（环境工程专业论文）混凝微滤工艺处理微污染原水和低放废水的应用研究.pdf

混凝微滤工艺处理微污染原水和低放废水 的应用研究 s t u d y o nt h ea p p l i c a t i o no f c o a g u l a t i o n m i c r o f i l t r a t i o np r o c e s s f o r t r e a t m e n to fm i c r o p o u u t e dw a t e ra n d l o w r a d i o a c t i v ew a s t e w a t e r 学科专业：环境工程 研究生：胡保安 指导教师：顾平教授 天津大学环境科学与工程学院 二零零八年一月 中文摘要 随着水质标准的提高和膜法水处理成本的降低，混凝微滤工艺在处理微污染 原水和低放废水领域越来越受到重视。混凝工艺能提高出水水质，同时其絮体在 膜表面沉积也有效延缓了膜污染；微滤膜工艺则能有效的发挥过滤功能。 在天津市某水厂建立了两套浸没式混凝微滤中试系统，即浸没式混凝膜过滤 ( s c m f ) 工艺和浸没式膜混凝反应器( s m c r ) 工艺，处理规模分别为15 0 和 3 0 0m 3 d ，目的在于为建设混凝微滤工艺的自来水厂提供必要的基础参数和运行 管理经验。与中国工程物理研究院合作开发了混凝微滤工艺处理低放废水的装 置，在相关的设计中，对聚偏氟乙烯中空纤维微滤膜的耐辐射性能也进行了研究。 s c m f 工艺稳定运行时，膜通量为5 3 3l ( h m 2 ) ，过滤时间为3 0m i n ，气水 联合反洗为8 0s 。在稳定运行的1 5 4d 内，共进行了5 次化学清洗。原水的水质 状况显著影响膜污染的速率和出水的水质。低温低浊时期的原水水质较好，混凝 剂f e c l 3 的投加量为6m g l ：常温时期投加混凝剂聚合氯化铝10 - 2 0m g l ，并增 大了强化通量维护( e f m ) 的频率；夏季高温高藻期的原水水质较差，需要进一 步采取预氯化和降低膜通量等措施来控制膜污染。s m c r 工艺采取连续曝气，出 水8m i n 停歇2m i n 的运行方式，气水比为15 ：1 ，排泥周期可由2 4 小时延长为 4 8 小时，膜通量为1 6 7l ( h m 2 ) ，f e c l 3 的投加量为3 4m g l 。s m c r 工艺在稳 定运行的1 3 4d 内，从未进行化学清洗。在原水水质变差时同样需要采取加大混 凝剂投剂量和增加预氯化等措施来控制膜污染和提高出水水质。 混凝微滤工艺的出水水质稳定可靠，满足生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 。s c m f 、s m c r 工艺的平均出水浊度均为0 0 9n t u ，出水浊度0 1 n t u 的部分所占比例分别为8 9 5 和9 2 o ，表明混凝微滤工艺对浊度有良好的 去除效果。s c m f 工艺的平均出水c o d m n 为2 0 3m g l ，s m c r 工艺为2 2 5m g l 。 出水细菌指标良好。s c m f 工艺的产水率为9 0 9 ，s m c r 工艺的产水率可达 9 8 8 。s c m f 、s m c r 工艺的电耗分别为0 2 0 、0 4 2k w h m 3 ，考虑电费和药剂 费用之和，s m c r 工艺为0 2 4 7 元m 3 ，高于s c m f 工艺低温低浊时期的0 1 6 2 元m 3 ，而低于其常温期0 2 6 4 元m 3 。 混凝微滤工艺对微污染原水中可溶性有机物和消毒副产物前体物的去除研 究发现，原水中的溶解性有机物以小分子为主，其中分子量介于3 k l kd a 之间的 有机物t h m s 的生成能力最强；膜分离出水中大分子有机物的含量具有较大幅度 的降低，而小分子物质去除效果较差，甚至出现负增长的现象；比较不同有机物 指标的去除效果，在各个分子量区间，u v 2 5 4 的去除率高于d o c ；两套处理系统 对t q q _ m f p 的去除率在4 0 左右。采用粉末活性炭吸附工艺可以提高t h m f p 的去 除效果，烧杯试验确定了吸附平衡时间为4 5m i n ；在相同投加吸附时间的情况下， 发现p a c 在投加量为2 0m g l 时，去除率为5 7 。， 采用不同的剂量和剂量率对浸泡在p h = 1 0 的氢氧化钠溶液中的p v d f 中空 纤维微滤膜进行辐照。对辐照前后的样品作相关的性能测试，得到了膜耐辐射的 剂量限值和辐射后的膜性能变化，辐射与p v d f 膜的化学反应机理表明，膜表面 生成o h 、c o o h 和不饱和键，从而影响了通量、最大孔径、力学强度等指标， 最后对装置的设计提出了工程化建议。 