（环境工程专业论文）水源水质突发污染粉末活性炭应急处理工艺研究.pdf

摘要 中文摘要 南京地处长江下游，长江水源南京段水质已呈现出微污染水源的特点。水中无机和 有机污染物的含量逐年增高。长江沿岸生活污水及工业废水的不达标排放，对饮用水安 全存在隐患。长江水源突发污染已成为严重威胁供水安全的课题。南京市自来水总公司 五座水厂均以长江水为水源，采用常规净水处理工艺，因此在应对水源地突发性水污染 时，研究选择合适的应急处理技术，实施有效的饮用水应急处理预案是十分必要的。 粉末活性炭( p a c ) 强化混凝应急投加工艺是在水源水质受有机污染，在常规水处 理工艺的基础上，投加p a c ，通过确定适合的炭种、投加点和投加量，利用p a c 对有机 物的快速吸附去除作用，提高对污染物去除能力的一种方法。开展长江水源p a c 强化混 凝应急投加工艺的应用研究，有利于在水源水质突发污染时指导水厂及时调整p a c 投加 方式及投加量，保证饮用水水质安全。 p a c 强化混凝应急投加工艺的研究以我公司城南水厂常规水处理工艺为基础，以挥 发酚类、t o c 、u v ：鲥、c o 为主要污染物考察指标。经研究认为p a c 对水中有机污染物 具有较好的去除效果，可作为应对突发水污染事件的有效措施。 为了研究p a c 的吸附性能，在低浓度苯酚溶液中投加p a c ，其吸附曲线满足亨利表 达式吼= l i c e + k ，去除率为，7 ：1 一l 盟，去除率与水中污染物初始浓度c 。、投炭。 mk + l 量m 、炭的特性系数b ，k 等有关。 在炭种确定上，着重比较不同炭种对苯酚的去除率，从吸附性能和炭种价格因素， 选择煤质炭( 尤其是山西、淮北两种煤质炭) 为突发污染事件中的首选炭种。 在投炭点的确定上，延长活性炭吸附时间，有利于活性炭吸附作用的发挥。但同时 考虑投加可操作性因素，选择混凝池反应区入口处为水厂的最佳投炭点。 在投炭量确定上，投炭量增加，有机物的去除率增加，但投炭量增加会产生炭粉的 自凝聚作用，影响吸附效果，同时出水浊度逐渐升高。综合考虑对有机污染物去除和滤 池对浊度的承受能力，以p a c3 0 m g l 为合理的最佳投炭量。 关键词：长江水源、粉末活性炭、炭种、投炭点、投炭量 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t n a n j i n gi sl o c a t e di nt h el o w e rr e a c h e so ft h ey a n g t z er i v e r , a n dt h ey a n g t z er i v e ri n n a n j i n gh a ss h o w n t h ec h a r a c t e r i s t i c so fm i c r o - p o l l u t e d $ o u l e ，i nw h i c hi n o r g a n i ca n d o r g a n i cp o l l u t a n t si n c r e a s e dy e a rb yy e a r t h e r e i sp o t e n t i a ld a n g e rf o rd r i n k i n gw a t e rs a f e t y b e c a u s eo fs e w a g ea n di n d u s t r i a lw a s t e w a t e re m i s s i o na l o n gt h ey a n g t z er i v e r y a n g t z e r i v e rb u r s tw a t e rp o l l u t i o nh a sb e c o m eas e r i o u st h r e a tt ot h es a f e t yo ft h ed r i n k i n gw a t e r s u p p l y a l lo f t h e5w a t e rt r e a t m e n tp l a n t so f n a n j i n gt a pw a t e rg e n e r a lc o m p a n yi n t a k e w a t e rf r o mt h ey a n g t z er i v e r , t h e yh a v 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 s e s ，s oi ti s n e c e s s a r yt os t u d yp r o p e rt e c h n o l o g ya n de f f e c t i v ei m p l e m e n t a t i o nt od e a lw i t ht h e e m e r g e n c yw a t e rp o l l u t i o n w h e nw a t e rs o u r c ei ss u d d e np o l l u t e db yo r g a n i c s ，w i mr a p i da b s o r p t i o no