给水处理理论与工艺.ppt

《给水处理理论与工艺.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《给水处理理论与工艺.ppt（77页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、给水处理理论与工艺市政环境工程学院张立秋主要内容 世界与我国水资源现状 我国饮用水源水质与饮用水水质标准之 间的矛盾 常规处理工艺的强化 给水深度处理技术 消毒技术与管道卫生学 展望地球上水的总量1.361018m3淡水储量仅为3.51016m3不足全球总水量的3%易开发利用的淡水储量为4.01015m3，占淡水的11%世界水资源概况世界水资源研究所：全世界有26个国家2.32 亿人口面临缺水的威胁 联合国发出警报：世界范围内的缺水问题将严重制约本世纪的经济发展，并有可能导致国家和地区间发生冲突和战争我国水资源现状n 人均水资源占有量人均水资源占有量2200立方米立方米n 约为世界平均水平的约

2、为世界平均水平的1/4n 排名世界第排名世界第112位位n 每年因缺水而造成的经济损失约每年因缺水而造成的经济损失约 20003000亿元亿元饮用水源水质与饮用水源水质与 饮用水标准饮用水标准饮用水水质问题饮用水水质问题微量有机污染物微量有机污染物藻类及其代谢产物（藻毒素）藻类及其代谢产物（藻毒素）嗅味嗅味氯化消毒副产物氯化消毒副产物致病微生物致病微生物有机物对胶体的保护作用有机物对胶体的保护作用稳定性铁锰、色度稳定性铁锰、色度氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐等氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐等管网微生物再繁殖（二次污染）管网微生物再繁殖（二次污染）重金属重金属微量有机污染物微量有机污染物 浓度低、毒性大，浓度低

3、毒性大，“致癌、致畸、致突致癌、致畸、致突 变变”，有些是，有些是“内分泌干扰物质内分泌干扰物质”,特别特别 是由于面源污染引入的农药等污染物是由于面源污染引入的农药等污染物 杀虫剂杀虫剂、塑化剂、双酚树脂组分、酞酸酯（玩具、乙烯地板、清洁剂、PVC制品）、表面活性剂（烷基酚）等 危害：破坏人类的生殖系统，破坏人类的生殖系统，会提前或 延迟青春期的时间。藻类及其代谢产物藻类及其代谢产物 我国水体富营养化，藻类过量繁殖，有我国水体富营养化，藻类过量繁殖，有 些水体几千万个些水体几千万个/L/L 藻类在代谢过程中产生的藻类在代谢过程中产生的藻毒素藻毒素直接危直接危 害人体健康害人体健康 藻类影响

4、常规水处理工艺，而且在消毒藻类影响常规水处理工艺，而且在消毒 过程中会与氯作用生成氯化消毒副产物过程中会与氯作用生成氯化消毒副产物嗅味嗅味 化学污染物引起的嗅味化学污染物引起的嗅味，如氯酚、，如氯酚、硫化物等硫化物等 藻类代谢产物藻类代谢产物 很多嗅味有机物浓度很低很多嗅味有机物浓度很低(ngng/L/L级级),),难于被现行的常规给水处理工艺难于被现行的常规给水处理工艺 去除去除有机物在消毒过程中与氯作用生成有害有机物在消毒过程中与氯作用生成有害副产物副产物HOCl +天然有机物天然有机物 及有机污染物及有机污染物副产物前质副产物前质!氧化的氧化的NOMNOM醛、酸等醛、酸等卤代有机物卤代有

5、机物TOXTHMsHAAsThe The THMsTHMs氯仿氯仿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贾第虫贾第虫(包囊，长包囊，长包囊，长包囊，长9-129-12 m),m),宿主有哺乳动物、宿主有哺乳动物、宿主有哺乳动物、宿主有哺乳动物、两栖动物、鸟类两栖动物、鸟类两栖动物、鸟类两栖动物、鸟类隐孢子虫隐孢子虫(包囊，长包囊，长包囊，长包囊，长4-64-6 m)m),寄生于哺乳动寄生于哺乳动寄生于哺乳动寄生于哺乳动物、鸟类、鱼类、物、鸟类、鱼类、物、鸟类、鱼类、物、鸟类、鱼类、难以被水厂现行的氯消毒工艺灭活难以被水厂现行的氯消毒工艺灭活引起流行病爆

