（市政工程专业论文）一体化净水装置试验研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着工农业的快速发展和人口的迅速增加，原本水资源就比较紧缺的三峡库区 小城镇又面临着水资源遭受污染的冲击。为了保证三峡库区的社会稳定和人民的 身体健康，研究开发适合于三峡库区小城镇的小型净水装置显得非常重要。 本文对所设计的一体化净水装嚣在设计时所采用的工艺以及设计参数进行了 分析和说明，并对装置对于一般水源水的处理进行了试验研究和分析，试验内容 包括装置在设计流量下对水源水的处理效果以及在不同流量下对水源水处理效果 的对比。 装置中包含了常规水处理流程中的混合、絮凝、沉淀以及过滤等处理单元。装 置的设计运行流量为4 0 m 3 d ，能通过的最大流量为5 0 m 3 d 。装置可以在不同流量 负荷下运行，处理效果也因流量负荷的不同而不同。本实验选定了1 0 m 3 d 、2 0 m 3 d 、 3 0 m 3 d 、4 0 m 3 d 和5 0 r n 3 d 五个试验流量进行了试验。在试验条件下，在不同的流 量负荷下，装置平均能够去除9 3 9 7 的浊度，4 2 4 7 的c o d m 。，1 0 1 8 的 硝基氮，4 6 6 4 的亚硝基氮。其出水主要水质指标在各流量下的均值分别为：浊 度0 2 l o 3 0n t u 、 c o d m 。i 9 3 2 3 t m g l 、硝基氮2 4 3 0 m l 、亚硝基氮 o 0 1 1 0 0 4 4 m g l 。备出水水质指标在试验过程中所出现的最高值为浊度o 6 0 n t u 、c o d r “m 2 9 3 m g l 、硝基氮3 2 m g l 、亚硝基氮0 0 7 2 m l 。另外，装置对色 度、藻类以及金属离子和重金属离子都有不同程度的去除效果。装置的出水达到 了生活饮用水水质标准，能够充分保证库区人民的饮用水的安全。 试验过程中还发现，装置的混凝沉淀阶段对水源水中各种污染物的去除起主要 作用。混凝沉淀阶段平均能够去除7 6 8 9 的浊度，3 6 4 0 的c o d m 。，6 1 3 的硝基氮，1 4 2 5 的亚硝基氮。当然，滤池的作用也不容忽视。作为处理的晟后 一个单元，滤池对于最终出水的水质的保障起着重要作用， 本文还对装置的技术经济指标和其适用性进行了分析。结果表明，在设计流量 下，装置的单位投资为8 4 7 8 8 元( m 3 d ) ，单位运行费用为0 5 4 2 元m 3 ，并能够适 应三峡库区小城镇的特点，具有良好的应用前景。 关键词：三峡库区小城镇，一体化净水装置，饮用水 熏庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f i n d u s t r ya n da g r i c u l t u r ea n d i n c r e a s ei np o p u l a t i o n ， t h et o w n l e t si nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e af a c et h a tw a t e rr e s o l l r c e s 缸eb e i n g p o l l u t e d a n di nt h ea r e a ，w a t e ri sa l w a y si ns h o r t a g e i no r d e r t oe n s u r es o c i a ls t a b i l i t y a n d p e o p l e s h e a l t h ，r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t o fs m a l i a p p a r a t u s e s f o rw a t e r p u r i f i c a t i o nt h a ta r ea p p l i c a b l e t ot h ew f f e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e aa r ev e r yi m p o r t a n t i nt h i st h e s i s ，t h et r e a t m e n tp r o c e s su s e di nt h ei n t e g r a t i v ea p p a r a t u sf o rw a t e r p u r i f i c a t i o n i s e x p l a i n e d a n dt h ed e s i g np a r a m e t e r sf o ri t a r ea l s o a n a l y z e di nt h i s t h e s i s t h et r e a t m e n to fc o m i n o nr a ww a t e ru s i n gt h ea p p a r a t u si ss t u d i e dt h r o