（环境工程专业论文）长江南京段微污染水源饮用水处理工艺优化试验研究.pdf

东南大学硕士学位论文 有较高的生物活性。使用不同生物量和生物活性测定方法相结合的分析方法，更能准确揭示生物滤 池的生物特征。 水厂实际生产中存在冬季出水中氨氮超标的问题，导致这种情况发生的原因是多方面的，本试 验中的强化过滤工艺和生物活性炭工艺对氨氮的去除在冬季依然保持着较高的去除效果，是解决冬 季水厂出水氨氮超标的有效手段。 关键词：强化过滤；生物活性炭；溶解性有机物：微量有机污染物；生物量；生物活性；工艺优化； 氨氮 江苏省建设厅科技计划项目 ( j s 2 0 0 7 婀2 2 ) 南京自来水总公司项目 a b s t r a c t r e s e a r c ho no p t i m i z a t i o no ft r ea 卟伍n tp r o c e s s f o rn a n n gr a w 7 ：f 盯e ro fy a n g t z er i v e r g r a d u a t e ：l i uw u p i n g s u p e r v i s o r ：p r o f l ox i w u s e n i o re n g i n e e rz h o uk e m e i a b s t r a c t 1 1 1 ee o n v e n t i o n a lw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sf a c e sm a n yc h a l l e n g e sf r o mt h ei n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o n o fa m m o n i an i t r o g e na n dm i c r o p o l l u t a n t si nr a ww a t e r b e c a u s eo ft h i s ，t h eb i o l o g i c a ls t a b i l i t yo fd r i n k i n g w a t e ri sd e c r e a s i n g s oi t si m p o r t a n ta n de m e r g e n tt ot r e a tt h em i c r o - p o l l u t e dr a ww a t e rw i t ht h e e n h a n c e dp r o c e s so rb i o l o g i c a lp r o c e s s 1 1 1 eq u a l i t yo f t h er a ww a t e rf r o mt h ey a n g t z er i v e ri nn a n j i n gk e e p si ng r a d ei i - i i i ，w i t ho n ei n d e ) 【 a m m o n i an i t r o g e n ，e s p e c i a l l yi nw i n t e r , r e a c h i n gt h es t a n d a r do fg r a d ei v t h ec h e m i s t r yo x y g e nd e m a n d a n dt h e v a r i e t i e so fm i c r o p o l l u t a n t si ss o m e h o wi n c r e a s i n g u n d e rt h i sc i r c u m s t a n c e ，i ti sn e c e s s a r yt o p e r f o r ma n a l y s i so nt h er a ww a t e r , o p t i m i z a t i o no nw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s e s ，s t u d yo nb i o l o g i c a ls t a b i l i t y a n dt h ev a r i e t i e so fm i c r o p o l l u t a n t s i nt h i sp a p e r , t h ec h a r a c t e r i s t i c so fo r g a n i cm a t t e r si nr a ww a t e r , t h e p e r f o r m a n c ea n dm e c h a n i s mo fb i o l o g i c a l l ye n h a n c e da c t i v a t e df i l t e r ( b e a f ) ，b i o l o g i c a la c t i v a t e dc a r b o n ( b a c ) f l t e ra n dc o m b i n e dp r o c e s s e sa r es t u d i e da i m i n ga