关键词：混凝微滤；微污染原水；放射性废水；分子量分布；辐射；膜性能 a b s t r a c t w i t ht h es t r i n g e n tw a t e rq u a l i t ys t a n d a r d sa n dt h ed e c r e a s e dc o s to fm e m b r a n e t h ec o a g u l a t i o n m i c r o f il t r a t io np r o c e s sw a si n c r e a s i n g l yc o n c e m e d i nt h ef i e l do f m i c r o - p o l l u t e dw a t e ra n dl o w l e v e lr a d i o a c t i v ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t c o a g u l a t i o n p r o c e s sc o u l di m p r o v et h et r e a t e dw a t e rq u a l i t y , a n di tc o u l de f f e c t i v e l yr e t a r d m e m b r a n e f o u l i n gb e c a u s eo ft h e f i o c d e p o s i t i o n o nt h em e m b r a n es u r f a c e m i c r o f i t r a t i o np r o c e s sc o u l de f f e c t i v e l ye x e r t l i q u i d s o l i ds e p a r a t i o nf u n c t i o n t w op i l o t s c a l ed e v i c e so fc o a g u l a t i o n m i r c o f i l t r a t i o n p r o c e s s e s w h i c hw e r e s u b m e r g e dc o a g u l a t i o nm e m b r a n ef i l t r a t i o n ( s c m f ) w i t hac a p a c i t yo f15 0m 3 da n d s u b m e r g e dm e m b r a n ec o a g a l a t i o nr e a c t o r ( s m c r ) w i t hac a p a c i t yo f3 0 0m 3 d ，w e r e c o n s g u c t e di naw a t e rt r e a t m e n tp l a n ti n t i a n ji n t h ea i mw a st oo f f e rt h eb a s i cd a t a a n dt h eo p e r a t i o n a l e x p e r ie n c ef o rn e ww a t e rt r e a t m e n tp l a n t as t u d yo nt h e r e s i s t a n c et or a d i a t i o no fp o l y ( v i n y l i d e n ef l u o r i d e ) f p v d f ) h o l l o wf i b e rm e m b r a n e w a sc a r r i e do u t t h ea i m w a st od e s i g nad e v i c et ot r e a tt h el o w 1 e v e l r a d i o a c t i v e w a s t e w a t e rf o rc h i n a a c a d e m yo fe n g i n e e r i n gp h y s i c s t h es c m fp r o c e s s ，w i t haf l u xo f5 3 3l ( h m 2 ) ，w a sb a c k w a s h e da f t e r e v e r y3 0 m i n u t e s f i l t r a t i o n t h em e m b r a n ew a sc h e m i c a l l yc l e a n e df i v et i m e sd u r i n g15 4d a y s ， s t e a d yo p e r a t i o n t h em e m b r a n ef o u l i n gr a t ea n dt h eq u a l i t yo ft r e a t e dw a t e rw e r e r e m a r k e d l yi n f l u e n c e db yt h eq u a l i t yo ft h er a ww a t e r , w h i c hw a sr e l a t i v e l yw e l l d u r i n gl o wt e m p e r a t u r ea n dt u r b i d i t yp e r i o d t h ed o s a g eo ff e c l 3w a s6m g li nt h i s p e r i o d t h ed o s a g eo fp ol y a l u m i n i u mc h l o r i d ew a s10 。