郑州市饮用水水质安全存在的问题及对策硕士论文.pdf

华北水利水电学院硕士学位论文 摘要 本文是在水环境污染的日益加剧、我国城镇供水水质安全已经受到严重 威胁、我国政府高度重视水的安全，特别是城市饮用水的安全保障问题受到 广泛关注的情况下，为了解郑州市饮用水安全存在的问题，对影响饮用水水 质安全的各方面因素进行探讨和研究，结合郑州市供水生产现状，提出了一 套符合郑州市实际情况的保障水质安全的建议和方案，为提高饮用水水质安 全提供了切实可行的的解决办法。 本课题分析了郑州市的供水水质现状与存在的问题；综述了国内外现行 保障饮用水水质安全的研究方法，介绍了有关国家和地区的水质安全的政策； 在国内外供水安全的研究的基础上，以郑州市为例根据大量的水质分析数据 ( 包括源水现状及变化趋势、净水工艺现状、出厂水质现状、管网水水质变 化及影响管网水质的关键因素) 进行了分析，指出郑州地区供水现状存在水 源水水质无保障、净水工艺相对落后、管网陈旧、管网余氯不稳定等问题， 提出为保证水质安全，在充分考虑现实可行性的基础上，提出了加强水源地 保护区管理、强化和改进水处理工艺、采取相应措施改善管网水质等现实可 行的建议，该课题对于郑州市的饮用水水质安全保障具有重要的理论和实际 意义。 关键词供水系统饮用水水质安全水源水质安全管网水质稳定性 华北水利水电学院硕士学位论文 a b s t r a c t t h i s p a p e r w r i t e s i n t h e c a s e o f w a t e r e n v i r o n m e n tp o l l u t i o np r i c k u p ，o u r c i t ya n dt o w nw a t e rs u p p l y ss a f ei st h r e a t e ns e r i o u s l yw h e n o u rg o v e r n m e n ta t t a c h i m p o r t a n c et ow a t e rs a f e t ye s p e c i a l l yt h es a f e g u a r dp r o b l e m o fw a t e ri nc i t i e s t h e t h e s i sd i s c u s s e sa n dr e s e a r c h e st h ef a c t o r sw h i c hi n f l u e n c et h es a f e t yo fw a t e rq u a l i t y f o rk n o w i n go ft h ep r o b l e me x i s t e di nd r i n k i n gw a t e ri n7 _ h e n gz h o u ，a n dp u t sf o r w a r d as u i to fa d v i c ea n dp r o j e c tt oe l i s u i w a t e rs a f ea c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c eo fz h e n g z h o uc o m b i n e dw i t ht h ea c t u a l i t yo f w a t e rs u p p l yi nz h e n gz h o u t h ep a p e rh a sa l s o p r o v i d e dv i l t u a lg u i d a n c et 0g u a r a n t e et h ew a t e rq u a l i t y s = a f e t y i nt h i sp a p e r , a n a l y z e dt h es u p p l yw a t e r sa c t u a l i t ya n dp r o b l e me x i s t e d , s u m m a r i z e dt h er e s e a r c hm e t h o do fw a t e rs a f e t yg u a r a n t e eb o t hi nh o m ea n da b r o a d a n di n t r o d u c e dw a t e rs a f e t yp o l i c yi ns o m ec o u n t r ya n da r e a b a s e do nt h er e s e a r c ho f o t h e r st a k ez h e n g z h o uu sae x a m p l eb a s e do na b u n d a n tw a t e rq u a l i t ya n a l y s i sd a 饥 ( c o n t a i nw a t e rs o u r c ea c t u a l i t ya n dt h et r e n do f v a r i e t y ，t h ea c t u a l i t yo f c