（农业工程专业论文）强化常规工艺净化处理受污染水库水技术研究.pdf

摘要 本文以临沂东北园水厂的进厂水库水为研究对象，较系统探讨了二氧化氯和生物活性过 滤技术对受污染水库水的净化处理特性。 1 、二氧化氯可强化混凝。提高对浊度、色度和有机污染物的去除能力，对藻和 藻毒素去除效果较好。二氧化氯预氧化投加量为l m g l 时可对藻类和藻毒素有效去除，滤 后二氧化氯投加量在o 4 , - , 0 6 m g l 时可以强化消毒，抑制消毒副产物的产生。 2 、生物活性滤池对嗅味、有机物、氨氮、亚硝酸盐氮有显著的处理效果，a m e s 试验结果明显改善，并能保证出水浊度在i n t u 以下。 3 、当反冲水含有余氯时，在频繁的反冲洗下影响去除效果，其中对c o d m 。的影 响较小，对氨氨的去除效果影响较大。 4 、二氧化氯氧化和生物活性过滤技术结合用于常规工艺净水厂，对受污染水库 水为原水的净水厂提高出水水质是一有效途径，在工程造价上具有很大优势。 关键词：受污染水库水，二氧化氯，强化混凝，生物活性滤池，水质改善 a b s t r a c t w i t ht h er e s e r v o i rw a t e ri n f u s e dt ol i n y id o n g b e i y u a nw a t e rt r e a t m e n tp l a n ti ns h a n d o n g p r o v i n c ea s as t u d yc a s e t h ep u r i f y i n gt r e a t m e n tc h a r a c t e r i s t i c sf o rp o l l u t e dr e s e r v o i rw a t e rb y u s i n gt h ee n h a n c e dc o a g u l a t i o nm e t h o dw i t hc h l o r i n ed i o x i d ea n dab i o l o g i c a l - a c t i v ef i l t e rm e t h o d w a st h o r o u g h l ya n ds y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e di nt h i sd i s s e r t a t i o n 1 w i t hc h l o r i n ed i o x i d e e n h a n c e dc o a g u l a t i o nc a nb eo b t a i n e d ，r e m o v a le f f i c e n c i e s f o r t u r b i d i t y ，c o l o r a n do r g a n i cc o m p o u n d sa l g a ea n dm i c r o c y s t i n sw e r ei n c r e a s e d e f f e c t i v er e m o v a lo fa l g a ea n dm i c r o c y s t i n sc a nb ea c h i e v e db ya d d i n gc h l o r i n ed i o x i d e w i t ht h ed o s eo fl m g li np r e o x i d a t i o np r o c e d u r e a d d i n gc h l o r i n ed i o x i d ew i t ht h ed o s e o fo 4 0 6 m g l a f t e rf i l t r a t i o nc a nd i s i n f e c ts u p p r e s st h ed i s i n f e c t i o nb y - p r o d u c t s ( d b p s ) 2 o d o r ，c o d m n n h 3 - n ，n 0 2 - nc a nb er e m o v e dn o t a b l yw i t ht h eb i o l o g i c a l - a c t i v ef i l t e r a n dt h et u r b i d i t yc a r lb ec o n t r o l l e db e l o w1 0n t u ， 3 1 1 1 el e f tc h l o r i n ei nt h eb a c k w a s h i n gw a t e rh a dm u c hm o r ei n f l u e n c eo nt h er e m o v a io f a m m o n i a , b u t1 e s se f f c to nt h er e m o v a lo f c o d m n 4 t e c h n o l o g i e sb a s e do no x i d a t i o nw i t hc h l o r i n