2 0m g ld u r i n gn o r m a l t e m p e r a t u r ep e r i o d ，a n dah i g h e rf r e q u e n c yo fe f mw a sn e e d e d t h eq u a l i t yo ft h e r a ww a t e rw a sw o r s td u r i n gh i g ht e m p e r a t u r ea n da l g ab l o o mp e r i o d ，s ot h a tf u r t h e r m e a s u r e ss u c ha sp r e c h l o r i n a t i o na n dr e d u c t i o no f t h ef l u xw e r e r e q u i r e d 。t h es m c r p r o c e s sw a so p e r a t e du n d e rc o n t i n u o u sa e r a t i o n ，w i t ha2m i n u t e s i n t e r v a la f t e re v e r y 8m i n u t e s f i l t r a t i o n t h er a t i oo fa i rt ow a t e rw a s15 ：1 ，a n dt h e s l u d g ed i s c h a r g i n g p e r i o dw a s2 4hf i r s t l y ，t h e n4 8hf i n a l l y t h em e m b r a n ef l u xw a s16 7l ( h m 2 1a n d t h ed o s a g eo ff e c i 3w a s3 一m g l t h es m c r ，w h o s e f o u l i n gr a t ew a s m u c hl o w e r t h a nt h a to fs c m f , w a sn e v e rc h e m i c a l l yc l e a n e dd u r i n g13 4d a y s s t e a d yo p e r a t i o n h i g h e rc o a g u l a t i o nd o s a g ea n dp r e c h l o r i n a t i o nw e r ea l s or e q u i r e dt oc o n t r o lt h e m e m b r a n ef o u l i n ga n di m p r o v et r e a t e dw a t e rq u a l i t yw h e nt h er a ww a t e r q u a l i t yw a s p o o r t h eq u a l i t yo ft h et r e a t e dw a t e rb yb o t hc o a g u l a t i o n m i c r o f i l t a t i o np r o c e s s e sm e t t h es t a n d a r d sf o rd r i n k i n gw a t e rq u a l i t y ( g b5 7 4 9 2 0 0 6 ) r e s u l t ss h o w e dt h a tt h e t u r b i d i t yw a sr e m o v e da l m o s tc o m p l e t e l yi n t h i sp r o c e s s t h et r e a t e dw a t e rf r o m s c m fa n ds m c rh a dt h es a m ea v e r a g et u r b i d i t yo f0 0 9n t u w i t h8 9 5 a n d 9 2 o o ft u r b i d i t yl e s st h a n0 1n t ur e s p e c t i v e l y t h ea v e r a g ec o d m no ft h et r e a t e d w a t e rf r o mt w os y s t e m sw a s2 0 3m g la n d2 2 5m g lr e s p e c t i v e l y t h eq u a l i t yo ft h e t r e a t e dw a t e rf r o mt w os y s t e m sw a se x c e l l e n ti nr n i c r o o r g a n i ci n d e x e s c o m p a r e d w i t hs m