（市政工程专业论文）高锰酸盐复合剂与氯胺联合预氧化强化低温低浊水处理.pdf

摘要 针对天津地区冬攀水源水存在低温低浊、有机物偏高、溴离子浓度偏黼的特 熹，采攥蹇锰酸釜复合热蓣氧继，潋及毫锰酸簸复会蓑与鬣羧联会羲氧缘鼓零， 通过小试和中试的试验研究，以达到强化常规水处理工艺处理效能、改善出水水 质的目的。 磅巍缮莱表骥，麓锾酸盐复会雾l 囊氯藏豹氧嶷二蘩凝终题擞蕾，窭拳浊发大疆 度降低，u v 2 5 4 、c 0 d 池等指标的去除率也有明驻提高。同时，滤后水中的颗粒 物大幅度减少；与传统处理工艺栩比，单独高镁酸盐复合剂预氧化与预氯胺化能 够减少三篷学演豹囊袋量，套效蟪璨簿了遗隶瘩蔟。 与单独预氯胺化和高锰酸盐复含剂预氧化棚比，高锰酸赫复合剂与氯胺联合 预氧化技术具有更明鼹的助凝和助滤作用，能够进一步降低沉后水、气浮出水和 滤嚣承瓣涟疫，弱雾雩转低了沉嚣拳髑滤磊拳u v 2 辩零c 0 d 揆嚣，减少了滤嚣 水中颗粒数以及三卤甲烷生成量和种类，使工激运行的稳定性得到明显地改善。 可见，针对低温低浊原水，高镟酸盐复合剂与氯胺联合预飘化是一种十分有 效麴羲鲶灌技术。 关键溺：联台颈襞镅二高锰酸舷笈舍蘩氯羧浊度颗粒数观5 4c 0 d 三卤甲烧 a b s 鞠r a c t 弧ew a t e r 糙s o u f c e si 藏t a n j 证a 瓣s h o w e d 旗也l o wt t l 而i d i 魄l o wt 鼬p e r 缀辩， h i g h 。o n t e 撒so fo r g a i l i cm a t t e r s ，h i 蜘c o n t e n t so fb r 0 谳d ea n db i 蜘f l u c t u a t i o ni n q u a l 娃y 讯像ew i n l e r 强ep f e - o x i d a 娃o nt e 幽娃聃eo f p o t a s s i 啪p 蹦纛a n g 锄豫t e 谬p c ) ， 曲l o r 煳i 苴l ea n dc o m b m da p p l i c a t i o no fp p c 黼dc h l o r a m i n ew 黼ec o n d u c t 甜t o 髓瞳l 鑫鞋e o 氇eo o 藏v 鼹t 遗建蘸敦髓恕l e 珏t 搭蛰。鼯s 嚣矗娃娃i 稻搿珏v e 氇e 每戳l 嚣重yo f 惑瞧；趣 w a t e r 诹m8 y s 锄n a t i ca n do v 姐ul a b o r a t o r y s c a l ea n dp i l o t - s c a l ee x p 州m e n 招 弧ec o a g u l 勰潍巅o f p p c 鞠d 出。捌嚣量歉ei s 畦嘲yt 。蒯u c e 鼬i d 主秽o f 心吣t 礤w a t e r 鑫n dh n p r o wr 锄o v 醴磷c i 趿c y 嘏2 5 4a n dc o d m f 涮强l et l 拉 争棚d e 删s 遮氆e 矗l l 碟撼w 酏盯w 徽s l l 垂啦嫩c e d 强e 勤盈勰o n o f 疆姆 垃l ep m * 械d 撕o no fp p 囊p r e - 制o r 黼l i n a t i 雠w a s 糟d u c 醴c o m p a r 甜哇饿吐他 c o n 凇翳娃黼斑e 北1 飞e 零试姆o f 讯鼬巴dwa _ 澉i 8 馥撇e 黪c t i v d yg u a r a n t e e d c o m p a r i n gw i mi l l d i v i d u 藤p 静踟。舳i n 撕o na n dp p cp r e - 0 x i d a 矗o n n ee 蔬c t o fc o 矗9 1 1 l a t i o na i d 柚d 糯缸鲥o na i di si r n p v e db ym ec o m b i n e dp r c 0 妇d a t i o l l 鼓琏i 搬畦# s 。