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(市政工程专业论文)管道直饮水处理系统的优化研究.pdf.pdf 免费下载
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文档简介
, 湖南大学硕士学位论文 摘要 叮3 9 8 二3 5 城市生活饮用水水质问题是一个直接影响人民群众生活和身心健康的重 要问题。本文对水质问题的发展历程及国内外饮用水水质标准作了简要介绍, 分析了国内管道直饮水的现状,提出了管道直饮水水质标准,重点研究了管道 直饮水的处理工艺及消毒方法的优缺点,分别以泉水和城市自来水作为原水, 通过生产性试验确定了用于管道直饮水净化的较优化工艺一一活性炭吸附+ 反渗透+ 臭氧消毒。 试验表明:活性炭吸附和反渗透对水中浊度、色度、高锰酸钾耗氧量,细 菌总数等有较好的去除效果,臭氧在保持高的杀菌率的同时,可提高出水p h 值,出水符合国家饮用净水水质标准( c j 9 4 1 9 9 9 ) 。另外,试验对循环回流 量的确定作了有益的尝试,对试验过程中发现的问题和现象作了分析与阐述0 本研究为管道直饮水处理工艺的选择提供了有力的实验依据和基础,对 管道直饮水工程的运行有积极的指导意义。 关键词:管道直饮水净化工艺水质标准优水 a b s t r a c t d r i n k i n g w a t e rp l a y sa n i m p o r t a n tr o l e i n p e o p l e se v e r y d a y l i f e i nt h i s p a p e r , t h e d e v e l o p m e n to fw a t e rq u a l i t ya n ds t a n d a r d sf o rd r i n k i n gw a t e ru s e dh o m ea n da b r o a dw a s b r i e f l yi n t r o d u c e d ,a n dt h es t a n d a r d sf o rg o o dq u a l i t yd r i n k i n gw a t e rh a sb e e ns u g g e s t e d t h e e m p h a s i sw a sp l a c e do nt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h ep u r i f i c a t i o np r o c e s s e sa n d d i s i n f e c t i o nm e t h o d sa p p l i e di np o t a b l ew a t e rt r e a t m e n t b a s e do nt h ep r o d u c t i v et e s t so f g o o d q u a l i t yd r i n k i n gw a t e ru s i n gs p r i n gw a t e ra n dt a pw a t e ra ss o u r c ew a t e rr e s p e c t i v e l y am o r e a p p l i c a b l ea n de c o n o m i c a lp u r i f i c a t i o np r o c e s s ,w h i c hc o n s i s t so f g a c ( g r a n u l a ra c t i v ec a r b o n ) a d s o r p t i o n ,r e v e r s eo s m o s i s ,a n do z o n ed i s i n f e c t i o n ,h a sb e e ns u g g e s t e d t h e s et e s t si n d i c a t e dt h i s p r o c e s s e f f e c t i v ei n r e m o v i n gt u r b i d i t y ,c o l o r ,c o d m nt o t a l b a c t e r i a , a n ds oo n o z o n ec a nn o to n l yr a i s ep ho ft h ee f f l u e n t b u ta l s ok e e pi tm e e t i n gt h e r e q u i r e m e n to f t h e w a t e rq u a l i t ys t a n d a r d sf o rf i n ed r i n k i n gw a t e r ( c j 9 4 - 1 9 9 9 ) i na d d i t i o n , t h ec y c l ed i s c h a r g ew a sa t t e m p t e dt od e t e r m i n ea n dt h ep r o b l e m se m e r