6、发流行病爆发（如美国）有机物对胶体的保护作用有机物对胶体的保护作用 水中有机物浓度水中有机物浓度偏高偏高天然有机物浓度增加天然有机物浓度增加3mg/L(3mg/L(以以TOCTOC计计)，投药量投药量需要增加约需要增加约5 5倍倍水厂药耗很高水厂药耗很高,铝浓度偏高（铝浓度偏高（老年痴呆老年痴呆 症）症）我国水土流失严重，我国水土流失严重，流失率高达流失率高达30%30%有机物在无机胶体表面形成高负电保护层有机物在无机胶体表面形成高负电保护层与地下水中的铁锰不同，地表水中的地表水中的铁锰与有机物络合铁锰与有机物络合，难于去除在给水厂中剩余的微量铁锰，会使水会使水的色度增加，影响水的感官指标的色

7、度增加，影响水的感官指标有机络合性铁锰有机络合性铁锰氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐 在一定条件下氨与氯作用生成氯氨，消 耗氯，影响消毒效果影响消毒效果 在一定条件下氨被转化成亚硝酸盐转化成亚硝酸盐，对人体有害 硝酸盐的浓度一般不高 可生物同化有机物可生物同化有机物水消毒以后，细菌在水输配过程中仍会再度繁殖，这种水在生物学上认为是不稳定的。将水中能为细菌繁殖提供条件的有机物去除，使细菌不能再度繁殖，认为水已具有生物稳定性 去除水中可生物同化有机物，有利于保障管网水质饮用水标准饮用水标准1976-1984 我国2323项指标1985年3535项指标，增加了某些农药和消毒副产物等200

8、0年建设部行业标准8888项指标2001年9月1日卫生部规范9696项指标2003年建设部行业标准101101项指标卫生部规范卫生部规范-饮用水标准饮用水标准新增加指标（新增加指标（20012001年年9 9月月1 1日）日）浊度浊度 1 1 度度 （原标准（原标准33度度 ）Al Al 0.20.2 mg/L mg/L耗氧量耗氧量 3 3 mg/Lmg/L常常规规指指标标非非常常规规指指标标农药等农药等有机物有机物及消毒副产物及消毒副产物5050多多项项重金属重金属8 8项项硫化物硫化物1 1项、钠项、钠1 1项项饮水与健康饮水与健康据世界卫生组织报道，据世界卫生组织报道，80%80%疾病与

9、水有关疾病与水有关年世界卫生报告：减少威胁和年世界卫生报告：减少威胁和促进健康生活促进健康生活不洁饮水为人类健康的不洁饮水为人类健康的1010大威胁之一。大威胁之一。但长期饮用但长期饮用纯水纯水也不利于人体健康也不利于人体健康需要加强对需要加强对城市饮用水水质净化城市饮用水水质净化现行常规给水处理工艺的主要功能现行常规给水处理工艺的主要功能原水混凝沉淀过滤消毒出水悬浮性成分悬浮性成分（粘土颗粒、有机颗粒等）天然有机物天然有机物（如腐殖酸、富里酸等）胶体成分胶体成分（如无机与有机胶体）微生物微生物（细菌、浮游生物、藻类等）但常规处理对于水中微量有但常规处理对于水中微量有机污染物和氨氮等污染物的去

10、机污染物和氨氮等污染物的去除效果较差除效果较差 浓度低、危害大、去除难浓度低、危害大、去除难 饮用水源中微量有机物特点饮用水源中微量有机物特点 饮用水水质安全保障技术饮用水水质安全保障技术水质处理水质处理管网输配管网输配水源保护水源保护城市水源保护和受污染水体恢复城市水源保护和受污染水体恢复饮用水源保护饮用水源保护 控制点源污染控制点源污染（工业与城市污水）（工业与城市污水）控制面源污染控制面源污染（农药、化肥、大气污染（农药、化肥、大气污染 降雨等）降雨等）饮用水水源保护饮用水水源保护（饮用水源设保护区，（饮用水源设保护区，严格控制人类和牲畜的污染）严格控制人类和牲畜的污染）清除水体底部污染