fo r g a n i c sb y p a ca n da p p r o p r i a t ep a c s p e c i e s , d o s i n gp o i ma n dd o s a g eq u a n t i t y , e m e r g e n c ya d d i n g p o w d e r e da c t i v a t e dc a r b o no nt h eb a s i so fc 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 si sae f f i c i e n t w a y t oi m p r o v et h ea b i l i t yo fr e m o v i n go r g a n i cp o l l u t a n t s i ti si m p o r t a n tt oe n s u r et h es a f e t y o fd r i n k i n gw a t e rq u a l i t yw h e nn a n j i n gy a n g t z er i v e rw a t e rs o u r c es u d d e n l yp o l l u t e d t h i s p a p e rc a r r i e so u ta p p l i c a t i o nr e s e a r c ho np a ca d d e d , g u i d i n gw a t e r w o r k sa d j u s tp a cd o s i n g m e t h o da n dq u a n t i t yi nt i m e i ti sb a s e do nc o n v e n t i o n a lw a t e rt r e a t m e n to fs o u t hw a t e rp l a n t , d e v e l o p i n ga p p l i c a t i o n r e s e a r c ho np a ce n h a n c e dc o a g u l a t i o na d d e d ，w h o s em a i np o l l u t a n ti n d e xi n c l u d e sv o l a t i l e p h e n o l s 、t o c 、u v 2 价c o d t h i ss t u d ys h o w s t h a tp a ci sf a v o rt or e m o v ew a t e ro r g a n i c p o l l u t a n t s ，a n da d d i n gp a ci se f f e c t i v em e a s u r e f o rc o p i n gw i t hs h o r t - t e r ma n de m e r g e n c y w a t e rp o l l u t i o ni n c i d e n t i no r d e rt os t u d yt h ep r o p e r t i e so fa c t i v a t e dc a r b o na b s o r p t i o n , t h i st e s ta d dp a ci n t ot h e l o wc o n c e n t r a t i o no f p h e n o ls o l u t i o n , w h o s ea b s o r p t i o nc u r v e m e e t sh e n r y 唧r e s s i o n ：吼2 必帐，a n dt h e 蚴o v a lr a t ei s ，7 ：l 一业mr e m o v a lr a t ei sr e l a t e d 一。 m k + l t ot h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o n ( c o ) ，t h ea m o u n to fc a r b o n s ( m ) ，c a r b o nc o e 伍c i e n t sba n dl 【，e t c a b o u tc a r b o ns p e c i e ss e l e c t i n g ，i ti sf o c u s e do nc o m p a r i n gd i f f e r e n tk i n d so fc a r b o no n r e m o v a lo fp h e n 0 1 c o n s i d e r i n gt h ea b s o r p t i o np r o p e r t i e so fc a r b o na n dt h ek i n do f 研c e ， s e l e c t i n g c o a lc a r b o n ( e s p e c i a l l ys h a n x i 、h u a i b e ip a c ) a sp r i o rs p e