u g h e x p e r i m e n t t h e c o n t e n t so ft h ee x p e r i m e n ti n c l u d et h et r e a t m e n te f f e c to fr a ww a t e ri n d e s i g n i n f l o wa n dt h ec o m p a r i s o no f t h et r e a t m e n te f f e c t si nd i f f e r e n ti n f l o w s i nt h ea p p a r a t u s ，t h et r e a t m e n tu n i t ss u c ha sm i x i n g , f l o c c u l a t i o n ，s e d i m e n t a t i o n a n df i l t r a t i o na r ei n c l u d e d t h ed e s i g ni n f l o wo ft h ea p p a r a t u si s4 0 m 5 d ，a n dt h e m a x i m a li n f l o wi s5 0 m 3 d t h ea p p a r a t u sc a nb er u ni nd i f f e r e n ti n f l o w s ，a n dt h e t r e a t m e n te f f e c t sa r ed i f f e r e n t f i v ed i f f e r e n ti n f l o w sa r ec h o o s e ni nt h ee x p e r i m e n t t h e ya r e1 0 m 3 d , 2 0 m 3 d ，3 0 m 3 d ，4 0 m 3 da n d5 0 m 3 d i nt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n ， t h er e m o v a le f f l c i e n c i e so f t u r b i d i t y , c o d m n ，n 0 3 - na n dn 0 2 一na r e9 3 9 7 ，4 2 4 7 ，1 0 1 8 a n d4 6 6 4 r e s p e c t i v e l y d u r i n gt h ee x p e r i m e n t ，t h ea v e r a g e so f t u r b i d i t y , c o d m n ，n 0 3 - - na n dn 0 2 - no ft h ee f f l u e n ta r e0 2 1 o 3 0n t u ，1 9 3 2 3l m g l 2 - 4 3 0 m g la n d0 0 11 o 0 4 4 m g lr e s p e c t i v e l y a n dt h em a x i m u mo f t h e ma r eo ，6 0n t u ，2 9 3 m g l ，3 2 m g la n do 0 7 2 m g lr e s p e c t i v e l y i na d d i t i o n ，t h e c o l o u ro fr a ww a t e r , a l g a e ，m e t a li r o n sa n dh e a v ym e t a li r o n sc a nb er e m o v e di n d i f f e r e n td e g r e e s t h eq u a l i t yo fe f f l u e n tc a nm e e tt h ec r i t e r i o no fd r i n k i n gw a t e r q u a i i t y d u r i n gt h ee x p e r i m e n t ，i ti s a l s of o u n dt h a tc o a g u l a t i o na n ds e d i m e n t a t i o nc a r l r e m o v em o s to f t h e p o l l u t i o n si nr a ww a t e r t h r o u g hc o a g u l a t i o na n ds e d i m e n t a t i o n ，t h e r e m o v a le f f l c i e n c i e so ft u r b i d i t y , c o d n 0 3 - na n dn o z - na r e7 6 8 9 ，3 6 4 0 ， 6 1 3 a n d1 4 2 5 r e s p e c t i v e l y c e r t a i n nt h ef u n c t i o no f t h ef i l t e rc a n tb e i g n o r e d a