饮用水,现行生活饮用水卫生标准明确规定,合格的饮用水性状应无色、无味、无臭、清洁透明；有毒有害物质不得超过最高允许浓度；不得含有各种子病原体；细菌总数和大肠杆菌群数应在允许范围内。,三大饮用水水质标准指标体系,目前国际上三种较权威的饮用水水质标准:WHO 的饮用水水质准则、EC 的饮用水水质指令、USEPA 的美国饮用水水质标准。常规生活饮用水水质标准包括感官性状、微生物指标、化学毒性指标和放射性指标,而为遏制水中消毒剂、消毒副产物、农药等物质的毒性危害,现行水质标准多将化学毒性指标分类列出。,三大饮用水水质标准特点,三大标准是目前国际上公认的先进、安全的水质标准,也2、是各国制定标准的基础或参照,而这三部标准由于建立和使用地区的经济发展、环境条件、科技力量等的差异而各具特点。WHO饮用水水质准则作为一种国际性的水质标准,应用范围广,已成为几乎所有饮用水水质标准的基础,但它不同于国家正式颁布的标准值,不具有立法约束力,不是限制性标准。该标准是根据现有研究资料,经多国家、多学科、多位专家的评定和判断而建立的,制订过程严谨,包含参数较多,具有自己的定量危险度的评价方法,代表了世界各国的病理学、健康学、水环境技术、安全评价体系的最新发展,涵盖面广泛,指标完整全面,参考意义重大。但是该标准推荐的标准值是从保护人类健康的宗旨出发的,不一定满足水生生物和生态保护的要求。,3、三大饮用水水质标准特点,EC饮用水水质指令重点体现了标准的灵活性和适应性,欧盟各国可根据本国情况增加指标数,对浊度、色度等未规定具体值,成员国可在保证其他指标的基础上自行规定。该标准将污染物分为强制性和非强制性两类,在48 项指标中有20 项为指示参数,并参照WHO饮用水水质准则引入了丙烯酰胺等有机物指标。既考虑了西欧发达国家的要求也照顾了后加入的发展中国家,同时兼顾了欧盟国家在南北地理气候上的差别。USEPA美国饮用水水质标准是在安全饮用水法的体系下制订、完善和执行的国家标准,具有立法的约束性,并针对某些参数制订了相关条例。和其他标准比较,该标准在科学、严谨的基础上更加重视标准的可操作性和实4、用性,注重风险、技术和经济分析。该标准就微生物对人体健康的危害风险予以高度重视,微生物指标数多达7 项。各项指标提出了两个浓度值,即最大浓度值和最大浓度限值,最大浓度限值主要是为保障人体健康,并不涉及到污染物的检出限和控制技术,具体执行时采用最大浓度值。,我国生活饮用水水质标准的比较,1976年卫生部制定了我国第一个国家饮用水标准生活饮用水卫生标准（TJ 20-76），共有23项指标；1985年修订为生活饮用水卫生标准（GB 5749-1985），35项指标。此外，2001年6月，卫生部颁布了生活饮用水水质卫生规范（2001），建设部也于2005年6月颁布实施城市供水水质标准（CJ/T206-5、2005），2007年7月1日，由国家标准委和卫生部联合发布了生活饮用水卫生标准（GB 5749-2006）强制性国家标准（新标准）。新标准具有以下三个特点：加强了对水质有机物、微生物和水质消毒等方面的要求；统一了城镇和农村饮用水卫生标准；实现饮用水标准与国际接轨。新标准水质项目和指标值的选择，充分考虑了我国实际情况，并参考了WHO、EC、USEPA、俄罗斯和日本等国饮用水标准。,对我国现行水质标准的探讨,某些水质指标的限值仍值得研究 相对于卫生部2001年发布的生活饮用水卫生规范和建设部2005年实施城市供水水质标准，卫生部2007年发布的生活饮用水卫生标准指标更完备，限值上也作了适当调整，6、但有些指标的可操作性仍需商榷，这里以镉、铅和砷为例加以说明，其限值如表1所示。,对我国现行水质标准的探讨,2 水质标准力求完善化，标准修订要实现制度化,对我国现行水质标准的探讨,3 标准的执行要统一，保障要有力,新国标（GB5749-2006）与旧国标（GB5749-85）的对比,水质指标由GB 5749-85的35项增加至106项，增加了71项；修 订了8项；微生物指标由2项增至6项，增加了大肠埃希氏菌、耐热大肠菌群、贾第鞭毛虫和隐孢子虫；修订了总大肠菌群；饮用水消毒剂由1项增至4项，增加了一氯胺、臭氧、二氧化氯；毒理指标中无机化合物由10项增至21项，增加了溴酸盐、亚氯酸盐、氯酸盐、锑、钡7、铍、硼、钼、镍、铊、氯化氰；并修订了砷、镉、铅、硝酸盐；毒理指标中有机化合物由5项增至53项，增加了甲醛、三卤甲烷、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、三溴甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、环氧氯丙烷、氯乙烯、1,1-二氯乙烯、1,2-二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、六氯丁二烯、二氯乙酸、三氯乙酸、三氯乙醛、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、2,4,6-三氯酚、氯苯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯、三氯苯、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、丙烯酰胺、微囊藻毒素-LR、灭草松、百菌清、溴氰菊酯、乐果、2,4-滴、七氯、六氯苯、林丹、马拉硫磷、对硫磷、甲基对硫磷、五氯酚、莠去津、呋喃丹、8、毒死蜱、敌敌畏、草甘膦；修订了四氯化碳；感官性状和一般理化指标由15项增至20项，增加了耗氧量、氨氮、硫化物、钠、铝；修订了浑浊度；放射性指标中修订了总放射性。