c i e sc o p i n g 、析t i l e m e r g e n c yw a t e rp o l l u t i o ni n c i d e n t a b o u ts e l e c t i n gp o i n to fa d d i n gc a r b o n ，i ti sf a v o rt op a cp l a yar o l ei na b s o r p t i o nb y p r o l o n g i n gt h ep a ca d s o r p t i o nt i m e b u ta tt h es a l n et i m e ，c o n s i d e r i n ga d d i n go p e r a t i o n a l ，t h e b e s ta d d i n gc a r b o np o i n ti st h ee n t r a n c et ot h er e s p o n s ei nc o a g u l a t i o np 0 0 1 a b o u td e c i d i n gt h ed o s a g eo fc a r b o n , o r g a n i cp o l l u t a n t sr e m o v a li n c r e a s e sa sa d d i n g c a r b o na m o u n ti n c r e a s e s ，b u ta d d i n gc a r b o na m o u n ti n c r e a s el e a d st oc a r b o np o w d e r a g g l u t i n a t i o n ，w h i c hi n f l u e n c e sa b s o r p t i o ne f f e c ta n d r a i s et h ew a t e rt u r b i d i t y c o n s i d e r a t i o n o fo r g a n i cp o l l u t a n t sr e m o v a la n dt h eb e a r i n gc a p a c i t yo ft h ef i l t e ro nt h et u r b i d i t y , t h eb e s t a m o u n to fa d d i n gp a ci s3 0 m g l k e yw o r d s ：y a n g t z er i v e rs o u r c e ，p o w d e r e da c t i v a t e dc a r b o n ，c a r b o ns p e c i e s ， p o i n to f a d d i n gc a r b o n , t h ed o s a g eo fc a r b o n 东南大学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，论文中不包含其他人已经发表 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。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 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、缩印或其他复制手段保存论文。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。 群雄， 期： 州小荔 第一章绪论 1 1 课题研究目的及意义 1 1 1 课题研究的目的及意义 第一章绪论 长江作为南京市的主要生活饮用水水源，水质总体情况较好，大部分指标达到国家 规定的地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) i i 类水标准，但个别指标已不能达标， 甚至有超过v 类水标准的现象。随着三峡大坝工程的建设，三峡续水水位的不断提高， 以及长江沿岸工农业生产及生活污水的不断排放，近几年来，长江水质也在不断变化， 污染不断加重。 南京地处长江下游，长江水源南京段水质已呈现出微污染水源的特点。水中无机和 有机污染物的含量逐年增高。大量生活污水通过沿江排水口直接排入长江饮用水源保护 区，总氮、总磷常年超标；且长江沿岸工业企业众多，工业废水不达标排放，其中以化 工企业排污最为典型，对饮用水安全存在隐患。更为重要的是，南京长江段河运船只较 多，每年都会发生化学物质或油类等物质泄漏的事故。长江水源突发污染已成为严重威 胁供水安全的课题。 南京水司五座水厂均以长江水为水源，取水口上游多次受到不同程度的大量污水排 出以及油类泄漏事故污染的影响。为了保证水厂出厂水质，对微量污染物质需要增加投 氯量，导致水厂氯耗增加，如最上游的城南水厂氯耗从2 0 0 0 年年均1 2 3 m g 1 增加到2 0 0 5 年1 9 2 m g 1 ，2 0 0 8 年卜7 月平均氯耗已达2 0 9 m g 1 。而大量增加投氯量会导致水中消 毒副产物浓度上升，并有明显氯味，大大降低了饮用水水质。