ti m p r o v i n gt h eq u a l i t ya n db i o l o g i c a ls t a b i l i t y o fd r i n k i n gw a t e r t h em a i nr e s u l t sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ， f i l t e ra p p l i e sd y n a m i cc u l t u r eb i o f i l mf o r m i n gm o d e i tt a k e sa r o u n d4 0d a y st of o r mb i o f i l mi n b e a fu n d e rt h ee b c t = 1 3 5 m i nc o n d i t i o na n d4 7d a y sf o rb i o l o g i c a la c t i v a t e dc a r b o nf i l t e r ( b a c f ) t h eo p t i m a lo p e r a t i n gm o d ef o rb e a fw a st os e tt h ee m p t yb e dc o n t a c tt i m e ( e b c t ) f o rt e nm i n u t e s u n d e rt h eo p t i m a lo p e r a t i n gm o d e ，t h eb e a fr e m o v a lr a t e so ft u r b i d i t y , n h 3 - n ，n 0 2 。- n ，c o d ，u v 2 5 4 ， b d o cw e r e9 7 、8 6 、2 7 、1 2 、1 9 a n d7 0 r e s p e c t i v e l y t h eo p t i m a le b c to fb a ci s13 5 m i n u t e s ，t h eb a c fr e m o v a lr a t e so ft u r b i d i t y , n h 3 - n ，n 0 2 - n ， c o d ，u v 2 5 4 ，b d o cw e n7 7 、9 0 、31 、16 、2 8 a n d6 9 r e s p e c t i v e l yu n d e rt h eo p t i m a l o p e r a t i o nm o d e t h eb e s tb a c k w a s h i n gm o d eo fb e a fi sa p p l y i n ga i rc o m b i n i n gw i t hw a t e r t h eo p t i m a lo p e r a t i o n m o d ei s5 m i na i rb a c k w a s h i n gw i t ht h ei n t e n s i t yo f6 l s m 2a n d1 0 m i nw a t e rb a c k w a s h i n gw i t ht h e i n t e n s i t yo f15l m t h eb e s tb a c k w a s h i n gm o d eo fb a ci u s tl i k e st h eb e a fw i t h5 m i na i r b a c k w a s h i n g5l m z s ，10 m i nw a t e rb a c k w a s h i n g15l m 2 s n eo r g a n i c sw h o s em o l e c u l a rw e i g h t sa r el e s st h a n1k dc o m p o s e dal a r g ep o r t i o no fd i s s o l v e d o r g a n i cc a r b o n ( d o c ) i nt h er a ww a t e ro ft h ey a n g t z er i v e ri nn a n j i n g , a n df u r t h e r m o r et h eb a c p r o c e s sc o u l de f f e c t i v e l yr e m o v em o r et h a n6 0 o fo r g a n i c si nt h i sp o r t i o nf r o mr a ww a t e rw i t ht h e p r o c e s s b r o a d - s p e c t r u me f f e c ti nr e m o v i n go r g a n i cm a t t e ro fv a r i o u sm o l e c u l a rw e i g h t s t h er e m o v a l e f f e c tc h a n g e sw i t ht h es e a s o n s 。 