ed i o x i d ea n db i o l o g i c a l a c t i v ef i l t e ra r et h e m o s tv a l u a b l et o o l sf o ri m p r o v i n gt h ee f f l u e n tq u a l i t yi nt h o s ep l a n t sw i t hm i c r o p o l l u t e dw a t e r f o rt h es o u r c e s , a n dt h e s et e c h n o l o g i e sh a v et h ea d v a n t a g eo f i n v e s t m e n t ， k e yw o r d s ：p o l l u t e d r e s e r v o i rw a t e r ，c h l o r i n ed i o x i d e ，e n h a n c e d c o a g u a l t i o n ，b i o l o g i c a l - a c t i v ef i l t e r ，w a t e rq u a l i t yi m p r o v e m e n t 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下，结合自己在工作中的实际经验所取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 碱蜷哕斫咖= o 。砗劲= 十明 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文 的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传援学位论文 的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 髋蜷萼岬师强笮凤功嘶锥肛捆日 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 本研究的目的意义 第一章绪论 水是重要的生命物质，是人类生存和社会发展的基础。然而水资源是有限的。随着全球经 济的迅速发展、人口的增长和人们物质文明水平的提高世界各地对水的需求不断增长，水资 源紧缺的现象越来越普遍。联合国“水”会议曾向世界发出郑重警告i lj ，“水，不久将成为一个 深刻的社会危机”，“未来的战争，主要表现在对水资源的控制与争夺”。例如目前中东以色列和 阿拉伯国家的竞争，有一个很重要的战略，这就是争夺对约旦河上游水资源的控制权。目前， 地球上有6 0 的陆地、遍及6 3 个国家和地区面i 临缺水问题口j 。 在水资源贫乏的同时，随着全球经济的迅猛发展与人口都市化集中，各种生产废水和生活 污水的未达标排放，对地面水源造成了极大的危害，水环境状况日趋恶化，导致了全球范围内 普遍存在的饮用水永源的污染阚题。东资源短缺问题与水污染问题己成为许多国家和地区发展 的主要问髓。 中国的水环境污染已经成灾p j ，研究显示：受评价的1 0 万k m 河段中，i v 类以上的污染 河段占4 7 ：7 5 以上湖泊、5 3 以上近岸海域受到严熏污染；9 7 5 城市的地下水受到不同程 度的污染；近9 0 城镇的饮用水源受到污染。有关专家认为：健康受到危害，经济损失惨重， 水污染已经成为比洪灾、旱灾更为严重的灾害1 4 j 。 我国水污染呈现出的特点主要有：1 ) 发达国家不同时期的水污染问题在中国短期内集中爆 发：2 ) 点源、面源、降雨和底泥中污染物的释放形成了对水体污染的空间复台；3 ) 一般碳源 有机物、氮磷等营养物质、难降解有机物和重金属等有毒物质的共存，形成了水体的复合污染 及其特有的反应机理。其中比较典型问题主要如：多种污染物的共存使水污染问题的解决更加 复杂化，水体不稳定沉积层的转化 持续性有机污染物( p o p s ) 的降解等。 山东省的河流均属季风区雨源型河流，分属黄河、淮河、海河三大流域和独流入海，长度 大于1 0 k i n 的河流共计1 5 5 2 条，较重要的有黄河、大汶河、沂河、沭河、京杭运河、泅河、徒 骇河、小清河等；山东省的湖泊分布在鲁西南和小清河两岸的低洼地区，大型湖泊有南四湖和 东平湖，湖泊总面积1 4 9 4 6 k m 2 ，蓄水量2 3 5 3 亿m 3 ；建国后，山东省进行了大规模的水利建 设，兴建了蓄水和输水工程，总蓄水能力达1 0 7 亿m 3 5 1 o 山东省“八五”期间的环境质量报告显示：在监测的二十条河流中，除大沽夹河的检测项 目年均值不超标外，其他河流均有项目超标，从检测结果来看，我省河流水体中的主要污染物 是有机耗氧物质、氨氮、挥发性酚和油类。 地处山东省东南部的临沂市尤其如此。临沂市城区建成面积3 5 k m 2 里，人口3 0 万，日用 水11 2 万一，水源主要来自该市蒙阴县境内岸堤水库，岸堤水库到黄埠拦河闸河段6 2 5 k m 由 河道输水，黄埠闸至临沂市东北园水厂4 5 8 k m 段用管道输水，引入i 临沂城区，日供水1 0 万 m 3 。 