c rw a t e rp r o d u c t i v i t yo f9 8 8 s c m fw a so n l y9 0 9 t h ep o w e r c o n s u m p t i o no fs c m fa n ds m c rp r o c e s s w a s0 2 0k w h m 3a n d0 4 2k w h m 3 r e s p e c t i v e l y b u tt h er e a g e n tc o s to fs m c rp r o c e s sw a sl e s st h a nt h a to fs c m f a s t h et o t a lc o s to ft h ep o w e ra n dr e a g e n tw a sc o n c e m e d ，s m c rp r o c e s sw a s0 2 4 7 y u a n m 3 ，h i g h e rt h a nt h a to fs c m fd u r i n gl o wt e m p e r a t u r ep e r i o da n dl o w e rt h a nt h a t o fs c m fd u r i n gn o r m a lt e m p e r a t u r ep e r i o d as t u d yo nt h er e m o v eo fs o l u b l eo r g a n i cc o m p o u n da n dt h m f pw i t h c o a g u l a t i o n m i c r o f i l t r a t i o np r o c e s sw a sc a r r i e do u t t h er e s u l t so fu l t r a f i l t r a t i o nt e s t s h o w e dt h a tt h eo r g a n i cm a t t e r sw i t hl o wm ww e r et h em a j o rt h m s p r e c u r s o r sa n d t h eo r g a n i cm a t t e r sw i t hm wb e t w e e n3 k lkd ah a dt h eg r e a t e s tt h m f pi nr a ww a t e r t h eo r g a n i cm a t t e r sw i t hh i g hm ww e r er e m o v e de f f i c i e n t l y , a n dt h a tw i t hl o wm w e v e nh a dm i n u s - i n c r e a s er e v e r s e l y u v 2 5 4h a dab e t t e rr e m o v a lt h a nd o ci nv a r i o u s m wf r a c t i o n s t h m f pr e m o v a le f f i c i e n c yo ft h et w os y s t e m si sn e a r l y4 0 p o w e r e d a c t i v e dc a r b o n ( p a c 、a b s o r p t i o nt e s tw a sp e r f o r m e dt or e m o v et h m f p b yt h ej a r t e s t ，t h ec o n t a c tt i m ea n dd o s a g ew e r e4 5m i na n d2 0m g lr e s p e c t i v e l y ，a n dt h e r e m o v er a t eo ft h m f pw a s57 t h ee f f e c to fl o w l e v e ld o s e so fg a m m ar a d i a t io no nt h ep r o p e r t i e so ft h ep v d f h o ll o wf i b e rm e m b r a n ew a ss t u d i e d i nt h ee x p e r i m e n t ，d i f f e r e n tr a d i a t i o nd o s e sw e r e c h o s e nw i t ht h ec e r t a i nd o s er a t e t h em e m b r a n e sd i p p e di nt h es o d i u mh y d r o x i d e s o lu t io nw i t hp ho f10w e r ei r r a d i a t e da n ds o m ep e r f o r m a n c et e s t sw e r ec a r r i e do u t t h er a d i a n tc h