g i n gi nt h et e s t sw a s d i s c u s s e d t h i ss t u d ys u p p l i e ss t r o n gf o u n d a t i o nf o rp r a c t i c ea n dc a nd i r e c tt h eo p e r a t i o no fg o o d q u a l i t yd r i n k i n gw a t e rt r e a t m e n t k e yw o r d s :g o o dq u a l 时d r i n k i n gw a t e r , p u r i f i c a t i o np r o c e s s ,w a t e rq u a l i t ys t a n d a r d s ,o p t i m i z a t i o n 塑塑查兰堡主兰堡丝壅 第一章综述 1 1 我国城市供水现状与面临的问题 1 1 1 我国城市供水现状 截止到1 9 9 5 年底,我国有6 4 0 座城市。根据1 9 9 6 年编写的城市供水统计 年鉴对5 2 8 座城市的统计,共有自来水厂1 3 2 9 座( 其中地面水厂7 8 3 座,地 下水厂5 4 6 座) 。综合生产能力9 0 6 0 7 3 万m 3 d ,售水量2 1 6 9 亿m 3 a ( 其中工业 用水9 3 8 亿m 3 a ,生活用水1 0 8 3 亿m 3 a ) 。年末用水人e l1 4 8 亿人,自来水普 及率9 0 7 ,平均用水单耗1 9 9 7 l ( 人d ) ,管道长度( 0 7 5 m m 以上) 9 9 万k m 。 有3 6 座城市的最高供水量超过5 0 0 万l - t 3 d ,】3 座城市的最高供水量超过1 0 0 万 m 3 d 。上海市最高供水量5 7 0 9 万m 3 d ,成为我国最大供水城市i l i 。我国供水量3 6 强城市排序见表1 1 。 表 1 - 11 曲5 年我国t 共:, g l l 3 6 ;勤辅i 排;u 次序 排名城市最高供水量( 万m s d )排名城市 最高供水量( 万m 3 d ) i上海5 7 0 91 9抚顺8 55 2广十i 13 7 772 0大连8 2 6 3武汉2 8 0 82 1福州8 2 6 4北京2 3 362 2南宁7 8 7 5天津1 6 972 3济南7 8 0 6沈阳1 6 1 j 22 4郑州7 t o 7南京1 3 7 62 5佛山7 2 3 8兰州1 1 6 42 6衡阳6 5 6 9大庆1 0 22 7合肥6 3 4 1 0成都1 0 6 02 8长春6 2 6 i l长沙1 0 5 02 9汕头6 2 4 1 2株洲l 03 0哈尔滨6 10 1 3深圳1 0 2 33 i 苏州5 83 1 4杭州9 8 93 2襄樊 5 8 0 1 5无锡9 5 4 3 3三明5 7 五 【6重庆 鲇3 4石家庄5 2 5 1 7南昌9 2 23 5 昆明5 5 6 【8西安9 i 63 6青岛5 l d 塑堕查兰堡主堂竺望苎 1 1 2 我国城市供水面临的问题 1 我国1 0 8 座城市严重缺水 我国水资源的总量为2 8 0 0 0 亿n l 3 a ,居世界第6 位,但人均水量仅为2 7 3 0 m 3 1 ( 人a ) t 列世界第8 8 位,相当于世界平均水平的1 4 ,且时空分布不均匀,南 多北少,东多西少,春夏多,秋冬少。我国有l ,3 土地年降雨量不到2 0 0 m m ,浪 费叉严重。农业用水量占6 5 ,但灌溉方法落后农业用水利用率仅为3 0 4 0 ( 发达国家为7 0 - 8 0 ) 。我国工业用水浪费也很垂。如生产i t 钢铁需用水量 2 5 3 0 m 3 ,而发达国家只需6 m 3 。我国可供利用的水资源为1 1 0 0 0 亿m 3 a ( 我国 水资源已开采水量5 0 0 0 亿1 33 a ,其中农业用水占6 5 ,工业用水占】3 ,生活 用水占2 0 ) ,2 0 0 0 年我国需水量达7 0 0 0 亿m 3 a 。现在我国缺水量为1 6 0 0 亿m 3 a , 在现有6 6 6 座城市中,有3 3 3 座城市不同程度缺水,1 0 8 座城市严重缺水。 2 。水源污染严重 我国7 大水系和内陆河流1 1 0 个重点河段符合水环境质量标准,1 类和2 类 占3 2 ,3 类占2 9 ,4 、5 类占3 9 。我国水利部对全国7 条大中河流近1 0 万k m 河长进行了检测,结果令人担忧,我国现有河流近1 2 河长受到污染,】0 河长 受到严重污染。全国城市9 0 水域受到污染,大河干流占1 3 ,支流5 5 被污染。 我国废水污染事故每年有1 6 0 0 起,每年经济损失3 7 7 亿元。黄河从1 9 7 2 年开始 断流1 9 9 6 年断流达13 6 天淮河污染严重,一半支流无法利用;珠江河道发黑 发臭。广州市区河段水质已劣于5 类标准:长江流域污水排放量达1 4 2 亿m 3 a : 海河是水污染最严重的;辽河枯水期水质极差:松花江汞严重超标。1 9 9 4 年我国 废水排放总量3 6 5 亿m 3 a ( 其中城市工业废水2 1 5 亿m 3 a ,乡镇工业废水4 3 亿 m 3 a ) 。 