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 近年来随着蒙阴县社会经济的不断发展和人口的不断增加，用水量不断增多，工业污水、 生活污水平| _ i 农业废水排放量日趋增大，工业污水基本上达标排放。但是其他废水不经处理直接 排入水体，对水环境造成污染。尤其是城市污水未经处理直接排入东汶河，然后全部进入岸堤 水库，对该水库的水环境安全构成一定威胁，影响了临沂城区饮用水水质。因此如何保护临沂 城区饮用水源水质，改进水质净化工艺，确保临沂城饮用水质量成为一个急需研究解决的重大 问题。 上述水质问题的存在，无疑给城市供水工作带来压力和挑战，给水工作者应该正视水污染 的现实立足于国内实际，借助国际先进技术与方法，探索适合中国国情的污染治理技术，以 改善城市供水水质，提高城镇居民的饮水质量。本文在调查临沂市城市供水系统水质特征的前 提下，在日供水1 0 万m 3 的东北园水厂进行水质改善现场试验研究，为提高临沂市城市供水水 质提供技术支持和科学的决策依据。 1 2 文献综述 1 2 1 国外水环境污染 日本以第一次世界大战为契机的重工业化发展、二战后的产业复兴以及二十世纪5 0 年代的 重化学工业化与之后的大规模地域开发都市化等，曾产生了一系列环境公害问题，如水俣病、 痛痛病、浦安事件等9 7 1 自二十世纪6 0 年代开始推行环境保护政策，直至二十世纪8 0 年代 中期随着环境标准的进一步修订及公害对策基本法的强制实施，水环境污染状况才逐步得到 改善。据1 9 9 5 年曰本公共水域水环境质量调查结果，以b o d 5 、c o d c 。有机污染代表性水质指 标评价，31 4 9 个水域( 河流2 4 3 3 条、湖泊1 3 0 个、海域5 8 9 处) ，合格率为7 5 t 2 ，但仍有2 4 8 为不合格。其中，湖泊、内海湾等封闭性水体以及流经都市的中小河流达标率低m j 。 大阪市的水源为琵琶湖淀川水系，由于上游地区的经济发展和人口增长，7 0 年代以来提供 淀洲河水总量7 0 的琵琶湖水质下降，藻类大量繁衍，不可避免地出现了富营养化现象，水中 产生了强烈的生物臭，如2 一甲基异莰醇( 2 一m i b ) 和土味素( g e o s m i n ) 等的含量逐年增加， 每年均发生异臭味事件。1 9 9 4 年全日本有1 0 6 个自来水厂( 受害人口1 5 8 0 万人) 受到水源富 营养化产生的生物臭( 以霉臭为主) 的影响协。 韩国取得较大经济成就，曾获得亚洲“四小龙”之一的美称，然而韩国同时也是世界上污 染严重的地区之一】。在推进人口都市化集中( 二十世纪9 0 年代都市化率达8 0 ) 与大规模 产业化的过程中，强调以开发为主的经济增长政策，狭小的国土以及区域土地利用率高，导致 了较为严重的环境污染问题。表1 - 1 列出了韩国四太河流水系代表性监测断面b o d 5 年均值变 化情况，以其饮用水源1 1 类水质标准( 相当我国的地表水环境质量标准i i 类b o d 5 液氯 氯胺 而在城市供水管网的稳定性的优先排序则为： 氯胺 二氧化氯 液氯 臭氧 上述论述说明了二氧化氯有足够氧化性，同时又有足够的稳定性在管网中持续消毒，这为二 氧化氯在城市供水中广泛应用提供了令人信服的证据。 尽管早在1 8 11 年汉弗莱戴维先生就发现了二氧化氯，但只有到了1 9 4 4 年美国纽约州尼 亚加拉瀑布城首先应用亚氯酸钠控制给水中的嗅和味。今天，在欧美市政当局已广泛使用亚氯 酸钠发生二氧化氯消毒剂，如意大利主要采用二氧化氯消毒，德国有超过7 0 的饮用水使用二 氧化氯滤后消毒，美国有5 0 0 多座水厂进行预消毒和废水处理，我国也有江苏昆山、深圳南奥、 山东诸城等几十个小规模的水厂也在滤后尝试使用二氧化氯取代液氯消毒。 2 0 0 1 年7 月份国家卫生部颁布了生活饮用水卫生规范，虽然规范没有规定出厂水中二 氧化氯的标准，但却在首次颁布了二氧化氯消毒副产物亚氯酸盐的限值，说明国家卫生行政主 管部门已经默认了二氧化氯作为消毒剂在水处理中的应用；另一方面，即将颁布实施的建设部 城市供水水质标准中已经规定了二氧化氯消毒的具体控制指标；出厂水余二氧化氯 0 1 m l ，管网末梢水余二氧化氯如0 2 m g l ，而二氧化氯消毒副产物一亚氯酸盐则应不超过 o 8 m l ，这些标准的颁布为二氧化氯在国内城市供水行业中广泛应用奠定了基础。 1 2 7 生物活性滤池强化过滤技术 生物氧化技术用于污水处理已有近百年的历史，十分有效而且经济，但用于到污染水源 的给水处理的时间并不长。给水处理工艺中的生物作用现象最初出现在慢滤池与河岸边土壤渗 滤净水系统。由于慢滤池很快被快滤池替代，这一生物现象未被充分认识。后来在活性炭深度 处理过程中再次发现生物作用的现象，生物氧化技术才被重新认识，并逐渐深入研究。可以说， 饮用水的生物处理技术借鉴了污水生物处理的成果，并通过近十多年的不断研究与实践得到了 发展。饮用水的生物处理的目的就是去除那些常规处理方法不能有效去除的污染物，如可生化 降解的有机物、人工合成的有机物和氨氮、亚硝酸盐氪、铁和锰等。 饮用水生物处理技术欧洲研究较多且有工程应用，尤以法国研究较早，应用较多。