e m i cr e a c t i o nm e c h a n i s ms h o w e dt h a t - o h - c o o ha n du n s a t u r a t e d c h e m i c a lb o n dw e r ea p p e a r e do nm e m b r a n ef u n c t i o n a ls u r f a c e ，s ot h ef l u x ，t h e m a x i m a lp o r es i z ea n dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t yw e r ea f f e c t e d b a s e do nt h er e s u l t so f t h et e s t s ，s u g g e s t i o nf o rt h ee n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o nw a sp r o p o s e d k e yw o r d s ：c o a g u l a t i o n m i c r o f i l t r a t i o n ，m i c r o p o l l u t e dw a t e r ，r a d i o a c t i v e w a s t e w a t e r , m o l e c u l a rw e i g h td i s t r i b u t i o n ，r a d i a t i o r t ，m e m b r a n ep e r f o r m a n c e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨盗盘鲎或其他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。 学位论文作者签名：垌睬击 签字同期： z 。占年f 月2 于同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：谰保手 导师签名：7 蕊军 签字日期：z 。d 寥年1月珥日签字日期：p 幻易年f 月p 4 日 天津大学博士学位论文混凝微滤工艺处理微污染原水和低放废水的应用研究 1 1 水环境污染及控制 第一章绪论 如今全球水资源正面临两大问题：水资源短缺和水环境污染。这在一些国家 和地区，尤其是包括中国在内的发展中国家和地区，有日益严重的趋势。 1 1 1 我国水资源短缺状况 我国是水资源严重短缺的国家【l 】，且时空分布不均，人均水资源占有量2 2 0 0 立方米，仅为世界平均水平的1 4 ；北方地区人均只有9 9 0 立方米，不到世界人 均值的1 8 。我国每年缺水量约3 0 0 - 4 0 0 亿立方米，其中城市的年缺水量已远远 超过6 0 亿立方米。每年工业产值因缺水损失2 3 0 0 亿元，耕地每年因干旱减产粮 食2 8 0 多亿公斤。缺水给居民的生产、生活造成许多困难和不便，城市缺水问题 尤为突出。以天津市为例，作为资源型缺水城市，天津市的人均水资源占有量仅 相当于全国人均水平的六分之一，属重度缺水地区。水资源短缺，供水矛盾突出， 已成为影响天津国民经济持续快速发展的重要制约因素。2 0 0 6 年1 月天津市 节水型社会建设试点规划通过审型2 1 ，表明天津市开始着手通过节约用水来部 分缓解水资源短缺和水资源利用不合理的现状，以应对有可能在未来出现的严重 水危机。 1 1 2 我国地表水环境污染及控制状况 我国是一个水资源受污染严重的国家，这同时又加剧了水资源的短缺。( ( 2 0 0 6 年中国环境状况公报表明，2 0 0 6 年全国地表水总体水质属中度污染。在国家环 境监测网( 简称国控网) 实际监测的7 4 5 个地表水监测断面中( 其中，河流断面 5 9 3 个，湖库点位1 5 2 个) ，i 类，v 类，劣v 类水质的断面比例分别 为4 0 、3 2 和2 8 。主要污染指标为高锰酸盐指数、氨氮和石油类等p j 。根据 2 0 0 6 年水质监测资料，采用国家地表水环境质量标准( g b3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) ，对 全国河流、湖泊、水库的水质状况进行评价，发现在评价的1 3 0 0 条河流中，全年 符合及优于类水的河长只占总评价河长的5 9 4 ；在评价的5 0 个湖泊中，水质 符合及优于类水的有18 个；在评价的3 2 2 座水库中，水质符合及优于类水的 有2 6 5 座，占评价水库总数的8 2 3 1 4 】。 第一章绪论 由于地表水源是人们用水的主要来源，例如，2 0 0 4 年全国总供水量5 5 4 8 亿 立方米，其中地表水源供水量占8 1 2 ，所以地表水源污染日益严重的状况使得 饮水安全形势变得十分严峻。2 0 0 5 年5 月，全国人大常委会执法检查组曾对水 污染防治法实施情况进行执法检查 5 。在检查中发现，目前，我国一些地区微污 染原水源地的水质较差，符合标准、质量稳定的微污染原水源地呈萎缩趋势。