目前南京水司水厂均采用 常规水处理工艺，对有机物特别是溶解性有机物几乎没有去除效果，当饮用水源受有机 毒物突发污染时，常规水处理工艺的局限性就显示了出来。且由于厂区面积的限制，无 法增加净水构筑物，供水系统中还没有完备的水质应急处理技术措施，尤其缺少针对当 地水源可能遭受突发性水污染物的应急处理技术。因此在应对水源地突发水污染时，选 择合适的应急处理技术，实施有效的饮用水应急处理预案是十分必要的。 从近几年江苏省环境状况公报可以看出，长江水环境污染以有机污染为主。粉末活 性炭( p a c ) 恰恰由于具有优异的吸附性能，特别是对有机污染物的吸附能力强，其在 水处理领域的应用已越来越受到重视。p a c 在给水处理中的使用已有7 0 年左右的历史。 自从美国首次使用p a c 去除氯酚产生的嗅味后，p a c 成为给水处理中去除色、嗅、味和 有机物的有效方法之一。近年来，我国对p a c 的研究和应用逐渐重视，作为应急处理手 段，p a c 的应用越来越广泛，如2 0 0 7 年5 月2 8 日起，无锡市自来水南泉水源地的水质突 然恶化，造成自来水臭味严重，采用高锰酸钾一粉末活性炭的方式取得了良好的去除效 果，也正反映了p a c 工艺是改善水质的有效手段。 自来水厂应用p a c 作为水质突发污染的应急投加技术，目前国内的实际应用仍然不 多，而长江流域的应用更少。p a c 作为一项应急性的水质改善手段，只要正确解决技术 应用上的炭种选择、投加点、投加量，以及投加方式的问题，可以较好地提高水厂的出 厂水水质，特别对有机物、嗅味、色度等指标的改善，p a c 技术的优势将发挥得更加明 显。 粉末活性炭( p a c ) 强化混凝应急投加工艺是在水源水质受有机污染，在常规水处 理工艺的基础上，投加p a c ，通过确定适合的炭种、投加点和投加量，利用p a c 对有机 奎塑盔兰堡主兰垡垒奎 物的快速吸附去除作用，提高对污染物去除能力的一种方法。开展长江水源p a c 强化混 凝应急投加工艺的应用研究，有利于在水源水质突发污染时指导水厂及时调整p a c 投加 方式及投加量，保证饮用水水质安全。 1 1 2 课题研究对象 在水源水体流域上游的任何潜在污染源都可能导致水源水质污染，这导致了各地区 发生突发污染时，污染物种类的地区性差异。综合长江上游和南京段污染物预测分析， 可能对长江南京段水源地造成威胁的污染物主要为有机污染物。本课题研究采用能代表 和反映出有机污染程度的几种指标进行分析，包括酚类化合物、耗氧量( c o d ) 、总 有机碳( t o c ) 、紫外吸收光度( u v 2 5 4 ) 等，同时还对氨氮和浊度的变化进行分析。 ( 1 ) 酚类化合物 酚类化合物，分子式，c 。h 。o h 类；主要来自焦化、煤气制造、石油精炼、木材防腐、 造纸及石油化工所排放的工业废水，也可存在于医院排放的废水中。酚类化合物侵犯神 经中枢，损害神经系统，刺激脊髓、肝肾和心脏，进而导致全身中毒症状f l 】。经口摄入 的氯酚很容易被吸收，动物实验发现2 氯酚具有生殖和胚胎毒性。国家地表水环境质 量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) l i 类水标准和生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 均规定 挥发酚( 以苯酚计) 的限值为0 0 0 2 m g l 。 南京作为化工城，由于酚类化合物对水体突发污染存在潜在的可能性，且其对人体 的危害性，本课题考虑将挥发酚( 以苯酚计) 作为重点考察指标之一，研究p a c 在水 源受酚类突发污染时的去除效果。 ( 2 ) 耗氧量( c o d m i i ) 耗氧量( c o d ) 又称高锰酸盐指数，是指在水中加入一定量的高锰酸钾溶液，在 酸性条件下加热一段时间后，测定以氧计的高锰酸钾消耗量。它反映了水中悬浮的和溶 解的可被高锰酸钾氧化的那一部分无机物和有机物的量。耗氧量是反映水体受到污染的 特别是有机物污染的替代水质指标之一。它不反映水质受到哪些具体污染物污染的特 性而是反映各个污染物可被高锰酸钾氧化的共性。 水中腐殖质是耗氧物质又是消毒副产物的前体。腐殖质是动植物死后在土壤中分解 ( 通过微生物) 再合成的无定形黑色物质，分子量5 0 0 - 5 1 0 7 。水在流经地表时溶入或 带入腐殖质是水的耗氧量的主要来源之一。经试验，每lm g l 腐殖质产生3 8 个回变 菌倍数，为黄浦江水致突变性的贡献的1 8 ，对含腐殖质的水氯化后产生4 3 种化合物， 已知1 4 中有致突变性，其余未做过致突变性试验( 已知致突变物：氧化晴类、氧化丙 醇类、氧化丙烯醛、卤代烃、卤乙酸等) 。耗氧量高的水，受到有机物较多的污染，有 机物中有致嗅、致味物，造成水的不良嗅味。有色的有机物，腐殖质含量高的水样色度 也高，受到饮用者的厌恶。 高锰酸盐氧化性和水中有机物的总量有直接的关系，它反映原水中消毒副产物前体 的量，并与耗氧量有一定的相关。因此，本课题将c o d m 作为考察指标之一。国家生 活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 规定c o d m l i 限值为3 m g l 。 ( 3 ) 总有机碳( t o c ) 总有机碳( t o c ) 是水中的有机物质的含量以有机物中的主要元素碳的量来表 示。t o c 是常见的控制指标，它几乎代表了水中所有有机物的含量，且操作方便，在国 外得到了较广泛的应用。t o c 由专门的仪器总有机碳分析仪( 以下简称t o c 分析仪) 来测定。t o c 分析仪，是将水溶液中的t o c 氧化为二氧化碳，并且测定其含量。利用二 氧化碳与t o c 之间碳含量的对应关系，从而对水溶液中t o c 进行定量测定。目前这种仪 器主要有两类：一类为高温催化燃烧法，另一类为催化氧化法。但是，不论哪种方法， 都由于t o c 分析仪设备昂贵、使用成本高等特点，从而限制了其在国内的应用。 2 第一章绪论 t o c 可以很直接地用来表示有机物的总量，因而它被作为评价水体中有机物污染程 度的一项重要参考指标。国家生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 中暂无规定，建 设部城市供水水质标准( c j t 2 0 6 2 0 0 5 ) 中规定t o c 为无明显变化。 ( 4 ) 紫外吸收光度( u v 2 5 4 ) u v 嘲是2 5 4 n m 波长下水样的紫外吸收光度，芳香族化合物或具有共扼双键的化合物 在紫外区有吸收峰，因此，u v 期主要反映这类化合物在水中的含量。紫外吸收对于测量 水中天然有机物如腐殖质等有重要意义，因为这类物质含有一部分芳香环，也是天然水 体中主要有机物类别。 u v ：h 的计算公式为：u v 删= a b j d 式中：u v 嘲一u v 值，a m - 1 ； b 一比色皿光程，a m ； a 一实测的吸光度； d 稀释因子，由不含有机物清洗水的稀释引起( = 最终水样量初始水样量) 由以上定义可见，u v 删并非针对某一种有机物来进行测定，即u v ：铒反映的并不是某 一种有机物的存在和含量。与传统观念不同之处就在于：( 1 ) u v 2 。的测定不需要进行波 长扫描，而只反映在2 5 4 n m 处的紫外吸收；( 2 ) 正是由于u v 咧只是2 5 4 n m 一个波长处的 紫外吸收，故其所反映的并不是某一种有机物的浓度，而是多种( 甚至达几百种) 有机物 的浓度之和，是一类有机物的共同含量 2 1 。水中有机物的成分很复杂，水和废水中的一 些有机物，如木质素、丹宁、腐殖质和各种芳香族有机化合物都是苯的衍生物，而且是 天然水体和污水二级处理出水中的主体有机物( 占d o c 的4 0 6 0 ) ，我们不可能( 其实 也没有必要) 逐一测出这些物质的浓度。可以采用u v 衢。作为它们在水中含量的替代参数。 对水源水的分析表明：分子量越大其u v 删越高，特别是分子量大于3 0 0 0 以上的有机物 是水中紫外吸收的主体，而小于5 0 0 的有机物紫外吸收很弱。例 常见紫外光谱波长范围为2 0 0 - - - , 4 0 0 n m ，即近紫外区，也称石英紫外区。根据光谱分 析的结果，一般的饱和有机物在近紫外区无吸收，含共轭双键或苯环的有机物在紫外区 有明显的吸收或特征峰，含苯环的简单芳香族化合物的主要吸收波长在2 5 卜2 6 0r i m ， 多环芳烃吸收波长向紫外区长波方向偏移。紫外谱图提供的主要信息是有关该化合物的 共轭体系或某些羰基的存在。常见官能团的紫外吸收特点如下： 1 ) 化合物在2 2 0 - - 4 0 0 n m 无紫外吸收，说明化合物是饱和脂肪烃、脂环烃或其衍生物 ( 氯化物、醇、醚、羧酸等) ； 2 ) 化合物在2 2 0 - - - 2 5 0 n m 显示强烈吸收，说明该化合物存在共轭双键( 共轭二烯烃、 不饱和醛、不饱和酮) ； 3 ) 化合物在2 5 0 - - - , 2 9 0 n m 显示中等强度吸收，说明化合物中有苯环存在； 4 ) 化合物在2 5 0 - - 3 5 0 n m 现实中低强度吸收，说明化合物中有羰基或共轭羰基存在； 5 ) 在3 0 0 n m 以上有高强度吸收，说明该化合物有较大的共轭体系。 u v ：斛和总有机碳浓度( t o c ) 可作为三卤甲烷( t h m s ) 前体物的代用参数，且测定简单， 便于应用。 自r o o k l 9 7 4 年首次报道加氯过程会产生氯仿( c h c l 。) 为主的三卤甲烷( t m i s ) 以来， 氯仿作为一种可疑致癌的消毒副产物，其形成和控制得到了普遍的关注1 4 j 。我国的饮用 水标准中规定氯仿不超过6 0 t t g l ，其具有对人体致癌作用因而受到了严格的控制。因此， 这些微污染物必须得到去除。水中t h m s 的形成不仅仅取决于水中氯和溴的浓度，还有 其它的一些影响因素。李君文【5 j 等分别提出了预测t h m s 等副产物生成量的数学模式， t o c 是式中的主要影响因素。黄君礼f 6 j 等以腐殖酸为前驱物，研究并建立了饮用水氯化 消毒过程中c h c l 3 的经验动力学模式，提出对于从自来水中提取的黄腐酸，生成c h c l 3 的反应对h c l 0 浓度约为1 级，对t o c 浓度约为2 级，总反应为3 级。h a r r i n g t o n ( 7 j 等 分析了美国2 6 个地区的1 0 0 0 多个数据，提出了t h m s 生成的数学模型为： 东南大学硕士学位论文 珊白嚣。