自八十 年代以来，随着水源的污染普遍存在，美国、e t 本、韩国、英国、德国等工业发达国家以及国 内的科研院所相继开展了饮用水生物处理的各种研究，并取得了部分应用成果【j 。从国内外进 行的研究和工程实践的可以大致归纳出几种类型，如生物接触氧化法、生物滤池、塔式生物滤 池、生物转盘反应器、生物膨胀床与流化床法等。 王占生对净水主要工艺进行了比较【i ”，见表i - 4 。由表1 - 4 可见，最经济、切实可行的办 法是在水厂现有工艺基础上进行改造，即生活活性滤池强化过滤技术。 表i - 4 主要净水工艺的对比 1 0 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 所谓生物活性滤池，其结构示意见图1 1 。 生物活性滤池是在滤池去除浊度的同时，增加了生物净化功能。所以称之为生物活性滤池。 这种工艺有的地方也称为强化过滤。它是为了以较少的投资。来提高旧的水厂滤池出水水质的 工艺，由原砂滤池改进而成。选用活性炭做滤料，有几个功能：活性炭和砂构成双层滤料滤 池，改善对浊度的去除；活性炭是生物膜良好的载体；活性炭能分解水中余氯等氧化剂， 保持滤料上微生物活性；活性炭在运行初期，对有机物的良好吸附作用，具有抗冲击负荷的 能力。 石英砂滤料 承托层 普通滤池 改为 + 括性炭滤料功髓：良好微生物载体，增加生物处理作用 石英砂滤料功能：保证滤池的过滤杂质功能 承托层 生物活性滤池 围1 - i 生物活性滤池示意圈 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 表1 5 是国外一些生物活性滤池在饮用水中应用的报道。其中所列仅为部分有关生物活性 滤池的报道。其实，至少二十多年前在西欧就已认识到，生物活性快滤池可提高饮用水的生物 稳定性。此后，一些研究表明，生物活性快滤池( 单级或二级) 出水浊度低且生物稳定性好。 在德国和荷兰，生物处理多发生在慢砂过滤、岸滤和地渗等，如果在工艺中用到快滤池和g a c 滤池，它们一般放在臭氧后面。在法国，用于b o m 去除的生物处理常发生在第二级g a c 快滤 池。与此相反，对于许多北美水厂，分开、顺序地去除颗粒和b o m 可能是行不通的，因此， 必须将颗粒和b o m 等多种污染物的去除放在同一滤池中进行，即单级过滤。显然，单级过滤 是在饮用水处理中。实现生物处理工艺最经济的方法。 襄卜5 国外一些生物活性滤池在饮用水中的应用 国内关于生物活性滤池的研究情况列于表1 - 6 。总体上讲，国外生物活性滤池研究重点主 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 要集中在对饮用水中有机物的去除，也包括少量对氨氮的去除研究，而且基本上属于研究性小 型试验。国内近几年对生物活性滤池也有研究【l q ，黄晓东、龙小庆先后在深圳、平湖进行了试 验研究，其中龙小庆还进行了生产性的应用研究，取得了成功。此外。于鑫等在试验中向滤池 内投自b 微量的p 源物质，可以显著增强生化处理能力，瓤且认为。滤料上螅生物鹱比较薄，话 性较高，在滤料表面上的分布足不连续的。 袋i 6 国内关于活性滤池的些研究 1 3 本论文所要解决的问题及主要研究内容 从上面的文献综述可以看出：湖泊水库微污染程度加剧富营养化也日趋严重，以影响 到水厂的稳定运行和饮用水质量同时部分蓝藻释放的磁囊藻毒素、氯化捎毒产生的消毒副产 物等三致物质( 致癌、致畸形、致突变) 对人体健康的影响己引起人们的广泛关注。因此本文 首先研究l 临沂市供水系统水质特征，找出该市城市供水主要水质问题，以除藻和除有机物为主 要研究目标，重点研究二氧化氯、生物活性滤池及其技术组合对常规工艺的强化效果，在水厂 现有常规工艺基础之上寻求高教安全经济的工程技术工艺。鉴于二氧化氯高效除藻能力和生物 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 活性滤池较强的生物降解能力，二氧化氯技术和生物活性过滤技术可以实现优势互补，使藻类 和有机物获得最佳去除，以进一步提高出水质量。 本论文结构为七章，除第一章绪论和第七章结论与建议外，其余各章的主要研究内容为： 第二章以岸堤水库和东北园水厂为主要研究场所，重点研究了岸堤水库水微污染现状水质 特征及水厂常规工艺处理微污染水的技术特性，寻找以微污染的岸堤水库水为水源的水厂主要 水质问题。 第三章重点研究了二氧化氯预氧化除藻能力、对混凝的改善效果，研究二二氧化氯强化消毒 效果。 第四章重点研究生物活性滤池强化过滤技术对微污染水的处理效果。 第五章将二氧化氯和生物活性过滤进行联用，研究二氧化氯生物活性避滤技术对常规工艺 的强化效果。 1 4 中国农业大学工程硕士学位论文 第二章试验场、装置及水质分析方法 第二章试验场地、装置及水质分析方法 2 1 试验场地介绍 临沂岸堤水库位于临沂市蒙阴县境内，水库总库容7 8 亿m 5 ，正常蓄水面4 万亩，汛期最 大水面9 万亩，是临沂市最大的地表水源，每日提供给临沂市东北园水厂9 万m 3 水；还承担 着对岸堤水库灌区及下游的葛沟、茶山、小埠东、李庄和马头等的农田灌溉，近期灌溉面积达 5 4 6 万亩。