i nt h er a ww a t e rf r o mt h ey a n g t z er i v e ri nn a n j i n g ，c o n c e n t r a t i o n so fd o c ，b d o ca n da o cw e r e 2 16 2 m g l ，0 6 2 7 m g la n d121 嵋几r e s p e c t i v e l y c o n c e n t r a t i o t a so fb d o ca n da o ci nf i n i s h e dw a t e r f r o mt h ec o n v e n t i o n a lw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sf a i l e dt om e e tt h ed e m a n df o rb i o l o g i c a ls t a b i l i t y t h e c o n c e n t r a t i o no fb d o ci nf i n i s h e dw a t e rf r o mt h ee n h a n c e dc o n v e n t i o n a lw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sw a s b e l o wo 2 m g l ，w h i l et h a to fa o cw a sa b o u t7 0 嵋几a n dc o n c e n t r a t i o n so fb d o ca n da o cw e r e 0 15 m g la n d6 0 烬lr e s p e c t i v e l yi nf i n i s h e dw a t e rf r o mb a c p r o c e s s ，w h i c hc a nm e e tt h ec r i t e r i o no f b i o l o g i c a ls t a b l i l t y i i i 东南大学硕士学位论文 t h e r ei sn oa t r a z i n ed e t e c t e di nt h er a ww a t e ro fy a n g t zr i v e ri nn a n j i n g ，b u tt h ec o n c e n t r a t i o no f 1 ，2 ，4 - d i c h l o r o b e n z e n e d e t e c t e dw a s o 2 4 9 嵋几，w h i c i h w a s p a r t i a l l yr e m o v e db yc o a g u l a t i o n , s e d i m e n t a t i o n ，f i l t r a t i o n ，b e a f b a c 。t h er e m o v a lr a t e sw e r e4 1 、8 o 、3 2 6 a n d4 0 9 r e s p e c t i v e l y t h er e s u l t so fg a sc h r o m a t o g r a p h y m a s ss p e c t r o m e t e r ( g c - m s ls h o w st h a tt h e r ea r e6 5s p e c i e so f m i c r o p o l l u t a n t t h em a i nm i c r o p o l l u t a n tc o m p o n e n t sa r ea l k a n e s ，l i p i d ，b e n z o d i a z i p i n e s ，k e t o n ea n d p h e n o l sw h i c hc o n s t i t u t ea b o v e9 0 p r o p o r t i o no ft o t a l o r g a n i c s t h eb i o m a s so ft h ef o u rb i o l o g i c a lf i l t e r sw h i c hd e c r e a s e sw i t ht h ef i l t e r s d e p t ht a k e so n d e l a m i n a t i o n b u t ，t h eh i g hb i o m a s sd o e s n tp r e s e n tt h eh i ：g hb i o m a s sa c t i v i t y f o rg e t t i n gt h em i c r o b e c h a r a c t e r i t i c so ff i l t e r s ，i t sb e t t e rt oc o m b i n et h ed i f f e r e n tb i o m a s sd e t e r m i n a t i