11、沉积物清除水体底部污染沉积物 采用各种采用各种水体修复技术水体修复技术：复氧、化学剂复氧、化学剂 处理、生物修复技术等处理、生物修复技术等 加强对水源水质的监测加强对水源水质的监测、设立水质预警、设立水质预警 系统系统常规处理工艺的强化措施常规处理工艺的强化措施 强化混凝 预氧化技术 强化沉淀与气浮 强化过滤技术强化混凝措施强化混凝措施混凝剂的优选混凝剂的优选助凝剂助凝剂混凝条件的改善与高效混凝设备混凝条件的改善与高效混凝设备混凝剂投量的控制混凝剂投量的控制根据水质情况选择合理的混凝剂及组合根据水质情况选择合理的混凝剂及组合 如采用预先部分水解的混凝剂如采用预先部分水解的混凝剂(聚合铝、聚聚合

12、铝、聚合铁、聚硅铝、聚硅铁、聚合铁铝等）合铁、聚硅铝、聚硅铁、聚合铁铝等）控制最优的混凝条件如控制最优的混凝条件如pH,混凝剂投量混凝剂投量几种混凝剂（具有不同水解速度）的组合几种混凝剂（具有不同水解速度）的组合混凝剂的优选混凝剂的优选投加投加助凝剂助凝剂 3.聚合物聚合物(天然或人工合成的)天然的:淀粉,甲壳素2.投加比重大成分或吸附剂投加比重大成分或吸附剂 膨润土:10 to 50 mg/L粉末石灰石粉末硅粉末活性炭1。活化硅酸。活化硅酸Na2O+SiO2 Na2SiO3OH (-O-Si-O-)nOH-混凝条件的改善与高效混凝设备混凝条件的改善与高效混凝设备高效混合设备机械搅拌具有较大的

13、适应性，但对设备质量要求高网格絮凝、折板絮凝等数学模型法流动电流PDA（透光率脉动检测）显微摄像观测混凝剂投量的自动检测控制混凝剂投量的自动检测控制预氧化措施预氧化措施除藻除藻消毒消毒除色除色分解嗅味有机物分解嗅味有机物强化混凝强化混凝(破坏有机物对胶体的保护作用破坏有机物对胶体的保护作用)降解农药降解农药氧化铁锰氧化铁锰生物稳定性生物稳定性可应用于给水处理中的氧化剂可应用于给水处理中的氧化剂 目前能够工程应用的预氧化措施目前能够工程应用的预氧化措施主要包括：臭氧氧化、高锰酸盐主要包括：臭氧氧化、高锰酸盐复合药剂预氧化和投氯预氧化复合药剂预氧化和投氯预氧化臭氧预氧化臭氧预氧化-原理原理O3OH

14、分解分解 H2O,O2H2O,O2直接氧化直接氧化间接氧化间接氧化NOMVOCsFe/Mn氧化产物氧化产物氧化产物氧化产物臭氧预氧化（效果）臭氧预氧化（效果）可破坏有机物中可破坏有机物中不饱和键不饱和键可将氨可将氨(NH(NH3 3)氧化成硝酸盐氧化成硝酸盐(NO(NO3 3)，在中性，在中性pHpH速度极慢速度极慢有机物有机物分子量降低、可生化性提高分子量降低、可生化性提高初级初级中间产物中间产物AmesAmes试验阳性试验阳性,但在较高的臭但在较高的臭氧投量下，致突变活性又会下降。氧投量下，致突变活性又会下降。臭氧预氧化效果（续）臭氧预氧化效果（续）较低臭氧投量有利于助凝较低臭氧投量有利于