多年来对全市的经济发展、社会稳定及维系生态平衡等方面都发挥着重要作用。 东北园水厂设计供水能力1 5 万m 3 d ，采用混凝、沉淀、过滤、消毒等常规处理工艺，其 _ _ = = 艺流程图及运行参数如下； 围2 - 1东北固水厂现行工艺流程简图 水厂主要工艺参数如下：1 ) 混凝：投加聚合氯化铝铁，投加量为5 9 m l ，采用管道混合 器混合；2 ) 反应：折板反应池；3 ) 沉淀：平流池，池长1 2 0 m ，停留时间为2 h ；4 ) 过滤：v 型滤池，滤速8 m h ，气水反冲，气冲强度5 5 m 3 l m 2 ，水冲强度为1 1m 3 h m 2 ；5 ) 消毒： 氯消毒，投加量3 0 m l 。 2 2 活性滤池运行装置 滤池工作流程见图2 - 2 ，开始时，生物预处理、砂滤池和活性滤池并行运行，经过三个月， 生物预处理滤池的效果稳定就将其改为活性滤池l ，原来的活性滤池称为活性滤池2 。活性滤 池1 、活性滤池2 、砂滤接活性炭深度处理滤池继续运行6 个月，完成其余试验。 5 ： 生物接触氧化池 原水+ 加药混凝 活性滤池1 活性滤池2 砂滤池活性炭深度处理 田2 - 2 试验工艺流程示意图 试验中原水的加药混凝在带搅拌器的混合池内进行，混凝剂用计量设备投加到混合池。为 了减小投药误差，原水以4 8 0 l h 的流量。进x 自i 药混合池，然后进入滤池进行过滤，混合池多 余的水通过溢流出去。混合池停留时间约为6 0 s 。 研究用到的试验滤池的组成见图2 3 。 该滤池系统由内径1 0 0 m m 的有机玻璃柱加工而成，高3 0 0 0 m m ，滤池从下往上依次为厚 1 0 0 m m 的配水室t4 0 0 m m 的承托层和承托层以上的滤料层。活性滤池滤料层由石英砂和上层 轻质滤料组成。同普通快滤池相比，保留了4 0 0 3 0 0 m m 厚的石英砂滤料，对出水浊度把关， 上层则换成易于微生物附着生长的轻质滤料，从而在过滤浊度的同时增加了生物处理功能。研 究选取活性炭为上层滤料。 其中砂滤池3 同水厂普通滤池相似，床深o 7 m ，石英砂粒径0 5 1 2 m m ，砂滤池后 接活性炭滤池4 ，其炭床高l m ，炭型号z j 15 。活性滤池结构f 层石英砂粒径o 5 1 2 r a m ： 活性滤池的活性炭层滤料装填z j 1 5 煤质炭及g h 1 6 木质炭。 活性炭屡 右英砂屡 承托层 配水室 活性滤池l ，2 一活性滤池2 3 一砂滤池，4 - 活性炭滤池 田2 - 3 试验用的滤池示意图 6 中国农业大学工程硕士学位论文 第二章试验场、装置及水质分析方法 2 3 试验水质分析方法 本研究主要采用的研究方法如下： 1 浊度h a c h 公司2 1 0 0 p 型便携式浊度仪 2 色度铂一钴标准比色法 3 臭味主要采用嗅闽值或强度指数，同时用水中活性炭氯仿抽取物( c c e ) 来参考 4 氨氮钠氏比色法( 7 5 4 分光光度计) 5 亚硝酸盐氮重氮化偶合分光光度法( 7 5 4 分光光度计) 6 高锰酸盐指数酸性高锰酸钾滴定法 7 余氯比色法 8 细菌总数平板计数法 9 ，总大肠菌群滤膜法 1 0 溶解氧溶解氧仪 1 1 总有机碳t o c 仪 1 2 紫外吸收( u v 2 5 4 ) 7 5 4 紫外光栅分光光度计。水样经o 4 5 p m 滤膜过滤，测定波长 为2 5 4 n m ，比色皿厚度为l c m 1 3 微囊藻毒索固相萃取，酶联免疫法 14 土臭索、二甲基异冰片 固相萃取，气相色谱法 15 生物可同化有机碳( a o c ) 平板计数法 1 6 嗅味总量( c c e )活性炭吸附四氯化碳洗脱称重法 7 中国农业大学工程硕士学位论文 第三章岸堤水库水质特征及水厂常规工艺处理微污染水的技术特征 第三章岸堤水库水质特征及水厂常规工艺处理 3 1 岸堤水库水质现状 微污染水的技术特性 依据生活饮用水卫生质量评价标准生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 8 5 ) ，地表水环境质 量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 。 岸堤水库近年来的水质评价结果见表3 - 1 。 塞! ：! ：! ! ! 兰兰! ! ：兰些塑塞塑查壁坐堡堡丝塞 序号 评价参数2 0 0 1 年2 0 0 2 年 3 中国农业大学工程硕士学位论文第三章岸堤水库水质特征及水厂常规工艺处理微污染水的技术特征 根据监测结果和资料进行年度评价。结果是1 9 9 6 、1 9 9 7 、1 9 9 8 年度水质为i i 类水，1 9 9 9 、 2 0 0 0 、2 0 0 2 年度水质为i 类水。其中2 0 0 1 年监测总磷超出类水1 0 倍和1 2 倍，为类水。 总的看水库水质呈下降趋势。影响水质的主要污染指数是总磷、总氨、高锰酸盐指数等。 表3 - 1 表明，2 0 0 1 年岸堤水库及引水工程水质因总磷超标，6 月和8 月水质为i v 类，其余 月份为i i i 类，水厂水质为i 类。2 0 0 2 年岸堤水库及引水工程水质因总磷超标，2 月水质为i v 类， 其余月份为川类，水厂水质为i i 类。