3 自来水质量存在一定不足 相比较于欧美国家我国城市供水水质存在一定的不足主要原因在于: ( 1 ) 水源上的差距欧、美、日对水源非常重视,水源不污染或轻污染, 我国大部分水源受到不同程度的污染 ( 2 ) 水源环境保护上的差距欧、美、日水源取水口上、下游建立保护区, 水源环境非常优美取水口建立自动水质监测站,净水厂的处理构筑物都在室内, 净水厂环境卫生非常干净。净水厂清水库全封闭,内壁和池底均贴白瓷砖挣水 2 湖南大学硕士学位论文 厂沉淀池排泥水和滤池冲洗水均要处理。我国水厂水质监控仪表运行不可靠,无 法指导生产,净水构筑物多在室外,受气候影响大,沉淀池排泥和滤池反冲洗水 大部分未处理,直排水体,污染水源。 ( 3 ) 投加药剂品种和数量上的差别欧美净水厂通常在原水中先投臭氧作 氧化剂,氧化水中有机物,当原水中发现异味,必须投加粉末活性炭去除原水臭 味,再投加三氯化铁或硫酸铝作混凝剂,投加率偏大,强调水质清,消毒用二氧 化氯替代氯气,出厂水还调节p h 以防止输水管网腐蚀。我国水厂一般做法是预 加氯采用碱式氯化铝作混凝剂,消毒方式普遍为氯消毒。 ( 4 ) 水处理工艺上的差距欧美净水厂强调快速、均匀混合,通常采用快 速机械搅拌器;絮凝池采用多级变速机械搅拌;沉淀或澄清多采用多层沉淀池、 新型澄清池,净水效果好;过滤采用双层滤料或均质滤料。 我国水厂混合以静态混合器为主:絮凝池以水力型为主,絮凝时间偏短;沉 淀以平流式沉淀池为主,还有斜管沉淀池,加速澄清池;过滤以快滤池为主,也 有虹吸滤池等。 以上几个方面的差距,使得国内饮用水水质较之国外,有较大的不足。主要 体现为:水质指标偏少,我国现行的生活饮用水标准( g b 5 7 4 9 8 5 ) 仅有3 5 项指标,而欧共体饮水指令规定达6 6 项,世界卫生组织水质标准则有13 5 项, 给出指导值的为9 8 项;其次,部分水质指标标准偏低,我国饮用水浊度标准为 3 n t u 欧共体饮水指令浊度标准为1 n t u ,世界卫生组织水质准则浊度标准为 1 n t u l 2 1 。水是人类生命的源泉,人每天都要喝水喝微污染水源的自来水对人类 的健康必将带来不利的影响。而随着物质生活水平的提高,人们观念的进步,对 饮用水的水质也提出了更高的要求,如何解决这一矛盾,向人们供应卫生、健康 的饮用水已成了我国供水行业的一项重要课题。 1 2 饮用水水质 1 2 1 水质问题的历程 生活饮用水水质问题是一个与a 1 f l 身体健康和日常生活息息相关、紧密相连 的问题早在3 0 0 0 年前的印度和中国,就有利用过滤来改善饮用水水质的记录 总的来说,水质t a - j 题的发展经历了- - 卟- 阶段:第- - 阶s t - - - - f a c h 菌。如伤寒、霍 3 乱、痢疫等病菌的介水传染,从1 9 0 8 年采用加氯消毒后基本得以解决:第二阶 段一一重金属如汞、镉等的污染,通过多种方法治理工业污水而得以解决:第 三阶段即当前世界已面l 临的阶段,即有机物对水的污染,在有机物污染中可 能存在致害物、致突变物、致畸物甚至致癌物的污染。 形成有机物污染有其深刻的社会背景。近几十年中,现代化工业迅速发展, 尤其是合成化学工业的突飞猛进,使得人工合成化学物总数己超过4 万种,每年 还有上千种新品投入市场,这些化学物的相当一大部分通过人类活动进入水体, 如生活污水和工业废水的排放,农业上广泛使用的各种化肥、除草剂和杀虫剂的 流失等等,使接纳水体的物理、化学性状发生显著变化有机污染物在数量和浓 度上占了绝对优势。尤其值得注意的是不少有机化学物对人体有“三致”作用, 按目前现有的检测技术已发现自来水中有2 2 2 1 种有机物,饮用水中7 6 5 种,其 中2 0 种致癌物、2 3 种可疑致癌物、1 8 种促癌物、5 6 种致突变物,这些污染物 中大部分是挥发性有机物,占水中有机污染物总量的1 0 。研究人员曾对受有机 污染的饮用水富集提出物进行致突变试验,发现许多阳性结果。我国上海、北京、 武汉、哈尔滨、深圳等地的自来水也同样出现了致突变阳性报告,饮用水的污染 已严重威胁着人类的正常生活。 曾有美国自来水协会杂志( j a w w a ) 副主编i d am s a y e r 针对这种情况 指出:“虽然饮用水生物学安全性是第一位的,但现在已能够得到保证水处理 工作者的注意力应该转向水中无机污染物和占绝对优势的有机污染物,后者正向 水处理技术和水质分析能力提出挑战”t s 。这就给我们的水处理工作指明了方向: 我们不能仅仅停留在几十年甚至上百年沿袭下来的传统水处理工艺上,因为以主 要功能为去除水中悬浮固体、胶体的混凝沉淀及过滤、氯消毒工艺对当前受污染 程度日益严重的,含大量溶解性有机污染物的水源水处理难以达到净水要求。虽 然传统工艺及消毒技术的发展使水致疾病不再成为净化的主要问题,但水处理工 艺必须在面对新的问题时,提出新的有效的对策。 1 2 2水质标准的变迁 饮用水水质标准是确保饮用水卫生和安全的法规,国家颁布的生活饮用水水 质标准和水源水质标准,是选择合理处理工艺的基本依据。事实上,饮用水水质 标准的建立反映了人类对客观世界的认识水平和经济发展水平,它同时也与水源 4 塑堕奎堂堡主兰垡笙塞 水水质有紧密的联系由于人类对客观世界的认识水平不断提高,经济发展也日 益迅速,水质标准需要不断的修订和完善。 