l e a nw a t e r c r a f t w o r ka n dl e a v ef a c t o r yw a t e rq u a l i t y , t h ec h a n g eo fw a t e rq u a l i t yi np i p en e ta n d t h ek e yf a c t o r sw h i c ha f f e c tt h ew a t e rq u a l i t y ) , p o i n t e do u tt h ep r o b l e me x i s t e di n a c t u a l i t yo f w a t e rs u p p l ys u c ha ss o u r c ew a t e rq u a l i t yn os a f e g u a r d , c l e a nw a t e r c r a f t w o r kf e l lb e h i n dc o m p a r a t i v e l y , p i p en e t w o r kw a so l d , r e m a i n i n gc h l o r i n ei np i p e n e t w o r ki si n s t a b i l i t ya n ds oo i la n dp u tf o r w a r df e a s i b l es u g g e s t i o ns u c ha s s t r e n g t h e n e ds u p e r v i s i o ni nw a t e r h e a d , i n t e n s i f i e da n di m p r o v e do nw a t e rt r e a t m e n t c r a f t w o r lt o o kc o r r e s p o n d i n gm e a s u r et oi m p r o v ep i p en e t w o r kw a t e rq u a l i t ya n ds o o i l i ti so f v a l u a b l ei nt h e o r ya n di np r a c t i c et ot h eg u a r a n t e eo fd r i n k i n gw a t e r q u a l i t ys a f e t yi n7 _ h e n g z h o u k e yw o r d s ：s u p l y w a t e rs y s t e ms a f e t yo fd r i n k i n gw a t e rq u a li t y s a f e t yo fs o u r c ew a t e rq u a l i t y s t a b i l i t yo fp i p en e t w o r kw a t e rq u a l i t y s u g g e s t i o na n dc o u n t e r m e a s u r e 独立完成与诚信声明 本文的学位论文是在导师指导下独 立撰写并完成的学位论文，没有剽窃、 抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权 行为，否则本人愿意承担由此产生的一 切法律责任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者( 签字) ：嚷缸稻 4 年，z 月i7 日 华北水利水电学院硕士学位论文 1 绪论 1 1 论文选题的背景和意义 众所周知，水是人类社会生存和发展的必要条件，是其他任何物质都 无法替代的资源，可以说，没有水就没有人类社会的今天，没有水的安全， 就没有人的健康、社会的稳定和经济的可持续发展。随着二十一世纪的到 来和经济全球化进程的加快以及环境污染的加剧，水已经成为国际社会关 注的焦点问题之一，水安全问题也受到了世界各国的普遍关注，我国政府 也高度重视水的安全，特别是城市供水的水质安全保障问题。 在2 0 0 5 年松花江污染事故后，饮用水水质安全被空前关注。随着城 市发展和人民生活水平的日益提高，一方面是国家及城市居民对自来水水 质的要求越来越高，另一方面是环境污染对源水水质的影响越来越重，保 障和提高水质已成为关系到国计民生的大事。 随着我国工农业生产的迅速发展，大量含有各种有毒有害物质的工业 废水和大量未经处理或简单处理的生活污水排入水体，我国的江、河、湖 泊受到严重污染，直接或间接地造成了饮用水源的污染。目前我国地面水 源的主要污染已由原来的以泥砂为主的无机浊度污染变为各种有机物的 污染，并且其中许多是有毒物质，而城市给水厂的常规处理是以处理浊度 物质为主要对象，显然不能适应处理各种有机污染物的要求了川。从我国 1 1 8 个大中城市地下水监测资料分析表明，目前全国地下水已普遍受到污 染( 超过9 7 ) ，部分地区水质污染超标严重，且还在继续加重。工业和城 市污水以及农业化肥及有机肥的流失，是导致中国城市水安全的主要原因， 我国工业污水排放指数是国际先进水平的几倍到几十倍，城市生活污水排 放逐年上升。