脚，9 【删炉吼尸产蛳严( e l l 一2 酽，渺+ 俨 式中 t o c 溶解总有机炭浓度，m g l ， u v 。溶解性有机炭在2 5 4 n m 处的紫外吸收，l c m c 1 2 加氯量，m g l t 氯与有机物反应或接触时间，h t 水温， b r 水中溴离子的浓度，m g l 由此可知，u v 删和删s 的浓度有一定的相关性，因此，可作为水中腐殖质含量 的一种指标。 以上研究表明，水中u v 2 5 4 和t o c 与消毒副产物的产生直接相关，因此本课题也 将其作为主要考察指标。目前国家生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 中暂无规定。 ( 5 ) 氨氮 氨氮主要来源于人和动物的排泄物，雨水径流以及农用化肥的流失也是氮的重要来 源。另外，氨氮还来自化工、冶金、石油化工、油漆颜料、煤气、炼焦、鞣革、化肥等 工业废水中。氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗 氧污染物，对鱼类及某些水生生物有毒害。池塘水体中氨氮的主要来源是池水和底泥中 含氮有机物的分解及水生生物的代谢作用，这是水体氨含量增加的主要途径。当氨溶于 水时，其中一部分氨与水反应生成铵离子，一部分形成水合氨，也称非离子氨。影响n h 3 和n h 4 + 的动态平衡的环境因子，主要是水的温度和p h 值，在p h 值小于7 时，水中的氨 几乎都以砒+ 的形式存在，在p h 大于1 l 时，则几乎都以n h 。的形式存在，温度升高n h 3 的比例增大。也非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子，而氨离子相对基本无毒。就 是说在碱性条件下，水温越高氨分子所占的比例越大毒性越强。氨氮是水中无机小分子， 本课题将其作为考察指标之一。国家地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) i i 类水标 准和生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 均规定氨氮的限值为0 0 5 m g l 。 ( 6 ) 浑浊度 水中的浑浊度是天然水和饮用水的一项重要指标。浑浊度是水的透明程度的量度， 是由微小颗粒，如淤泥、粘土、微生物和有机物等引起的。浑浊度并不是对这些颗粒物 的直接量度，而是这些颗粒物对光的散射情况的量度。美国公共卫生协会将浊度定义为 “样品使穿过其中的光发生散射或吸收光线而不是沿直线穿透的光学特性的表征。 浑 浊度不仅是一项感观指标，同时也是一项重要的微生物学指标，因为水中的许多细菌、 病毒、病原原生动物和其他的有害颗粒状物质往往附着在形成浑浊度的悬浮物上。因此， 降低浑浊度对于限制水中的有毒有害物质有着很重要的意义。本课题也同时研究投加 p a c 对浑浊度去除率的影响效果。国家生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 规定 浑浊度的限值为1 n t u 。 1 2 国内外供水应急技术 1 2 1 水源微污染问题8 l ( 1 ) 微污染水源的特点 微污染水源是指水的物理、化学和生物指标已不能达到地面水环境质量标准中 作为生活饮用水源水的水质要求。水体中污染物单项指标、有毒有害物质、病原微生物 4 第一覃绪论 等有超标现象，但多数情况下是受有机微量污染的水源。水体微污染现象对饮用水处理 工艺的选用造成了很大的困难。近年来，我国微污染水源水质主要显示下列特点：表示 有机物的综合指标如t o c 值升高，水源水中这些指标值越大，说明水中有机物越多， 污染越严重；氨氮浓度升高；嗅味明显；致突变性的a m e s 试验结果呈阳性，而水质良 好的水源应呈阴性。 发达国家的微污染水处理的中心问题是去除可同化有机炭( a o c ) 和氨氮为主的微 污染物，以获得饮用水的生物稳定性。我国的微污染水源，其污染物浓度远远比发达国 家微污染物的浓度高得多。 ( 2 ) 微污染水处理技术 传统的净水工艺已不能有效地去处理微污染源水，另一方面由于我国目前的经济实 力，无法在较段时间内控制水源污染，改变水源水质低劣的现状，因而人们不得不采用 新的处理方法来保证饮用水的安全和人们的健康。从2 0 世纪7 0 年代开始，水处理研究 人员开发了许多净化新工艺，有的已经在实际中得到应用，取得了较好的效果。 1 ) 强化传统处理工艺。目前主要有强化混凝和强化过滤技术，他们不增加任何新 设施，只是在原有工艺的基础上略做调整。美国国家环保局( u s e p a ) 认为：强化混凝 是去除n o m 的最佳方法。强化过滤是对普通滤池进行生物强化，滤料由生物滤料和石 英砂滤料组合而成。 2 ) 预处理技术。预处理技术通常是指在常规工艺前面，采用适当的物理、化学和 生物的处理方法，对水中的污染物进行初级去除，主要包括吸附预处理、化学氧化预处 理及生物错误! 链接无效。 3 ) 深度处理技术 深度处理技术是在常规处理后，采用适当的处理方法，将常规处理不能有效去除的 污染物或消毒副产物的前体物加以去除。主要有活性炭吸附、光催化氧化、臭氧生物 活性炭联用技术等。 