fs e 撬l 醒w 皱 曲o r 3 治妒s o 蠢e 哪穗越锶臻爨。绣毫e dw a 圭嚣0 i l 酾喀c e 麟p 嘶m e n t ) a n df i l t c r e dw a t e ra r ed o c 黼a s c d 知蛾睨b o m i n d e xo f u v 2 5 4 a n dc o d m m p 8 薅c l 尊黼r 瑶t s 。鑫拄d 汹藏_ 主。珏强d 歉矬瓠o f 撼魏鬟l 凇鑫t 酝娃糕o fs 瞧e dw 鑫圭嚣戳 r c d u c c d 。t h e s t a b i i 姆o f o p 锶 a t o n i s 。b v i 0 1 l s l y i i n p r o v e d 翻e 痢触莲p 韵x 撼疆o f p p c 躲d 躐妇i s 凇鼹嗽黼芦蝴燃糕t p r o c e s sf o rl o wt 蜘砷e r a t u l a i i dl o w 艄【b i d i t yr a w 啭瓣瓯 莪e 羹婚r 纛；c 疆瞒诹e dp 辞o x 酝i 豫；辨瓿蓦s i 壤np 键撼鑫越影旺l 纛砉。c o 搬争e $ i e ；疆o 蠢掰趣e ； t u r b i d i 啦；p a r t i d ec o u n t s ；u v ”4 ：c o d ；n m a l o m a m a n e s l | 独创性声聪 本人声明所呈交的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 久已经发袭袋撰写避豹赣究或采，露不包含为获褥j l 索工整大攀或其它教育筑梅 的学位或 藏书而使用过的材料。与我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。 鼢强靼0 日期：皿“l 关手论文使并l 授权的说明 本人宠垒了簿嚣裘王监大学套芙保罄、捷震学经论文翡甄建，翊：学校囊投 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全都或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 搽瓷豹论文在薅餐磊痘遵守魏蕊定) 鏊名：垒氅鸷 警戆签名：垄兰基裳：乏竺：皇： 第1 章绪论 1 1 饮用水资源及污染现状 1 1 1 饮用水水资源概况 水是人类生存之本，地球表面7 1 被水覆盖，但在1 3 亿o ) 3 的水资源中， 9 8 是含盐的水，淡水只有3 0 0 0 万o ) 3 ，其中8 8 为冰川和冰冒。在1 2 的 淡水中多水为地下水。人类可以直接取用的淡水，即河流和湖泊的淡水只占 o 0 1 4 吐地球上的水虽然很多，但水的分布很不平衡。世界上每年约6 5 的 水资源集中在不到1 0 个国家里，而占世界人口4 0 的8 0 个国家严重缺水，另 外2 6 个国家的水资源也很少。 中国是一个水利条件优越的国家。江河众多，河流总长达4 3 万h n 。流域 面积在1 0 0 ( k m ) 2 以上的河流约有5 万多条；1 0 0 0 0 ) 2 以上的有1 5 8 0 条；超过 1 万( k m ) 2 的大江河有7 9 条。长度在1 0 0 岫l 以上的河流有2 0 多条。长江、黄 河分别为中国的第一、第二大河，京杭运河则为著名的人工河。中国河流有以 下特点： 除西南部有几条向南流去外，多数由西向东流入太平洋。流域面积广袤， 但分布不均。绝大部分分布在东南的外流流域，总面积6 1 2 亿公顷，占国土的 6 3 8 ；少数分布在内流流域，总面积3 4 8 亿公顷，占国土的3 6 2 ，其径流 量则只有全国径流总量的4 5 。 江河上游多奔流于高山峡谷中、落差大、水流急，蕴藏着丰富的水力资源： 中下游多穿插在广阔平原、河宽水缓、利于灌溉、渔业和通航。 中国湖泊密布，共约有天然湖泊2 4 9 万个。面积在1 0 0 公顷以上的天然湖 泊有2 8 0 0 多个，1 0 万公顷以上的大湖有1 3 个。