过去的数十年中,水源水水质由于遭污染而不断恶化,世界上许多国家无一 不是不断修改饮用水水质标准体现了科学与医学研究进步的因素【6 ”。 二十世纪初,水质标准主要包括水的外观和预防传染病的项目,各国根据自 己的具体情况制定。五十年代后出现了国际性的饮水水质标准,世界卫生组织于 1 9 8 2 年修订了原来的国际饮用水水质标准。 我国从1 9 5 6 年1 2 月施行饮用水水质标准( 草案) 以来,到1 9 8 5 年1 0 月实行新版生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 8 5 ) 的3 0 年间,共进行了四次修 订工作。水质指标从2 3 项增加到3 5 项,针对我国社会经济发展导致有机物污染 饮用水的实际情况,增加了氯仿、四氯化碳、六六六、滴滴涕、苯并( a ) 芘等 毒害物的限值。但与发达国家相比,我国生活饮用水卫生标准的安全性还远 远不足,体现在对有机毒物限定项目不齐全,没有规定对人体健康危害较大的有 机氯化物、农药等污染物的总量限定。这也是我国现阶段经济发展水平和现有水 处理设施的实际情况等因素决定的。 值得欣慰的是我国的给水排水工作者已注意到了这一问题,已经把修订饮 用水卫生标准提上了议事日程。城市供水行业2 0 0 0 年科技进步发展规划提 出,最高日供水量超过1 0 0 万m 3 ,同时又是直辖市、对外开放城市、重点旅游城 市的水司( 一类水司) 将执行新的水质标准,新标准共计8 8 项指标,很大程度 上将饮用水的要求提高了一个档次。我们相信随着人们对饮用水要求的逐步提 高以及环境水质的不断恶化,饮用水水质标准将会不断得到更新、修正。 1 2 3饮用水水质与人体健康 前已述及,水质问题与人体健康密切相关在人类社会发展的历程中,却直 到十九世纪末。由于人类认识到严重危害生命的霍乱、伤寒、痢疫等传染病是通 过饮用水传播的,才第一次把水质与健康直接联系起来 本世纪初首先出现饮用水的水质标准,只对细菌作出定量的规定,据美国7 8 个城市的资料,从提出细菌质量标准起,在水质控制的不断发展过程中,每1 0 万人中的伤寒病死亡率从1 9 1 0 年的2 0 5 4 人降低为1 9 4 6 年的o 1 5 人l “。 甲状腺肿虽然一般早已认定是饮水( 和食物) 中缺碘所引起的但由于地方 5 湖南大学硕士学位论文 性甲状腺肿流行地区水质资料的不断丰富,现在己公认,除了缺碘以外,还有其 它致甲状腺肿的物质在起作用。例如,曾有一系列因饮用硬度高的水而诱发甲状 腺肿的报告。 水中含氟量与心血管疾病和癌症都有联系。据美国调查的资料,饮用水加氟 与癌症死亡率呈现正的相关关系,1 0 个饮用水中加氟城市的癌症的死亡率比未加 氟城市的癌症死亡率高。 此外,水中的一些微量元素如:铁、铜、锰、锌、钴、铬、硒、钼、硅、锡、 钒、镍、溴、铝和硼等也与人的生理活动有关,美国心血管病流行病学研究,认 为水中锑可能与一i i , 血管病有联系,铝和早老年性痴呆病有关,硅与冠心病有一定 关系,饮用含高硅水地区的冠心病死亡率,较之饮用低硅水地区低 1 2 4 饮用水水质面临的问题 大致从7 0 年代起,自来水的水质出现了两个新现象。即饮用水中化学成分 的数量急剧增加和饮用水中不断出现新的病原微生物因子。 自来水中不断发现新的病原微生物,这一现象实际是反映了现代文明的一个 侧面。出现这一现象的具体原因大致是:( 1 ) 由于微生物学、医学以及有关学科 的进步,一些流行病爆发后,就能够及时确认是水传播的,同时也能做到鉴定并 分离出自来水中有关的病原微生物:( 2 ) 由于人类活动对环境,特别是对环境污 染的影响,不止有利于许多病原微生物的大量繁殖,还可能为产生病原微生物的 变种创造了条件;( 3 ) 由于人类活动的急剧多样化以及各种活动的强化,为病 原微生物的传播创造了更佳的条件。这些原因也间接指出,在现代的环境条件下, 自来水中病原微生物数目将随着人类的活动规模的扩大而不断增加。 饮用水中化学成分急剧增加的原因是水源水体受到污染的结果,水体的污染 是现代出现的空前规模的人类活动造成的。如( 1 ) 废气粉尘排入大气。通过降 水最后进入水体:( 2 ) 在化肥、农药和其它化学制品以及其它工业产品的生产和 使用过程中由于生产废水排入水体或者在使用过程中的残留物或分解物通过 各种途径进入水体:( 3 ) 开矿、建设和矿物处置过程中,所产生或引起的化学物 质通过径流或渗漏等进入水体中:( 4 ) 水体中的运输,娱乐活动和废水处置对水 体的直接污染:( 5 ) 化学制品的运输事故引起的水体污染 世界范围内饮用水中已出现7 6 5 种合成有机化合物,其中1 1 7 种是属于致 6 塑塑奎堂婴主兰垡丝塞 癌的或有关致癌的物质。应该指出,上述的数目是在目前的检测极限浓度为l m g l 的情况下得出的,实际仍有许多低于极限检测浓度的成分存在。通过饮水进入人 体的一部分化学成分,会在体内蓄积起来,成为人体的“正常”组成的一部分。 农药和六六六在世界范围内的人体中出现,就是证明。 事实上,饮用水中不断发现新的病原微生物,或者是水中的化学物质成分的 急剧增加,将会持续存在下去。如何为用户提供符合更高水质要求的卫生饮用水 已成为现阶段需要解决的重要课题。 