总磷超标的原因主要是水库上游蒙阴县城区污水的排入、 库区水产养殖以及水库蓄水量下降等原因造成的。经统计，出现i v 类水的月份占评价月份的 4 1 7 。出现i i i 类水以下的月份占评价月份的5 8 3 。 根据降雨的季节性，将水期划分为枯水期( 采样时间为5 月) 、丰水期( 采样时间为8 月) 和平水期( 采样时间为l1 月) 。将2 年中三个水期水质资料数据分别进行算术平均值计算，并 进行水质评价，结果见表3 2 衰3 - 2临沂城区饮用水水巍地水质枯、丰、平水质评价表 1 9 表3 - 2 表明，枯水期水质为l v 类，平、丰水期水质为类。影响不同水期的主要污染参数 仍是总磷、总氮、高锰酸钾指数等。 3 2 东北园水厂常规工艺水质净化特性研究 由于氨氮、亚硝酸盐氨含量不高，加氯量达到3 m g l 确保出厂余氯、细菌等生物学指标合 格，其它指标均符合国家饮用水标准，因此水质评价指标体系由以下五部分组成：i ) 色度和浊 度；2 ) 有机物；3 ) 藻类及藻毒素：4 ) 嗅味总量及嗅味化合物；5 ) 消毒副产物。以下涉及污 染指标为2 0 0 3 年度1 0 次以上测定结果的平均值。 1 ) 色度和浊度 图3 1 和图3 - 2 表明。水厂常规工艺处理岸堤水库水时，对色度和浊度的去除基本上能够 达到7 0 8 0 左右，处理后的色度合格，但出厂水的浊度却高于卫生部规范和建设部试行标准， 原因可以归结为两点：首先是混凝过程没有优化好，再就是藻类及其有机物覆盖在颗粒物表面， 阻断了带正电荷的混凝剂阳离子与带负电荷颗粒物质的有效接触碰撞，从而影响了脱稳效果。 中国农业大学工程硕士学位论文第三章岸堤水库水质特征及水厂常援工艺处理微污染水的技术特征 图3 - l 水厂常规处理工艺对色度的去除 图3 - 2 水厂常规工艺对浊度的去除 2 ) 有机物 正如图3 - 3 和圈3 - 4 所示，传统工艺对有机物去除篚力有限： ( 1 ) 对耗氧量只有2 3 的去除率，对芳香烃类污染物( u v 2 5 4 ) 的去除效果稍好一些，但 也仅为3 0 左右。 ( 2 ) 出厂水的耗氧量超国家标准( 3 m g l ) ，其主要原因在于原水耗氧量高，因此对于采 用传统工艺的水厂来说，水源水耗氧量超过4 m 肌就没有办法确保出厂水耗氧量指标合格。 ( 3 ) 无论是对耗氧量，还是对u v 2 去除效果最显著的工序是过滤，因此强化过滤将 是消除有机污染的有效途径。 2 1 中国农业大学工程硕士学位论文第三章岸堤水库水质特征及水厂常规工艺处理微污染水的技术特征 一0 i _ 50 0 8 v 葛o 0 6 暑0 0 4 0 0 2 0 原水沉淀池出水滤后水出厂水 工序 掌 v ； l 篮 悄 图3 - 3 水厂常规工艺对芳香烃类污染物( u v 2 5 4 ) 的去除 田3 - 4 水厂常规工艺对耗氧量的去除 3 1 藻类及微囊藻毒素 水厂常规工艺对藻类的去除规律参见图3 - 5 和图3 - 6 。因为藻类总量和叶绿素a 有很好的相 关性，因此这两张图所反映的信息非常相似；图3 7 反映的是经折板反应一平流沉淀之后，叶 绿素a 的变化：图3 - 8 为出厂水中藻类分布特征；图3 - 9 显示的是微囊藻毒素在东北园水厂各 工序处理之后发生的变化。详细分析如下： 1 ) 原水经混凝沉淀之后，叶绿索a 和藻类总数基本上都没有变化，过滤能去除5 0 左右 的藻类，投加液氯消毒之后，能使叶绿素a 的去除率达到9 7 ，藻类总数去除率达到7 2 ，这 说明仍有大量藻类( 接近原水藻类总量的l ，4 1 3 ) 穿透滤池，这不仅使耗氯量加大，还会产 生大量有机氯化物，降低出厂水的质量。 2 ) 图3 7 表明，尽管加氯量高达3 o m g l ，仍然不能完全去除穿透滤池的藻细胞，出厂水中 仍然存有大量藻类( o 7 2 x 1 0 7 c e l l 1 ) 。经鉴定，出厂水中的藻类优势种群为硅藻，其次是蓝藻和 筋 如 博 m ， 0 ! 仉 m 中国农业大学工程硕士学位论文第三章岸堤水库水质特征及水厂常规工艺处理微污染水的技术特征 绿藻，所占比例分别占总数的3 8 9 、2 8 1 和2 2 3 ，另外还有1 0 7 的其它种群。和原水相比， 藻类种群和数量均发生了显著变化，这可归因于藻类生活环境的变化。 3 ) 投加混凝剂之后，包含藻类的颗粒物在折板反应池中充分接触、反应， 能够去除4 1 的藻类，但在1 2 0 m 的平流沉淀池沉降的过程中，藻类在池中重新生长，至6 0 m 处藻类达到最高，和池头相比，增加了近1 倍，然后又略微减少至池尾时，基本上又达到原 水中的数量。因此虽然表面上看混凝沉淀过程对藻类去除甚微，但却包含着非常复杂的生物变 化。 4 ) 水厂常规处理对微囊藻毒素基本没有去除效果，这是因为净水工艺对藻毒素的去除和 水处理过程对藻体破坏而释放藻毒素是两个完全相反的过程，而且二者基本持平，而且后者还 略占优势，因此导致出厂水中微囊藻毒素含量比原水还高； 孚 v 褂 笾 粕 田3 - 5 水厂常规工艺对叶绿素a 的去除 j + j 3 。 5 0 享一一 垂2 5 - - j ，4 。