调 查显示，在1 0 0 0 多个地表水水源地中，不合格水源地占2 5 左右，微污染原水 安全问题凸显出来，成为我国水污染防治所面临的一大挑战。 上面的分析表明，目前我国水环境恶化趋势尚未得到根本遏制，同时水资源 短缺的矛盾日益加剧，资源性缺水与水质性缺水并存，已经制约了经济社会的可 持续发展，危及到人民群众的身体健康和生产生活。虽然近些年，在节约用水以 及水污染防治方面，我们国家已经做了许多工作，但是就目前的社会和经济发展 状况来看，不使用受污染的水源而另寻其它水源对大多数地区来说是不可能的。 与此同时，人民随着生活水平的不断提高，对自来水的水质状况也越来越关注， 相应的微污染原水的水质标准越来越严格。继2 0 0 1 年卫生部颁布生活饮用水 卫生规范之后，建设部于2 0 0 5 年6 月实施了城市供水水质标准( c j t 2 0 6 2 0 0 5 ) ，作为行业的控制标准，该标准在增加多项检测指标的同时，对原有 检测指标的限值做了更严格的规定。2 0 0 7 年7 月1 日正式实施了生活饮用水 卫生标准( g b5 7 4 9 2 0 0 6 ) 。日益严格的水质标准使现有的制水工艺面临巨大的 挑战。 总的来说，我国微污染原水行业面临的形式是严峻的，目前要协调水源水数 量不足、质量下降和水质标准提高之间的矛盾，只有采用新技术处理受污染的水 源水。正是在这样的背景下，膜技术作为微污染原水处理的一项新技术引起了人 们的广泛关注，成为给水处理领域的热点技术之一【6 】。 1 1 3 我国放射性污染及控制状况 放射性污染是指环境中放射性物质的放射性水平高于天然本底或超过规定 的卫生标准。放射性污染物主要指各种放射性核素，其放射性与化学状态无关， 每一放射性核素都能发射出一定能量的射线。放射性核素排入环境中后，造成对 大气、水、土壤的污染，可被生物富集，使某些动、植物特别是一些水生生物体 内的放射性核素可比环境中的增高许多倍。环境中的放射性核素的来源有天然性 的和人为性的两种。人类环境中存在着铀、钍族元素等天然放射性物质，加上宇 宙辐射线一个人每年受到大约1m s v 的放射性辐射被称为自然本底辐射。人工辐 射的来源主要是有以诊断医疗为目的所使用的辐射源设备和放射性药剂、核武器 试验、核工业及核研究单位排放的三废，以及带有辐射的消费品等。这些人工放 2 天津大学博士学位论文混凝微滤工艺处理微污染原水和低放废水的应用研究 射源加剧了环境放射性污染。 放射性物质对人体的健康危害是很大的。放射性元素通过自身的衰变而放射 出a 、d 粒子和丫量子( 通称为a 、d 和1 ，射线) 。这些元素可以由多种途径进入人 体，它们发出的射线会破坏机体内的大分子结构，甚至直接破坏细胞和组织结构， 给人体造成损伤。高强度射线会灼伤皮肤，引发白血病和各种癌症，破坏人的生 殖机能，严重的能在短期内致死。少量累积照射会引起慢性放射病，使造血器官、 心血管系统、内分泌系统和神经系统等受到损害，发病过程往往延续几十年。此 外放射性辐射还有致畸、致突变作用，在妊娠期间受到照射极易使胚胎死亡或形 成畸胎【_ 丌。为了加强对放射性废物的管理，减少放射性污染及其危害，我国于2 0 0 3 年6 月2 8 日颁布了中华人民共和国放射性污染防治法。该法规定，向环境排 放放射性废气、废液，必须符合国家放射性污染防治标准。产生放射性废液的单 位，必须按照国家放射性污染防治标准的要求，对不得向环境排放的放射性废液 进行处理或者贮存瞵j 。 1 2 微污染原水的处理技术 1 2 1 微污染原水的定义和特点 微污染原水是受到有机物、氨氮、磷及有毒污染物较低浓度污染的水源水。 尽管污染物浓度较低，但污染物的种类较多、性质较复杂一j 。我国地域广博，各 地水源水质条件差异明显，所面临的微污染原水水质问题也不尽相同。 微污染原水中的有机污染是最受关注的问题之一。有机污染物大致可以分为 两类：一类是天然有机物( n a t u r a lo r g a n i cm a t t e r ，n o m ) ，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 ( s y n t h e t i co r g a n i cc o m p o u n d s ，s o c ) ，包括农药、商业用途的合成物及一些工 业废弃物等。n o m 中以腐殖质在地表水源中含量最高，占有机物总量的6 0 9 0 ， 它是水体色度的主要成分，是微污染原水中多种消毒副产物( d i s i n f e c t i o n b y p r o d u c t s ，d b p s ) 的前体物，是导致微污染原水致突变活性增加的主要因素。 此外，消毒副产物的前体物中还有相当一部分来自水中的非腐殖质部分的天然有 机物。它们是主要的可生物降解部分，具有较强的亲水性和较低的芳香度，可能 由亲水酸、蛋白质、氦基酸、糖类等组成。n o m 是微污染原水处理中的主要去 除对象。与此同时，随着工农业的发展，人工合成有机物在微污染原水中普遍存 在。与n o m 相比，这些人工合成有机物大都含量较低，但是它们对人类健康的 潜在危害却不容忽视。