1 3 分质供水 13 1国外的分质供水 分质供水( d u a lw a t e rs u p p l y ) 即设置两套不同的供水管网将两种不同质量 的水送至用户,以满足用户不同的用水需求。分质供水在国外有着长期的应用历 史,国外现有的分质供水都是以可饮用水系统作为城市主体供水系统,而将低品 质水,回用水或海水另设管网供应,用作园林绿化,清洗车辆,冲洗厕所,喷洒 道路以及工业冷却等称为非饮用水。非饮用水系统通常是局部或区域性的,作 为主体供水系统的补充,设立非饮用水系统的着眼点在于节约水资源及降低处理 费用1 9 。如美国佛罗里达州珊瑚角城分质供水系统,地下水提升后,经净化处理 后,通过管网输送至用户,供饮用、烹调而用户排放的污水经污水处理厂处理 后,补充河道中较为洁净的河水,通过另一套管网送至用户处供水消防灭火、 灌溉、冲洗顾所或作为景观用水等该城的分质供水项目己于1 9 9 2 年5 月2 日 正式启动,其中饮用水处理工艺采用低压反渗透,其处理能力达6 x 1 0 4 m 3 d ,是 世界上净水能力最大的装置之一l ”l 。 早在1 9 8 3 年,鉴于水资源紧缺现象加剧及水质标准与处理费用提高,a w w a 下属分质供水分会( d i s t r i b u t i o nd i v i s i o nc o m m i t t e eo nd u a ld i s t r i b u t i o ns y s t e m s ) 就提交了一份分质供水指南,以总结国际上现有的分质供水经验井期望以 此为起点,为建立将来全美统一的分质供水规范提出基础指南对有关术语的定 义为:“可饮用水”是符合联邦与州政府水质标准,用于饮用、烹调与清洗的水; “非饮用水”是人类偶然消费不致造成危害,用于非饮用用途水在美国安全 饮用水法案修正案( s d w a a ) 生效之后的1 9 8 7 年美国环境保护局( u s e p a ) 7 塑堕查兰堕圭兰堡望兰 与a w w a 在一次专题会议上发表了下述观点:u s e p a 认为净水器( d o i n t - o f - u s e d e v i c e ) 和瓶装水只能用作改善水质的临时措施,使用净水器和瓶装水不被认为 是能满足s d w a a 规定的最大污染物浓度( m c l s ) 的方法,因为它们没能提供 全部生活用水。 1 3 2 国内分质供水的出现 我国生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 8 5 ) 于1 9 8 5 年开始执行,其中正式 规定限量的参数共3 5 项。颁布至今,已有1 5 年的时间。而近2 0 年是我国实行 改革开放。经济快速发展的阶段,其间,我国的工农业上了一个新台阶人民的 生活水平得以显著提高。与其同时,一方面,工农业的迅速发展,导致大量的化 学污染物未经有效的处理而排入环境水体,致使我国大部分水体遭受到了不同程 度的污染,而由于经济实力的限制和环境保护意识的严重缺乏,这部分水体不仅 没有得到治理,而且,目前污染范围和污染程度还有不断加大的趋势。另一方面, 随着科学技术的进步,物质生活水平的提高,人们对饮用水的认识有了进步的 加深,对水质的要求有了新的观念,要求饮水水质第一无害,第二有益,即现在 人们对饮用水的需求己从单纯的生理必需型正向卫生健康型和享受型转变。 目前,我国城市自来水厂般都采用老工艺,对有机污染物去除效果不佳, 加上陈旧的管网与二次供水设施可能产生的污染,想要保证饮用水的水质,则要 从现有净水厂工艺着手改造,将需要大量资金。实际上,饮用水只占生活所用各 种水量之和的3 左右,固然除饮用外,淋浴、洗漱等用水对人体也有影响,也 应有一定的要求,但终究还是保证饮水的洁净是首要的。 针对饮用水的实际问题以及人们对水质要求的不断提高,市场上出现了名 目饿多的瓶装蒸馏水、纯净水,各种家用净水器也应运而生。目前,国内绝大多 数城市都有自己的纯净水生产厂家,有关统计结果表明上海市已登记注册的纯 净水生产厂有近5 0 家,北京和天津市均有4 0 余家,深圳市也有4 0 余家。北京、 天津9 6 年度联检结果表明,纯净水生产厂的产品合格率仅为百分之十几深圳 的情况也大抵如此【2 】究其原因,主要以下: 一是纯净水厂( 站、屋) 制水车间用房及卫生设施,大都不符合g b l 6 3 3 0 9 6 国家卫生规范,特别是临街纯净水屋( 站) 缺乏空气净化装置,灌装车间不封 闭:空气清洁度很难达到卫生规范要求的1 0 0 0 级,空气中的二氧化碳、尘埃为 8 塑堕奎堂堡主堂竺堡奎 细菌滋生提供了良好时机。 二是纯净水的原料水一般是以地表水( 江、河、湖、库) 为源水的自来水, 水中氮、磷、氧等富营养物质及t o c 、c o d 、b o d 含量较高,在气温、水温较 高的夏、秋季节,水中微生物种类多,繁殖快。纯净z t i , j 水工艺不完善,系统运 行预处理单元,特别是活性炭过滤器使用一定时间后如不及时冲洗消毒,微生物 繁殖成为细菌以及耗氧量超标的原因之一。 三是饮用纯净水中无任何添加物和防腐剂,纯净水储存和灌装过程中细菌滋 生的可能性比自来水还大。