,饮用水及水源污染现状,水资源危机已经成为继石油危机之后的第二大危机。我国淡水资源人均占有量 2340m3，约为世界人均占有水量的1/4，被列为最贫水的13个国家之一。近年来，随着我国经济的快速发展，特别是有机化工、石油化工、医药、农药、杀虫剂及除草剂等生产工业的迅速发展，有机化合物的产量和种类不断增加，各种生产废水和生活污水未达到排放标准就直接进入水体，致使地下水源受到污染。国家环保总局提供的资料表明，2004年全国污水排放总量达到49、82亿吨；全国七大水系中，一半以上河段受到不同程度的污染，达不到饮用水源的标准。淮河、黄河的污染出现反弹，淮河主要水质污染指标已达到或超过历史最高水平，黄河干流一度有 40的河段水质为劣五类，基本丧失水体功能。全国 70以上的河流湖泊都遭受到不同程度的污染，特别是流经城市的河段近 90%都受到了污染，城市内湖水质较差。地下水质污染仍十分严峻，2004 年全国 187 个城市中，地下水污染减轻的有 39 个，污染加重的有 52 个，水质稳定的有 96 个。,饮用水及水源污染现状,饮用水源地水质差不但增加自来水的处理成本，而且一些难以去除的有毒有害污染物将直接危及人类健康。水利部的一份报告显示：目10、前，全国农村有 3 亿多人饮水不安全，其中约有 1.9 亿人饮用水有害物质含量超标，6300 多万人饮用高氟水，200 多万人饮用高砷水，3800 多万人饮用苦咸水。全国 151 个地表水源区有 65.4的人口饮用不符合生活饮用水水质标准的水，其中两亿人饮用大肠菌群超标水，1.64 亿人饮用有机污染严重水，与水源污染有关的疾病多达 50 余种，恶性肿瘤和肝炎的发病率呈明显上升的趋势。据联合国公布的数据，全世界有 11 亿人饮用受到污染的水，每天大约有 6000 名儿童死于不卫生的水及其它环境问题所引起的疾病。饮用水的水质安全性值得忧虑。,水质污染事件,危害：松花江水体严重污染，哈尔滨市停水4天11、，造成负面国际影响；北江污染造成多城市停水，直接经济损失逾五千万元，间接经济损失则超过一亿元；太湖污染造成数百万居民1周内无法正常饮水。,饮用水安全的定义,饮用水安全包含如下两方面的含义：（1）饮用水在使用中，水质不应该给人体带来短期或长期的健康危害，即水在自然属性上的安全性。（2）饮用水系统对遭受突发水质事故的威胁，包括事故性水质危害（自然灾害、突发性水质污染事故、内源性水质恶化、水厂运行事故）和破坏性水质危害（人为蓄意破坏、恐怖袭击），应具有良好的预防、保护、应急和恢复功能，即供水在社会意义上的安全性。现行发达国家的饮用水安全保障技术更倾向于水区管理，通过制定各种政策对流域内饮用水源水质进12、行保护，但是水源污染的消除并不是一朝一夕能解决的问题，而是一个长期的问题，对于已经污染的水源，在一定时期内还需要作为水源来供水，仅通过长期的水源治理不能保障出厂水的饮用水安全性。因此，对于水中的污染物质，世界上各国的研究机构致力于各种污染物质在水厂处理工艺中的去除技术研究。,饮用水的安全性体现,饮用水的安全性主要体现在两个方面：一种是饮用水中化学物质带来的化学风险，二是饮用水中微生物带来的生物稳定性问题。饮用水的化学风险是指饮用水中大量微量有机物的存在所带来的危害。据调查：我国以长江、黄浦江、嘉陵江、钱塘江等为水源的水厂出水中都检测出了不同浓度的壬基酚类、酞酸酯类以及非离子表面活性剂等，污染水13、平与日本相近，高于欧美一些国家。北京市以永定河为水源的城子水厂常规工艺出水中检出的有机物达 38 种之多，包括阿特拉津、邻苯二甲酸酯及烷基酚类等。根据19851994 年对全国 35 个大城市的调查结果显示：供水耗氧量（即高锰酸盐指数，反应水中有机物含量的综合指标）的合格率仅为 77，即有 23不合格。近年来水污染加重，耗氧量超标将有增无减。饮用水中耗氧量高说明有机物含量多，在净水过程中，加氯消毒后生成的消毒副产物也会相应增多，致使水的致突变活性增强。许多地区饮用水的致癌致突变实验都呈阳性，我国的上海、昆明、哈尔滨、沈阳、广州、深圳等地均报道了饮用水致突变的阳性结果，饮用水中均含有移码型直接致14、突变物。,饮用水的安全性体现,新疆的塔什库尔干、伽师等地饮用水致突变试验也表明了水中含有对人体有明显致突变和潜在致癌风险的有机污染物。事实证明：长期饮用这种富含微量有机物的水对人体健康是非常有害的。近年来，全国恶性肿瘤和肝炎的发病率呈上升趋势，女性乳腺癌、子宫癌的发病率急剧上升，其中发病率最高的城市依次是：上海、北京、天津。此外，胎儿和婴儿出现先天性畸形，发育不全和痴呆的病例也越来越多，所有这些都和饮用水的污染密切相关。