o nw i t hb i o m a s sa c t i v i t y m e a s u r i n gm e t h o d t h ea m m o n i an i t r o g e ni ns a n df i l t e r se m u e n tw a t e rw i l le x c e e dt h ec r i t e r i o no fd r i n k i n gw a t e ri n w i n t e r t h e r ea r em a n yf a c t o r sa c c o u n tf o rt h i ss i t u a t i o n t h eb i o l o g i c a l l ye n h a n c e df i l t e rw a t e r t r e a t m e n tp r o c e s sa n dt h eb a cp r o c e s sc a nk e e pg o o dr e m o v a lr a t eo fa m m o n i an i t r o g e n ，a l t h o u g hi n w i n t e r t h et w op r o c e s s e sa r et h ee f f i c i e n tm e t h o dt os o l v et h i sp r o b l e m k e yw o r d s ：b i o l o g i c a l l ye n h a n c e da c t i v a t e df i l t e r , b i o l o g i c a la c t i v a t e dc a r b o n ，d i s s o l v e do r g a n i c m a t t e r , m i c r o p o l l u t a n t s ，b i o m a s s ，b i o l o g i c a la c t i v i t y , p r o c e s so p t i m i z a t i o n ，a m m o n i an i t r o g e n i v 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 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 它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南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做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名：童尘型立 _ 导师签名：缉 第一章绪论 第一章绪论 1 1 我国地表水环境污染现状 水是生命之源，是人类生活和生产活动中不可或缺的重要自然资源，饮用水是人类生存所必需 的资源，而随着水环境污染的加剧，饮用水水源也受到一定程度的污染。 在我国，大量未经处理的生活污水及处理未达标的工业废水排入江河湖泊，导致了水体的严重 污染。改革开放以来，中国经济得到了快速发展，“十五”期间我国g d p 年平均增长率在9 以上， 但是经济快速发展对环境造成的压力也日益凸显。全国地表水污染严重，七大水系总体为中度污染， 湖泊富营养化问题突出。 2 0 0 7 年，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河等七大水系的1 9 7 条河流4 0 8 个监 测断面中，i 类，、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为4 6 、2 8 和2 6 。其中，珠江、 长江水质良好，松花江、黄河、淮河为中度污染，辽河、海河为重度污染。主要污染指标为高锰酸 盐指数、石油类和氨氮。其中，珠江、长江总体水质良好，松花江为轻度污染，黄河、淮河为中度 污染，辽河、海河为重度污染。长江1 0 3 个地表水国控监测断面中，i 类、类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为8 1 5 、3 9 、7 8 和6 8 。主要污染指标为氨氮、石油类和五日生化 需氧量。 2 8 个国控重点湖( 库) 中，满足i i 类水质的2 个，占7 1 ；i i i 类的6 个，占2 1 4 1i v 类的4 个，占1 4 3 ；v 类的5 个，占1 7 9 ；劣v 类的1 1 个，占3 9 3 。主要污染指标为总氮和总磷。 在监测的2 6 个湖( 库) 中，重度富营养的2 个，占7 7 ；中度富营养的3 个，占1 1 5 ；轻度富 营养的9 个，占3 4 6 。太湖总体为劣v 类，2 1 个国控监测点位中，类、v 类和劣v 类水质的 点位比例分别为2 3 8 、1 9 o 和5 7 2 ，湖体处于中度富营养状态，主要污染指标为总氮。玄武 湖处于轻度富营养状态，湖泊水质为劣v 类l l j 。 