而处理率不到2 0 l2 1 。 据统计，2 0 0 5 年1 月对全国7 大水系的1 7 5 条河流、3 4 5 个断面的监 测显示：卜3 类水质仅占4 6 7 ，4 - 5 类水质占2 4 9 ，劣5 类水质占2 8 4 。 七大水系的主要污染指标是高锰酸盐指数、氨氮、石油类。水资源的污染 问题不仅成为制约社会经济可持续发展的瓶颈，而且给城镇供水的处理和 提高供水水质带来一定压力l3 l 。 黄河是我国第二大河，也是我国西北、华北地区最重要的水源。黄河 华北水利水电学院硕士学位论文 流域水资源短缺问题突出，水量的短缺也决定了流域大部分河流水环境低 承载力的基本特性，使有限和宝贵的水资源更易受到污染的威胁，黄河以 占全国2 的水量资源承载了全国接近1 0 的污染物量【4 】，河流实际受纳的 污染物量已远远超出了水环境的承载能力，致使多年来黄河水质状况急剧 恶化，产生了突出的水污染问题，并对黄河供水安全构成了严重威胁。 据统计，1 9 8 0 年黄河流域城镇工业和生活废污水排放量2 1 7 亿吨 年，流域主要河流总体水质状况良好，干流水质均可满足地表水环境质量 i i i 类标准的要求，河流水资源和水环境的再生净化能力可得到基本维持， 2 0 世纪8 0 年代黄河主要河段的水体质量总体良好。进入9 0 年代以后，由 于我们对黄河流域资源与生态保护工作重视不够，在流域经济快速发展的 同时，产生了严重的资源浪费和破坏行为，造成了日趋严重的水污染问题。 2 0 0 0 年黄河流域工业和生活废污水捧放量已达到近4 3 亿吨年，陆域主要 点污染源的c o d c r 量已接近1 4 0 万吨年，根据黄河全流域2 9 6 5 0 k m 长的 河段水质评价，有约5 0 的河长水体不能满足水功能质量的要求；以黄河 龙羊峡以下的干流和主要支流为评价对象进行分析，评价的7 4 9 7 k m 长的 河段中，全年和非汛期水质超标河长已达到7 2 以上，流域几乎所有的城 市河段及下游主要水域，均出现了严重的水污染现象【5 1 。水污染已从8 0 年 代的局部河段而快速发展和演变成为流域性的问题，并对黄河水源地的供 水安全构成了极大威胁。鉴于此，开展区域性单纯的水源保护措施已不能 满足水资源管理和保护的要求【“。受河流上游污染影响，目前黄河干流石 嘴山至河口镇、潼关至三门峡和花园口以下河段，几乎所有的城市集中式 饮用水水源地水质不合格1 7 l 。如三门峡市的黄河水源地受上游排污和辖区 自身污染的影响，水源地水质污染严重，城区居民的生活用水需要到几十 里外的陕县拉用，故此中央媒体将三门峡市形象称其为“靠着黄河没水 吃”的城市。而更应引起我们重视的是，黄河水污染严重地区也面临着与 淮河、海河流域出现“癌症村”相类似的危险问题，持久性“致癌、致畸、 致突变”化学污染物对黄河水源的威胁日趋增加，目前黄河兰州以下干流 河段多处重要集中饮用水水源地已相继发现了有毒有机化学污染物，饮水 安全已成为水资源保护突出和并亟待解决的重大问题【8 】 联合国驻安卡拉代表处曾在“世界环境日”发表声明说，全球开发中 华北水利水电学院硕士学位论文 国家发生的所有疾病与死亡，有百分之八十与水源有关，此外，平均每八 秒钟有一名儿童死于与水源有关的疾病i9 1 。以现有的检测技术已发现水中 有2 2 2 1 种有机化合物，并且在饮水中也发现有7 5 6 种，其中2 0 种致癌物， 2 3 种可疑致癌物，1 8 种促癌物和5 6 种致突变物1 1 0 l 。面对水源水质的变化， 常规饮用水处理工艺已显得力不从心，国内外的实验研究和实际生产结果 表明受污染水源水经常规的混凝、沉淀及过滤工艺只能去除水中有机物 2 0 一3 0 ，且由于溶解性有机物的存在，不利于破坏胶体的稳定性而使常 规工艺对源水浊度去除效果也明显下降( 仅为5 0 一- 6 0 ) 【l l l 。 水体污染可引起环境恶化、生态破坏甚至造成公害。水体污染对人体 的危害表现在人们体质普遍下降，最常见的是由病毒、细菌、寄生虫等引 起的肠道、呼吸道等传染病和寄生虫病；还有由铬、砷、氰化物等引起的 急性中毒；由镉、汞、有机氯农药、多氯联苯等引起的慢性中毒：由苯胺、 多环芳烃、卤代烃等化学物质、砷、铬、镍等的致癌作用，癌症发病率和 死亡率的高发地也往往是水体污染严重的地区。如日本长期食用被甲基汞 和汞的废水污染的水产，造成中枢神经性疾病一水俣病；由于炼锌、炼铅 厂排出大量含镉废水，污染了河水、土壤以及粮食等农作物，人们长期食 用含镉河水和稻米等中毒所致的关节疼痛，全身疼痛难忍，并发生多处自 然骨折，最后极度衰弱疼痛而死的同本骨痛病事件。据统计，1 9 6 3 年1 9 6 8 年“骨痛病”患者已有2 5 8 人，死亡1 2 8 人【12 1 。 美国在1 9 7 6 1 9 9 4 年，共发生急性水致疾病4 1 4 次，致病人数5 2 8 7 5 7 。 除部分不明原因者外，事故次数的的8 4 1 和致病人数的9 9 2 是由于微 生物引起的。按致病人数统计，构成事故的原因：9 3 7 2 为水厂处理运行 缺陷，1 5 8 为管网运行缺陷，2 1 8 为未知原因及其他，2 1 5 为饮用未 经处理的地下水，0 3 6 为饮用未经处理的地表水1 1 3 】。 