另一方面，由于水源水的主要污染物就是氨氮和有机物，而常规工艺对二者的去除效果都不好，导致出厂水中存在可生物降解有机物和微生物可利用的氮、磷，这为管网中异养菌的生长繁殖提供了所需15、的营养基质，使出厂水中未被氯消毒杀死的细菌或其他途径进入管网的细菌重新生长，增加了水生疾病传播的风险。目前国外已经在给水管道中检出几十种细菌，包括贾第虫，军团菌和隐孢子虫等。大量的调查研究表明，管网系统污染是水生疾病爆发的主要原因之一。,饮用水的安全性体现,世界卫生组织在 1996年对欧洲的 277 起水生疾病的调查表明，由于管网系统微生物再生而导致的水生疾病占 43%。美国自 1971 年以来发生了 113 起由管网系统导致的水生疾病，共有 498 人住院，13 人死亡。我国对供水量占全国 42.44%的 36 个城市调查结果表明：出厂水中细菌总数仅为 6.6 个/L，而在管网水中已上升到 16、29.2 个/L，饮用水的生物稳定性存在严重的隐患。,传统的净水工艺,我国目前绝大多数自来水厂采用的仍然是传统的净水工艺，即“混凝沉淀过滤消毒”。由于该常规净水工艺的主要去除指标是浊度、色度和细菌学指标，因此它只能有效去除水中悬浮物、胶体物质、细菌和大肠杆菌等，而对氨氮和各种溶解性有机污染物的去除效果很差。具体表现在：1、不能有效去除氨氮及有机污染物，尤其是溶解性有机物 2、不能有效去除藻类及藻毒素 3、加氯生成副产物，使出厂水致突变性增加 4、臭、味及内分泌干扰物不能被去除 5、存在出厂水不稳定及管网二次污染,饮用水安全保障基本原则,1 公益性原则 水是人类共有的，它为每个人享用。它的自然属17、性决定了它的公益性。我国提倡科学发展，可持续发展，所谓可持续发展就是既满足当代人的需求同时又不损害后代人的利益，饮用水安全保障的公益性就体现了这一点。2 绝对优先原则 生命健康权是基本的人权，如何保障这项基本的人权，首先是应该保障饮用水的安全。只有绝对优先的保护饮用水安全，才一能更好的落实人的其他权利的保护。绝对优先原则是指在任何情况下，都要绝对的保护饮用水安全饮用水安全与生命健康密切相关，所以在保护饮用水安全上确立绝对优先原则是必不可少的。,饮用水安全保障基本原则,3 安全原则 对个人来说生命健康至为重要，个人安全了，国家、世界、人类才有安全的可能。因此在饮用水安全保护中应当确立安全原则,确18、保人的生命健康，消除不安全因素。4 公平原则 由于自然的原因我国水资源的分配不公平，这种自然造成的不公平需要人为的调整为公平，使其合理,促进经济的发展。我国水资源的特点是南多北少，东多西少。在饮用水方面，城市饮用水安全指标高过农村，水量的保障方面，城市优于农村，大城市优于小城市，这是不合理的。人的生命健康是平等的，因此在饮用水安全保障上要贯彻公平原则，平等合理的保护每个人的生命健康。,饮用水安全保障基本原则,5 国家扶持原则 国家扶持原则最主要的就是国家在饮用水保护方面给予的帮助和补偿。国家的责任在于保护本国的国民安定祥和的生活，饮用水是否安全直接影响到人们的日常生活，饮用水的属性决定了国家应19、当投入人力和物力来保障饮用水的安全。饮用水是全体人民的“共享资源”和“公共财产”，任何人不能对其占有、支配和损害。,2、水处理安全保障技术,2.1 预处理技术2.1.1 粉末活性炭吸附技术 粉末活性炭对三氯苯酚、二氯苯酚、农药中所含有机物,三卤甲烷及前体物以及消毒副产物三氯醋酸、二氯醋酸和二卤乙腈等等均有很好的吸附效果,对色、嗅、味的去除效果已得到公认。粉末活性炭分为干式投加和湿式投加两种，从净水效果和操作环境考虑，推荐采用湿式投加。粉末活性炭的投加点一般是水厂进出口、快速混合处、反应 池中段和滤池进口，其投加量根据水质的不同而变化较大。,工程应用实例,（1）广州市自来水公司石门水厂采用了湿式20、投加粉末活性炭工艺，由于水源水质受到严重污染,需要24 h不间断投加粉末活性炭，水厂的投加系统自动化程度较高,工艺流程见下图：,投加室工艺流程,工程应用实例,石门水厂的主要工艺参数:炭浆浓度5%;投加量为512 mg/L;炭粉粒径为325目;投加点于取水泵站吸水井处;脉动气力输送装置输送炭粉能力为1.0 m3/h;除尘器处理风量为2 500 3 200m3/h;除尘器尾气排放粉尘含量 20 mg/m3。,工程应用实例,石门水厂粉末活性炭投加系统的工作流程如下:操作工人往溶解池内注入半池清水;把袋装粉末活性炭搬运到脉动气力输送装置的倒料口;打开倒料口与脉动气力输送装置的贮料仓之间的电动阀门,同时21、启动除尘器;人工拆包把一定量的炭粉倒入输送装置的贮料仓(拆包引起的飞扬炭粉通过除尘器吸走),当活性炭分量达到要求后则关闭电动阀门;启动空压机,往储气罐充气,当储气罐内压力达到0.7MPa时开启储气罐与脉动气力输送装置之间的电磁阀,往输送装置的送料仓输送压力空气;,工程应用实例,打开送料仓的气刀,通过气刀的启、闭将活性炭粉料和压力空气通过管道送进溶解池;启动搅拌机,将活性炭粉料制成悬乳液(进入溶解池的压力空气通过除尘器过滤后从溶解池内释放出来);待炭粉输送完毕后关闭气力输送装置和除尘器,然后通过压缩空气将过滤后粘在除尘器滤料上的炭粉抖落回至溶解池中,完成后关闭空压机,再往溶解池内注入清水,经过充22、分搅拌后,制成质量分数为5%左右的活性炭悬乳液;开启螺杆输送泵,把炭浆输送到投加点进行投加并用螺杆输送泵计量。