1 2 2 国内外供水应急技术 为了防范可能的突发性水污染问题，需要确定应急方案，为了节省投资，在现有工 艺设施能力的基础上，只考虑增加必要的应急设施。应急设施与方案的选择可能有多种， 基本原则是在发生突发性污染情况下保证要求的水量与水质，应急情况下的水处理成本 可以不作为主要考虑因素。 多数突发性污染都可以通过投加某种药剂的方式给以有效应对，如投加p a c 等吸 附剂，预氧化用氯、二氧化氯、臭氧等氧化剂，酸、碱等p h 调节剂，各种混凝剂、助 凝剂等。药剂投加设施启动迅速、投量可调、能适应较高浓度或变浓度的污染情况，而 且在很多水厂这些药剂就是在常规生产中使用的，易于实现“平战结合 ，减少投资， 只需要针对应急供水的要求在投加品种、投加量范围、投加位置等方面作出适当的调整， 有广泛的适用性。 国外通常根据不同类型的水质污染而采取相应的供水应急净化技术。一是强化常规 工艺，降低出水浊度，提高对污染物的去除效果；二是采用预处理和深度处理技术，有 针对性的利用各种氧化剂氧化分解污染物，必要时利用活性炭等进行物理、化学吸附， 并充分发挥微生物对污染物的生物降解功能；三是加强水源保护和水质监测。 目前国内外采用的应急技术有超滤等膜技术、臭氧氧化技术、高锰酸盐粉末活性 炭应用技术、光催化氧化技术、颗粒活性炭( g a c ) 一砂滤池技术等。 膜处理技术 膜处理技术是一种在压差推动下的物理分离过程。随着膜材料的发展，膜技术越来 5 东南大学硕士学位论文 越多的应用于给水处理中。超滤、微滤能去除水中的胶体和微生物，纳滤还能有效地去 除水中致突变物质、色度和细菌等。m a r i at o m a s z e w s k a 9 】等人的实验得出：直接超滤工 艺对色度、腐殖酸的去除率分别为6 0 、4 0 ，对酚则没有去除效果；k l a u sh a g e n 1 0 】等 人的实验发现在p a c + u f 组合中，投加p a c 对嗅和味的去除有很大改善。y o s h i h i k o m a t s u j 等研究发现p a c + u f 工艺对合成有机物( s o c ) 也有很好的去除效果。董秉直【1 2 】 等人进行了微絮凝+ 砂滤十超滤处理淮河原水的中试实验，实验结果表明：通过微絮凝和 砂滤的预处理，可以提高有机物的去除率，在聚合氯化铝投加量为6m g l 时，c 0d - - i 去 除率最高可达6 0 ，有效缓解了膜的污染。许多学者【1 3 l i l 4 】【1 5 】的研究表明薄层复合膜对 农药有较好的去除效果。但该法易导致膜污染，前处理要求高，操作复杂。纳滤技术建 设成本高，工程比较难。 臭氧氧化技术 消毒剂可氧化去除水中的微量有机物。传统的液氯氧化不彻底并会产生多种有机 物。臭氧具有很强的杀菌消毒和氧化去除微污染物质的作用，能氧化水中的无机物和难 以用生物降解的有机物【l6 j 。s e p t h 等人i l7 j 对消除农药草甘膦( g l y p h o s a t e ) 进行了生产 试验，发现一定浓度的臭氧可使起始浓度为8 4 0 _ _ 9 0 0ug l 的草甘膦。胡志光、昌晶等 人i l 副在利用臭氧生物活性炭深度处理饮用水的实验研究中发现，臭氧能够将常规处理难 以去除的有机物氧化分解，然后通过b a c 进行有效地吸附、降解，使深度处理出水的 c o d m n 保持在1 5 m g l 以下。但臭氧不能储存，需现场制备，不能适应原水浓度的变化。 高锰酸钾一粉末活性炭联用技术 高锰酸钾预氧化有助于提高粉末活性炭对有机物的去除效果。经研究表明，经高锰 酸钾一粉末活性炭处理后出水水质有很大提高。高锰酸钾最佳投加量由原水水质决定， 当投加量适量时，色度去除率较高。但投量少时，色度去除不明显；投加量过量时，色 度升高呈异色。且该法耗费较大，对大型水厂不宜采用。 光催化氧化技术 光催化氧化有很好的杀菌作用且对有机物的去除彻底。一般认为在合适的反应条件 下，有机物经光催化氧化的最终产物是c q 和h 。o 等无机物。光催化氧化对于活性炭不 易去除的余氯、细菌、三氯甲烷、四氯化碳等小分子极性物质也有较好的去除效果。国 内外大量研究表明，水中各类有机物如烃类化合物、卤代化合物、羧酸类化合物、含n 有机物、表面活性剂、有机杀虫剂和除锈剂等经t i 0 2 剂光催化氧化可取得相当效果。但 是当水中有机物含量多时，反应时间长【l 川。该技术目前成熟度略差。 颗粒活性炭( g a c ) 一砂滤池联用技术 活性炭对有机物有很好的吸附效果，因此，针对江河主要受有机物污染的特点，处 理技术主要采用活性炭吸附。颗粒活性炭( g a c ) 一砂滤池是在石英砂滤料上加一层颗粒 活性炭( g a c ) ，将g a c 与砂滤池联用以达到吸附有毒物强化过滤的效果。这种方式应用 灵活，适应能力强，对有机物的去除效果好，可提高出水水质，适用于突发性水源水质 污染事故的应急处理。 粉末活性炭( p a c ) 一强化混凝工艺 粉末活性炭( p a c ) 一强化混凝工艺是去除有机物的有效方法之一。它应用的主要特点是 设备投资省，价格便宜，吸附速度快，对短期及突发性水质污染适应能力强，适用于突发 性水源污染。