st h ef i n a lu n i to f t h ep r o c e s s ，t h ef i l t e rc a l le n s u r et h e q u a l i t yo f e f f l u e n t t h et e c h n i c a la n de c o n o m i c a li n d e xa n dt h ea p p l i c a b i l i t yo ft h ea p p a r a t u sa r ea l s o a n a l y z e d t h er e s u l ts h o w st h a ti nd e s i g ni n f l o w , t h eu n i ti n v e s t m e n to f t h ea p p a r a t u si s 8 4 7 8 8 r m b ( m j d ) ，a n dt h eu n i to p e r a t i o nc o s to f i ti s0 5 4 2 r m b m 3 t h ea p p a r a t u si s 1 1 至壅查堂堡圭堂丝堡塞 蔓兰塑些 a p p l i c a b l et ot h et o w n l e t si nt h e t h r e e g o r g e sr e s e r v o i ra r e a ，a n d h a sa g o o dp r o s p e c t k e y w o r d s ：t o w n l e t i nt h et h r e e g o r g e sr e s e r v o i r a r e a ， i n t e g r a t i v ea p p a r a t u sf o r w a t e r p u r i f i c a t i o n ， d r i n k i n g w a t e r i i 重庆大学硕士学位论文 1 概述 1 概述 水是不可替代的自然资源，是农业的命脉、工业的血液，是保证社会发展和 人民生活的重要基础，是人类生存和生产活动中不可缺少的物质和原料。 地球7 1 的表面覆盖着水，约有1 3 1 0 ”k m 3 的水资源。其中9 8 是含盐水， 淡水只有3 1 0 8 k m 3 。淡水中，8 8 又呈固态( 冰川i 和冰帽) ，而另外的1 2 中多 数是地下水。人们可以直接取用的淡水，即从河流和湖泊中取用的淡水，仅占整 个水资源的o 0 1 4 。另外，就整个水资源而言，总量虽然不少，但分布却很不平 衡。全球约6 5 的水资源集中在不到1 0 个国家里，占世界人口4 0 的8 0 个国家 中约1 5 亿人面临淡水不足，其中2 6 个国家约3 亿人完全生活在缺水状态，缺水 问题已经开始制约经济和社会的发展，甚至全球的经济发展。( 1 【2 】 我国水资源较为丰富，多年平均水资源总量约为位居世界第6 位，但我国缺水 情况却相当严重，2 0 0 0 年入均水资源占有量为2 1 2 1m 3 ，仅是全球入均水资源占有 量1 0 0 8 0 m 3 的2 1 ，还不到1 4 。在联合国的统计中，我国人均水资源占有量在全 世界1 4 9 个国家中仅排到1 0 9 位。同时该统计把我国列为世界上1 2 个贫水大国之 一。我国的水资源主要来源于降水，而降水受大气环境、海陆位置以及地形、地 势等因素的影响，因而在地区分布上很不均匀，总格局是南方多，北方少，东南 多，西北少。在时间分布方面更不平衡，大多数降水集中在夏季7 9 月三个月份。 我国西北、华北以及沿海缺水地区由于水资源的匮乏，这些地区的国民经济发展 受到严重的制约。【1 】 在我国所统计的6 6 6 座城市中，有3 3 3 座城市缺水，1 0 8 座城市严重缺水，日 缺水量达1 6 0 0 t 0 4 1 - f 1 3 。由缺水造成的年工业经济损失达2 3 0 0 多亿元。预计到2 1 世纪中叶，全国总用水量将从过去的5 0 0 0 1 0 9 m 3 增加到8 0 0 0 x 1 0 9 m 3 左右，占我国 可利用水资源总量的2 8 。根据国际上经验，一个国家用水量超过其水资源可以 利用量的2 0 时，就很可能发生水危机 2 】。由此可见，我国现在正面临着水资源 严重紧缺的问题。 在我国大部分城市和地区，本已经非常有限的水资源却还遭受着不同程度水污 染的冲击，致使水资源的水质恶化和水生态系统的破坏。由于近8 0 污水未经有 效处理就直接排入自然水体，已造成了全国近5 0 的河段遭受污染，9 0 以上的 城市水域严重污染。据调查统计，全国设有监测系统的1 2 0 0 多条河流中已有8 5 0 条遭受不同程度的污染，全国约有7 8 亿人饮用污染超标水。虽然很多水域现在 正在治理过程中，并且取得了一定效果，但由于缺乏严格的法纪制度，排水未从 根本上治理，加上资金短缺，情况仍然比较严重。【3 重庆大学硕士学位论文 1 概述 综上所述，近年来工农业的快速发展和人口的迅速增加，使得我国水资源日 益短缺，水资源污染同益严重。我国饮用水面临着资源短缺和严重污染的双重挑 战。