,工程应用实例,（2）松花江水受到硝基苯污染后,采用活性炭强化常规的处理工艺，工艺流程图如下：,混凝剂为聚合铝铁,投量为3335 mg/L;助凝剂为PPC,投量为0.30.4 mg/L;粉末活性炭的投量为7 mg/L。,工程应用实例,结论：粉末活性炭吸附可使有机物的总含量显著降低,而有机物种类的减少则主要依靠混凝沉淀和过滤工艺。投加粉末活性炭对控制脂肪烃、醛酮、酸酯类有机物最具优势,而混凝沉淀及过滤工艺对芳香烃、杂环烃、醇酚、酸酯类有机物的去除效果显著。投加粉末活性炭后原水中环境优先控23、制有机物的种类并没有减少,但总含量明显降低,混凝沉淀、过滤工艺控制有机物总量的效果不明显,投加粉末活性炭是控制水中有机物的关键措施。硝基苯的去除主要依靠粉末活性炭的吸附作用完成。,2.1.2 化学预氧化技术 化学氧化预处理技术是指依靠氧化剂的氧化能力，分解破坏水中污染物的结构，达到转化或分解污染物的目的。目前常用的化学氧化预处理方法有预氯化、高锰酸钾盐预氧化、臭氧预氧化、H2O2预氧化等。化学预氧化的目的主要是为去除水中有机污染物和控制氧化消毒副产物，从而保障饮用水的安全性。此外还有除藻、除嗅和味、除铁和锰、氧化助凝等作用。,（1）预氯化技术,预氯化助凝效果非常好，在常规工艺之前加入一定量的氯24、气，对夏季时节输水管道以及净水构筑物内一些藻类的滋生具有很好的抑制作用。对叶绿素a的去除成效显著，预氯化还可降低原水之中高锰酸盐的指数以及氨氮的含量。,（2）高锰酸钾预氧化工艺,高锰酸钾预氧化可以去除色嗅味，对一些藻类以及微生物也有很好的去除杀灭效果。通过大量的实验验证高锰酸钾对颤藻具有很好的氧化效果，而且，对于氨氮以及原水中的物质，高锰酸钾也有很好的去除作用。,（2）高锰酸钾预氧化工艺,当水体受到严重污染时，高锰酸盐可以加速絮凝沉淀过程，提高混凝效率，降低出水浊度。高锰酸钾投入之后会形成水合二氧化锰，水合二氧化锰会就此沉淀，因此，在进行后续工作的时候，需要加入澄清或过滤这一程序。高锰酸钾预氧25、化工艺与其他工艺的联用：高锰酸钾与氯胺联用使二者的协同作用得到有效的发挥，对饮用水的消毒处理有重大的作用；高锰酸钾与活性炭的联用，高锰酸钾可以增强活性炭的吸附能力，活性炭可以吸收高锰酸钾生成的副产物。对于高锰酸盐复合剂预氧化技术来说，它是近几年来，最为研究者所关注的。,（2）高锰酸钾预氧化工艺,宾川县二水厂近期处理规模为1 万m3/d,考虑原水水质恶化时,采取备用高锰酸钾预氧化的强化常规水处理工艺，如下图：,高锰酸钾预氧化生产试验研究中KMnO4 的投加,采用自制PVC 板箱(100 cm 60 cm 80 cm)放于配水井边,配制1.5%的KMnO4 溶液,重力向原水中投加,根据烧杯试验最佳26、投加范围0.4 0.6 mg/L 进行投加。,高锰酸钾预氧化后,通过调整聚氧化铝(PAC)的投加量,考察其对浊度的去除效果来研究高锰酸钾预氧化的助凝效果。高锰酸钾预氧化的助凝效果变化见图2。,从图2 中能看到沉淀后浊度向下发生平移减小。高锰酸钾预氧化对水中某些紫外吸收物质的分子结构有氧化作用,助凝能够使沉后余浊下降,提高出厂水水质。,高锰酸钾预氧化对UV254、CODMn 的去除效果见图3 和图4。,高锰酸钾预氧化后对UV254 的平均去除率为69.7%,未预氧化情况下平均去除率为44.9%。投加高锰酸钾预氧化后,CODMn 的平均去除率为43.9%,投加高锰酸钾预氧化后PAC 的投加量减少。27、高锰酸钾预氧化使U V254、CODMn 的去除率明显升高。,高锰酸钾预氧化对NH3N 的去除效果如图5 所示。,从图5 中可以看出采用高锰酸钾预氧化,NH3N 的去除率明显升高(NH3N 的平均去除率为35.3%,比未预氧化提高了19.5 个百分点),PAC 的最佳投加量减少。,高锰酸钾预氧化与仅投加PAC 对藻类的去除效果对比见表2。,可以看出KMnO4 投加量仅为0.5 mg/L 就能取得很好的除藻效果(对藻类去除率高锰酸钾预氧化比常规处理高32.2 个百分点,达到53.7%),而PAC 的最佳投加量没有改变。在KMnO4 的氧化作用下,藻类和微生物细胞可分泌出生化聚合物 3 参与混凝过28、程,达到强化混凝、过滤的目的。,高锰酸钾预氧化连续运行对CODM n 的处理效果见图6。,试验期间,原水CODMn 为2.56 3.31 mg/L,平均为2.92 mg/L。由图6 可知,经高锰酸钾预氧化后出厂水CODMn 为1.44 1.97 mg/L,平均为1.64 mg/L,平均去除率43.8%。从连续运行效果来看,高锰酸钾预氧化对CODMn去除率保持在43%左右,出水水质稳定,满足国家标准。高锰酸钾预氧化对CODMn去除效果较显著。,高锰酸钾预氧化连续运行对NH3N 的处理效果见图7。,从图7 可以看出,原水NH3N 为0.13 0.20 mg/L,平均为0.16 mg/L,经高锰酸钾29、预氧化后出厂水NH3N 为0.08 0.12 mg/L,平均为0.10 mg/L,平均去除率39.8%。