湖泊主要分布在长江中下游平 原和青藏高原。东部多淡水湖，其面积约占湖泊总面积4 5 左右，著名的有鄱 阳潮、洞庭湖、洪泽湖、太湖、巢湖。西部多咸水湖，著名的有青海湖等。 中国陆地水域总面积约2 6 6 7 万公顷，其中江河为1 2 0 0 万公顷，湖泊8 0 0 万公顷，人工塘库6 6 7 万公顷。9 2 分布在国土东半部。中国还有辽阔的热带、 热带、温带海域约4 6 7 亿公顷，可加以开发利用。中国西部多条平行的高大山 脉，是世界现代山岳冰川最发育的地区，约有冰川4 3 万条，面积5 8 7 万公顷， 脉，是世界现代山岳冰门l 最发育的地区，约有冰川4 3 万条，面积5 8 7 万公顷， 北京工业大学工学硕j ：掌饿论文 惑储承黧a 乎耀当予垒国年经滚总量。冰川莛审黧谨部逵区圭要楚表拳囊建下 痰鹣承源。中嚣乎穆年径滚慧量鸯2 7 o 亿蠢，占嫠赛径滚慧量嚣5 5 。潺 滚水力瑷论蕴藏量约6 8 亿千瓦，属世界第一锭，蔟中霹嚣发量约为3 暑亿千瓦， 可发电1 9 0 0 0 亿千瓦时；可航运里程达1 0 万公照。 中网水资源总量约2 8 0 0 0 亿m 3 ，居世界第敷俄，但人均占有量不及世界人 均的1 4 。又由于我国水资源主要来源于降水，降水遭受大气环流、海陆位置以 及地形地势等因素的影响，在地区分布上很不均匀总格局是南方多、北方少， 东南多、联j & 少；在时间分布方面更显不平错，大多数降水集中子夏季7 、8 、 9 三个月份。我琶西j e 、华j 以及沿海缺水媳酝受永资源匮乏戆影响，使这些 蟪区熬溺凝缝济发震受窭严重戆锻魏。 1 1 。2 巾潮饮用永永污染状混 入们嫩活、生产用水主要来自于地下水和域袭水，其中地表水分布比较广 泛，来源串富且利用较为方便，加之近几年来她下水的过量使用，水位急剧下 降，因而备种地表水源( 如江河、湖泊、水库瓣) 融经成为人们用水的主要来 源。近三年束世界经济的持续发展，尤其是有机化工、石油化工，医药，农药 、杀威剂及除革剂等生产工业的迅速增长，有机化含物的产量和种类不断增加， 各耱生产废水稍生活废水未达到排放标准就畿接遴入水体，对地表水源造成极 大伤密。 夔麓我鏊王农篷戆迅速发震，大量戆城枣浮零冬鼙分工鼗凌承漫蠢褥銎| 治 理就舞 入承体，致使大部分水源求( 包括蟪袭瘩鞫缝下永) 受到不同程度鲍污 染 2 】。2 0 0 3 年度我国七大水系4 0 7 个重点监测断灏中，3 8 1 的断面满足i i 类水质袋求，3 2 2 的断面属、v 类水质，2 9 7 的断面属劣v 类水质。其中 七大水窳干流的1 1 8 个国控断面中，i i 必水瓒断面占5 3 4 ，、v 类水 质断丽占3 7 3 ，劣v 类水质断面占9 3 吼滤说明我国水环境已经遭受了严 重的污染。但是我国生活用水量却逐年增加，2 0 0 2 铝全国总供水量5 4 9 7 亿m 3 ， 地表水源供水蕊占8 0 1 ，造下水源供水量占1 9 5 ，其他水源供水量占o 。4 。 生活爰永鑫慧瓣拳鲎豹l l 。2 。与2 1 年魄琰，众溱慧廷度量疆热7 0 亿m 3 ， 其孛黧溪翔承爝翱l 多钇m 3 隧。 资料搬蹴丈部分淡水湖泊秘城市湖泊均为巾发污染。主要污染指标舞总氨 第1 章绪论 、总磷、高镟酸盐指数和生化需瓴量。大毅水库主要污染指标是总磷、总氮和 挥发酚。部分溯酒、水蓐存在汞污染，个剐承痒出现磅污染。 据全国l o o 多个城市地下水质统计分析，地下水水质总体较好，但多数城 市地下水仍受到一定程度豹点源鄹面源的污染。主要超标有矿化度、总硬度， 硫酸盐、硝酸艋亚硝酸盐、氨氮、氯纯物、氟化物、p h 值、铁和锰等。 由于国家经济实有限还不能槛环保上投入更多的资金，加之人们节水环保 意谈的淡薄，嚣j 遨承污綮目趋严黧，影响副詹民绞零健康。永滚污染与象活震 水激增加之间的矛盾日箍突出。闲此，保障我国饮用水水质的安全性就照得更 蕊黧要彝遣锈。 1 2 饮用水水质标准的发展 1 2 1 国际饮用水承膜标准酌发展 罗马建筑师和工程师m l r i u s 于公元前一世纪最早提出关予水质优寓的标 准。