如何有效地控制和扭转我国水资源环境继续恶化的局面，改善水环境质量， 保护有限的水资源，防治水资源环境污染和开发饮用水除污染新技术，提高饮用 水安全性，是摆在我们眼前一个非常紧迫的任务。 1 1 饮用水水源状况 1 1 1 全国饮用水水源水质状况 根据( ( 2 0 0 1 年中国水资源公报 4 1 ，2 0 0 1 年全国废污水排放总量6 2 6 亿吨， 其中工业废水占6 2 ，生活污水占3 8 。在1 2 1 万公里评价河长中，i 类水河长 占5 0 ，i i 类水河长占2 7 6 ，i i i 类水河长占2 8 8 ，1 v 类水河长占1 4 2 ，v 类水河长占7 8 ，劣v 类水河长占1 6 ，6 。全国符合和优于i i i 类水的河长占总评 价河长的6 1 4 。各流域片的水质状况是：西南诸河片、内陆河片、东南诸河片、 长江片和珠江片水质良好或尚可，符合和优于i 类的河长分别占9 3 3 、9 1 1 、 7 5 8 、7 3 7 和7 0 3 ；黄河片、海河片、松辽河片和淮河片水质较差，符合和 优于i i i 类的河长分别占4 3 7 、3 9 3 、3 4 6 和2 6 9 。在评价的2 4 个湖泊中， 1 0 个湖泊水质符合或优于i i i 类水，2 个湖泊部分水体受到污染，1 2 个湖泊水污染 严重。在评价的1 8 2 座主要水库中，有1 4 5 座水库水质良好，达到i 、i i 、i i i 类 水质标准。在未达到地面水类的水库中，水污染极为严重的劣于v 类水质水库 有7 座。对1 3 6 座水库进行了营养化程度评价，处于贫营养状态的水库2 2 座，处 于中营养状态的水库9 i 座，处于富营养状态的水库2 3 座。 在我国的主要江、河、湖等水域，如长江、黄河、淮河、海河、辽河、松花 江、黄浦江、沱江、巢湖、滇池和太湖等，或已检测出数百种有机物，或被报道 已经受到严重的有机物污染。在被检测出的有机物中，一些有毒污染物的含量超 过了地面水质标准，有些是致癌、致畸和致突变有机污染物。近年来，我国有关 部门在水源保护方面作了许多工作，但是，由于各种条件的制约，全国水源污染 仍呈发展趋势，有9 0 以上的城市水域污染严重，近5 0 的重点城镇水源水质不 符合饮用水源的水质标准p 】。 由此可见，虽然近年来我国在水污染防治方面做了许多工作，但不少江河湖 泊的水质仍在逐渐变差。在这种情况下，在我国淡水资源本来就十分紧缺的前提 下，完全不使用受到污染的淡水水源越来越不可能。也就是说，我国自来水厂不 得不面临着使用更多的水质不符合要求的受污染源水作为生活饮用水的水源。 1 1 2 三峡库区水污染现状 三峡水库位于长江上游河段的下段，受回水影响的水库淹没区和移民安置涉及 重庆大学硕士学位论文 1 概述 的2 0 个县市统称三峡库区。库区大部分在重庆市东部，小部分在湖北省两部，2 0 个县市总面积5 5 万k m 2 。2 0 0 0 年末，三峡库区总人口为1 9 6 6 4 4 万人，其中农业 人口1 4 6 1 0 6 万人，非农业人口5 0 5 3 8 万人；耕地及果园面积1 5 3 万h m 2 ，农业人 口人均占有耕地约0 1 0 h m 2 。m 由于环境保护基础比较薄弱，环保投入很少，再加上一些人为因素，三峡库区 面临着比较严重的水资源污染问题。根据国家环境保护总局水污染与生态环境 现状( 三峡库区规划) 7 ，2 0 0 0 年三峡库区及其上游区废水排放总量为4 4 1 亿吨 ( 工业废水排放量2 3 4 亿吨、生活污水排放量2 0 7 亿吨) ，其中库区废水排放量 为1 1 0 亿吨，占总量的2 5 ；影响区废水排放量为8 1 亿吨，占总量的1 8 ；上 游区废水排放量为2 5 0 亿吨，占总量的5 7 。 三峡库区及其上游区2 0 0 0 年c o d 排放总量为1 3 5 ，6 万吨( 工业c o d 排放量 6 8 4 万吨、生活c o d 排放量6 7 2 万吨) ，其中库区排放量2 2 4 万吨，占总量的1 6 ： 影响区排放量2 9 2 万吨，占总量的2 2 ；上游区排放量为8 4 0 万吨，占总量的6 2 。 三峡库区及其上游区2 0 0 0 年氨氮排放量为1 1 4 万吨( 工业氨氮排放量4 8 万 吨、生活氨氮排放量6 6 万吨) ，其中库区排放量为1 5 万吨，占总量的1 3 ；影 响区排放量为3 6 万吨，占总量的3 2 ；上游区排放量为6 3 万吨，占总量的5 5 。 三峡库区及其上游区2 0 0 0 年生活垃圾产生量为6 6 8 6 万吨，其中库区产生量 为1 1 1 6 万吨，占总量的1 6 ；影响区产生量为9 1 9 万吨，占总量的1 4 ；上游 区产生量为4 6 5 i 万吨，占总量的7 0 。 三峡库区及其上游区2 0 0 0 年工业固体废物年排放量为9 7 7 8 万吨，其中库区 排放量为2 2 3 万吨，占总量的2 3 ；影响区排放量为4 6 8 万吨，占总量的5 ：上 游区排放量为7 0 8 万吨，占总量的7 2 。此外，三峡库区及其上游区危险废物年 产生量也不容忽视，仅库区危险废物年产生量约4 0 万吨，其中工业危险废物年产 生量3 9 4 万吨，医院有毒有害废物年产生量0 6 万吨。 三峡库区及其上游区经过多年的污染治理，取得了一定的成效。