从连续运行效果来看,高锰酸钾预氧化对NH3N 的去除率保持在40%左右。,（3）臭氧预氧化工艺,与其他常用的化学氧化剂相比,臭氧具有较强的氧化能力,可以氧化分解水中许多有机污染物,且具有杀菌、脱色、除藻和改善絮凝等作用。引黄水库原水,重点考察了臭氧预氧化强化常规工艺的处理效果。,试验装置设计处理水量为3 m3/h。臭氧接触氧化塔由不锈钢材料制成,直径为0.5 m,高2.5 m。采用臭氧发生器、制氧机现场制备臭氧,气源为空气,生成的臭氧化空气通过射流器与原水充分混合并从接触氧化塔底部进入,臭氧30、预氧化接触时间为20 min,预臭氧化出水经水泵提升进入常规处理装置,混凝剂通过计量泵投加。常规处理装置沉淀区上升流速为2.0 2.5 mm/s,过滤流速为10 14m/h,滤池冲洗过程中,气洗强度为1215 L/(m2 s),水洗强度为1013 L/(m2 s),总停留时间为3545 min。,臭氧预氧化-常规工艺各单元对浊度的去除效果见图3。,研究结果表明臭氧氧化具有助凝作用，但试验中发现,臭氧预氧化对浊度去除作用不显著。针对试验中原水水质特点,臭氧投加量为11.5 mg/L时,对浊度的去除效果最佳,去除率为96.5%96.7%;臭氧投加量增加至2 mg/L,滤后水浊度去除率降低,臭氧化对31、浊度去除的促进作用减弱。,图4、图5所示为臭氧预氧化强化处理过程中,不同预臭氧投加量对原水中有机物去除效果的影响。,由图4可知,臭氧预氧化对原水CODMn去除有一定的强化效果。随着臭氧投加量的增加,预氧化出水CODMn的去除效果逐步减弱,但是臭氧投加量的增加改善了常规处理效果,并最终提高了滤后水CODMn的去除率,说明臭氧预氧化提高了常规工艺去除有机物的能力。,常规工艺对UV254的去除率为24%，预臭氧化出水UV254的去除率随着臭氧投加量的增加而稳步提高。但是臭氧投加量的变化对后续工艺对UV254去除效果的影响不大,滤后水UV254去除率为30%31.8%。分析认为,在低臭氧投加量条件下,32、臭氧预氧化的作用主要是部分氧化分解有机物,改善混凝条件,提高常规工艺对有机物的去除能力。,原水经过预臭氧化后,水中NH3-N含量有不同程度的升高,这是由于臭氧的强氧化性使水中部分其他还原性氮转化为氨氮。但是预臭氧化后,常规工艺对NH3-N的去除率有一定提高,这可能是因为臭氧化能够增加原水中溶解氧含量,促进砂滤池中硝化细菌对氨氮的去除。连续运行结果表明:未臭氧化常规工艺对NH3-N的去除效果不稳定。,预臭氧化可以改善混凝效果,有效提高常规工艺对叶绿素a的去除率,如图7所示。未经臭氧化常规工艺出水叶绿素a平均值为0.77 g/L,平均去除率为91%。臭氧投加量为11.5 mg/L时,对叶绿素a 的33、去除效果最佳,去除率为95.9%96.4%;臭氧投加量增加到2 mg/L 时,对叶绿素a去除的促进作用降低,去除率为94.8%,说明臭氧投加量不宜过高,否则会使藻类细胞破裂,影响混凝沉淀效果,降低藻类去除率。,2.1.3 生物预处理技术 生物预处理主要是对原水进行曝气或其他生物处理，去除水中氨氮和生物可降解有机物，包括生物接触氧化池和曝气生物滤池等。生物预处理适合于水中有机污染物可生化性较强、无工业废水污染的情况，对优先污染物去除效果也不佳，且无法间歇运行等。其也可以解决原水中嗅味物质和藻类的间题。,膳所给水厂原水水质面临的主要问题是嗅味物质、藻类,选择的是生物预处理,膳所给水厂工艺流程示意,34、2.2 常规处理技术“混凝沉淀过滤消毒”可称之为生活饮用水的常规处理工艺。我国以地表水为水源的水厂主要采用这种工艺流程,根据水源水质不同，尚可增加或减少某些处理构筑物。,原水加药后，经混凝使水中悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝体，而后通过沉淀池进行重力分离。过滤是利用粒状滤料截留水中的构筑物，常置于混凝和沉淀构筑物之后，用以进一步降低水的浑浊度。完善而有效的混凝、沉淀和过滤，不仅能有效地降低水的浊度，对水汇总某些有机物、细菌及病毒等的去除也是有一定效果的。消毒是灭活水中致病微生物，通常在过滤后进行。,常规工艺及各处理单元对有机物的去除能力的研究,J水厂日供水量为30 104 m,水源为滦河水,采用常35、规处理工艺，如图1:,水厂采用预加氯除藻,预加氯浓度为45 mg/L,一般保证反应池出水余氯量为210 mg/L。水厂进水浊度为10 NTU左右,CODMn为38 mg/L。在混凝井处投加FeCl3 混凝剂,投加量为67 mg/L,最高可达20 mg/L。采用水力混合方式,混合时间为5 min。反应池为回转式隔板絮凝池,水力停留时间为20 min,流速为016012 m/s。沉淀池采用平流式沉淀池,沉淀时间为60 min,水平流速为3050 mm/s,出水浊度 4 NTU。滤池为煤砂快滤池,煤层厚为30 cm,砂层厚为40 cm,滤速为1115 m/h,出水浊度 1 NTU。为保证出厂水余氯浓36、度在110 mg/L左右,清水池前补氯加氨,氯氨质量比为41。