制水系统保质措施不力:如臭氧含量不足、紫外线穿 透力不强,杀灭的细菌复生:灌装过程中,消毒杀菌剂选择不当、用量不足、时 效性差( 作用浓度、时间) :采用手工灌装及回收桶未经消毒处理重复使用等都 为细菌滋生和繁殖提供了条件。 四是供水厂、站以销定产,制水系统多是间歇运行,停机时间长于运行时间 而无消毒保护措施。 细菌是有生命的污染物,纯净水富氧,停机时制水设备中剩水温度升高,被 截留在水中的细菌易附着在设备表面,特别是活性炭表面及r o 膜面并开始繁殖。 在滋生和繁殖过程中,由于不断新陈代谢,所排出的粘滞性代谢物,也会吸附在 滤料及膜面上,引起滤料结块、膜孔堵塞:开机后冲洗难以全部清除,必然进入 r o 主机,导致透过水水质下降基至透过液中细菌总数大于源水。 运行一一停机一一再运行一一再停机,如此反复过程而未采用消毒防护措 施,必然引起微生物污染c a 膜能为细菌提供营养,t f c 膜要求去除余氯也为 细菌生殖创造了条件:细菌排出的酶类物质能引起膜的生物降解,而降解的有机 物又为细菌的生殖提供了营养;使用六偏磷酸钠阻垢,它水解产生的磷循环,引 起二次污染,致使制水系统耗氧量超标、细菌滋生和繁殖并超过限量标准。 五是缺乏必要的质量监控设施及微生物检验室,对源水是否污染,制水系统 各单元净化效果如何,灌装机具消毒是否有效,成品水相关指标的含量多少均无 法及时掌握致使微生物和耗氧量超标而不能及时处理1 而且,目前这种瓶装水的价格十分昂贵,5 加仑( 约1 9 升) 瓶装价格在1 0 - 2 0 元,瓶。6 0 0 毫升价格在2 4 元瓶,折合成每吨价格在5 0 0 3 0 0 0 元吨之间这就 使得瓶装水很难在大范围的居民用户中推广 市场上的家用挣水器,主要是以活性炭为吸附过滤材料,有的还加入一些磁 9 湖南大学硕士学位论文 化、矿化装置,但现有的家用净水器大都没有反冲洗和消毒装置,使用时间长, 被吸附和过滤截留的有机物和其他污染物,在适宜的条件下,极易引起细菌和微 生物的再度繁殖,反而使出水细菌数量超标,水质变差。而且,对于一般用户, 滤料何时达到饱和,何时需要更换滤材料和清洗滤芯也很难掌握,使用户感到不 够称心和放心。因此,采用家用净水器不是全面解决饮用水问题的好方法。 针对以上情况,国内一些学者提出了“管道分质供水”的设想。“管道分质 供水”即在居民小区内设置净水站,将自来水( 或地下水) 进一步深度处理、加 工和净化,在原有自来水管道系统的基础上,再增设一套独立的优质直饮水管道, 将水输送至用户,供居民直接饮用。它的特点是省去了运输和搬运,用户可随时 打开水龙头取用;为避免二次污染,采用的管道不易腐蚀、结垢,水的价格相对 于桶装、瓶装纯净水便宜得多,一般家庭能接受。 我国第一个“管道分质供水”系统已于1 9 9 6 年于上海浦东新区锦华小区率 先得以实施。 浦东新区是中国九十年代改革开放的重点区域,它起着长江流域经济发展的 龙头作用。供水工程是浦东新区开发开放顺利进行的重要保障,是其经济发展速 度和规模的直接制约因素,浦东新区供水的一个主要特点是供水水质明显偏低, 饮用水安全性得不到有效保障1 。为此,锦华小区作为全国的示范小区,率先将 居民的饮用水和般生活用水分管供应。其中,饮用水经过处理后,水质达到欧 共体标准,可直接生饮,作为解决浦东新区饮用水供水矛盾的试验措施。 锦华小区是建设部批准立项的上海2 l 世纪小康型住宅示范小区。锦华小区 座落在上海浦东新区六里现代生活园内,北邻陆家嘴金融贸易区,距南浦大桥 2 k i n 。小区占地1 1 4 h a ,建筑总面积1 4 9 l 万m 2 ,其中住宅丽积1 3 4 6 万m 2 ,公 建面积1 4 5 万m 2 ,小区居民约9 0 8 户,是全国所有“小康示范小区”中最先起 步的一个。其管道直饮水净化工艺如图1 一l 所示: 囤卜1 工艺流程图 该工艺系统采用臭氧氧化、活性炭吸附、预涂膜( 采用硅藻土为预涂助滤剂) 精滤,微电解和紫外线杀菌等多项新型技术,净化过程中不投加任何化学药剂, 1 0 塑堕查堂堡圭兰堡笙奎 可有效地去除自来水中残存的对人体有害的有机污染物,特别是致癌、至畸、致 突变物,同时又保留了水中对人体健康有益的矿物和微量元素。其主要特点是: i 臭氧和活性炭联合应用,一方面加强水中残存有机物的氧化,另一方面 可形成生物活性炭作用,便于生物降解含炭有机物。此外,臭氧还可使活性炭吸 附周期延长。 2 经净化处理后的水不仅水质清澈、透明、口感纯正而且保质期内可以 生饮。 3 预涂膜精滤器设备体积小,操作压力低( 一般在o 2 m p a 左右) ,操作灵 活,可根据原水水质调节预涂膜结构,制水成本低。预涂助滤剂一般采用硅藻土, 也可采用其它矿物粉末,视需要而定。 4 微电解杀菌技术是同济大学最新科研成果,与紫外线消毒器相结合,可获更 佳协同杀菌消毒效果。解决了传统加氯消毒杀菌所产生的三致等副效应【”】。 1 3 3 国内管道直饮水的发展 自锦华小区“管道直饮水”供水工程建成以来国内经济较为发达的沿海省 份的一些城市,如:深圳、宁波、广州、青岛、大庆、天津、北京等相继建设了 此类系统很大程度上解决了居民对洁净饮水的需求。一些城市房地产商更把管 道直饮水作为提升楼盘素质,带动销售业绩的重要卖点】。现将各地管道直饮水 实施情况简介如下: 上海市管道纯净水公司采取和房地产商合作开发的形式,在新建的住宅小区 建设“管道分质供水”系统。