活性炭吸附技术是最成熟有效的方法之一，与常规净水工艺相结合，既完 善了常规处理工艺，提高了水中有机污染物的去除效率，是传统老厂对工艺改善和加强 处理效果的一种理想手段，也是作为一种提高出水水质和应对原水突发性污染事故的有 效措施。【2 0 1 6 第一章绪论 1 3p a c 在水源突发污染中的应用 p a c 吸附技术作为改善出水水质的措施，特别是应对突发性源水污染的应急措施， 运行方式灵活，投资相对较小，效果明显，具有很好的应用前景。当出现间断性或突发 性的水源水质污染事故时，粉末活性炭体现了较高的实用价值。 p a c 最早是由欧洲于1 9 0 9 年正式开始利用奥斯特雷杰科专利制造的。美国新米尔福 水厂自1 9 2 9 年首次用p a c 去除氯酚产生的嗅味以来，p a c 在水处理中的应用己有近7 0 年的 历史。美国八十年代初期，每年在水源水处理中所应用的p a c 约2 5 0 0 0 吨，且有逐年递增 的趋势。p a c 在荷兰、日本、法国、比利时、英国、瑞典和意大利等国都有广泛的应用。 他们关于p a c 对给水中的有机物的去除进行了大量的研究，取得了宝贵的经验。例如， v e d a tu y a k 等瞳研究了p a c 强化混凝处理饮用水源水中的消毒副产物，结果表明p a c 对水 中消毒副产物t h m 和d o c 均具有较好的去除效果，d o c 去除率从4 5 提高n 7 6 ，p a c 能去 除大部分低分子量n o m ，而且强化处理后t h m 可达j ! u 15 0l am l 。h j i a n g 等心列研究了传统 给水处理工艺对水中除草剂a t z 、s i m 、p r o p 、d d a 等内分泌干扰物的去除效果，证实了 传统混凝一沉淀一消毒工艺不能有效去除这些物质，只有结合活性炭强化处理的情况下 才能达到理想的处理效果。l i o n e lh o 等u 副研究了p a c 强化混凝过程中n o m 、浊度等条件 对p a c 吸附m i b 的影响。结果表明絮体尺寸和浊度增大会减， x m i b 在p a c 上的吸附量，而n o m 的负影响则更大，说明处理水质条件对p a c 吸附去除水中有机物有着重要影响。m a f i a 等 瞌盯对比研究了p a c 强化混凝工艺对腐植酸和苯酚的去除效果。结果表明使用p a c 吸附强化 混凝处理后对腐植酸和苯酚的去除效果有所改进，在p h = 7 时，苯酚和色度可完全去除， u v 删和c o 氏分别达至! l j 9 9 和8 1 8 9 。l a v e z a r y 等人的研究表明，向水中投加l o m g l 的 活性炭可以将引起水中嗅味的土臭素2 一甲基异茨醇从6 6 n g l 分别降至l j 2 n g l 和7 n g l 。国 外利用p a c 应对季节性水质变化和突发水污染事故的成功例子，且获得了很好的处理效 果。删。 我国对活性炭技术的研究应用起步较晚。我国在2 0 世纪6 0 年代末开始将p a c 技术用 于污染水源的除臭、除昧。近年来，我国越来越重视对活性炭的研究和应用，活性炭吸 附技术在国内水厂得到越来越多的应用，并已经取得较好效果，同时也开展了大量关于 p a c 强化处理工艺的研究。 高乃云、王荣昌p 1 研等人在上海市闵行水厂二分厂用p a c 处理黄浦江上游微污染原水 取得了较好的效果，p a c 对c 0 和u 、嘲净增加去除率分别为2 1 3 和2 9 8 。实验研究 表明最佳p a c 炭种为i # p a c ，最佳投加点为吸水井处，最佳投加量为l o m g l ，在最佳投加 量时制水成本增加5 9 分m 3 。潘碌亭等研究了p a c 强化混凝处理黄浦江水源水，对浊度、 c o d 如和u v 喇等均有较好效果，p a c 投加点、投加方式等都对处理效果有一定影响，同时投 加效果最好。梁存珍等啪3 分别采用煤质和木质p a c 去除饮用水中嗅味物质，如m i b 、t c a 、 i p m p 和i b m p 等，研究了p a c 种类、投加量、嗅味物质初始浓度、余氯等因素的影响，结 果表明煤质p a c 相对木质p a c 具有更高的m i b 去除率。 王生辉等瞄川研究了p a c 吸附硝基苯的性能，结果表明p a c 对硝基苯具有良好的吸附去 除能力，可作为应急处理工艺有效应对原水的硝基苯污染，保证供水安全。 高乃云、刘成等口2 1 研究了高藻污染原水的投) h h p a c 应急处理工艺，实验结果表明 l o m g l 的p a c 可明显改善混凝工艺对藻类的去除效果，藻类去除率从6 0 提高n 9 6 ， 同时还可有效去除土嗅素和二甲基异冰片等致嗅物质，对高藻后期高浓度的微囊藻毒 素，投力h 2 0 m g l 保持接触时间4 0 m in 就可降到水质标准值以下。 刘恒等口3 3 采用p a c 强化混凝工艺处理微污染水源水，活性炭投加量为2 0 0 m g l ，对各 种污染物的去除效果较好，对源水异嗅味、色度、浊度、矿物油和苯酚的去除率分别达 n 7 1 - - 9 0 ，对c o d - l 、t o c 和氨氮去除率分别为4 7 - - 5 3 、2 6 - - - 2 7 和1 0 1 8 。 7 东南大学硕士学位论文 清华大学在对山西省大同市册田水库中污染物去除的研究中发现，当粉末活性炭投 加5 0 m g l 时，水库水中有机物的去除率在6 0