2 0 0 7 年，江苏省废水排放量5 0 5 5 亿吨，其中工业废水排放量为2 6 8 6 亿吨，占5 3 1 1 生活 废水排放量为2 3 6 9 亿吨，占4 6 9 。废水中化学需氧量( c o d ) 排放总量为8 9 1 4 万吨，其中工 业废水中c o d 排放量为2 8 7 9 万吨，占3 2 3 ，生活污水中c o d 排放量为6 0 3 5 万吨，占6 7 7 。 氨氮排放总量为7 4 5 万吨，其中工业废水中氨氮排放量为1 6 8 万吨，占2 2 6 ，生活污水中氨氮 排放量为5 7 7 万吨，占7 7 4 。石油类排放总量为1 5 8 8 5 5 吨，挥发酚排放总量为1 1 1 6 1 吨1 2 。 综上所述，随着工业化进程的加快和人类物质生活的提高，地表水环境的污染在国内是普遍存 在的问题，水处理面临严峻的挑战。 1 2 饮用水水源地水质状况 2 0 0 5 年国务院印发了关于落实科学发展观加强环境保护的决定，明确指出要切实解决突出 的环境问题，以饮水安全和重点流域治理为重点，加强水污染防治。要科学划定和调整饮用水水源 保护区，切实加强饮用水水源保护，建设好城市备用水源，解决好农村饮水安全问题。坚决取缔水 源保护区内的直接排污v i ，严防养殖业污染水源，禁止有毒有害物质进入饮用水水源保护区，强化 水污染事故的预防和应急处理，确保群众饮水安全。 2 0 0 6 年6 月，中国环境监测总站发布1 1 3 个环境保护重点城市集中式饮用水源地水质月报： 有1 6 个城市水质全部不达标，占重点城市的1 4 ；有7 4 个饮用水源地不达标，占重点城市饮用水 源地的2 0 1 ；有5 2 7 亿吨水量不达标，占重点城市总取水量的3 2 3 。由于水污染严重，2 0 的 重点城市饮用水源地水质达不至u i i i 类标准，除去常规污染指标存在不同程度的超标外，不少城市集 东南大学硕士学位论文 中饮用水源地已检出许多微量有毒有害污染物，作为主要城市饮用水水源地的水库普遍存在富营养 化问题，对城市饮用水安全构成严重威胁，很多城市饮用水源地污染已经是一种常态。 由此可见，城市饮用水水源水质状况不容乐观，由水源地污染而引发的社会问题也越来越突出， 水源地的保护已成为关系国计民生的重大问题。 2 0 0 7 年5 月2 8 日，太湖水域蓝藻暴发，导致无锡市大部分城区自来水变臭，致使3 0 0 万人的 饮用水告急。2 0 0 7 年6 月2 2 日，宜昌境内发生大面积高强度降雨，导致长阳境内某锰业公司渣场 矿渣夹杂大量污水外泄，冲入清江。2 3 日，数公里长的污染带流入清江宜都市境内，为了保证饮 用水安全，该市停止全市供水。2 0 0 7 年7 月2 日，江苏省沭阳县因为水源地上游工业污染，自来 水发黄发臭，成为又一个陷入水危机的县城。当天下午县城供水系统关闭，7 月4 日中午才恢复， 整个停水过程超过4 0 小时，造成2 0 万人断水。2 0 0 7 年7 月5 日，长春市新立城水库出现大量蓝 藻，并在短时间内迅速繁殖。长春市政府决定，停止取用新立城水库源水，紧急切换水源。受此影 响长春市约有1 0 万人生活在水压较低的地区，有2 万余人生活在无水地区。2 0 0 7 年7 月2 6 日晚， 湖南娄底市冷水江中泰矿业有限公司铅锌矿发生尾砂泄漏事故，部分含铅、锌等元素的尾砂流入资 江，使得从资江取水的冷水江市及下游新化县城被迫停水，直到2 8 日才恢复供水，共计4 0 万人无 水可用。2 0 0 7 年7 月2 1 日，济南市城市供水水质管理部门接到报告，卧虎山水库出现大量鱼类死 亡现象，死的鱼多是长3 0 厘米以上的鲢鱼。经专家检测，发现死亡的鲢鱼鱼鳃长有一种藻类，确 诊为“中华藻病”，疑是受水库水中藻类污染所致。8 月1 日，济南市供排水监测中心再次提取卧虎 山水库水样检测，发现水样总氮、溶解氧两项指标超标，水样臭味达到三级，水体浑浊度增高，水 中含有明显的鱼腥味。8 月3 日，有关部门停止卧虎山水库向自来水厂供应源水p j 。 太湖是沿湖各城市的主要水源地，其水质每l o 年下降一个等级，几乎每年都会暴发蓝藻水华， 致使无锡市等城市供水中断，居民生活受到严重影响。上海市水资源总量较为丰富，然而河水水质 污染较为严重，大多属于劣v 类水质，导致陆域河网优质饮用水源稀缺1 4 j ，上海已被列为全国3 6 个水质型缺水城市之一【5 1 。2 0 0 2 年对上海市的4 0 个水源地调查表明，取水e l 附近水域v o c 、s v o c 的检出率高达9 2 5 ，主要污染物四氯化碳、二正丁基酞酸酯、二乙基酞酸酯等超标5 倍以上【6 j 。 随着水体受污染程度越来越高，污染物的种类也越来越多，其中有机物污染问题最为突出，有 机污染物的种类逐渐增多，使得饮用水常规处理工艺面临很大挑战1 7 ，引。近年来，我国对一些水体 进行环境污染调查【9 j ：在长江黄石段检出有机物1 0 0 多种，松花江哈尔滨段检出有机物2 6 4 种，第 二松花江吉林段检出有机物2 1 7 种，珠江检出有机物2 4 1 种，沱江检出有机物1 7 5 种。地下水的有 机物污染状况亦不容小觑，我国4 4 个城市地下水中，有4 2 个城市地下水已经受到有机物的污染， 并检出数百种有毒有机物，这些有机物有些是有毒有害的“三致”物质，部分属于p o p s 物质i i 。