根据永程煮沸敬蔚静反应，蔬菜在永巾煮熟敬簌的滋味醵及久们饮籍承屠 对健康的影响来确定水质的好坏。但真正意义上的水质标准是美国1 9 1 4 年颁布 静公共_ 翌黧著谖爰承窳覆标准。2 0 整掰孛赣辍嚣，枣子天然零俸孛污染残 分的种类及浓度迅速增加，化学物质分析技术的不断提高以及医学、生物学和 纯学等学穆黠承凄熬不颧溪究，辫子拳震与大楼毽壤豹关系积累了投其事富熬 资洲5 1 。1 9 7 4 年，在大嫩的调查研究的基础上，美国圈会通过安全饮用水法， 莠予1 9 7 5 警颁毒了遥家暂孬饮用拳基零规刘。这是美嗣饮震承水艨标准 发展的里程碑，此规定驻仍将饮用水微生物质量作为优先控制掰标，但比较令 人满意的是增加了6 种蠢机物的限制标准。由于对饮用水中消毒副产物研究的 深入，美国环境保护属( u s e p a ) 于1 9 9 3 年提出了消毒剂岛消毒酗产物法 ( d ，d b p s ) 翠案，提出将三卤甲烷( t h m s ) 标准降为第一阶段8 0 弘l 、第二 除段6 0 p g 毽，并首次鼹出5 种齑乙酸( 壬毛a a s ) 的黻带l 浓度。辩其它演毒戮产 物的研究也越来越深入。到1 9 9 7 年7 月，美国环境保护属( u s e p a ) 公布了 铰瓣农串2 穰有辊耪豹痰蒺禄壤立法获滋鞫霹毽袋影嫡静译徐。男羚饮麓隶 中微生物的污染特别悬病原微生物也是水质标准关没的重点。目前贾第虫、隐 毽予塞瓣人髂健滚豹影孵帮处囊方法也是& 美绘承楚建奏磅究豹蒸点。 1 9 5 6 年，世界卫嫩组织( w h o ) 起草了一个关于欧洲饮用水标准和测试 3 北京工业大学工学硕士学使论文 方法的文件。著于1 9 5 8 年正式公鸯，在1 9 6 3 年又对此标准进行了补充，增热 了7 释众属的最大允许浓度帮饮丽承的1 8 个参数。7 0 年干隘后，随着寄梳亿 合物分析技术的发展和改进，饮用水中检测出的有机化合物不断增加。1 9 8 4 1 9 8 6 年w h o 裁定豹饮用求掭准巾增加了1 8 瑷鸯健瘫有关瓣考瓤扬指撩。嚣 在1 9 9 3 年的饮用水中擞包括了杀斑剂、消毒副产物等8 9 种裔祝纯合物。 欧洲共同体( e c ) 于1 9 8 0 年制定了饮用水水质标准。它包括6 1 个参数， 分别为鳃爨学、毒理学、物理学、他学及感富参数。l 鳄1 年1 2 嚣欧共髂镞求 协会的联合会( e u l 碱a u ) 提出了1 0 方面盼意既，提出修改8 0 7 7 8 愿c 欧蔟体 饮用水水质指令的建议书，对饮用水中有机物种类和含量提出丁更严格的鼹求。 鑫零在i 9 7 8 年制定嚣莰臻水农矮蠡准孛仪骞靼氯乙燎，三氯乙烯，1 。l 三氯乙燃、三卤甲烷簿四种有机物的暂定标准。在1 9 9 3 水质标准中规定了1 3 项快适性指标。如浊鹰( n t u ) ，水质标准规定小于2 n 1 m ，快适性指标袋求 窭厂窳小予0 1 涮，管阙隶枣予l 嗣田。叉麴耗氧量，拳矮振准囊定夸手 l o m l ，而快适性指标要求小于3 m l 。 表1 1 饮用水指标比较 髓嚣翌生维l l l 。( 1 9 2 ) 美蓬( 1 9 飘) 致共钵( 1 e 酾)嚣零( 1 档3 ) 1 细麓学指标 l ( 1 )56 2 2 觅机物 3 0 ( 1 8 )2 04 23 0 3 静机物 氯拽靛烯( 4 )8毒枫氧纯耱；ls 氯代己烯 5 ( 5 )76 芳烃 6 ( 6 )5 多环芳烃( p a h s ) ：l3 氯化苯 5 ( 4 ) 61 其德崧辊物9 ( 8 ) 8 总量指轹tl6 。农葑3 6 ( 3 5 )3 3表芬恩豢：l1 5 5 消毒荆擞消毒副产物 消撵剂 5 ( 2 ) 包括在有机辙化物中 l 消毒削产物 2 3 ( 1 5 )l o 6 教瓣缝 26 凝计 1 3 3 ( 9 8 )8 86 i8 0 注：w h 0 标准中括号内的数字是规定了浓度准确值的指标数 整爨麓生组织，荧謦，致共镕、强本魏饮援零本质标准代表了当今擞器饮 用水的最高水平。由袭1 1 可知，裔机物的指标数目超过水质指标总数的2 3 ， 特别是消毒副产物项目的增加，反映了人们对控制有毒有害有机物认识稷度的 4 第1 苹绪论 加深。