其中很多有机物都位列我国环保局通过的“水中优先控制 第一章绪论 污染物黑名单”之上，它们在水体中不易降解，在环境中可生物积累，并且大部 分本身具有毒性，部分具有“三致”作用。例如有研究表明，上海黄浦江水中有机 物种类至少在5 0 0 7 0 0 种之间，在g c m s 定性检出的2 18 种有机物中，属于优 先控制污染物的达3 9 种【l 0 1 。 此外，在微污染原水中可能还同时存在一些具有内分泌干扰作用的化学物 质，这些物质在水中大都是极微量的，并且引起的影响和作用是缓慢的，但是它 们的存在会严重破坏人体内的激素分泌，导致人体内分泌功能的紊乱，在1 0 年 或2 0 年后，其影响一旦被发现，可能会已经影响当代和后代人的健康。如今， 环境内分泌干扰物质的存在和危害己成为一个全球性的社会问题1 1 。国家逐步对 一些特定的优先控制污染物和内分泌干扰物质还制定了更为严格的限制标准，这 促使新的水处理技术要在实现对水源水中有机污染物的高效去除。 1 2 2 微污染原水处理的传统工艺 微污染原水处理技术，是人类和水源污染及由此引起的疾病所做的长期斗争 中产生和发展起来的1 2 】。1 9 世纪初，欧美一些国家由于地表和地下水源受到污 水、粪便和垃圾等污染，造成了霍乱、痢疾、伤寒等传染病的多次大规模的爆发 和蔓延，夺去了成千上万人的生命。传统微污染原水处理工艺的诞生解决了当时 人类饮水的问题，其工艺流程见图1 1 。 图1 1 传统饮用水处理工艺示意图 传统微污染原水处理工艺的主要去除对象是水中的悬浮物、胶体杂质和细 菌。通过投加混凝剂，使水中的胶体和细小悬浮物相互聚合，形成大颗粒絮体， 再通过沉淀进行分离。过滤则进一步截留沉淀后水中残留的杂质，降低水的浊度。 采用消毒来灭活水中的致病微生物。该工艺流程具有投资省、运行稳定、维护管 理简便等优点。 传统微污染原水处理工艺有效地改善了人们生活环境的质量，大大减少了由 水污染导致的发病率，延长了人的寿命。由于其对人类作出了巨大贡献，在美国 工程院评选的2 0 世纪最伟大的工程技术成就中名列第四。 4 天津大学博士学位论文 混凝微滤工艺处理微污染原水和低放废水的应用研究 1 2 3 传统工艺所面临的问题 目前我国绝大多数水厂仍然主要采用传统水处理工艺。在水源水质良好，未 受到污染的的情况下，传统工艺处理便可得到透明、无色、无嗅、味道可口的微 污染原水。然而近几十年以来，工业现代化迅速发展，城市化和人口增长尤其是 化学工业突飞猛进，大量的生活污水和工业废水排入环境水体中，导致越来越多 的水源受到不同程度的污染。面对水源水质的持续恶化，传统微污染原水处理工 艺已显得力不从心。 ( 1 ) 有机物由于水土流失、水源污染等因素的影响，水体中的有机物成分 增多、浓度增大。传统工艺只能有效地去除水中的悬浮物、胶体杂质和细菌，对 大量有机物特别是溶解性有机物的去除能力极低。水体中的有机物可分为天然有 机物( n o m ) 和人工合成有机物( s o c ) 两大类，s o c 来源于污水排放，而n o m 是由动植物自然分解而形成的产物，其主要成分是腐殖酸【l3 1 4 j 。水中的天然大分 子有机物对胶体具有保护作用，导致了混凝剂药耗增加。去除水源水中的有机污 染物是当今微污染原水处理面临的首要问题。 ( 2 ) 消毒副产物氯化消毒是我国沿用多年且仍然在给水处理中普遍采用的 消毒技术。但近三十年来，人们逐渐发现，在氯化消毒的同时，氯与水中某些有 机成分( 主要是n o m ) 反应，生成三卤甲烷( t r i h a i o m e t h a n e s ，t h m s ) 和其它 卤代副产物，如卤代乙酸( h a l o a c e t i ca c i d s ，h a a s ) 、卤代乙腈、三氯丙酮、氯 化醛类等等，其中很多卤代有机物是致癌物或诱变剂，对人体健康构成潜在威胁 1 5 , 1 6 。特别是传统的预氯化工艺，高浓度的氯与水中较高浓度的有机污染物直接 反应，生成的氯化副产物浓度会更高。氯化消毒副产物是影响微污染原水水质的 一个重要因素，l 引。 ( 3 ) 病原微生物水中致病微生物具有一定的尺寸，一般在微米数量级。传 统处理工艺中靠无机金属离子水解产物的吸附、卷扫作用，以及滤料表面的吸附 与截留作用可去除大部分致病微生物。但一些尺寸很小、危害很大的致病微生物 如贾第鞭毛虫、隐孢子虫等在常规处理中难以被混凝去除，而过滤过程是一个重 要屏障。即使很少量的致病微生物进入自来水中，也可能对微污染原水安全构成 很大的风险。另外，水体有机污染也严重地影响传统水处理工艺中致病微生物的 有效去除。例如，对有机污染严重的原水，过滤对贾第鞭毛虫、隐孢子虫的截留 效果明显降低。鉴于致病微生物的突发性、危害性，必须采取更为有效的措施提 高微污染原水的微生物安全性【l 圳。 ( 4 ) 藻类以湖泊和水库为水源的水厂经常遇到藻类问题1 2 u 2 1j 。由于藻类密 度低，不易被沉淀池分离，又因其多由有机质组成，耗氧量高，而且电动电位高， 第一章绪论 具有较高的稳定性，混凝时需投加较多的混凝剂；藻类干扰滤池的运行，使滤池 过滤水头增加过快，运行周期大为缩短，反冲洗频繁，产水量大幅度减少；藻类 在水中大量繁殖后，所产生的芳香族臭、青草臭、水藻臭、鱼腥臭、霉臭和泥土 臭等不同臭味，在给水处理中很难去除；有些藻类还有毒性，在其生长繁殖和死 亡后将毒素释放入水体，对人体健康带来危害。 ( 5 ) 生物稳定性一些有机物很难被常规给水处理工艺去除，特别是分子量 相对较低、极性较强的有机物，去除率更低。此类有机物一般能穿过传统水处理 工艺，进入到管网中，导致微生物二次繁殖。一般用可同化有机碳( a s s i m i l a t e d o r g a n i cc a r b o n ，a o c ) 表示能够影响管网水质的有机物浓度，反映水中可作为 细菌等微生物吸收的基质浓度。对于一些高有机污染、含藻水，常规处理后a o c 还可能升高，影响微污染原水质。 综上所述，在水源受到污染的情况下，由于传统净化工艺的局限性，处理后 的生活微污染原水水质安全性难以保证。 1 2 4 微污染原水处理技术的发展 面对以上的问题，微污染原水处理技术近些年来有了新的发展，概括如下： ( 1 ) 常规工艺的强化 强化常规的处理工艺包括从处理工艺参数的改进、引入新的处理设备到药剂 的改良直至水厂的运行控制的各个方面。强化混凝就是通过采取一定措施，确定 混凝的最佳条件，发挥混凝的最佳效果，尽可能地降低能被混凝阶段去除的成分， 特别是有机成分。主要表现为：无机或有机絮凝药剂性能的改善；强化颗粒碰撞、 吸附和絮凝设备的研制与改进；絮凝工艺流程的强化，如优化混凝搅拌强度、优 化反应时间、确定最佳絮凝p h 条件等。强化混凝是去除水中天然有机物比较经 济实用的一种处理工艺。某些混凝强化技术能有效地去除水中的天然有机物、藻 类和臭味，显著提高难处理地表水如低温低浊水、不同地区高腐殖酸含量的高色 水和高含藻量等水的净化效果，改善混凝和过滤后水质i z 础引。 常规过滤是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得净化 的过程。针对水源水中氨氮和亚硝酸盐氮较高的特点及水厂普通快滤池所存在的 问题，人们提出了强化过滤：在保证滤池对浊度去除效果的同时，使滤池具有去 除水中氨氮、亚硝酸盐氮和有机物的能力。要实现这一目的，主要有两种途径： 一种是采取某些措施对现行的滤料表面进行改性处理，强化其去除污染物质的功 能；另一种是对具有不同功能的滤料复合应用1 2 4 | 。 消毒是保证微污染原水质量减少水传播疾病的关键。氯消毒以其高效杀菌、 使用方便和价格低廉的特点，己有近百年的使用历史，但2 0 世纪7 0 年代以来， 6 天津大学博士学位论文混凝微滤工艺处理微污染原水和低放废水的应用研究 在氯消毒的水中检测出了许多卤代有机物如三氯甲烷等致癌物，氯消毒逐渐被其 他消毒剂替代。其中臭氧和二氧化氯的研究最为活跃。臭氧由于其在水中的寿命 很短而不具有持续杀菌作用且价格昂贵而不利于其推广使用。二氧化氯杀菌和灭 活病毒的能力高于传统的氯，且它不与水中天然有机物发生氯代反应，不会生成 对人体具危害作用的氯代有机物，因此二氧化氯成为具有应用前景的消毒剂 2 5 , 2 6 o ( 2 ) 生物预处理 生物预处理是指在混凝沉淀过滤等常规处理工艺之前，借助于微生物的生命 活动对水中的有机污染物及氨氮、亚硝酸盐氮或铁、锰无机物进行初步去除，以 改善水的混凝沉淀性能，使后续处理工艺更好地发挥作用。原水水中可成为生物 基质的有机物含量非常低，因此生物预处理去除的项目不是以b o d 为主，而是 以氨氮、铁、锰、藻类为主。该工艺适用于氨氮、铁、锰含量高而浊度不太高的 水源，常用的处理构筑物有生物接触氧化池、生物滤池、生物转盘和生物流化床 笙 2 7 , 2 8 1 1 丁 o ( 3 ) 深度处理 微污染原水深度处理是指在常规处理的基础上，采取进一步的措施将常规工 艺不能有效去除的微量有机污染物或消毒副产物的前体物加以去除，提高和保证 微污染原水水质的安全。这些技术主要包括：高级氧化技术、活性炭吸附技术、 生物活性炭和臭氧活性炭技术、膜技术等。其中，臭氧一活性炭集成技术应用最 为广泛。该工艺是将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧 灭菌消毒四种技术合为一体的工艺，可以使处理水水质明显提高。膜技术是一种 新型高效的分离技术，是目前最有潜力的深度处理技术1 2 9 , 3 0 1 。 1 3 低浓度放射性废水处理技术 放射性废物在处理方面与普通的工业废物的一个根本区别，在于工业废物的 一些化学毒物( 如酚、氰、有机磷等) 能够用物理、化学或者生物学的处理方法 将其分解破坏，而放射性核素用这些方法却不能被破坏，丝毫不能改变其衰变辐 射的固有特性，只能靠其自然衰变来降低以至消失其放射性。因此，放射性废物 的处理，从根本上说无非是贮存与扩散两种方式。 放射性废水包括高放废水、中放废水和低放废水。高放废水主要来源于核燃 料后处理中。高放废水由于其放射性强度高，一般直接固化封存。中放废水和低 放废水主要来源于放射性核素工作场所和使用的仪器、设备，在使用和废弃前进 行严格去污所产生的大量清洗液。而中放废水和低放废水则首先经过分离浓缩， 第一章绪论 使得废物体积大大减小后，再固化封存，以降低储存费用。处理后的废水中剩余 的放射性很少，其活度低于允许排放标准时，可以安全排放【3 。中华人民共和 国污水综合排放标准( g b8 9