因此，关于饮用水水质安全的研究对于社会和谐发展、保障人民身体 健康具有十分突出的意义，本课题旨在探讨郑州市的饮用水水质状况、影 响管网水的一些因素及提高管网余氯稳定性的研究，希望能为传统自来水 工艺改造，保障郑州市民饮水安全提供一点参考。 华北水利水电学院硕士学位论文 1 2 研究现状 1 2 1 国外研究现状 严重的水质污染，迫使人类采取特别措施，在联合国3 5 届大会上， 决定开展“国际饮用水供应和环境卫生十年”活动，力争使世界上每个居 民都能享用足量和安全的饮用水。9 4 年3 月2 3 日，联合国在荷兰诺德韦 克召开了由6 6 个国在世界范围内充分保证饮用水供应，进一步采取措施 改善饮用水质量的行动纲领。 在流域水安全方面，继1 9 7 2 年联合国第一次人类环境会议发出“水 将导致严重的社会危机”的呼吁以来，水资源问题不仅没有得到根本解决， 而且愈来愈严重。为此，在1 9 9 4 - 年，近8 0 个国家的环境部长出席的首次 国际饮用水和环境会议上，科学家呼吁世界各国采取一致的行动，像解决 臭氧层问题那样，认真锯决非常现实的水资源危机，并成立了。2 1 世纪水 世界委员会”，指导制定2 1 世纪水、生命和环境的长期构想，站在人类未 来的高度，满足未来对水的需求和保证可持续用水1 14 1 。 国际饮用水水质标准的现状与发展趋势 饮用水的安全对人类的健康至关重要，全世界很多国家和地区都有自 己的饮用水水质标准，目前最具有国际权威性和代表性的有三部：世界卫 生组织( w h o ) 饮用水水质准则、欧盟的饮用水水质指令以及美国 环保局的国家饮用水水质标准，其他国家或地区的饮用水标准大都以 这三种标准为基础或参考，结合本地区、本国家的实际情况来制订。随着 分析和检测技术的提高以及污染物种类的增加，人们对水中微生物的致病 风险和致癌有机物、无机物对健康的危害认识不断深化，世界卫生组织和 许多发达国家纷纷修改原有的或制订新的水质标准。 纵观国际饮用水水质标准的发展历程，水质标准的项目选择更加注重 健康安全、指标制订更加注意经济、合理和科学。表现为： 1 ) 微生物的健康风险放在首位 细菌、病毒等水体微生物对人体健康的影响是直接的，而且有时甚至 是相当严重的，处理不当可引发大规模水介疾病流行，美国等少数发达国 家已将隐孢子虫、贾第鞭毛虫、病毒等指标作为重要的水质控制微生物项 目。 华北水利水电学院硕士学位论文 2 ) 愈来愈重视消毒剂与消毒副产物对人体健康的影响 消毒剂和消毒副产物对人体健康的影响表现为慢性、长期的积累过 程美国早在2 0 世纪7 0 年代初就率先开展了消毒副产物方面研究，并专 门制订了。消毒与消毒副产物条例”，1 9 9 8 年又对消毒剂和消毒副产物 ( d d b p s ) 做出了规定，消毒副产物主要指三卤甲烷类( 包括氯仿，一溴二氯 甲烷，二溴一氯甲烷，氯仿) 和卤乙酸类( 包括一、二、三氯乙酸，一、二溴乙 酸) 。如2 0 0 1 年颁布的水质标准将饮用水三卤甲烷允许浓度由1 0 0 9 9 l 降 为8 0 l _ , g l ，并增加了卤乙酸浓度不超过6 0 1 1 9 l 的控制限值。w h o 水质准 则也针对可能使用的不同消毒剂列出了包括消毒剂与消毒副产物共3 0 项 指标的指导值【15 1 。 3 ) 对有毒有害物质指标制订更趋严格 如美国将砷的指标值由5 0 i j - g l 修订为1 0 9 9 l ( 2 0 0 1 年1 月1 日实施) 1 6 1 ，又如欧盟9 8 8 3 e c 指令中将铅的指标值从5 0 9 9 l 降到1 0 弘g l ，并要 求在1 5 年内( 即2 0 1 3 年1 2 月以前) 更换含铅配水管【17 1 。 4 ) 时刻关注水的质量，不断研究新的水质指标 世界卫生组织1 9 9 6 年开始关注、研究蓝藻毒素，1 9 9 8 年饮用水水质准则 中已明确规定，饮用水中总微囊藻毒素不应超过m g l 。虽然这只是一个临时指 标值，但反映出淡水资源的富营养化与饮用水源的微污染，己成为备受关注的全 球性问题【1 8 j 。 目前国内、外处理微污染水源水的研究成果和技术主要有：预处理、 强化常规工艺、深度处理等几类。 生物预处理是以水中填料为生物载体，通过生物作用，去除原水中常 规处理不易去除的氨氮，合成有机物和溶解性可生物降解有机物等污染 物，从而减轻后续常规净水工艺的有机物负荷，使出水a m e s 试验阳性减 弱。 物理化学预处理有粉末活性炭吸附、微滤机除藻、高锰酸钾氧化、过 氧化氢氧化、二氧化氯氧化、紫外线氧化等技术。它是利用投加剂的物理 吸附性和化学氧化性，去除水中部分有机物，减轻后续常规净水工艺的有 机物负荷，改善混凝效果。 强化常规处理工艺一般是指完善工艺环节、调整运行参数及优化混凝 华北水利水电学院硕士学位论文 剂、助凝剂投加量等措施，从而提高常规净水工艺的处理效果。常用的方 法有：减小负荷，延长絮凝和沉淀时问，降低滤速，增投助凝剂和助滤剂， 投加石灰。调节p h 值，改善絮凝条件，提高水质化学稳定性，微絮凝直 接过滤工艺，增加絮凝沉淀构筑物等。 