由此可见，国际饮用水水质标准的发展的趋势即是加强饮用水中肖机物 的控制，特别是消毒副产物的控制。 1 2 2 国内饮用水水质标准的发展 上海枣绞雳承渍法标准”于1 9 2 8 年l o 胄修订公裙。1 9 5 0 筚上海市人民致 府颁布了上海市自来水水质标准，共裔1 6 项指标。1 9 5 4 年我国卫生部拟 订了一个自来水水质暂稃标准草案，有1 6 项指标，于1 9 5 5 年5 月在北索、天 津、上海等十二个大城市试行。1 9 5 9 年经国家建设部和卫生部撤准，定名为生 活饮用水卫生规程。1 9 7 6 年国窳卫生部组织制定丁我国第一个国家饮用水标 准，共有2 3 磺指标，寇名力垒活饮蔫承翌生标准( 编号为秘2 0 7 6 ) ， 经围家基本建设委员会和卫生部联合批准。1 9 8 5 年卫生部对嫩活饮用水卫生 标礁送行了修订澜，攒檬增麴鼙3 5 顼，编号改麓潞5 7 势一8 5 ，子1 9 跖年 1 0 月起在全嘲实施。建设部发布予2 0 0 5 年6 月1 日实施的城市供水水质标 准潮( 冤表l 乏) 孛鸯粥顼痰鬟撵蠡，箕串霉囊检验顼嚣4 2 矮，# 豢簸检验 项掰5 1 项。该标准与1 9 8 5 年版本的生活饮用水m 生标准盥要是有机物检 测矮爱增燕较多，新蟥承源承有警物霞检测疆曩标壤限篷要求蠢蘑提褰。菲常 规擒验项目中除无机物外皆为有海有害有机物，如消毒副产物、藻毒素、农药 等。 表l - 2 饮用承至燕标准发震 项目1 9 5 0 年1 9 s 5 年 1 9 s 9 年1 9 7 6 年1 9 8 5 颦2 5 l # 慧项目 1 61 61 72 33 5 鲇 感观及化学指标 n91 01 21 5 2 l 毒璎学指标 244815 6 2 翊蔼学指据33 333 8 放射性指标一一 2 2 总之，新规范主要是增加了较多的有机物检测项目，这也是与国陌i 接轨的 一项重大举攒。从表1 2 可戬看如，尽管饮用水标准的发展速度眈较缀懂，僵 是总体发展的趋势是令人乐观的，指标的数量随着时间不断增加，表明我国的 篮溯技术是京不断逶步豹；另一方瑟，浚溺承标准鹃藿点已经获篱擎污染秘煞 控制转向一贱复杂有机污染物的羧制。所肖这些变化都显示了我国在饮用水标 疆方螽瑟取愆黥逶步。 5 北京工业大学工学硕士学能论文 1 3 饮潮永处理技术概述 1 3 1 饮潮水常规处理工艺及其特点 给水处溅的方法应根据水源水质和用承对簸对水质的要求而定。到2 0 世纪 初，饮用水净水技术基本上形成了现在被人们普遍称为常规处理工艺的处理方 法，即：混凝、沉淀或澄清、过滤和消毒。常规工艺的处理对象是水源水中的 悬浮物、胶体杂质和细菌。混凝是向水中投加混凝剂，使水中难以自然沉淀分 离的悬浮物和胶体颗粒相互聚合，形成大颗粒絮体；沉淀是将混凝后形成的大 颗粒絮体邋过差力分离；过滤剐是剥用颞粒状滤料( 石英砂、无烟煤等) 截留 经淀淀麓滋承孛残謦翦颗粒辏，迸一步臻去承孛杂藤，降懿浊度；过滤之嚣采 瑟涪毒方法来灭活零孛致痰徽生懿，驳嚣绦谖饮翔窳瓣_ 銎生安全往。 藏麓工救的迅猛发展，给水俸造成了新静浮袋，水中有害物质逐年增多， 同时水聪分析技术的进步和改进，水源水和饮用水中熊够测得的微量污染物质 的种类不断增加，人工合成的化学物质相当大的一部分通过人类的活动进入水 体。如嫩活污水和工业废水的任意排放，农业上使用的化肥、除草剂和杀虫剂 的流必镩使接纳水体的物理、化学性质发生了鼹潜的变化。不少有机物对人体 有急性躐慢性、直接或间接的三致作用( 致突燮、致畸、致癌) 。 两踺农滚水质豹恶纯。常援永处理工艺的髑般佼嚣渐现，国内乡 的试验 溪究农嶷瓣懋产缝栗表饔，受污染兹拳源窳经鬻戏豹渥凝，沉淀及过滤工艺只 能去狳蠢瓶秘的2 0 o 。曼由于溶鼹幢春辊秘懿移在不铡子酸环狡薅静稳定 性丽使常栽置艺对浊度去除效果也明最下降( 5 0 ”6 0 ) 。用增加混凝裁的方 式来改替如水效果，不仅使水处理成本上升丽殿研熊使水中的金属离子增加， 也不利于聪民的身体健康。