但库区仍然面 临严峻的污染问题： 一是库区废水达标率低，污水处理设施严重不足，水体污染趋势加重。排放的 工业废水中，近三分之一未达标排放；库区生活污水集中处理率不到1 0 。根据 2 0 0 0 年库区水质监测，长江于流水质以i i i 类为主，主要城市江段超过i i i 类水质。 库区次级河流严重污染，5 6 的河段水质不能满足水域功能要求。同时，重庆主城 区、涪陵区、万州区等城市江段已经形成岸边污染带。 二是库区生活垃圾、工业固体废物岸边随意堆放，处理率低。城市生活垃圾目 前仅基本做到清运出城进行简易处理，生活垃圾无害化处理率不足7 ，大部分是 沿江堆存，极易冲入江中。仅库区1 7 5 米水位以下堆存的垃圾就达3 7 9 万吨，其 重庆大学硕士学位论文 l 概述 中1 3 5 米水位以下堆存的约2 1 0 万吨；工业固体废物历年堆存量达3 0 0 0 多万吨， 多数就地堆积，部分排入江河。船舶垃圾污染未得到有效控制，随意沿江丢弃垃 圾现象普遍。 三是三峡库区汇集了岷江、沱江、嘉陵江、乌江、会沙江、赤水河六大支流的 来水以及若干小支流的来水，目前各个支流沿江城镇的生活污水和垃圾基本未处 理，沿岸堆放垃圾现象普遍，水污染问题日趋严重。 1 1 3 农村小城镇的饮水问题 根据国家统计局1 9 9 8 年的统计【l ”，我国总计有乡镇4 5 4 1 2 个，村民委员会 7 3 9 9 8 0 个，乡村户数2 3 6 9 2 7 万户，乡村人口达9 1 9 6 0 万人。在这9 亿多人当中， 饮用自来水人口不到4 亿，就近取水人口接近5 亿，饮水困难人口几千万。 g 由于自然、经济等条件的制约，我国农村许多地方存在饮水困难问题。据统 计，至1 9 9 9 年底，全国农村还有5 0 2 0 万人饮水困难。其中，“八七”扶贫攻坚计 划剩余的2 4 2 3 万人，主要分布在中西部省区：由于水资源条件变化，人口自然增 长等原因新增饮水困难人口2 5 9 7 万。 1 2 地们经常要到几公里、几十公里以外的地 方去找水、背水，花费大量劳力和时间。由于缺水，这些地方卫生条件恶劣，传 染病流行。一遇干旱，情况更加严重。 作为三峡库区最主要地区的重庆市处于川鄂湘黔隆起褶皱带，为江汉平原、 四川箍地、云南高原的接合部，地形险峻、切割很深，而且多为岩溶山区、红层 高台地区，水利工程建设条件很差，农村饮水困难更为严重，形成了“人在山上 住、水在山下流”的局面。目前，全重庆有1 0 个区县级城市4 6 4 个乡镇缺水，有 l1 0 9 处供水设施急需改造完善，有8 0 乡镇的供水不达标；急需解决安全供水的 总人数近1 3 0 0 万人，其中缺水人口为4 9 5 万人，约有1 6 5 万农村人口饮水困难， 缺水原因主要是东部的工程性缺水和西部的资源性缺水。【n i ”) 近年来，随着社会经济的不断发展，原本水源水就比较紧张的许多农村又出现 了水源水质恶化的情况，这就使得这些地区的许多人民群众的身体健康受到了严 重的威胁。由于长期饮用受到污染的水，很多地方都出现了各式各样的“地方病”。 饮水困难以及水源污染成为这些地区的人民最关心，要求最迫切的突出问题。 1 1 4 农村小城镇饮用水水源的污染 农村小城镇在我国占据着极其重要的地位，农村人口的饮用水安全问题值得引 起人们的重视。然而，近十几年来，农村水污染严重，饮用水水源状况越来越恶 化，直接威胁着居住在广大农村地区人民的身体健康。 农村小城镇饮用水水源中的污染源类型主要有以下几种： ( 1 ) 工业废水 工业废水是农村小城镇饮用水水源中主要的污染源之一，它们种类繁多、排放 4 重庆大学硕士学位论文概述 量大、所含污染物质种类多、组成复杂。它们的毒性和污染危害较严重，且在水 中不容易净化，难于处理。这类污染源具有以下几个特点：悬浮物含量高； 生化需氧量( b o d 5 ) 与化学需氧量( c o d c ，) 均较高；酸碱度变化大，p h 值在 2 1 3 范围内变化；温度高，易造成热污染：含多种有毒有害成分，如油、酚、 农药、多环芳烃、染料等。 乡镇企业的蓬勃发展，在带动农村小城镇的复苏和兴起的同时，使得周边环境 严重污染。此外，由于城市环境污染的严厉制裁，许多污染严重的企业转移到了 郊区小城镇，从而使其污染程度明显高于大城市中心区。1 9 9 8 年全国乡镇工业废 水排放量为2 9 2 亿吨，c o d 排放量2 9 6 0 万吨。近年来，污染的范围与程度均有 迅速蔓延和加重的趋势【1 4 。 ( 2 ) 生活污水及畜禽粪便 农村小城镇生活污水及畜禽粪便是又一主要污染源。它们含有大量的碳水化合 物和氮、磷、硫等营养元素，还包括洗涤剂和许多病原菌。在进入天然水体后， 会造成水中溶解氧的大量消耗以及促进水体富营养化，在厌氧细菌作用下易产生 恶臭物质，同时还可能造成病原菌和病毒通过水的媒介而使疾病蔓延。对于受城 市污水和二级污水处理厂出水影响的水体，除了含腐殖质外，也含有相对较多的 蛋白质和多糖等大分子有机物。 这当中，畜禽粪便所占的比重较大。建设“菜蓝子工程”以来，城乡畜牧业规 模发展迅速，各地在城镇郊区附近建立了一大批养殖厂，由原来农村的分散养殖 变成了集中养殖，由此而带来了畜禽粪便废弃物的排放处理和污染问题。