现今饮用水深度处理工艺主要有：颗粒活性炭吸附( g a c ) 、臭氧一生 物活性炭( 0 广b a c ) 、活性炭一硅藻土过滤、深度氧化技术( a o p ) 、膜过滤 等等。其中，尤以臭氧活性炭技术应用较为普遍和成熟1 1 9 】。 欧洲各国自来水厂减少水厂净化处理的加药量，并致力于研究开发水 处理消毒的新方法，较引人注目的有：c i o ：、c 1 ：、0 ，的消毒，各种消毒剂 比较研究后得出t 从消毒效果看：o 。 c 1 0 。 c 1 ： 氯胺，而从消毒后水的致突 变性来看：则c 1 ： 氯胺 c 1 0 ： o ，。在水处理过程中不仅消毒剂有所改变， 还广泛使用活性剔2 0 1 。 美国环保局推荐活性炭吸附技术作为提高地表水水源水厂处理水质 的最佳实用技术七十年代，美国环境保护署为自来水中的三卤甲烷问题， 普及了粒状活性炭与臭氧组合的方法，活性炭可以去除水中的异臭味、农 药，表面活性剂( 洗涤剂) 、三卤甲烷及其他微量有机污染物，而采用臭 氧杀菌又可以免除加氯杀菌的种种弊病1 2 1 1 。有的还进一步采用膜技术( m f 、 u f 等) 处理，法国推广应用膜法处理饮用水，仅9 5 年即达2 7 0 万吨天， 日本制订了“膜技术处理自来水的2 1 世纪计划”，成立了。膜法用于新 净水系统委员会”，下设“技术委员会”和。小型自来水厂使用膜技术编 制委员会”等1 2 2 1 。 法国南部的维诺自来水厂，把水从塞纳河抽来后，进行沉淀、初滤、 预加氯、混凝、过滤，再用颗粒活性炭吸附过滤以去除水中的有机物及余 氯，再进入氧化塔进行臭氧氧化以杀死水中的微生物，最后通过中空纤维 超滤，该厂处理能力5 5 万吨天，可供2 0 万居民生活用水【2 射。 荷兰阿姆斯特丹水厂采用的极为复杂的水处理系统，共计有九道工 序：莱茵河水与自然净化池水混合、一级快滤、臭氧、粉末活性炭、混凝、 二级快滤、慢砂过滤、脱酸和安全加氯。 德国埃森市供水公司，需净化的原水取自鲁尔河，流经粗栅格，后 用臭氧氧化，再用絮凝剂，然后用活性炭快滤池过滤，再经过慢砂滤池回 华北水利水电学院硕士学位论文 灌到地下现有的天然砾石层中，在砾石层中埋设有水平的集水井1 2 4 1 日本千叶县柏井净水厂采用粉末活性碳和颗粒活性炭分别作为预 处理和深度处理。其详细工艺流程如下图1 2 5 j 粉末活性炭前加氯硫酸铝 iii 水源水一配水井厢一平流沉淀池一侧向流斜板沉淀池一跌水曝气 一快滤池一臭氧氧化池一活性炭池一后加氯混合池一清水池一管网 田卜1日奉干叶县柏井净东厂工艺漉程田 f i g 卜1f l o wc h a r to fc l mw a t e r w o r k sq i a ny e i j i 叫i nj 印 1 2 2 国内研究现状 在国家科技部制定的“2 0 0 1 2 0 0 5 年社会发展工作要点”中，将“提 高水安全保障程度”问题列为重点资助领域，特别强调了要。开展安全饮 用水保障供给技术”的专项研究。 深度处理技术常用的是臭氧一生物活性炭( 0 3 - b a c ) 。昆明新建水厂处 理滇池水采用臭氧一活性炭深度处理工艺，北京田村山水厂和水源九厂分 别采用了臭氧一活性碳和活性炭吸附作为常规处理工艺基础上的深度处理， 目前使用效果较好1 2 刀。目前在深圳、广州、上海都已实施，从其发展趋势 看，今后当水源水质超过i i 类时，必须采用，才能满足水质标准c o d m n 的要求。预处理，强化常规处理，深度处理( o ，- b a c ) 综合工艺在国内都 在实验进行中。 利用微滤、超滤直接净化地表水，以及采用混凝一微滤、混凝一过滤一 微滤( 或超滤) 已有实验结果。对于微污染水源采用混凝一沉淀一投加粉末 碳一微滤也都有实验。纳滤技术在滤池后一般可去除c o d m n 6 0 7 0 再加上前 处理，总去除率可达7 5 8 0 ，较之常规处理加0 。- b a c 总去除c o d m n 5 5 - 6 5 为高。因此在0 3 - b a c 工艺中仍达不到要求时，高效去除c o d m n 的技术当属 纳滤。纳滤膜我国尚不能生产，国际上膜价格已逐渐下降。 消毒是给水处理工艺的重要组成部分。氯消毒是国内外最主要的消毒 技术，美国自来水厂中约有9 4 5 采用氯消毒，中国据估计9 9 5 以上自 华北水利水电学院硕士学位论文 来水厂采用氯消毒。但氯消毒近二十年受到很大的挑战，主要由于下面三 个方面的原因： 1 ) 消毒副产物问题。越来越多的消毒副产物如三卤甲烷、卤乙酸、卤代 醛等在饮用水中被发现。三卤甲烷和卤乙酸由于其强致癌性已成为控制的 主要目标，而且也分别代表了挥发性和非挥发性的两类消毒副产物。美国 专门有消毒剂和消毒副产物法( d d b p sr u l e ) 对氯消毒剂和消毒副产物 进行了规定，中国卫生部生活饮用水卫生规范和建设部新的行业标准 城市供水水质标准也都将消毒副产物增加到水质标准中。因此氯消毒 副产物的控制十分关键。 2 ) 贾第虫和隐孢子虫的问题。由于两虫有抗氯性，特别是隐孢子虫，氯 消毒几乎不起作用，因此采用新的有效的消毒方式以保证饮用水安全性十 分必要。 3 ) 饮用水生物稳定性问题。由于饮用水中生物可同化有机碳的存在，细 菌能在管网中生长并形成生物膜，即使管网中余氯量很高也很难完全控制 细菌的再生长，并对水质和输水管造成不利影响1 2 6 1 。