15、助凝,投量过高不利投量过高不利于混凝于混凝溶解性有机物溶解性有机物DOCDOC浓度升高浓度升高由于臭氧氧化由于臭氧氧化,水中有机物羧基官能团增多水中有机物羧基官能团增多,滤后水中滤后水中铝铝(或铁或铁)总浓度升高总浓度升高(新修订的新修订的9696项水质指标中铝的残余浓度为项水质指标中铝的残余浓度为0.2mg/L)0.2mg/L)臭氧预氧化效果（续）臭氧预氧化效果（续）能灭活水中能灭活水中浮游生物、细菌、病毒、浮游生物、细菌、病毒、孢子及一些致病微生物孢子及一些致病微生物;在高浓度长氧在高浓度长氧化时间下显著灭活贾第虫和隐孢子虫化时间下显著灭活贾第虫和隐孢子虫可进一步提高常规给水处理可进一步提

16、高常规给水处理除藻除藻效果效果可可去除嗅味，去除嗅味，对含饱和键的嗅味去除对含饱和键的嗅味去除作用有限作用有限臭氧预氧化效果（续臭氧预氧化效果（续）破坏水中部分三卤甲烷前质破坏水中部分三卤甲烷前质，水中重，水中重碳酸盐含量较高时效果好碳酸盐含量较高时效果好(直接氧化作直接氧化作用为主用为主)将溴离子将溴离子氧化成溴酸根氧化成溴酸根和和次溴酸根次溴酸根，后者易于与卤代有机物前驱物质作用后者易于与卤代有机物前驱物质作用生成危害性更大的生成危害性更大的溴代三卤甲烷溴代三卤甲烷使水中使水中三氯硝基甲烷的生成势升高三氯硝基甲烷的生成势升高高锰酸盐复合药剂预氧化技术高锰酸盐复合药剂预氧化技术1982-19

17、90年年 重点研究了高锰酸钾除污染特性重点研究了高锰酸钾除污染特性 高锰酸钾的强化混凝与强化过滤特性高锰酸钾的强化混凝与强化过滤特性 1990年以后年以后 高锰酸盐复合药剂的除污染特性高锰酸盐复合药剂的除污染特性 强化混凝与除污染特性强化混凝与除污染特性 高锰酸盐复合剂除污染生产应高锰酸盐复合剂除污染生产应用观测用观测(20(20万吨万吨/日规模日规模)原水高锰酸盐复合药剂处理滤后高锰酸盐复合剂对水中藻类去除效果高锰酸盐复合剂对水中藻类去除效果 藻含量：2.5106个/L，pH7.2-7.5,水温27oC高锰酸盐复合剂对嗅味的去除效果高锰酸盐复合剂对嗅味的去除效果（巢湖水）（巢湖水）优化斜板间

18、距优化斜板间距斜管沉淀斜管沉淀气浮气浮多功能沉淀多功能沉淀-气浮气浮强化沉淀与气浮强化沉淀与气浮 强化处理低温低浊、高藻等难处理强化处理低温低浊、高藻等难处理水质且提高处理系统的适应性水质且提高处理系统的适应性,特别是特别是突然高浊、持续高浊等时期处理困难突然高浊、持续高浊等时期处理困难问题问题沉淀沉淀-气浮的技术特点气浮的技术特点适应性强已经在很多水厂应用研究了能够满足气浮和沉淀要求的设计方法通过流态斜板、间距、池子的几何尺寸等优化，提出了一种新的设计方法该方法是为以气浮为主导的设计思想按此方法进行的模型实验比现行的生产运行的气浮-沉淀系统有更高的水质强化过滤技术强化过滤技术采用双层或多层滤

19、料采用双层或多层滤料采用助滤剂采用助滤剂采用改性采用改性(滤料表面改性滤料表面改性)降低滤速降低滤速(5m/h以下以下)减速过滤减速过滤采用新型滤池采用新型滤池 (如翻版阀滤池如翻版阀滤池)改性滤料现行的石英砂滤料多功能改性滤料吸附能力有限提高表面吸附能力进水进水改性滤料对水中藻类的强化去除效果改性滤料对水中藻类的强化去除效果给水深度处理技术给水深度处理技术活性炭吸附臭氧-活性炭联用高锰酸盐预氧化与活性炭联用臭氧高级氧化技术膜技术 生物处理技术活性炭吸附技术活性炭吸附技术 活性炭吸附是去除水中有机污染物最成熟有效的方法之一。存在问题：活性炭吸附饱和问题 活性炭的选择性吸收 活性炭的再生问题臭氧