据报导， 1 9 8 8 年全国畜禽粪便产量为1 8 8 4 亿吨，1 9 9 5 年已达2 4 8 5 亿吨 1 6 l 。 ( 3 ) 化肥及农药的大量使用 化肥的大量施用和不合理旖用，主要表现在过量施用氮肥和磷肥、钾肥施用不 足与区域地区间分配不平衡，从而导致土壤板结、耕作质量差，肥料利用率低， 土壤和肥料养分易流失，造成对地表水、地下水的污染，湖泊富营养化。 以“三湖”( 太湖、巢湖、滇池) 为例，通过对富营养化的成因分析发现，造 成水体富营养化的污染源主要来自生活污水和农田的氮、磷流失。他们对“三湖” 中t n 的贡献率分别为5 9 、3 3 和6 3 ，对t p 的贡献率分别为3 0 、4 1 和7 3 。 对于“三湖”面源污染物的其它科研成果也表明，面源污染物已成为导致江河湖 库富营养化的主要原因之一。【1 8 农药对水体的污染主要来自于：直接向水体施药；农田使用的农药随雨水 或灌溉水向水体的迁移；农药生产、加工企业废水的排放：大气中的残留农 药随降雨进入水体；农药使用过程中，雾滴或粉尘微粒随风飘移沉降进入水体 以及施药工具和器械的清洗等。 重庆人学硕十学位论文1 概述 我国农药总产量由1 9 8 9 年的2 0 6 2 万吨增加到1 9 9 7 年的3 9 4 5 万吨，生产品 种从1 9 8 6 年的5 个发展到1 9 9 7 年的2 2 7 个。每年农药的使用量在2 3 万吨左右， 平均使用农药2 3 3k g h m 2 【”】。 ( 4 ) 工业垃圾和生活垃圾 城市工业垃圾与生活垃圾的露天堆放也是水体的污染源之一。降水流经垃圾时 携带其中的无机与有机毒物形成垃圾渗沥液，最终进入地表水体，带来水体污染。 其中沿河道岸边堆放的生活垃圾中的大量有机污染物和细菌等极易进入河道。 1 9 9 9 年乡镇工业固体废物的排放量为2 7 2 6 万吨，占排放总量的7 0 2 。乡镇 工业各污染物排放量占全国工业排放量的比重以固体废弃物最高，从1 9 8 9 年的 1 7 8 上升到1 9 9 5 的8 8 7 。1 1 4 1 生活垃圾数量也是非常巨大。9 亿农村人口，每人每天产生0 5 公斤计，每天 共产生4 5 万吨，全国每年合计将增加生活垃圾1 6 4 2 5 万吨【h 】。 1 2 水源水中主要污染物及其危害 1 1 2 1 水源水中有机污染物及其危害 水源水中的有机物大致可以分为二类 20 1 ：一类是天然有机物，包括腐殖质、微 生物分泌物、溶解的植物组织和动物的废弃物等。另一类是人工合成的有机物， 包括农药、商业用途的合成物及一些工业废弃物等。 天然有机物广泛存在于各种天然水体中，主要是指动物、植物、微生物的排泄 或分泌物和它们的尸体腐烂降解过程中所产生的物质，以及其它来源于这三者的 物质 2 ”。亲水、酸性、多分散的腐殖质是天然有机物的主要成分，可以占到其中 的6 0 9 0 ，是地表水的主要成色物质。腐殖质是一类含酚羟基、羧基、醇羟基 等多种官能团的大分子有机物，分子量1 0 2 1 0 6 ，其中5 0 6 0 是碳水化台物及 其关联物质，1 0 3 0 是木质素及其衍生物，1 3 是蛋白质及其衍生物f 1j 。腐殖 质分为腐殖酸、富里酸和胡敏酸三类，它们结构相似，但分子量和官能团相差较 大。腐殖质在天然水体中带负电荷，扩散能力强，分布范围广，是饮用水中多种 消毒副产物的前体物，是导致饮用水致突变性增加的主要因素。此外，水体中天 然有机物还包括一些具有较强亲水性和较低芳香度的蛋白质、脂肪、氨基酸、碳 水化合物及亲水酸等，它们构成了水体中可生物降解有机物的主要部分；另外， 富营养化水体中的藻类及其分泌物也是天然有机物中不容忽视的一部分，它们有 的可以引起饮水的异味，有的是致突变前体物，而一些藻毒素更是具有极强的促 进肿瘤形成作用【2 2 】等。 相对于天然有机物而言，人工合成的有机物的危害更大。随着各国工业的发展， 人工合成的有机物越来越多，目前已知的有机物种类约有7 0 0 万种之多，其中人 重庆大学硕士学位论文 1 概述 工合成的有机物种类达1 0 万种以上，且以每年2 0 0 0 种的速度递增。随着人们的 各种活动，它们以各种不同途径进入水体。美国e p a 水质调查发现供水系统中有 机物污染物2 1 1 0 种，饮用水中含7 6 5 种，其中1 9 0 种对人体有害，2 0 种为确认的 致癌物，2 3 种为可疑致癌物，1 8 种为促癌物，5 6 种为致突变物【2 ”。1 9 7 7 年u s e p a 根据有机污染物的毒性、生物降解的可能性以及在水体中出现的几率等因素，从7 万种有机物化合物中筛选出6 5 类1 2 9 种优先控制的污染物，其中有机化合物1 1 4 种，占总数的8 8 。这当中包括2 1 种杀虫剂、2 6 种卤代脂肪烃、8 种多氯联笨、 1 1 种酚、7 种亚硝酸及其化合物【2 “。这些化合物本身有一定的生物积累性，有些 本身具有毒性，有些具有“三致”作用。我国的研究分析结果也表明，水源水和 自来水中的有机物种类和数量相当大，污染问题相当突出。1 9 8 9 年4 月我国环保 局通过的“水中优先控制污染物黑名单”中，包括1 4 类6 8 种有毒化学污染物， 其中5 8 种为有机毒物，含2 5 种有机氯化合物。