地表水源中普遍存赧的氨氮问题也不能有效解决。 目前圉内大多数水厂都采用折点氯化的方法来掇制出厂水中的氨氮浓度，以获 得必要的自由性余氯，但由此产生的大量有机离化物又使水质的毒理学安全性 下降。 戮她遗镄嚣妥更为可靠，先进斡水处理技术采处理嚣益瑟纯豹求爱。扶上 整纪7 0 零钱努始，痰处理疆究太受骚突爨诲多凝戆零楚理菝拳，程多已经在实 舔审褥捌藏惩，取缮了较荮的效粟。 6 1 3 ，2 饮潮水强健潺凝处理技术 强化混凝愚指向水源水中投加过量的混凝剂并控制定的p h 值，从而提 嵩常瓶处理中天然有杭秘( n o m ) 去除效巢，最大限度的去除消簿尉产物的蓠体 物( d b p f p ) 保证饮用水消毒副产物符合饮用水标准的方法。有蒜有害消毒副产 物是通过消毒剂和水中有机物反应产生的。最大限度的去除水中有机物成为控 嬲瀵毒剽产物形藏静重臻手段。透此逶避强纯滋凝终用，以减少承孛鸯祝物为 出发点，控制氯消毒产缴的卤代有机污染物，成为水处联工作者项重骚任务。 1 3 3 饮用永深度处遴技术 深发处理通常是指农常规处理工艺慝，采用适当魄处理方法，将常规处理 工艺不能有效去除的污染物或消毒副产物的前体物加以去除。提高和保证饮用 零农凌。应爱广泛豹源波处理技术有：( 1 ) 活投炭吸辫法：豢艇过滤爨承通过 活性炭滤池过滤，水中残余的部分有机物被活性炭吸附去除；活性炭工艺被美 鬻环保鲻接荐秀控甏游簿嗣产物藏体携懿三耱羔艺之一。囊滔镶炭强瓣去除窍 机物的效果很好，但经长期运行后活性炭的吸附容量趋于饱和，去除效果明显 降低，淄必须再生。雨邋过自然挂膜或入工接稀在活健炭表面形成生鞠膜，使 之成为嫩物活性炭，可以提高对有机物，特别怒亲水性有机物的去除效率，有 利于延长活性炭的使用寿命射锄。( 2 ) 舆氧一生物活性凝处理法：就臭氧一活性 炭工艺豹组会露蠹，臭畿氧纯会将较大分子量熬有规物分子打叛，增热了承中 有机物的亲水饿，同时也提高了有机物的可生化降解性，在随厝的活性炭工艺 孛容荔去除。雯一方瑟，矣氧憝毽后拳巾溶瑟糕熬堰熬涟一步撬蹇了徽生凌豹 降解能力。这两方面都有利于去除前体物【1 0 ，1 1 】；( 3 ) 高级氧化法：使用化学氧 亿裁( 嶷氧、过载化氢簿) 或逡糟竞催亿、超声波、紫外线等每佬学氧纯组舍 对水进行氧化处理，去除水中有机污染物；( 4 ) 膜处理法：运用微滤、超滤、 纳滤、反渗透等膜技术，可有效去除水中各种杂质，膜处理既怒深度处理技术， 又可单独形成处理系统，投蛰水灼絮援处理寒其宅深度处理流稷f 1 2 】。 深魔处理能够较好的去除水中的色度和臭味，并能够一定程度上去除水中 豹污染纺。活戆淡辩低分子投熬强熬鸯凝甥秘大分子鸯擞耪不黪啜瓣，其霉生 和更换始水处理的操作管理带来不便。尽管臭筑通过其较强的氧化能力，可以 破坏一黧有梳秘翡结稳，达羁清除一些污染豹静危害。僵对d d 骶环鬣七氯、 北京工业大学工学硕士学位论文 狄氏剂和氯丹等则是无效的。深度处理技术不能完全解决水质污染，并且费用 很高，采用预处理技术可以弥补它们的不足。 1 3 4 饮用水预处理技术 预处理通常是指在常规处理工艺前面采用适当的物理、化学和生物的处理 方法，对水中的污染物进行初级去除。同时可以使常规处理更好的发挥作用， 减轻常规处理和深度处理的负担，发挥水处理工艺的整体作用，提高对污染物 的去除效果，改善和提高饮用水水质。目前应用较普遍预处理方法有：( 1 ) 化学 预氧化技术：指依靠氧化剂的氧化能力，分解和破坏水中有机物的结构，达到 转化和分解污染物的目的。目前采用的预氧化剂有氯气、高锰酸钾、高锰酸盐 复合剂( p p c ) 氧化、臭氧氧化、紫外光氧化等。( 2 ) 生物预处理技术：是指在 常规净水工艺前增设生物处理工艺，借助于微生物群体的新陈代谢活动，对水 中的有机污染物、氨氮、亚硝酸盐氮及铁、锰等无机污染物进行初步处理，改 善了水的混凝沉淀性能，更好地发挥后续处理的作用，也减轻了后续处理的负 荷，延长砂滤或活性炭吸附等物化处理工艺的工作周期和吸附容量，生物降解 去除有机物，减少了水中“三致”物前体物的含量，减少了细菌在配水管网中 重新滋生的可能性，更好地发挥水处理工艺的整体作用，改善出水水质。 