水 源和自来水中检出的微量有机污染物的种类及其在水中的浓度也显现增多和增加的趋势：石家庄黄 壁庄水库曾检测出微量有机物6 3 种，其中多环芳烃2 2 种、单环芳烃1 7 种、酯类4 种、脂肪烃6 种【1 1 】；北京的官厅水库中，检出的阿特拉津残留浓度达到3 9 1 t g l t l 2 j ，超过地表水环境质量标准 ( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 规定的集中式生活饮用水地表水源地特定项目标准限值3 0 1 t g l 。 我国的2 0 6 个集中水源地受到1 3 2 种有机物污染，有1 0 3 种属于国内或国外优先控制污染物， 其中临苯二甲酸二丁酯、氯仿、二氯甲烷、苯系物等检出率分别高达5 0 、4 5 2 、4 4 8 、3 7 2 i i 州。 2 0 0 0 年太湖水体共检出有机物2 7 3 种，其中2 1 种属于持久性有机污染物，1 7 种属于内分泌干 扰物，而在1 9 8 5 年，太湖水源仅检出7 4 种有机物，在不到2 0 年的时间里，有机物种类增长了3 6 倍，水体中有机物的浓度增加了9 1 0 0 倍，如多氯联苯3 8 2 u g l 、邻苯二甲酸酯类7 0 3 3 u g l 、有机 氯3 6 4 u g l 、多环芳烃1 6 8 5 u g l i i 引，某些指标已超过特定项目的规定限值( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ，说明 太湖已受到微量有机物的严重污染。 综上可以看出，我国水源地水质收到一定程度的污染，加强水源地的保护、改进常规水处理工 艺以及采用深度处理工艺就显得尤为重要，相关方面的研究具有广泛的社会效益和经济效益。 2 第一章绪论 1 3 微污染水源的水质特点及其危害 微污染水源是指水的物理、化学和微生物指标不能达到地表水环境质量标准中规定的生活 饮用水水源水的水质要求，水体中的污染物单项指标( 如浊度、色度、臭味、氮氧化合物、有毒有 害物质、病原微生物等) 有超过地表水环境质量标准i i i 类水体的规定，但是大多数情况下是 指受有机物微量污染的水源l l5 ，1 6 j 。 微污染水源水质的主要特点有1 1 7 】：( 1 ) 有机物综合指标( 如c o 聃血、b o d 、t o c 等) 升高，这些 指标的值越大表示水中的有机物越多，污染就越严重。( 2 ) n h 3 - n 浓度升高。( 3 ) 臭味明显。( 4 ) 致突 变型a m e s ( 或s o s ) 试验结果呈现出阳性。 微污染水源水中的有机物包含天然有机物( n o m ) 和人工合成有机物( s o c ) ，n o m 是动植物经 腐烂分解产生的物质，是大部分消毒副产物( d b p s ) 的前驱物。s o c 大多为有毒有害有机物。原水 中溶解性有机物( d o m ) 易与饮用水处理过程中的各种氧化剂和消毒剂反应，形成三卤甲烷( t h m s ) 、 卤代乙酸( h a a s ) 及其它的卤代消毒副产物，卤代消毒副产物中大部分物质已证实具有“三致”作用【1 5 ， 1 引。 水中有机物会使水中无机颗粒的z e t a 电位升高，增加水处理的难度，出水水质也会变差，为 达到一定的出水水质要求，需要通过投加过量的混凝剂和氯，增加水处理成本。在某些特殊情况， 即使增加混凝剂和投氯量也不能达到出水水质要求。 出水中有机物的增加为管网中细菌的生长提供了营养物质，使水中细菌的总数增加，进而腐蚀 管道，铁等金属离子溶入水中，影响水质，增加管网输水能耗l ”】。 原水中氮的过量也会造成污染，当n h s - n 浓度在o 5 m g l 时，就能对水生生物造成危害；n h 3 - n 经过亚硝化及硝化过程形成n 0 3 4 ，同时使水体中的溶解氧( d o ) 降低，当饮用水中n 0 3 - n 的浓度 大于1 0 m g l 时，可能会导致婴儿患白血症，如果饮用水中含有过高的n 0 3 - n ，它们会在人体内形 成“三致”物质亚硝酸铵【1 9 2 0 j 。水源中的氨氮在常规水处理工程中的去除率很低，使得消毒时投氧量 加大。 1 4 常规工艺的局限性 我国目前绝大多数自来水厂采用的仍是传统的净水工艺，即“混凝一沉淀一过滤消毒”，传统 的净水工艺也称为常规净水工艺。由于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，对病原微生物的去除率为5 0 左右，氨氮的去除率为1 0 左右，对有机物的去除率也只有1 0 0 o - 5 0 ，平均为3 0 【l5 1 。由此可知， 常规净水工艺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【l 习：( 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 ) 3 n 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 污染等问题。 1 4 1 常规工艺面临的问题 国内外试验及实际生产研究表明，受一定污染的水源水经过混凝、沉淀和过滤，如果水源水中 存在溶解性有机物，胶体不易脱稳，从而导致常规工艺对浊度的去除也会明显下降( 去除率为 5 0 6 0 ) 1 2 1 l 。