这些污染物在水体中不易降解， 难以被常规净水工艺去除，在环境中可生物积累，大部分本身具有毒性，部分具 有“三致”作用，构成了对人体的潜在威胁r 2 们。 1 2 2 水源水中氮污染及其危害 氮是自然界广泛存在的基本元素之一，动、植物生长以及人类的生存都离不开 它。但是，氮在水体中过多地存在会成为对动、植物以及人类有危害作用的污染 因子。因此，饮用水源要防止水体中的氮污染。 水源水中的氮主要来源于生活污水和工业废水中的氮，通常以有机氮和无机氮 两种形式存在。有机氮主要指蛋白氮、多肽、氨基酸和尿素等，它们经微生物分 解后可以转化为无机氮。有机氮主要来源于城市生活污水和些来自羊毛加工、 制革、印染、食品加工等工业的废水。无机氮则是指氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮， 主要来自施用氮肥的农田排水和地表径流，以及某些工业废水( 如冶金工业和炼 焦车间、化肥厂) ，有机氮经微生物分解转化后也可形成无机氮。 硝酸氮是所有结合氮的热力学最稳定的形式，在充氧水体中，结合氮都具有转 化成硝酸氮的趋向。因此，水体中所有结合氮都被看作为硝酸氮的潜在来源。结 合氮在水体中的这种转化趋向一般分二步进行：第一步是含氮化合物，如蛋白质、 多肽、氨基酸和尿素等有机物，转化为无机氮中的氨氮；第二步是氨氮的亚硝化 和硝化，使无机氮进一步转化。 水中氮化物污染的主要危害有： ( 1 ) 加速水体的“富营养化”过程，降低水质。水体中过量氨氮等氮化物的 存在易使藻类迅速繁殖，大量消耗水中的溶解氧，引起水体发臭，降低水质。而 蓝绿藻在一定条件下所产生的藻毒素会危及鱼类和家畜的生命。 含有大量藻类的水体作饮用水源时的危害主要表现在以下几点： 重庆大学硕士学位论文1 概述 进行水处理时，由于某些微型藻类的存在，使滤池易被堵塞( 硅藻和一些 蓝绿藻被认为是阻塞砂滤池的主要藻类) ，缩短了冲洗周期，增加水处理费用； 某些能穿透滤池，甚至能穿过慢滤池的藻类在进入供水管网后，会引起一 系列问题。首先为一些微生物的生长提供了介质，增强了某些生物的危害性，因 为这些藻类不论死活，都会为其它生物的生长提供有机质；其次，由于藻类有机 质很容易被氧化，因而系统中需要维持的余氯会被消耗掉；另外，藻类的一些分 解产物如粘多糖易与铁和铝等絮凝剂反应形成螯合物或胶态物，增加了这些金属 残余物通过制水系统的机会；藻类的存在还会引起加氯消毒后形成三氯甲烷的可 能： 藻类的代谢会使水具有难以去除的色度和嗅昧，影响出厂水水质。 ( 2 ) 氨氮氧化要消耗水体的溶解氧。氨氮随污水进入水体后，在硝化细菌作 用下被氧化为硝酸盐。每l m g 的氨氮氧化为硝酸氮时，需消耗水体中4 5 7 r a g 的溶 解氧，这可能会导致水体缺氧，严重时产生黑臭现象【2 ”。 ( 3 ) 管网中有氨氮存在时，将会成为再生细菌的养料。有关研究表明 3 0 】：在 饮用水处理厂和配水系统的水中，0 2 5 m g l 的n h 4 + 就足以使硝化细菌生长繁殖， 而且硝化细菌在代谢有机物和氨氮时会释放出嗅味。 ( 4 ) 氮化合物对人体有毒害作用。饮用水中含有的过量硝酸氮会在人胃中还 原为亚硝酸氮，与人胃中的仲胺或酰胺作用形成亚硝胺。当饮用水中的硝酸氮浓 度超过1 0 m g l 时，可能会诱发婴儿患高铁血红蛋白血症脚。亚硝酸盐在水中、食 物中与二级胺、酰胺或类似氮氧化合物发生反应，可形成直接致癌的亚硝基化合 物如亚硝胺等。 1 2 3 水源水中重金属污染及其危害 水源水中重金属存在形态包括溶解态( 溶解在水中) 和颗粒态( 存在于悬移质 中的悬移态和存在于表层沉积物中的沉积态) 。重金属绝大多数化合物在水中的溶 解度很小，因而未受到污染的天然水体中重金属含量是很低的，一般以十亿分之 几( p p b ) 计a 水源中重金属含量超标的主要原因是由于水源附近可能有天然重金 属矿藏或者有工业废水( 含重金属) 的排入。其中机械加工工业、有色金属的采 矿和冶金工业、化学工业以及电子工业等是含重金属的工业废水的主要来源。 水体中重金属浓度很小时即可产生毒性，具有高度危害性和难治理性，其毒性 和稳定性取决于它的存在形态，并随水环境条件的改变而改变。各种形态之间还 可以相互转化，具有形态多变性。 重金属多为非降解型有毒物质，排入环境后不易被降解去除( 只能改变形态、 转移和稀释) ，在环境中长期积累，而且还可以通过食物链在各级生物之间传递， 对生物和人体产生极大的毒害作用。这其中又以汞、铅、铬毒性最大，它们的污 重庆火学硕士学位论文l 概述 染危害己成为世界重大的环境问题。这些污染物能够在人体内长期积累，而且潜 伏期较长，因而对人体健康构成极大威胁。 水中一些重金属的危害： 3 1 1 ( 1 ) 汞通过饮用水进入人体和动物体内的汞及其化合物，毒性很大。这是 因为肠对汞及其化合物的吸收很快，并且这些物质可以随血液进入器官和组织中， 进而引起剧烈的全身性毒性作用。汞与各种蛋白质的巯基极易结合，且很难分离， 从而会引起人体消化道、口腔、肾脏、肝脏等的损害；慢性中毒时，会引起神经 衰弱症等症状，表现为极易兴奋、口腔炎症、肾功能损害，眼晶体变形，甲状腺 肿大等。 在生活饮用水检验规范( 2 0 0 1 ) 中，规定汞在饮用水中的允许浓度为o 0 0 1 m g l 。 ( 2 ) 铬铬化合物对人体的毒害是多方面的，可以引起全身中毒，也可以因 皮肤接触出现皮炎和湿疹，还有致癌作用。六价铬的毒性是三价铬的十倍，六价 铬的化合物能引起人体各种各样的毒害作用，六价铬被血液吸收后可迅速弥散到 全身各器官，抑制酶活性，干扰蛋白质、核糖核酸的合成，晟终导致肾脏、肝脏 以及肺的严重受损i 在含有六价铬的水体中游泳，可引起眼睛粘膜炎、皮炎和湿 疹等。 在生活饮用水检验规范( 2 0 0 1 ) 中，规定六价铬在饮用水中的允许浓度为o 0 5 m g l 。 ( 3 ) 铅铅为累积性毒物，它很容易被胃肠道吸收，通过血液扩散到全身器 官。铅可与人体内一系列蛋白质、酶和氨基酸内的官能团( 如巯基) 结合，干扰 机体许多方面的生化和生理活动。铅的毒性作用是损害器官，主要是骨髓造血系 统和神经系统。急性铅中毒症状为腹绞痛、肝炎、肾炎、高血压、周围神经炎及 贫血；慢性铅中毒症状是神经衰弱症。 在生活饮用水检验规范( 2 0 0 1 ) 中，规定铅在饮用水中的允许浓度为0 0 1m g l 。 ( 4 ) 镉镉进入人体内主要积累于胃、肝脏、胰腺和甲状腺内，其次是胆囊 和骨骼中。它在人体内可存留3 9 年。慢性镉中毒表现为镉代替了骨骼中钙而使 骨质变软，患者长期卧床，营养不良。最后发生废用性萎缩、并发生肾功能衰竭 和感染等合并症而死亡。 在生活饮用水检验规范( 2 0 0 1 ) 中，规定镉在饮用水中的允许浓度为0 0 0 5 m g l 。 各种常见重金属对人体构成的危害症状主要是通过人体直接接触或吸收有毒 重金属或它们的化合物而引起的。除此之外，人们还可以通过其它的途径吸收有 毒物质而引起慢性中毒。 重庆大学硕七学位论文 1 概述 1 。3 水源水污染对常规工艺系统及水质的影响 目前，水源普遍存在着溶解性有机物增多、氨氮含量高、水体有异味、色度增 高、藻类大量繁殖等问题。我们通常把这些受到污染、但通过特殊工艺处理后尚 可使用的水源水称为微污染水源水。我国目前六大水系中有8 0 的水域受到污染， 3 9 0 的水源已不能满足地面水环境质量i 类标准，属微污染水源。由于水厂水源 受到污染，许多出厂水水质已不能达到国家生活饮用水水质标准，并出现了一些 新情况：投加的化学混凝剂量大量增加，过滤出水浊度不能达标，出水有较明显 的嗅味等问题。另外，氯耗增加，出厂水余氯过低，难以保证出厂水余氯达最低 限制值，并且随着氯耗的增加，出厂水有机卤化物含量升高，不利于饮水安全。 研究证实，各自来水厂处理后的出厂水水质，其致突变阳性率均高于未经处理的 源水水质。可见，常规净水工艺不但不能去除源水致突变物，而且加氯处理后， 其出厂水的致突变阳性经常高于未经处理的源水。 常规净水工艺的主要去除对象是水源水中的悬浮物、胶体杂质和细菌，只适用 于一般较清洁水源水的处理，如果水源水被污染，则处理效果将不理想。主要集 中体现在三个方面：水中有机污染物大多是带负电荷的化合物，它们的存在使 水的z e t a 电位升高，要保证定的出水水质，需要投加过量的混凝剂和氯，从而 增加了水处理成本。而且，常规净水工艺无法去除某些有机污染物；现有的常 规净水系统对有机物的去除率一般为2 0 , - - 一5 0 ，对氨氮的去除率为1 5 左右，出 水中有机物含量仍然很高，并且其中菜些有机物具有致癌性 1 ；有机污染物在输 水管网中被管壁上附着的微生物所利用，它们在氯化消毒之后，仍然存活，比起 一般的微生物来有更大的危害，在出水管网中形成非生物稳定的水，具有“三致” 特性。常规净水工艺系统主要有混凝、澄清、过滤和消毒等组成。混凝、澄清工 艺主要去除水中悬浮物和胶体物质，该过程对水中难溶物和胶态有机物等去除率 很高，但对溶解性有机物去除率却很低，难以有效地降低水中有机物污染。 1 4 一体化净水装置发展概况 一体化净水装置是以江、河、湖、地下水等为水源，集多种给水处理单元于一 体的净水装置，能将特定的水源水净化成满足饮用水水质条件的出水。其所起的 作用相当于- - + 型给水处理站。一体化净水装置无论是在规模上还是在运行管理 以及投资上都适用于农村小城镇的饮用水供给，而其在占地方面的优势就更适合 于三峡库区农村小城镇的饮用水的供给。 长期以来，给排水工作者们一直致力于一体化净水装置的研究和开发工作，研 制出了适合于许多水源水质条件的此类装置，包括适用于常规水处理工艺以及深 度水处理工艺等多种型号的装置。这其中又以适用于常规水处理工艺的装置屠多。 重庆大学硕士学位论文概述 适用于常规水处理工艺的一体化净水装置中一般只包括了常规水处理流程中 的混凝、沉淀和过滤等处理单元，而加药和消毒装置则没有包含在内。大部分这 种装置均以重力流为主，而各处理单元所选择的形式却不尽相同。以沉淀单元为 例，有平流沉淀、斜管沉淀、斜板沉淀等形式。各处理单元工艺的选择主要还是 取决于其所要处理的水源水的水质以及整个装置结构的需要。 经过了长期的发展，一体化净水装置的型式得到了很大的改进。在发展初期， 这种装置以方形为主，这种型式的装置的最大的优点就是加工方便。但是，在理 论上和实际应用过程中，这种型式存在着较大的缺陷。水力条件差和容易产生死 角是其两个主要的缺陷。在如今的研发过程中