,水厂进水和出水CODMn的含量及常规处理工艺对CODMn的去除率见图2。进水CODMn的含量为2.806.39 mg/L,平均为4.22mg/L;出水CODMn的含量为2.703.98 mg/L,平均为3.20 mg/L。,从图2可以看出,不管进水CODMn浓度高低,出水CODMn浓度都保持在一定的水平,波动较小,平均为3.20 mg/L。常规处理工艺对CODMn的去除率3.6%45.8%,平均去除率为16.2%。一般的研究结果去除率为20%30%,该水厂处理有机物的能力较低,这可能与该水厂采用平流式沉淀池有关。,结合表1水厂取样37、时的水温,可以看出,水温高时,CODMn去除率也高;水温低时,去除率也低。这是因为CODMn的去除主要依靠混凝沉淀,水温高,混凝效果好,则CODMn去除效果好;水温低,混凝效果变差,不能形成良好的矾花,导致CODMn去除效果变差。,分析各工艺单元对CODMn的去除率可得,混凝沉淀起到主要的去除作用(占总去除率的77.1%9710%,平均为80%),过滤单元CODMn的去除率较低(6.1%28.6%,平均为20.7%)。石明岩通过小试和中试试验也得出了同样的结果,混凝沉淀环节去除CODMn占总去除率的80%90%,过滤单元的去除率仅为10%左右。,常规工艺单元水样的AOC浓度与总去除率见图3,可38、以看出9次取样只有4 次是正去除率,其余AOC浓度经过常规处理工艺后均明显增加。混凝沉淀对AOC的去除率为-255.7%79.3%,过滤单元对AOC的去除率为-353.1%67.5%,两单元对AOC的去除作用均较小,可能与预氯化有关。常规处理工艺导致AOC增加的主要原因是氯的作用而使AOC增加,滤池出水处再次投加消毒剂,以保证出厂水的余氯量,也使AOC增长。,常规工艺进出水的NPOC含量和总去除率见图4。该常规处理工艺对NPOC的去除率为0.1%24.1%,平均去除率为11.6%,COMMn的去除率接近。混凝沉淀对NPOC的去除率为6.0%25.0%,平均去除率为11.8%。过滤单元对NPOC39、的去除率为-1.2%12.7%,平均去除率为4.7%,可以看出混凝沉淀起到主要去除NPOC的作用。,整体看来,常规工艺对于NPOC的去除率较低,这是与常规工艺特性、水源水中有机物特性有关的。国内对于饮用水处理工艺对NPOC的去除效果研究较少,芬兰有关的研究采用该指标近似代替DOC,国内一般都采用DOC指标。李爽对澳门以地表水为水源水的常规处理工艺进行了研究,结果表明出厂水中TOC浓度有所降低,去除率在5.3%28.3%之间,平均值为16.3%。常规处理工艺对COMMn去除效果较差,平均去除率为16.7%,且受到进水COMMn含量和水温的影响,水样COMMn含量高和水温高时,COMMn的去除率高40、。常规处理工艺对NPOC的平均去除率为11.6%,效果较差。出COMMn和NPOC浓度都保持在一定的水平。常规工艺对AOC几乎没有去除作用,多数情况下出厂水AOC浓度在氯的氧化作用下升高,平均增加55.3%;出厂水AOC平均为160.63g/L,属于生物不稳定饮用水。,3、深度处理工艺3.1 活性炭吸附 吴舜泽研究发现，活性炭对相对分子量较大（500-3000）的有机物有很好的吸附效果，去除率一般为70%80%，但是活性炭对饮用水中氯化产生的“三致”物质不能有效去除，特别是对卤代烃前驱物和分子量大于3000的物质去除效果更差。当进水浊度高时，活性炭微孔极易被阻塞，导致吸附性能下降；随着活性炭使41、用时间的延长，孔隙率及比表面积不断下降，吸附容量也必然降低，活性炭的净水效果会逐渐变差。,活性炭吸附法适用于处理含汞量在5mg/l 以下的废水,某厂用活性炭处理含汞废水的流程如下图所示。,含汞废水经硫化钠沉淀(同时投加石灰调节pH值,加硫酸亚铁作混凝剂)处理后,仍含汞约1mg/l,高峰时达23mg/l,而允许排放的标准是0.05mg/l,所以需采用活性炭法进一步处理。由于水量较小(每天1020m),采取静态间歇吸附池两个,交替工作,即一池进行处理时,废水注入另一池。每个池容积40m3,内装1m 厚的活性炭。当吸附池中废水进满后,用压力为294392kPa 的压缩空气搅拌30min,然后静置沉淀42、2h,经取样测定含汞符合排放标准后,放掉上清液,进行下一步处理。,3.2 臭氧生物活性炭技术（O3-BAC),(1)以现有净水厂的滤后水为原水,其处理工艺流程和主要设备见图1和表1。,试验用原水为砂滤池出水,取样点设在加氯前,这样有利于水中有机物的去除和减少卤代物的生成,充分发挥臭氧和生物活性炭系统的处理功能,处理后再加氯消毒。其出水和加氯消毒后的水质均用色谱质谱联机测定。,(2)在日本，越来越多的给水厂采用O3-BAC技术处理饮用水中有机物。其工艺流程如图所示。,芬兰研究者发现，臭氧双级活性炭法对可同化有机碳有更好的处理效果（出水AOC10gL(1)。,（3）阪神水道企业团猪名川给水厂采用中43、间O3-BAC工艺，该水厂原水由于有藻类产生异嗅味。由于厂区已没有空间,所以将原平流沉淀池改为斜板,由此节省的空间用于O3-BAC。