若通过增加混凝剂的投加量来提高处理效率，势必会使处理成本升高，而且还可能 导致水中金属离子浓度的上升，不利于人民群众的身体健康。 常规工艺出水的气相色谱和质谱联用( g c m s ) 分析及a m e s 致突变性结果研究表明1 2 2 2 3 】，常规 工艺对微量有机污染物的去除效果不明显，有机物的量尤其是有毒有害难降解污染物的量在处理前 后变化不大。虽然常规工艺能部分去除水中的致突变物质，但是对水中氯化有机物前体物不但不能 3 - 东南大学硕士学位论文 去除，反而还会因为混凝过程产生部分移码突变前体物和碱基置换突变前体物，使得氯化后的出水 致突变性增大。 有预氯化的常规工艺中，预氯化产生的卤代物在混凝、沉淀及过滤处理中不能去除，反而会使 出水中卤代物增多，而且还会使优先控制污染物及毒性污染物的量有明显的上升，出水中的致突变 活性比处理前增加5 0 - 6 0 t 。2 4 j 。 在利用氯消毒的过程中，氯与水中的有机物发生反应生成三氯甲烷( t h m s ) 及其它卤代副产物 物，比如卤代乙酸( h a a s ) 、卤代乙腈、三氯丙酮、氯化醛类、氯酚及一些特殊化合物和有机卤代 物，这些化合物中大部分被推测有致突变性，且在高浓度水平具有毒性1 2 引。 1 4 2 常规工艺不能适应新的生活饮用水卫生标准 2 0 0 7 年7 月1 日，由国家标准委和卫生部联合发布的生活饮用水卫生标准( g b5 7 4 9 2 0 0 6 ) 强制性国家标准和1 3 项生活饮用水卫生检验国家标准正式实施。规定指标从原先的3 5 项增加到了 1 0 6 项。这项新标准提出了常规4 2 项、非常规6 4 项指标。与旧标准相比，增加了7 l 项，修订了8 项；加强了对水质有机物、微生物和水质消毒等方面的要求，并基本实现了饮用水标准与国际接轨。 1 9 8 5 年出台的生活饮用水卫生标准里，饮用水浑浊度的指标是“3 5 ”，新标准则将之 提高到“1 3 ”，其实浊度不仅是感官指标，低浊度能使细菌病毒裸露于水中，消毒剂才能有效杀灭。 在新生活饮用水卫生标准增加的7 1 项水质指标里，微生物学指标由2 项增至6 项，增加了对 蓝氏贾第虫、隐孢子虫等易引起腹痛等肠道疾病、一般消毒方法很难全部杀死的微生物的检测。饮 用水消毒剂由l 项增至4 项，增加了一氯胺、臭氧和二氧化氯。毒理学指标中无机化合物由1 0 项 增至2 2 项，增加了对净化水质时产生二氯乙酸等卤代有机物质、存于水中藻类植物微囊藻毒素等 的检测。有机化合物由5 项增至5 3 项，感官性状和一般理化指标由1 5 项增加至2 1 项。并且，还 对原标准3 5 项指标中的8 项进行了修订。同时，鉴于加氯消毒方式对水质安全的负面影响，新生 活饮用水卫生标准还在水处理工艺上重新考虑安全加氯对供水安全的影响，增加了与此相关的检 测项目。 新标准的颁布，提出了更高的水质目标，对净水工艺也提出了新的要求，这就使得必须对常规 净水工艺加以改进，对微污染水源必须采用深度处理才能达到新的标准。 1 4 3 从分子量分布角度分析常规工艺的局限性 利用分子量分布变化特性来分析常规工艺，可以直观、有效地分析常规工艺的局限性。不同处 理单元对不同分子量分布区间的溶解性有机物去除率如表1 1 所示i 2 6 | 。 表1 1 常规处理工艺不同分子量区间溶解性有机碳( d o c ) 去除效果 常规工艺对大分子溶解性有机物具有良好的去除效果，但是占绝大部分的3 k d 以下的溶解性 有机物基本无去除效果，从而导致了整个常规工艺对有机物的去除效果不理想。由于水中溶解性的 小分子量有机物不能有效地去除，饮用水的安全性不能得到很好的保障。为了保障供水水质的安全 性，势必需要开展深度处理的研究，为常规工艺的改造提供有力的技术支持和具有指导意义的运行 参数。 4 第一章绪论 1 5 微污染水源饮用水处理技术 常规净水工艺的缺陷决定了其不能适应现今的饮用水处理的要求，需要寻求微污染水源饮用水 处理技术。这些技术包括原水预处理技术、强化常规处理技术、活性炭技术、臭氧化技术、生物活 性炭技术、臭氧生物活性炭技术及膜技术等。 针对不同的水质情况，选择合适的处理技术是水处理研究中的重要内容。 1 5 1 原水预处理技术 预处理技术通常是指在常规处理工艺前面采用适当的物理、化学和生物处理方法，对水中污染 物进行初级去除，以减轻常规处理的负担，提高对污染物的整体去除效果。预处理技术主要分化学 预处理和生物预处理两种途径。与生物预处理技术相比，化学预处理技术虽然能够很好地去除水中 污染物，但同时也会生成一些新的有害污染物，而且由于其运行费用昂贵，因此在很大程度上限制 了其全面推广。 1 5 1 1 化学预处理技术 化学预氧化是利用氧化势较高的氧化剂来氧化分解或者转化水中污染物质，与此同时消弱水中 污染物对常规处理工艺不利的影响，从而达到强化常规处理工艺除污能力的目的。 化学预氧化除了可以去除水中有机污染物和控制氯化消毒副产物外，还有除藻、除嗅和昧、除 铁锰和氧化助凝等作用。 化学预氧化的氧化剂能与水中多种物质发生作用，虽然能够提高有害物质的去除效率，但是不 同的氧化剂对水处理的效果影响程度差别也很大，目前用于原水预处理的氧化剂有臭氧、高锰酸钾、 氯、二氧化氯、过氧化氢等。 