由房地产商负责管道部分的投资,纯净水公司负责 水处理站的投资,并收取2 0 0 0 元户的初装费水费为0 3 元升。其处理工艺如 图1 2 。 图1 - 2七海市“管道分质供水”工艺流程 由于o ,消毒保留时间短在管道设计中增设了循环管路,以减少水在管网 中的停留时间,避免水中细菌的生长 目前上海所建的“管道分质供水”系统规模较小可减少工程技术上的难度, 缩短供水管网的长度。不易造成二次污染同时,由于水处理站建在屋顶,降低 i i 湖南大学硕士学位论文 了运行成本。但是由于供水规模小,造成单位成本高,在商品房入住率不高的情 况下,经济上承受的压力较大。 宁波市的“管道分质供水”采用的水处理工艺为微孔过滤( 孔径约o 2 p m ) , 其中工艺流程如图1 3 。 图1 3 宁波市“管道分质供水”工艺流程 在管道设计中采用集中供水方式,统一建立一大型水处理站( 供水能力为 1 5 0 0 t d ) ,处理后的水通过管网分别送至市内各个住宅小区。 这种做法的优点是,水处理设施相对集中,利于日常维护管理,处理水质相 对稳定,运行成本较低。但也使得管网加大,增大了水二次污染的可能性,同时 也增加了管网的投资,反而增加了制水成本( 宁波市管道饮用水的价格计划为o 3 元升) 。 深圳市自来水公司借鉴上海和宁波等地经验,建设开发的“梅林一村管道直 饮水”工程,规划人口3 万,计7 0 0 0 余户,供水设计能力为2 0 0 m 3 d 。工艺设计 中考虑在去除自来水中残留有机物和有害物质的同时,保持水中对人体有益的微 量元素,即生产的是“优质水”而非“纯水”。其工艺流程如图卜4 。 消毒 图1 - - 4 ;y c t l l 市“管道分质供水”工艺流程 为了更好地保证管网的水质,管网同样设计了循环管路,以减少水在管道中 的停留时间,减少二次污染i t s - i t 。 苏州某小区由一幢1 2 层办公楼,一幢7 层商住楼及两幢1 0 层住宅组成,其 管道直饮水处理工艺如图1 5 。 巨丑 巫叵卜臣巫司一叵丑 巫三卜囡 田i - - 5 苏州莱小区“管道分质供水”工艺流程 机械过滤器即砂滤,主要去除水中的颗粒杂质、悬浮物,降低浊度,减轻后 续处理的负担,内部填装滤料为陶粒,活性炭过滤器主要去除水中的有机物及余 1 2 湖南大学硕士学位论文 氯,精滤进一步净化水并去除前级工作过程中流失的微小颗粒,滤芯精度5 9 m , 经处理后的水再经过反渗透组件,反渗透部分包括精滤过滤器与反渗透组件,可 连续去除水中9 8 的无机盐及绝大部分有机物、细菌、病毒等。反渗透出水经紫 外线消毒器消毒后供至用户 1 8 1 。 大庆油田分质供水工程工艺流程为: 消毒 图1 - 8 大庚油田“管道分质供水”工艺流程 其主要特点是: 1 ,在微滤前采用投加微絮凝剂技术,以确保微滤膜的使用寿命。 2 采用碘值高的活性炭,可有效去除臭、去色、脱氯、去除有机污染物、 重金属、细菌、病毒和放射状物质。 3 采用臭氧一生物活性炭技术,可有效去除水中的有机污染物。投加臭氧 使活性炭去污染能力得到强化,延长活性炭的使用寿命,并对出水起到保安消毒 作用。 4 超滤出水和反渗透水比例勾兑,可有效地去除活性炭出水中的细菌、病 毒和悬浮固体,起到最后把关的作用。同时,确保处理的水不改变相对于原水中 的离子的比例关系f ”) 。 天津市森淼以寓小区分质供水工程采用的工艺流程为1 2 0 1 : 围1 7 天津市“管道分质供水”工艺流程 重庆市某生活小区纯净水分质供水的工艺流程为【2 1 1 图1 - 8 重庆市“管i 董分质供水”工艺流程 此外,北京的九龙花园、广州的白云高尔夫花园、奥林匹克花园、碧桂园, 东莞市城市花园的住户已经尝到了管道直饮水的甜头另有深圳市金色家园( 首 1 3 湖南大学硕士学位论文 期5 0 0 户,共1 4 0 0 户) 、蔚蓝海岸( 计3 8 5 户,4 万m 2 ) ,四季春( 计2 0 0 0 户, 3 0 万m 2 ) 、雍翠豪园、金海湾花园,东莞的东城中心、雍华庭、金峰堡等多个住 宅小区正在建设“管道直饮水”系统。分质供水正在悄然改变看房地产传统营销 模式。目前,建设部已经决定在全国l o 个城市进行分质供水试点,卫生部也作 出了让9 5 的人喝上健康饮用水的承诺。 1 4我国管道直饮水的研究现状 管道直饮水虽然已经在我国已有了几年的建设发展时间,各地也建成了一批 采用管道直饮水解决城市饮用水水质问题的住宅小区,但就管道直饮水目前的发 展情况来看,这一新兴事物在国内尚处于起步阶段,还存在较多的问题有待解决。 主要体现于: 1 无统一的管道直饮水标准【2 2 】( 注:建设部颁布的饮用净水水质标准 己于2 0 0 0 年3 月1 日起实施,本课题研究初期,国家尚未有相应标准出台) ,我 国现行的生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 8 5 ) 仅有3 5 项限量指标,己远远不 能适应目前的需要,但各地在实施“管道直饮水”时,仍缺乏统一的参考标准, 一些城市认为城市供水行业2 0 0 0 年科技进步发展规划中规定的一类水司8 8 项指标可作为管道直饮水的水质标准,部分城市则以瓶装饮用纯净水卫生标准 作为管道直饮水水质标准。 