,阪神水道企业团猪名川给水厂工艺流程示意,O3-BAC技术由于综合了物理吸附和生物降解两种作用，可有效去除水中的有机物。但臭氧对一些农药类物质、有机卤代物的分解效率很低，当原水中溴离子含量较高时，在一定条件下会形成溴酸盐，还使腐殖质产生甲醛，两者都有致突变性，这将是O3-BAC技术应用过程中值得高度关注的重要问题。近年来，由于对饮用水的色度、金属含量等的限制越来越严格，O3-BAC技术越来越受到重视。,3.3 膜分离技术 按膜孔大小应用于饮用水处理的膜可分为微滤(44、MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)。分离机理：微滤和超滤过程只是简单的机械筛分和扩散作用。通常,能截留分子量500 以上、106 以下的膜分离过程称为超滤;只能截留更大分子(通常被称为分散颗粒)的膜分离过程被称为微滤；纳滤膜具有离子选择性,因此分离过程中除了包括物理截流和筛分作用外,静电相互作用也起到不可估量的作用；在反渗透过程中,占主导地位的分离机理为水优先吸附毛细管流动溶解-扩散理论,即溶质的渗透分为两个阶段:首先溶质被膜吸收或溶解,然后经扩散或对流通过膜。,（1）山东长岛南隍城纳滤示范工程是将纳滤新技术在高硬度海岛苦咸水的实际应用。系统流程如图1 所示。,纳滤膜技术截留性45、能好,操作压力低,对水中含有的微量有机和无机物、微生物等常规工艺难以去除的有害物质处理效果好,不产生副产物,出水安全卫生,是一种优质的饮用水深度处理技术。,（2）日本濑尾给水厂采用中空醋酸纤维UF膜过滤系统,濑尾给水厂工艺流程示意,膜装置分为6组,每组包括20个膜组件。每个组件膜面积150m,产水85m/d,装有0.8mm(内径)1.3mm（外径）的中空纤维膜丝2.4万根,产水率为85%一90%。膜过滤采用错流方式,循环水与滤出水的比为1:1。每过滤60min反冲一次,冲洗1min。当膜压差超过200kpa时实施在线化学清洗,无机物用（酸硫酸十有机酸）,有机物用次氯酸钠清洗,一般化学清洗频率为46、1年1次。该水厂工艺优点：微生物安全性高,节省面积,自动化程度高。,3 O3-BAC工艺及其优化,3.1 O3-BAC工艺简介臭氧生物活性炭技术是20世纪六、七十年代首先从欧洲发展起来的一种饮用水深度处理技术。该工艺是采用臭氧氧化和生物活性炭滤池联用的方法，将臭氧化学氧化、活性炭物理化学吸附、生物氧化降解几种技术合为一体。其主要目的是去除原水中微量有机物和氯消毒副产物的前体物等有机指标，提高饮用水的安全性。,3 O3-BAC工艺及其优化,3.2 O3-BAC工艺流程,常规饮用水O3-BAC处理工艺,3 O3-BAC工艺及其优化,3.3 茅口水厂工艺流程,前臭氧,工艺流程,取水口,清水池,管网,47、二级泵房,取水泵房,斜管沉淀池,滤池,臭氧车间,后加氯,矾,高锰酸钾（应急）,粉末活性炭（应急）,粉末活性炭（应急）,冲洗水箱,活性炭吸附池,提升泵房及臭氧接触池,液氧储罐,鼓风机房,取水口,清水池,管网,二级泵房,取水泵房,平流沉淀池,滤池,后加氯,矾,高锰酸钾（应急）,粉末活性炭（应急）,粉末活性炭（应急）,前臭氧,补加氯,补加氯,3 O3-BAC工艺及其优化,3.4 主要工艺参数a.前加臭氧量0.5 1mg/L。b.臭氧-活性炭系统设计规模20万吨/天，进水浊度3NTU。c.臭氧接触池分3次曝气接触，三阶段反应，即三段式臭氧接触池；后臭氧投加量为2.5 3mg/L，接触时间13min。d48、.活性炭滤池采用序批式反冲洗池型，单格尺寸108m，面积80m2，空床滤速10.94m/h。填料层由上而下为：活性炭粒径830目，厚度2.2m，空床停留时间12.1min；下设砂层，平均粒径0.6mm，不均匀系数1.3，厚度0.5m；支承层D=2.016.0mm，厚0.45m。冲洗周期510d，冲洗历经气冲、气水混充、水冲三个阶段，冲洗强度视冲洗频率和 方式而定。,3 O3-BAC工艺及其优化,3.5 影响工艺处理效果的主要因素原水水质（主要是水中有机物的性质：DOC,AOC）前处理效果活性炭的特性操作条件（臭氧投加量控制、反冲洗方式、负荷等）温度,3 O3-BAC工艺及其优化,3.5 影响工49、艺处理效果的主要因素,3 O3-BAC工艺及其优化,3.5 影响工艺处理效果的主要因素,3 O3-BAC工艺及其优化,3.5 影响工艺处理效果的主要因素,3 O3-BAC工艺及其优化,3.6 优化考虑的因素前处理工艺的选择（是否需要强化处理、预氧化）臭氧投加量（做小试实验）反应器结构（斜板，单、多层滤料等）操作条件的控制（温度，负荷等）辅助剂的投加（预处理阶段的絮凝剂，辅助氧化剂等）,3 O3-BAC工艺及其优化,3.7 运行时注意事项a.臭氧制备及投加系统的正常运行和维护b.活性炭滤池运行前准备c.运行中生物膜的形成以及生物穿透d.防止炭粒滤料流失e.及时更新和再生活性炭f.控制出水水质（浊50、度、耗氧量、氨氮、色度、pH)g.各项操作必须按照操作规程进行,3 O3-BAC工艺及其优化,3.8 运行时注意事项臭氧制备及投加系统的正常运行和维护活性炭滤池运行前准备运行中生物膜的形成以及生物穿透防止炭粒滤料流失及时更新和再生活性炭控制出水水质（浊度、耗氧量、氨氮、色度、pH)各项操作必须按照操作规程进行,3 O3-BAC工艺及其优化,3.8 运行时注意事项臭氧发生器为高电压设备，注意防止电击。