20、臭氧-活性炭联用技术活性炭联用技术 臭氧-活性炭联用技术能够充分发挥臭氧的强氧化能力和活性炭的高吸附性能，具有良好的除污染效果。存在问题：投资大，运行成本高 对某些高稳定性的有机污染物去除效果差高锰酸盐预氧化氧高锰酸盐预氧化氧-活性炭联用技术活性炭联用技术 同臭氧-活性炭联用技术相比，降低了工程投资和运行成本。高锰酸盐预氧化对生物活性炭去除高锰酸盐预氧化对生物活性炭去除水中水中的影响的影响 (a)-负荷 6m/h (b)-负荷 9m/h高锰酸盐复合药剂预氧化对生物高锰酸盐复合药剂预氧化对生物活性炭去除水中活性炭去除水中UV254的影响的影响 (a)-负荷6m/h (b)-负荷9m/h高锰酸盐复

21、合剂预氧化对生物活高锰酸盐复合剂预氧化对生物活性炭出水中色度的影响性炭出水中色度的影响()(a)-负荷6m/h (b)-负荷9m/h高锰酸盐复合药剂预氧化对生物活高锰酸盐复合药剂预氧化对生物活性炭去除氨氮的影响性炭去除氨氮的影响 (a)-负荷6m/h (b)-负荷9m/h(b)(a)臭氧高级氧化处理技术臭氧高级氧化处理技术目的：去除水中高稳定性微量有机目的：去除水中高稳定性微量有机污染物，如污染物，如农药（内分泌干扰物质）农药（内分泌干扰物质）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（的莠去津（也称阿特拉津，一也称阿特拉津，一种除草剂种除草剂，一种内分泌干扰物质

22、一种内分泌干扰物质）粉末活性炭去除小于粉末活性炭去除小于5%。臭氧催化氧化处理工艺臭氧催化氧化处理工艺OO3 3+UV lightUV light ,O ,O3 3+TiOTiO2 2 H H2 2OO2 2+UV lightUV light ,H H2 2OO2 2 +O+O3 3+UV lightUV lightHigh energy UVHigh energy UV H H2 2OO2 2 +FeFe+Electron beam radiationElectron beam radiation ,GammaGamma -Irradiation-IrradiationO O3 3+cata

23、lyst catalyst 臭氧催化氧化强化除污染机理臭氧催化氧化强化除污染机理 催化剂OH.农药产物O3臭氧催化氧化特点臭氧催化氧化特点能够显著地降低水中农药、嗅味、内分泌能够显著地降低水中农药、嗅味、内分泌干扰物等浓度干扰物等浓度可充分地利用剩余臭氧，强化分解水中有可充分地利用剩余臭氧，强化分解水中有机物，避免臭氧泄露到空气中机物，避免臭氧泄露到空气中可提高臭氧转移效率可提高臭氧转移效率可降低臭氧投量可降低臭氧投量既适合现有水厂改造（改造接触池）、也既适合现有水厂改造（改造接触池）、也适合新水厂建设（建催化氧化池）适合新水厂建设（建催化氧化池）膜技术膜技术微滤、超滤、纳滤、反渗透微滤、超滤

24、纳滤、反渗透是具有强大生命力的现有技术替代技术是具有强大生命力的现有技术替代技术已经得到了部分应用已经得到了部分应用投资较大，运行成本高投资较大，运行成本高目前在大规模的水厂还难以应用目前在大规模的水厂还难以应用生物处理技术生物处理技术是较为经济的除污染技术是较为经济的除污染技术可在现有的水厂进行技术改造可在现有的水厂进行技术改造可有效地去除有机污染物和氨氮可有效地去除有机污染物和氨氮需要与氧化或高级氧化有机结合需要与氧化或高级氧化有机结合安全性问题备受关注安全性问题备受关注消消 毒毒 最大限度地取得好的消毒效果最大限度地取得好的消毒效果尽可能地降低副产物生成量尽可能地降低副产物生成量氯氯消