0 基l = 慕掣舶 鑫 z 粤1 5 絮 一 o 5 n u u 原水沉淀池出水滤后水出厂水 工序 围3 - 6 水厂常规工艺对藻类总量的去除 中国农业大学工程硕士学位论文 第三章岸堤水库水质特征及水厂常规工艺处理微污染水的技术特征 田3 7 藻类在沉淀池中再生长( 2 0 0 4 52 2 ) 图3 - 8 水厂出厂水中藻类分布( 藻类总量：o7 3 x 1 0 7 c e l l l l ，2 0 0 462 2 ) 中国农业大学工程硕士学位论文 第三章岸堤水库水质特征及水，常规工艺处理微污染水的技术特征 圈3 - 9 水厂传统工艺对撤囊藻毒素的去除( 2 0 0 452 2 ) 4 ) 嗅味总量与嗅味物质 几乎水中所有浮游性藻类都能产生异臭物质，如蓝藻、硅藻、绿藻、金藻、涡鞭藻等，其 中以蓝藻引起异臭的例子晟多，产生的臭味也最强烈，附着性藻类大多发生霉臭。水体发臭的 原因是藻类在新陈代谢过程中会分泌出发臭物质，当某种藻类大量繁殖时，水中某种发臭物质 的含量骤增，致使水体带有某种异臭。 二十世纪三十年代，就有水中藻类引起水体异臭的文献报道，六十年代以后，成功地分离 培养出各种藻类，并收集到了它们释放的各种发臭物质，并对这些致嗅化合物进行了结构鉴定。 表征水中发臭物质的指标是活性炭氯仿抽提物( c c e m ) ，鉴于c c e m 操作繁琐，而且易 于引进误差，此指标仅有参考意义。最近几年。有关土臭素( g s m ) 和二甲基异冰片( m i b ) 的分离分析、结构鉴定及测试方法的研究越来越多，尽管这两种致嗅化合物尚未列入西方各国 及w h o 等国际组织的控制标准。但也只是一个时间问题。 图3 1 0 和3 - t 1 分别表示传统工艺对c c e m 、g s m 和m | b 的去除情况。 图3 - 1 0 显示：传统工艺对c c e m 有一定的去除能力，整个水处理工艺对c c e m 的去除率 可以达到7 8 ，但仍然出厂水中仍然含有o 1 6 t r i g l 致臭物质没有得到去除( 世界卫生组织w h o 标准为o 2 0 m g l ) 。 中国农业大学工程硕士学位论文第三章岸堤水库水质特征及水厂常规工艺处理微污染水的技术特征 图3 - 1 0 水厂传统工艺对嗅昧总量的去除 8 0 7 0 6 0 5 0 孽 4 0 槲 3 0 蔫 2 0 1 0 0 图3 - 1 1 水厂传统工艺对土臭素( g s m ) 和= 甲基异冰片( m i b ) 但对该工艺对两种最重要的致嗅化台物g s m 和m i b 没有任何去除效果，图3 - i l 显示：出 厂水中g s m 和m i b 含量比原水要高，其原因是藻类胞内的致嗅物质在水处理过程中释放了出 来。 5 1 消毒副产物 饮用水加氯消毒已有近百年以上的历史。由于氯的使用成本低，消毒效果好，一直是水处 理中广泛采用的消毒剂。但是由于氯在发挥消毒作用的同时，氯与水中存在的有机物和藻类发 生反应，形成一些消毒副产物，如三氯甲烷( t h m s ) 、卤乙酸( h a a s ) 等，增加了致癌风险。 表3 - 3 为水厂出厂水的消毒副产物测定结果。 2 6 中国农业大学工程硕士学位论文第三章岸堤水库水质特征及水厂常规工艺处理微污染水的技术特征 表3 - 3 、水厂消毒副产物的检出情况 + 建设部试行标准 表3 - 3 显示，水厂常规水处理工艺出水中检t t i k 种卤代消毒副产物中的六种，其中四氯化 碳超标2 - 3 倍，氯仿也接近或超过限值，卤乙酸总量超国家标准。原因有两条一是原水中藻 类和有机物等前体物没有得到很好的去除，二是消毒剂液氯的大量的投加( 滤后液氯投加量为 3 0 m g l ) 3 3 本章小结 1 、临沂岸堤水库总体上水质属三类，主要污染物是总氨、总磷和耗氧量水体呈富营养化 状态，藻类及有机污染是主要的水质问题。 2 、东北园水厂出水主要水质问题是有机物超标，存在嗅味物质和消毒副产物。 3 、东北园水厂常规混凝- 沉淀一过滤- 消毒工艺不能很好地解决岸堤水库微污染的水质问题， 必须寻求更为安全有效的处理技术。 中国农业大学工程硕士学位论文第四章二氧化氯对常规工艺混凝和消毒过程的强他 第四章二氧化氯对常规工艺混凝和消毒过程的强化 4 1 二氧化氯强化处理技术优化 c 1 0 2 中c l 的氧化数为+ 4 ，其有效氯含量是c 1 2 的2 6 倍，c 1 0 2 的氧化电位很高，为1 7 3 v ( c 1 0 2 一c | ) ，比c 1 2 ( c 1 2 2 c 1 ) 的氧化电位高出o 3 7 v 。因此，c 1 0 2 有很强的氧化能力。下 面就二氧化氯在改善混凝、除藻和去味方面的研究成果介绍如下： 4 1 1 浊度、色度的去除 圈4 - 1 二t 化曩对色廑和浊度的去豫效果 图4 1 表明。二氧化氯有很好的去除色度和一定的除浊能力，随着投加量的增加，色度的 去除稳步升高，至5 m 叽时，可以获得4 5 的色度去除效果，而对浊度的去除稍差一些，4 m e d l 时获得2 5 的最高去除率。 4 1 2 有机物的去除 二氧化氯对有机物的去除效果参见图4 - 2 。二氧化氯对耗氧量和其中芳香烃物质的去除规 律基本一致，在1 - s m g l 的考察范围内，最大去除率维持在3 0 d a 内。 通过色度、浊度、u v 2 h 和耗氧量等常规指标去除研究，发现二氧化氯不仅可以有效去除 有机污染物，而且还有一定的助凝效果。