2 无统一的设计规范 ( 1 ) 由前一节的统计情况来看,各地生产管道直饮水的工艺都不尽相同, 各具特点。有臭氧活性炭+ 微孔过滤+ 超滤工艺,有机械过滤+ 活性炭过滤+ 反渗透 工艺,甚至有预处理+ 微孔过滤、砂滤+ 活性炭过滤+ 精密过滤等【2 。2 ”。也有学者 指出:反渗透不适宜作为管道直饮水的生产工艺1 2 “。 ( 2 ) 对于管道直饮水的消毒方式的选用上,各地的选择也不尽相同。由于 氯消毒易与水中有机物生成“三致”物,已是国内外公认的事实,因此在管道直 饮水的消毒方式选择上,当把氯消毒排除在外而采用= 氧化氯消毒,紫外线消 毒,臭氧消毒则是较好的替代消毒方法,目前各地采用的消毒方式中也主要是这 三种。 ( 3 ) 设计秒流量无统一的计算公式 1 4 湖南大学硕士学位论文 设计秒流量反映了室内供水管道的设计负荷,是给水管道系统的最重要技术 参数之一。研究合理的设计秒流量计算方法具有重要的现实意义,一味地提高或 降低设计秒流量都是不妥当的。提高设计秒流量将增大系统的能耗,反之则导致 水力工况的破坏,并造成供水间断,不能保证用水的要求。设计秒流量的计算应 能够客观,全面地反映受多种因素影响的复杂的实际用水过程。为此,必须首先 对用水工况进行实测,然后在此基础上进行科学的数学加工,从而得到经济实用 的设计秒流量计算式。目前生活给水,设计秒流量的计算方法主要有:平方根法、 概率法,与普通生活用水相比,管道直饮水的水质要求高,但其水量却极小,管 道直饮水设计秒流量计算公式采用何种计算方法较为合适? 因目前国内对管道直 饮水的研究尚处于起步阶段,己建成的项目值得借鉴的东西尚还来不及整理并推 广,这一问题还未找到一个标准答案,但已有学者指出,采用概率法计算管道直 饮水设计秒流量是一种较为合适的方法 2 6 - 2 s 。 ( 4 ) 供水管网的设置形式 由于管道直饮水中无任何添加物和防腐剂,因此,它在储存和输送等环节中 细菌滋生的可能性比自来水还大。特别是水中无余氯存在,缺乏持续的消毒能力, 管道直饮水必须要能循环,进行重复消毒再输送。这就要求直饮水管网必须设置 循环管并且需要确定回流量,以确保管网水的洁净。在这一方面,仍缺乏必要 的设计依据,在实际工程中,在考虑管网水的循环时,一般均参考热水供水中的 “同程式”设计,回流量应为多少,它与用水量之间存在着何种联系,到目前还 没有标准或可参照之处。 1 5本课题的提出 综上所述,在水质问题成为当今十大社会问题之一的今天,人们越来越关注 自己的身心健康,而且随着人民生活水平的逐步提高,对饮用水质的要求也愈高。 为此,给排水工作者开始了“分质供水”的探索,并且做了许多有意义的尝试与 工作,如今,全国已有相当一批城市的住宅小区实现了分质供水,在一定程度上 解决了居民“喝水难”问题。 但我们也应该看到,正如前文所述,管道直饮水虽然在国内已经过一段时间 的发展,但相比较于城市自来水供应而言,我们对它的研究还处于初步阶段,还 湖南大学硕士学位论文 存在着较多的问题待我们去解决。例如:管道直饮水水质标准应执行何种标准? 对于不同水质的原水,采用何种净化工艺才是技术与经济上都较优化的工艺? 采 有何种消毒方式较好 本课题拟在综合并总结国内外饮用水水质标准的基础上,选择合适的水质指 标或项目,提出适合实际需要的管道直饮水水质标准。 其次,本课题将通过采用不同水质的原水,经过选定的处理工艺处理后出水 的水质变化情况的测试,检验该工艺的净水效果。 再者,通过采用不同消毒方式处理管道直饮水,研究其消毒效果的优劣,得 到适用于管道直饮水的最佳消毒方式,也是本课题的一个重要目标。 另外,针对管道直饮水不同于一般自来水的特点,探索出管道直饮水供水工 程防止二次污染的措施,确定循环回流量,以给管道直饮水工程的设计、运行提 供一些有益的借鉴。 这样,将能得到一个适用于管道直饮水的水质标准,较佳的净化工艺、处理 系统及消毒方式。这对于在国内开展管道直饮水,规范管道直饮水的发展,解决 一些城市和地区的饮用水水质问题,将是一个有重要意义的事情。 为此,一九九八年湖南省建设厅也下达了“楼宇优质饮用水处理系统研究” 的科研课题。 1 6 一一塑塑查堂堡主堂焦堡奎 第二章管道直饮水水质标准的提出 2 1 国外饮用水水质标准 饮用水的安全性对人体健康至关重要,世界很多国家和地区都有不同的饮用 水水质标准。而最具有代表性和权威性的是世界卫生组织( w h o ) 水质准则,它 是世界各国制定本国饮用水水质标准的基础和依据。另外,还有比较有影响的欧 共体饮水指令( e c d i r e c t i v e ) 和美国安全饮用水法案( s t a t e d r i n k i n g w a t e r a c t ) 。 21 1 世界卫生组织饮用水水质标准 世界卫生组织于一九九二年在日内瓦举行会议,讨论修改1 9 8 4 年版饮用 水水质准则( 第一版) ,经过3 5 个国家2 0 0 多位专家的讨论,提出了饮用水 水质准则第二版( g u i d e l i n e sf o rd r i n k i n gw a t e rq u a l i t y ,2 n de d ) 并于一九九三 年颁布实施。该版包括了与健康有关的水质指标1 3
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