25、消毒毒经经济济有有效效、管管网网中中持持续续时时间间长长，防止细菌二次繁殖防止细菌二次繁殖但氯消毒会生成对人体有害的副产物。但氯消毒会生成对人体有害的副产物。两条解决途径：两条解决途径：采用其他消毒剂采用其他消毒剂安全氯化消毒安全氯化消毒 采用替代消毒剂采用替代消毒剂臭臭氧氧消消毒毒，消消毒毒效效果果很很好好，但但当当水水中中有有溴溴化化物物时时，会会产产生生有有害害的的溴溴酸酸盐盐（致致癌癌、致致突突变变）。水水质质标标准准2525g/Lg/L，但但处处理理水水中中可达可达60-90 60-90 g/Lg/L。二二氧氧化化氯氯，消消毒毒效效果果也也很很好好，但但会会产产生生有有害害的的亚亚氯

26、氯酸酸盐盐（70%70%转转化化率率）（溶溶血血性性贫贫血血）及及 甲甲 醛醛 等等。水水 质质 标标 准准 要要 求求 亚亚 氯氯 酸酸 盐盐0.2mg/L,0.2mg/L,故故CLOCLO2 2投投量量0.3mg/L,0.3mg/L,受受使使用用限限制。制。臭臭氧氧和和二二氧氧化化氯氯，一一般般需需现现场场制制作作，设设备备费费高高，维维护护管管理理复复杂杂，运运行行费费较高，推广较慢。较高，推广较慢。美美、加加、日日、俄俄等等国国现现仍仍以以氯氯化化消消毒为主。毒为主。安全氯化消毒安全氯化消毒 安安全全氯氯化化消消毒毒：将将氯氯化化副副产产物物减减少少至至限限值值以下，氯化也足够安全以下

27、氯化也足够安全优优化化氯氯化化消消毒毒工工艺艺，尽尽量量将将投投氯氯点点后后移移，尽量减少投氯量，或多点投氯尽量减少投氯量，或多点投氯采用氯胺消毒采用氯胺消毒采用复合消毒技术采用复合消毒技术采采用用组组合合消消毒毒技技术术,如如臭臭氧氧/氯氯;氯氯/氯氯胺胺;臭氧臭氧/氯胺等氯胺等管道卫生学管道卫生学管道卫生学管道卫生学 水水的的生生物物稳稳定定性性：水水在在管管道道输输送送过过程程中中，微微生生物物不不会会再再度度繁繁殖殖。不不稳稳定定的的水水中中微微生生物物再再度繁殖，导致生物安全性下降。度繁殖，导致生物安全性下降。水的生物稳定性控制：水的生物稳定性控制：水的生物稳定性控制：水的生物稳定

28、性控制：控控制制水水中中营营养养物物质质含含量量。如如AOCAOC（可可同同化化有有机机物物）降至限值降至限值100100，甚至，甚至50ug50ugL L以下以下保持水中一定浓度的消毒剂保持水中一定浓度的消毒剂研研究究生生物物稳稳定定性性的的各各种种影影响响因因素素，研研究究有有效效控控制制方法方法二二次次供供水水造造成成二二次次污污染染，主主要要是是微微生生物物污污染染，是饮水安全保障中的另一个重大问题是饮水安全保障中的另一个重大问题提高城市管网水压，取消二次供水提高城市管网水压，取消二次供水加强贮水箱的密闭和防污染性加强贮水箱的密闭和防污染性采用二次消毒措施采用二次消毒措施展 望展展 望望（一）（一）我国饮用水源受污染率较高，由于污水处理率很低，在相当长时期内，强化受污染水的处理将会是给水处理的主要问题。非点源的污染日益突出，可能将成为主要污染源。展展 望望（二）（二）加强对水资源保护的同时，增加受污染水处理的研究力度，提高饮用水水质。采用多级屏障的思想，在强化混凝、沉淀、过滤、消毒的同时，利用化学、生物、吸附等过程强化水质净化，从全过程控制水质。谢 谢！