必将改善混凝效果，使混凝过程得到强化。这将在下 面的半生产性实验中得到验证。 中国农业大学工程硕士学位论文第四章二氧化氯对常规工艺混凝和消毒过程的强化 4 1 3 除藻 圈4 - 2 二氧化氯对有机物的去除 地表饮用水源中比较常见的是蓝藻、绿藻、硅藻，选择这三种藻类进行二氧化氯除藻实验。 受试藻类为本实验室培养液，藻种( 纯品) 购于中国科学院武汉水生研究所。 图4 - 3 可以看出：受试藻种中，蓝藻对二氧化氯最为敏感，3 m g l 时达到接近1 0 0 的去除 率；其次是绿藻，最不敏感的是硅藻，二氧化氯达到5 m g l 时，才达到6 0 的去除率。这与三 种藻类的细胞结构紧密相关的，一般认为二氧化氯的灭菌机理是：二氧化氯对细胞壁有较好的 吸附和穿透性能，可氧化细胞内含巯基的酶并可快速控制蛋白质合成。在显微镜卜- 观察：二氧 化氯处理1 0 分钟后，蓝藻大部分消失；丝状藻细胞被破坏，形成片段，内部物质丢失呈透明状， 可见框架结构：硅藻剩余胞壁壳体。蓝藻在杀灭初期即可被除去，而绿藻和硅藻的去除则比蓝 藻的去除缓慢。所需的剂量也比蓝藻多。 2 9 中国农业大学工程硕士学位论文 第四章二氧化氯对常规工艺混凝和消毒过程的强化 围4 - 3 二曩化氯对薯类的灭杀效果( a 、b 为蓝墓，c 为绿羹、d 为硅蕊) 4 2 半生产性对比实验研究 本实验在东北园水厂3 # 生产线中进行，调整该生产线的生产能力为5 万一d ，同时l # 、 2 # 生产线满负荷同时并列运行， 在相同加药条件下，配水井中间隔开投加二氧化氯使投加二氧化氯的水进入3 # 线，未 投加二氧化氯的水进入1 # 和2 # 线，两组不同工艺进行比较。 水厂选用聚合氯化铁铝作为混凝剂，投加量为5 9 m g l ，3 # 实验生产线二氧化氯的投加量 分别为o 5 、1 0 、1 5 和3 0 m g l ，1 # 和2 # 对照生产线采用原水厂工艺，稳定运行一天后取样分 析。 4 2 1 二氧化氯预氧化 1 、预氧化投加量的选择 3 0 中国农业大学工程硕士学位论文第四章二氧化氯对常规工艺混凝和消毒过程的强化 预氧化的主要目的是除藻，除藻的同时要充分考虑微囊藻毒素的释放与去除，因此选择滤 后叶绿素a 和微囊藻毒索作为评价指标。 z u 1 0 0 8 0 1 鐾6 0 ，广1 糊 4 0 2 0 n u 一 0 5 m g l1 o m g l1 5 m g l3 o m g l 投加量 圈“东北圈水厂二蕾化j 重曩化投加量的优化 由图4 - 4 可以看出，投加量太少，除藻效果不好，只有7 5 ，但投加量火于l m g l 之后， 除藻率达到1 0 0 ，而且除藻曲线上显示出平台；藻毒索的去除率在1 m l 投量时出现最高点， 随着投加量的增加，去除率逐渐下降。至3 m g l 时，滤后藻毒素反而超过了原水含量，去除率 表现为零。因此从去除藻污染效果和节约成本两个角度出发，将二氧化氯预氧化的投加量选择 为1 m g l 。 2 、二氧化氯预氧化工艺特征 3 号生产线( 二氧化氯投量为l m g l ) 和1 、2 号生产线进行技术对比，解析预氧化工艺混 凝、沉淀、过滤等三个工序对重点指标的去除规律，并和常规工艺进行对比。 1 ) 浊度和色度 很明显，二氧化氯预氧化工艺能够强化常规工艺的混凝效果，不仅使反应后的色度、浊度 去除率提高，并最终使滤后色度和浊度去除率分别提高2 9 和7 个百分点，显然对色度的强化去 除效果最为显著。 中国农业大学工程硕士学位论文 第四章二氧化氯对常规工艺混凝和消毒过程的强化 田4 - s 两种工艺对浊鹰去豫技果的比较 圈4 _ 6 两种处理工艺对色虚的去豫效果比较 中国农业大学工程硕士学位论文 第四章二氧化氯对常规工艺混凝和消毒过程的强化 2 ) 有机物 田4 _ 7 两种处理工艺对u v 2 5 4 的去- 女效果比较 圈4 - 8 两种处理工艺对耗氲量的去除效果比较 图4 7 和4 8 同样表明了二氧化氯无论是对耗氧量还是对芳香烃类的有机污染物都有显著 的强化去除效果，尤其是混凝和沉淀两个工序，常规工艺中有机物均增加，或去除甚微，而二 氧化氯预氧化工艺则表现截然不同的去除效果，耗氧量和u v 2 5 4 的去除率在混凝沉淀后显著增 加。 中国农业大学工程硕士学位论文第四章二氧化氯对常规工艺混凝和消毒过程的强化 3 ) 藻类和藻毒索 圈4 - 9 两种处理工艺对薯类的去除效果比较 田4 - 1 0 两种处理工艺对t 囊誓毒蠢的去除效果比较 图4 - 9 和图4 - 1 0 给出如下信息： ( 1 ) 投加1 m g l 二氧化氯之后，各个工序对藻类和微囊藻毒素的去除能力都有显著提高， 滤后藻类和微囊藻毒素均分别提高4 5 和3 7 个百分点。 ( 2 ) 无论是藻类。还是藻毒素。对去除率的贡献最大的是混凝过程，这一规律在对常规工 艺和二氧化氯预氧化工艺中均有体现，而且二氧化氯预氧化工艺体现得更加明显。 ( 3 ) 常规工艺的沉淀过程对藻类去除率降为零，而_ - - 氧化氯预氧化工艺对藻类的去除率 中国农业大学工程硕士学位论文第四章二氧化氯对常规工艺混凝和消毒过程的强化 基本上没有受到影响，这是因为藻类在平流沉淀池