1 5 1 2 生物预处理技术 生物预处理是指在常规饮用水处理工艺的前端增设生物处理技术，借助微生物的新陈代谢作 用，初步去除水中的氨氮、有机物、亚硝酸盐、铁和锰等污染物质，减小后续处理的负荷，通过综 合生物预处理的生物作用和后续处理的物理、化学、物理化学及生物的作用，提高出水水质。 生物预处理工艺是利用填料作为生物载体，微生物在曝气充氧的条件下生长繁殖，富集在填料 表面上形成生物膜，溶解性有机物在与生物膜的接触过程中被吸附、氧化分解，氨氮被氧化或转化 成高价形态的硝氮，所以该法又被称为生物接触氧化技术。经其处理后，出水中有机物、臭味、氨 氮、细菌和浊度等均有不同程度的降低，减少了后续处理的矾耗和氯耗。饮用水的生物预处理工艺 在欧洲应用较普遍，在我国目前正处于推广阶段。国内外采用的生物预处理工艺可以说都是大同小 异的，采用的反应器全都是生物膜型的，区别之处主要在于池内选用的生物填料旧2 s 。 欧洲一些国家主要采用颗粒状填料作为载体，并倾向于淹没式曝气生物滤池和生物流化床技 术，主要是保证在进水氨氮浓度较高时，提高生物的硝化作用【2 9 1 。 国内自2 0 世纪8 0 年代以来，对地表水受污染的水源进行了大量的生物预处理研究i l5 ，如_ 1 1 。 目前采用生物膜法的生物预处理技术主要有生物接触氧化法、生物滤塔、普通生物滤池、生物 转盘、生物流化床等，其中生物接触氧化法的应用和研究较为广泛和深入。 1 5 1 3粉末活性炭吸附预处理技术 活性炭吸附是有效去除水中有机污染物的方法之一，粉末活性炭( p a c ) 具有优良的吸附性能， 能够吸附水源水中大量的低分子量的有机物，加上粉末活性炭价格便宜，基建投资不高，不需要增 加特殊的设备和构筑物，应用较为灵活，在水质季节变化大、有机物污染严重的水源水预处理方面 具有较大的优势，适合常规工艺的改造【3 训。 粉末活性炭对水中的色、嗅、昧、有机物的去除非常显著，对酚类、农药、消毒副产物及其前 - 5 东南大学硕士学位论文 体物也有很好的去除效果，故粉末活性炭在水处理中的应用也越来越多1 3 3 3 引。 1 5 2 强化常规处理技术 由于水源水质受到一定程度的污染，许多给水厂不得不以微污染水体作为水源，同时随着水质 标准的不断提高，造成常规饮用水处理工艺已不能完全满足用户对水质的要求。因此，强化常规饮 用水处理工艺势在必行，并且意义重大。强化常规的处理技术包括强化混凝技术、强化沉淀技术和 强化过滤技术。 1 5 2 1 强化混凝技术 强化絮凝( e n h a n c e dc o a g u l a t i o n ) 主要是通过改善混凝和絮凝条件，确定混凝的适宜条件，发挥 混凝的适宜效果，进一步提高去除效果1 1 5 】。常用的方法主要有以下几种：( 1 ) 改变混凝剂种类和混 凝剂投加量，压缩有机物的水化层，消除有机物的存在对无机颗粒脱稳的影响；( 2 ) 投加有机或无 机絮凝剂，采用具有絮凝作用的新型混凝剂( 如聚硅酸盐等) ，增加吸附、架桥作用，使有机颗粒 被絮体粘附而下沉；( 3 ) 调整p h 值。水的p h 值对有机物去除影响明显，试验表明，当水中有机物 较多时，调整p h 在5 - 6 的条件下有利于有机物的去除；( 4 ) 投加氧化剂，如高锰酸钾复合药剂等， 氧化水中的有机成分以促进混凝剂的混凝效果，达到净化水中有机污染物的目的。( 5 ) 完善混合、 絮凝等设施，从水力条件上加以改进，使混凝剂能够充分发挥作用。如优化混合、絮凝反应时间， 选用新型高效澄清工艺等。 强化混凝技术首先需要根据实际水质情况优化混凝剂的种类和数量，然后在原水p h 值一定的 条件下，利用混凝剂投加量与利用效率之间的关系确定适宜投加量。 强化混凝技术不仅可以提高水中天然有机物和藻类等的去除率，而且可以控制氯化消毒副产物 的形成。当然，强化混凝技术也存在一定的问题，比如混凝剂投加量的增加势必会增加污泥的产量， 增加排泥系统的负担；由于化学混凝荆消耗量的增加和出水p i t 值的调节等问题，导致饮用水处理 成本的增加，故在确定强化混凝技术的应用时应因地制宜1 3 7 刁引。 1 5 2 2强化沉淀技术 沉淀分离是常规给水处理工艺的重要组成部分。传统的沉淀分离机理是絮凝体借助接触碰撞等 作用，表面吸附、截留水中大量悬浮物和胶体以及部分天然有机物，絮凝体以单体颗粒沉降模式从 水中分离去除。 现行沉淀方法均是在理想沉淀池的原理上设计的，但是实际的沉淀过程受到不同因素的影响， 已经完全偏离了理想沉淀过程。理想沉淀的净化机理随颗粒在沉淀过程中的相互作用方式不同而 异，通常情况下存在自由沉淀、有机沉淀、聚集性沉淀和费聚集性沉淀等四种方式，但实际沉淀中， 由于原水水质各异，絮体颗粒的沉淀过程非常复杂，故存在多种沉淀方式。 由于水源水质的恶化，传统的沉淀不能达到理想的出水水质，出现了各种强化沉淀的措施，如 斜管沉淀、拦截式沉淀，优化沉淀区流态、优化排泥和优化斜板间距等【l 引。 新的强化沉淀分离技术主要有：( 1 ) 采用新型高效高分子絮凝剂，强化和增加絮凝体的净化特 征；( 2 ) 改善沉淀水流状态，减小沉降距离，提高沉淀效率；( 3 ) 提高絮凝颗粒的有效浓度，促进 絮凝体整体网状结构的快速形成。 强化沉淀虽能在一定程度上提高有机物的去除率，但对原水中