美国大型水厂如西雅 图水厂建成紫外消毒系统，纽约自来水计划2 0 0 6 年建成紫外线消毒系统”订 深水集团在水处理工艺技术、管网技术、水质监测技术、生产自控技 术等方面均处于全国同行业领先地位。积极推进饮用水水源水质预警与应 对处理系统、强化混凝技术、管网水质保障集成技术、水质评价与水处理 工艺专家诊断系统、臭氧活性炭工艺创新应用技术、供水系统水生生物控 制技术等科研成果的产业化推广 2 s l 。 臭氧和活性炭联合使用，就形成臭氧生物活性炭工艺。该工艺是利用 臭氧的强氧化性，将有机物氧化和破坏，再利用活性炭的吸附性和生物降 解功能，将有机污染物去除。一般流程为“预o ，一常规工艺( 混凝、沉淀、 过滤) 一主o 。+ b a c ( 生物活性炭) 一消毒”，其中预臭氧的作用主要是杀藻、 改善絮凝效果和减少氯化消毒副产物，后臭氧的作用主要是氧化有机物、 杀死细菌、病毒、病原体等，并为后续活性炭提供充足的氧源。活性炭滤 池在初期运行时是以物理吸附为主，之后随着活性炭表面生物膜的不断形 成，其功能将转为以生物吸附与生物降解有机物为主，它就转变为生物活 性炭滤池。 华北水利水电学院硕士学位论文 臭氧生物活性炭工艺处理后的水质，经试验证明能够达到水质目标的 要求。该方法目前在国外饮用水深度处理中使用较为普遍，国内也进行了 较多的研究和实践，是一种现阶段理论和经验都较成熟、较为适宜的深度 处理工艺形式【2 9 1 。 活性炭吸附是在常规处理的基础上去除水中有机污染物最有效最成 熟的水处理深度处理技术。活性炭吸附：活性炭是一种具有较大吸附能力 的多孔性物质。分为粒状碳和粉状碳，粒状碳多用于水的深度处理，一般 为粒状活性碳滤床过滤，经过一段时间饱和后的活性炭被再生后重复使 用。粉状碳多用于水的予处理，例如，在混凝时投加到水中，吸附水中的 有机物后在沉淀时与矾花一起从水中除去，所投加的粉状炭属一次性使 用，不再进行再生 1 3 研究的内容、方法和技术路线 1 3 1 研究的内容 1 ) 郑州市水质现状分析： 源水现状分析：( 典型污染指标水质分析、水源的自净作用及邙山暗管对 水质的作用、供水水源主要污染物变化趋势、备用水源的水质分析) ；出 厂水现状分析。 2 ) 影响管网水质的关键因素的分析：( 管网水质现状、出厂水水质与管网 水水质比较、管网水质投诉类别及地点分布、影响管网水质的关键因素分 析及一户一表改造对水质的影响) 3 ) 提高管网余氯稳定性的研究：( 管网余氯历史数据统计分析、低余氯地 区调查分析、提高管网水余氯含量的途径分析：提高出厂水加氯量、采用 氯氨消毒方式、采用管网中途补充加氯措施) 。 1 3 2 研究的方法，研究的数据搜集 从生活饮用水水质安全的角度，评价郑州市供水水质安全的现状， 分析了郑州市供水水质安全所面l 临的挑战，在详细分析郑州市水质安 全现状的基础上，针对重点问题进行研究，通过大量的水质数据分析， 探讨了影响水质安全的主要因素，提出郑州市饮用水水质安全保障对策 和措施，研究的数据搜集，来自国家城市供水水质监测网郑州监测站、 郑州市自来水总公司柿园水厂、白庙水厂化验室及技术处。 华北水利水电学院硕士学位论文 1 3 3 技术路线 利用水质分析相关的的专业知识，采用理论和实践相结合，系统分析 和经验相结合，统计分析与具体试验相结合的方法，在收集、查阅大量的 基础资料、通过对郑州市历年来大量水质数据的筛选、分析和研究，详细 分析郑州市水质安全现状的基础上，针对重点问题进行分析研究，找出郑 州市饮用水存在的问题，提出符合实际、行之有效的的建议和对策，为保 障郑州市饮用水水质安全提供理论参考。 基础资料的收集( 包括我国水资源及其污染现状与发展，有关的法律 法规，国内外有关理论研究、国内外水处理工艺等) 整理检测数据一郑州 市水质现状分析一影响管网水质因素的分析一提高管网余氯稳定性的研 究一结论与建议 华北水利水电学院硕士学位论文 2 郑州市饮用水水质安全现状分析 2 1 概述 水作为生命的源泉，自来水是城市发展的基础，郑州市自来水总公司成立于 1 9 5 3 年，当时日供水能力3 0 0 0 立方米，经过5 0 多年的发展，特别是近几年以 来得到了较快发展。目前设计日供水能力为1 0 7 万立方米，供水面积2 6 2 平方公 里，管网长度1 6 1 0 公里。 1 9 5 4 年河南省省会由开封迁至郑州，市区面积的迅速扩大和人口的急剧增 长，对城市供水提出了更高的要求，当年3 月，省、市政府决定以贾鲁河为水源 筹建规模更大的柿园水厂。在扩建过程中原贾鲁河的水量已不能满足全市用水需 要，1 9 7 1 年又在贾鲁河河道上修建了5 级提灌站，从花园口引黄河水，通过5 级提升使其向西逆流至柿园水厂进水口。如今的“西流湖”也是因此得名。为使 柿园水厂水源充足，1 9 7 2 年1 0 月在省、市领导的关怀下，又开始修建耗资8 0 0 万元的引黄工程邙山提灌站，建成后，日提水3 5 万立方米，通过2 4 5 公 里明渠流入西流湖，使柿园水厂的原水有了可靠的保证。 邙山输水干渠是郑州市西区柿园水厂的主要源水供应渠道，担负着全市3 0 以上的源水供应。为解决邙山干渠沿途水质污染严重的问题，郑州水司投资 2 4 5 亿元人民币，将明渠改造为直径1 8 - 2 4 米的输水暗管，全长1 8 8 4 公里。 