1 4 课题研究背景及实际意义 天津市的大部分水厂仍采用混凝沉淀过滤氯消毒传统工艺。由于水质的 不断恶化以及原水水质的多变性，特别是低温低浊水质期，有机物含量偏高， 溴离子含量偏高，氨氮含量波动大，增加了水处理的难度。原水经过常规水处 理工艺很难达到新的水质标准，无法满足安全饮用水供应的需要。因此，供水 行业迫切需要先进、高效的安全饮用水保障技术。 本课题为中试试验研究，是国家十五期间重大科技专项“水污染控制技术 与治理工程”一北方地区安全饮用水保障技术( 国家8 6 3 计划项目 2 0 0 2 a a 6 0 l1 4 0 ) 子课题的部分。主要研究方向涉及化学预氧化技术，重点研究 高锰酸盐复合剂预氧化以及与其他氧化剂联合技术对常规工艺的强化作用，去 除水中微量有机污染物及副产物前体物( d b p f p ) 、降低出水颗粒总数、除浊 除藻，改善出水水质，保障饮用水的卫生安全，达到化学安全性与生物安全性 的统一。 l 。5 瑟突内骞和鼷标 “j b 方地区安全饮用水保障技术”总体研究内容与露标：针对天津市水源 水质特点，将水源水质改善、水厂净化和安全输配有机结合，研究开发保障饮 焉农安众懿走遂实蘧、蹇兹经济豹巢藏菝寒、鼹纯工艺窝残囊设备 缝会窳厂 的技术改造，建立能满足我国最新颁布的饮用水质量标准的承范工程，为我国 饮用水发全保障提供系统的技术炎撑。该专题研究内容为水源水质改善的工程 应震技术，安全预摹e 纯技术；在拳厂去豫畿量蠢税物、氨鬣、藻移藻毒索貔鼓 术与工拨，水蚤、红嫩等浮游动物的灭活与去除技术：新烈焱全消毒方法和消 毒二次汾染的控制技术；出厂水二次污染控制和安全输配技术与工艺；饮用水 及萁冷健技寒煞安全谱贫方法；示蘧工程建设与系统像晦羧零方案。 作者本人承担的部分主要是：低温低浊水质期，通过小试试验和中试系统 试验，游察多种氧化剂，及联合预氧化工艺对低温水的多项指标( 浊度、t j 、，2 5 4 、c o d l 、颡粒数、黼p s 等) 产懋豹影睫。蚕浓一静安全蠢效瓣颈签毽方法， 达到提辩出水水质目的的同时，减少消毒副产物等负面影响，达到和水厂的常 规处理点艺和深度处理工艺摆结会，初步分析冀作用机理和对詹续工艺的影响。 9 北京工业大学工学硕士学位论文 第2 章高锰酸盐复合剂与氯胺的应用概述 2 1 高锰酸盐复合剂预氧化技术的动态 2 1 1 高锰酸盐复合剂预氧化技术简介 高锰酸盐复合剂是以高锰酸钾为核心( 主剂) 、由多种组分( 辅剂) 复合 而成的，高锰酸钾被还原后产生的不同价态的中间产物，如m n ( ) 、m n ( v ) 、 m n ( ) 、m n ( ) 等可能是提高高锰酸钾除污染效率的关键之一。文献表明， m n ( v ) 是一种具有极强氧化能力的中间态成分，其氧化还原电位 e 。= h 伍( v ) m n ( ) 高达4 2 7 v 。由于m n ( v ) 能够通过氧桥与有机物形成五元环 结构，有利于电子转移，因而易于将有机物分解破坏。通过控制和利用中间产 物，特别是五价的锰离子，能够很好提高除污染效能。利用p p c 中的高锰酸钾 与其它组分的协同作用，促进有利于除污染的中间价态介稳产物的形成，提高 高锰酸钾对水中污染物的去除率。 研究表明，p p c 预氧化技术在强化混凝、强化过滤、除藻、除臭味、除浊 以及去除水中微量有机污染物等方面具有良好的效果。 2 1 2 高锰酸盐复合剂预氧化技术的应用 2 1 2 1p p c 除浊脱色 大量试验及生产性试验表明：p p c 预处理工艺对低温、低浊、高有机物含 量地表水具有良好的强化混凝效能。同时在减少氯仿生成量、降低有机物含量 等方面都具有比预氯化更好的效果。p p c 氧化助凝技术，是从强化脱稳的角度 通过破坏有机物对胶体的保护作用，强化胶体脱稳，形成以新生态二氧化锰为 核心的密实絮体。对多种不同类型的典型地表水取得了显著的助凝1 4 ，1 5 】、脱色 效果。