臭氧具有刺激性，高浓度时具有毒性，必须严格控制臭氧的泄露和尾气浓度。工艺构筑物具有一定高度，且活性炭滤池较深，应防止跌落摔伤。,4 粉末活性炭膜法联合工艺实例,4.1 现状 目前，在净水处理中常将膜51、分离和混凝或粉末活性炭吸附等预处理工艺组合。活性炭与膜连用能有效解决单独使用膜过滤而引起的膜阻塞和膜污染问题。利用活性炭对水进行必要的前处理，以减少水中的有机物、无机物、微生物等在膜表面和膜内孔积累，从而极大延长膜的使用寿命，而膜的存在又可以克服单独使用活性炭的弱点，解决活性炭出水中细菌偏高的问题。活性炭与膜连用能有效去除水中大部分TOC和Ames致突变物，使Ames试验均呈阴性。,4 粉末活性炭膜法联合工艺实例,4.2 上海市安亭水厂实例4.2.1 工程概况建设规模:净水处理规模6xl了m3/d;深度水处理规模2xl了m3/d。工艺流程:净水处理工艺:以机械加速澄清池、普通气水反冲滤池、液氯52、消毒为主体的净水工艺;深度水处理工艺:以粉末活性碳、膜法处理为主体的深度水处理工艺。、,4 粉末活性炭膜法联合工艺实例,4.2 上海市安亭水厂实例4.2.2 原水及出水 安亭水厂所取用的原水是通过墅沟水闸从长江引水的，而墅沟水闸位于太仓浏河闸的下游，因此所引入原水的水质除了受到长江盐水入侵的影响外，还有可能受到浏河排放污水的影响。,4 粉末活性炭膜法联合工艺实例,4.2 上海市安亭水厂实例4.2.2 原水及出水,原水水质,4 粉末活性炭膜法联合工艺实例,4.2 上海市安亭水厂实例4.2.2 原水及出水,4 粉末活性炭膜法联合工艺实例,4.2 上海市安亭水厂实例4.2.3 工艺流程,4 粉末活性53、炭膜法联合工艺实例,4.2 上海市安亭水厂实例4.2.3 工艺流程,4 粉末活性炭膜法联合工艺实例,4.2 上海市安亭水厂实例4.2.4 各构筑物设计、运行参数粉末活性炭接触池共1座，设计规模4万m3/d，几何尺寸AxBxH=9.0 xl4.0 x4.5m，钢筋硅结构。功能:使进入深度处理厂的原水与投加的粉末活性炭充分混合接触。吸附原水中的有机物、农药等物质。工艺参数:接触时间15min，有效容积504m3。,4 粉末活性炭膜法联合工艺实例,4.2 上海市安亭水厂实例4.2.4 各构筑物设计、运行参数粉末活性炭接触池单座主要设备:潜水泵，共3台，2用1备，单台流量460m3爪，扬程H=26m，54、电机功率N=70kw;二期增加2台潜水泵，4用1备。水下搅拌器，共1台，电机功率7.6kw，转速475r/min，超声波液位计，0一6m，共1台。PH计，PH=2一10，共l台 浊度计，01000NTU，共l台 取样泵，10L/min，共1台,4 粉末活性炭膜法联合工艺实例,4.2 上海市安亭水厂实例4.2.4 各构筑物设计、运行参数深度处理间l座，一期设计规模2xl04 m3/d，并考虑二期扩建至4xl04 m3/d规模的可能性，尺寸30.0 x22.0 x(64）m深度处理间内设预过滤系统、超滤系统、粉末活性炭储存及投加系统和药剂储存及投加系统。,4 粉末活性炭膜法联合工艺实例,4.2 上55、海市安亭水厂实例4.2.4 各构筑物设计、运行参数深度处理间预过滤系统功能:保护超滤系统处理规模:880m3/h，共设4组预过滤组，每组预过滤组处理规模230m3/h。设计截流滤径:200um。反冲周期:每组预过滤组12h反冲1次、反冲历时15s。反冲流量及水压:反冲流量20一40m3/h，反冲水压力0.25Mpa。反冲水源:气水反冲滤池出水，故预过滤系统反冲洗水泵设于反 冲洗泵及鼓风机房。预过滤间平面尺寸为12.0 x6.0m,4 粉末活性炭膜法联合工艺实例,4.2 上海市安亭水厂实例4.2.4 各构筑物设计、运行参数深度处理间超滤系统功能:滤去水中各类杂质和粉末活性炭，全面净化水质。处理规56、模:880m3/h，共设4组超滤组，每组超滤组由若干超滤组件和1台循环泵组成，每组超滤组处理规模230m3/h。工作条件:工作水温1“C35”C，工作PH值为48。设计截流滤径:0.01um,超滤间平面尺寸为24.0 x16.0m反冲周期:每组超滤组1.5h反冲1次，反冲历时2.5min 反冲流量及水压:反冲流量330m3/h，反冲水压力0.2MPa。反冲水源:超滤出水。故超滤系统反冲洗水泵设于优质水送水泵房，取用优质水清水池内的水进行反冲洗。,2 粉末活性炭膜法联合工艺实例,2.2 上海市安亭水厂实例2.2.4 各构筑物设计、运行参数反冲洗废水池 共1座，几何尺寸为AxBxH=l0 x15x4.5m，钢筋硅结构。该池接收并储存深度处理间预过滤系统、超滤系统的反冲洗水和气水反冲洗滤地的反冲洗水，并将水用水泵送至净水处理系统的澄清池前，有效容积600m3。主要设备:回流潜水泵:数量2台，1用1备，单台流量100m3/h，扬程9m，功率4.7kw，转速1450r/min。潜水搅拌机:数量1台，功率7.6kw，转速475r/min，叶轮直径580mm。,