该工程于2 0 0 1 年1 1 月动工，2 0 0 3 年底完成。城市西区约1 0 0 万人饮上了更加 清洁卫生的自来水。 郑州市地表水厂现状净水工艺为：混合一絮凝一沉淀一过滤一消毒，地下水 厂现状净水工艺为：曝气一过滤一消毒，主要处理构筑物有絮凝沉淀池、滤池、 清水池等。 现状净水工艺在原水水质正常的条件下，其出水水质能够满足国家生活饮 用水卫生标准( g b 5 7 4 9 8 5 ) 和城市供水水质标准c j t 2 0 6 - 2 0 0 5 规定的水质 要求。 随着经济水平的发展，用户对饮用水提出更高的需求，国家和供水行业也对 水质提出了更高的要求。郑州市供水企业为常规水处理工艺，目前的黄河饮用水 处理流程，污染严重时期处理难度很大，即使强化处理过的源水，口感还是比较 差，有时还有些异味。根据近年来原水污染日益严重的实际，郑州水司采取积极 华北水利水电学院硕士学位论文 有效的措施，如：投加活性炭吸附、预加氯处理、投加除藻剂、加大加矾指标 等手段，利用前加氯和投加除藻剂提高除藻效果，聚合氯化铝铁和聚合铁混合投 加降低水的色度，降低耗氧量( 主要是有机物含量) ，不惜代价，确保水质。 各水厂工艺简介： 各水厂供水能力： 柿园水厂：3 7 万立方米日，供水区域为郑州市西南部 东周水厂：2 0 万立方米h ，供水区域为郑州市圃田开发区及东南部； 石佛水厂：1 0 万立方米日，供水区域为高新技术开发区和郑州市西北部 井水厂：4 万立方米日，主要为补压 中法供水有限公司：3 6 万立方米日，供水区域为郑州市北部和黄河文化旅游区 中法源水有限公司：3 6 万立方米日 ( 注：下文中出现的白庙水厂就是指中法供水有限公司，它们是同一单位) 图2 - 1 备水厂位置分布图 f i g2 - id i s t r i b u t i n go fw a t e r w o r k s 华北水利水电学院硕士学位论文 田2 - 2 各东j 工艺溉程图 f i g2 - 2f l o wc h a r to fw a t e r w o r k s 2 2 水源水质 郑州市是一个淡水资源十分缺乏的城市，目前，供水水源主要依靠黄河引水 工程供给，境内水源为黄河侧渗水水源地、少量市区地下水和作为应急水源的水 库蓄水，供水水源结构为黄河地表水6 0 以上、黄河侧渗水水源地约3 0 ，西流 湖、尖岗水库、常庄水库、水源厂调蓄池及至白庙水厂输水管区域、邙山泵前沉 砂池、石佛沉砂池、白庙水厂蓄水池、邙山至西流湖输水渠道为郑州市饮用水源 地。 2 2 1 供水水源基本情况 表2 1供水未源基本情况表 t a b l e2 - ib a s i cc o m p l e x i o no fw a t e rs u p p l ys o u r c e 水厂现状供水规模水源 柿园 3 7 黄河水 石佛1 0 黄河侧渗水 郑州供水 东周 2 0 黄河侧渗水 井水4市区地下水 中法供水白庙 3 6 黄 i 町水 郑州市以黄河为饮用水的水源取水点为邙山提灌站和花园口黄河进水闸。 2 2 2 典型项目水质分析 华北水利水电学院硕士学位论文 我们选择柿园水厂明渠作为柿园水厂水源水采样点，水源厂进水闸作为白庙 水厂水源水采样点，影响水源水质的主要指标及结果见下表。选择主要污染物指 标为化学需氧量、氨氮、高锰酸盐指数。 表2 - 2 1 9 9 9 年一2 0 0 5 年水潭水东质对照表( 单位：嵋l ) t a b l e2 - 28 0 u l c ew a t e rq u a l i t yc o a r i s o n1 9 9 9 - 2 0 0 5 ( u n i t ：叫l ) 氨氮 化学需氧量高锰酸盐指数 氲 最高值平均值最高值平均值最高值平均值 1 9 9 9 2 4 0 o 9 9 4 4 82 3 99 4 44 7 3 2 0 0 01 6 70 8 3 3 8 4 2 1 35 4 0 0 2 0 0 1 i 4 0 o 4 9 6 4 0 4 8 61 2 5 15 2 6 柿园 2 0 0 22 5 50 9 89 6 04 3 58 4 85 3 4 2 0 0 32 驰0 8 1 4 8 0 1 5 77 2 94 4 4 2 0 0 40 9 90 3 63 2 11 4 45 4 i3 9 5 2 0 0 5o 0 3 32 6 21 3 3 5 8 5 3 9 1 1 9 鲫 2 6 7 1 3 8 6 0 8 3 0 29 4 44 7 8 2 0 0 02 2 51 2 99 4 43 8 27 鹋4 5 0 2 0 0 l2 o l1 0 47 6 44 6 91 0 7 44 7 6 白庙 2 0 0 2 2 4 3 1 2 l 1 1 6 0 6 0 o 1 i 0 4 6 0 9 2 0 0 33 2 71 1 57 2 o1 9 41 0 4 45 3 0 2 0 0 42 1 6i 0 73 9 92 2 56 印5 2 8 2 0 0 50 9 2o 3 l3 6 81 5 75 9 13 8 8 国家地表 3 类 02 06 水质标准 4 类l53 01 0 5 类 z 04 01 5 注：地表水水域功能分类( g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 地表水环境质量标准) i 类：主要适用于源头水、国家自然保护区： i i 类：主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾 产卵场等； 类：主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、鱼类保护区及游泳区； 类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区； v 类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。 自1 9 9 9 年下半年小浪底水库投入使用以来，郑州市使用的水源黄河水在 2 0 0 0 年是经调蓄以后的水源。经对水源水质的统计分析和比较，由于小浪底的 调蓄作用，使水源水保持了一定的流量，加大了水源的自净和对污染源的稀释能 力，结果是2 0 0 0 年水源水水质好于1 9 9 9 年；2 0 0 1 年由于小浪底放水量较2 0 0 0 华北水利水电学院硕士学位论文 年少，导致污染物的增加，所以水质较2 0 0 0 年差。2 0 0 2 年由于小浪底蓄水加上 冬季黄河水量较小，黄河水污染有增高的趋势，2 0 0 3 年由于小浪底泄流量较大， 水质状况有所好转，2 0 0 3 年水源水水质总体较2 0 0 2 年好，但上半年明显较2 0 0 2 年差，上半年氨氮污染严重；柿园水厂水源总体好于白庙水厂的水源水质；2 0 0 4 年水源水水质总体较2 0 0 3 年好，柿园水厂水源水水质无论从污染指标的最大值 或平均值上看，都比上一年有明显好转；白庙水厂的水源水质与2 0 0 3 年相比从 最大值方面比较，有明显下降，但平均值变化不大；说明水质比较稳定，没有出 现明显突发污染；2 0 0 5 年水源水质明显好转，黄河水柿园水厂水源、白庙水厂 水源水质均符合三类水标准，水质比较稳定。邙山暗管工程全面运行后，柿园水 厂水源主要污染指标降低显著 表2 - 3黄河水质与瘫量对照表 化学需氧量( m g l )氨氮( 呱l ) 黄河水流量 时问 柿园白庙柿园白庙 ( 立方米秒) 2 0 0 1 年l o 月2 4 01 4 40 1 31 3 46 4 2 2 0 0 1 年1 1 月6 1 o6 4 0o 1 51 5 93 6 6 2 0 0 1 年1 2 月5 7 07 8 41 0 91 4 83 9 2 2 0 0 2 年0 1 月6 4 09 6 ol1 41 5 4 2 2 7 2 0 0 2 年0 2 月9 6 o1 1 2 0 1 0 3 1 1 22 0 6 2 0 0 3 年1 1 月9 0i l 60 3 9o 3 61 0 7 0 2 0 0 3 年1 2 月 1 3 02 3 00 2 00 6 69 4 5 由于冬季枯水期，黄河流量小，自净能力差，水质污染严重，特别是2 0 0 2 年前后，沿黄小厂排污严重，导致水质严重恶化，因此选择2 0 0 2 年前后冬季枯 水期黄河水质与流量加以对照，并对2 0 0 2 年冬季水源水质情况进行分析： 地点 时间氰氮化学需能量高锰腔盐指数 2 0 0 2 1 2 0 41 4 04 8 04 9 6 邙山 2 0 0 2 1 2 2 32 8 06 6 0 7 6 8 提灌站 2 0 0 3 0 l - 0 62 0 74 8 06 1 0 2 0 0 3 0 1 2 0 7 5 7 65 7 8 花同口 2 0 0 2 1 2 0 92 4 36 0 06 7 2 进水闸 2 0 0 30 1 0 62 6 67 2 09 1 1 2 0 0 30 1 1 02 “1 2 0 0 1 3 7 8 华北水利水电学院硕上学位论文 因邙山提灌站到花园口进水闸之间有莽河和沁河等污染源，其源水水质更 差，致使郑州中法供水有限公司供水区域的水质不安全隐患更大。凡到冬季，黄 河水量小，应采取措施，制止小浪底以下排入黄河的污染源；增加小浪底水库的 放水量，以缓解污染状况。 衰2 - 51 9 9 9 年- 2 0 0 5 年污染严重时段水源水水质对照裹( 单位：吨几) t a b l e2 - 5c o m p a r i s o no f $ o t t r e ew a t e r ( i t m l i t yp o l l e g ep e r i o do ft i e 氨氮化学需氧量高锰酸盐指教 地 时问 点 最高值平均值最高值平均值展商值平均值 9 a 1 1 瓶21 6 7l _ 1 73 8 43 5 75 明4 6 l 1 l - o l 20 9 l0 6 l6 2 53 9 14 5 24 0 4 0 l l l 位21 1 40 7 f i9 6 07 2 31 2 5 l9 2 3 呓1 l 0 22 蚰2 1 9柏03 7 06 1 05 柿 园 咀1 l o t 20 6 30 4 11 6 91 1 43 8 03 2 7 砌擀2 9 8l - 7 54 8 02 6 47 2 9