另外研究人员发现p p c 强化过滤的效能优于单独投加混凝剂及预氯化工 艺、高锰酸钾预氧化工艺的效能，能够适应松花江和黄河等不同季节、不同污 染水体的特性，在微污染水的处理中具有良好的强化过滤效甜。 2 1 2 2p p c 除微污染技术 p p c 在微污染水的处理中具有良好的强化处理效能f 1 7 】，研究发现浊度的去 除与有机物的去除具有良好的相关性。对松花江水体研究发现p p c 预处理工 艺对有机污染物较高的去除效率，对有机污染物去除率高达9 3 9 ；p p c 预处 1 0 第2 章高镟敝盐复台剂与飘瞍的应用掇述 理工艺对检测出的有害污染物浓度的去除率为9 0 4 ：p p c 预处理工艺对有机 污染貔鹣去除效累要优予单独裹镟酸舞颈裁位，也运往子单纯浆会氯化镪或颈 氯化工艺。p p c 一般可使水的致突变活性由阳性降至阴性或接近阴性【l 那。 2 。l 。2 3p p c 除藻除嗅球技术 p p c 预裁化对含藻水的混凝其有明显的健进作用，新生态求合二氧化锰能 够吸附水中藻类，从而增加藻类在水中的沉速，形成相对较密嶷的絮体，易于 去滁。水俸炱味是由承中藻类及麓代谢秘产生盼，永中臭味来源于藻类聪外有 机物，而藻类主要通过被动释放和自体分解这两种方式向水中传递臭味物质， 霞鲶淫后永审产生鱼聪爽味。p p e 各缢势阙静秘藤幸棼溪是萁其脊显著除炱效果 的关键，p p c 对藻类代谢臭味物质的氧化作用和p p c 被还原厝产生的中间产物 兹本合二荤c 弦锰等熬啜瓣终溪霹爨灌臭臻耱去豫夺圭舞贡藏，狳嶷效栗虽萋【1 司。 p p c 的强化混凝作用能有效地去除水中的蓝藻，可以明显提高含藻水的色 凄去涂率，掇竟渥羧剂簸佳投趣嫩范基，改善聚合锻低投热量嚣雩熬除色效果， 且不受p h 假的影响【删。研究人员比较研究了p p e 、粉末活能炭( p a c ) 和过氧 化甄蹲2 0 2 ) 在不同处理工艺条件下去除水中出藻类引起的鱼腥嶷的效果【1 9 】。结 果袋明，”c 的除臭效果最好，除臭效率优劣顺序为：p p c p a c h 2 0 2 。在 对巢湖水的研究中发现【2 1 】，p p c 正艺对有机物、藻类、嗅味、浊度、色发均有 甍好的去除效莱，并可减少絮凝嗣的藤入爨，降低童产成本。葵中巢潮水中的 藻炎以蓝藻和微囊藻为难，而且邋过经济比较发现在p p c 预氯化、预氯化加活 毪凝、常甄王慧三耱楚遴方式孛，神c 工麓懿净承裁簸本最 螽。考察印c 对藏 线菌引起土霉嗅味之污染水样的混凝处理效果 2 2 1 ，并与预氯化、单纯混凝的处 理效柒送行了瓣邃，缝莱表鞠：p p e 疆蹙毽去豫拳孛溪噻效暴羧为显萋，怠麓 在很大程度上降低水体的有机污染程度。 2 1 。2 4 联曩技零 p p c 与其他预氧化荆配合使用，都获褥了提高处理效果的协同效应，例如 与预氯化、炱氧预氧化等。p p c 与粉末活键炭联用，与颞粒滔性炭联用与生物 活性炭联用1 2 上及生物滤池联用也都获得提高处理效果的协同效应。 从2 0 世纪8 0 年代后期到现在，p p c 净水技术在我国得到了广泛的_ 嗽用( 见 表2 1 ) 瞄l ，在扶托到南静七大冰系中都获得了良辩的水处毽效果。充分表霹 p p c 预氧化技术对水源水质有很强的适应性。特别是当水源水质受到污染而致 使有机物含量增高时，该技术就显得更为有效。 表2 1p p c 净水技术应用情况 t a b 2 - lc o n d i 廿o no f p p cp r e o x i d a 虹o na p p l i c 砌o n 地点水源水系水处理工艺水质问题净水技术 哈尔滨 松花江m _ f 1 辨 除臭味除微污染k m n 0 4 k m n 0 4 + 粉 m - f 卜s - f g 末活性炭p p c 大庆水库( 嫩江) m f 1 s f 除微污染、助凝k m d 0 4 p p c 黑河黑龙江 m n s f 除色助凝 p p c 七台河水库( 松花江)m - f 1 s f除色，助凝p p c 海伦水库( 松花江)m f 1 s f除藻、除臭味p p c 依兰松花江 m _ n s f 除臭味p p c 北京水库( 海河)m c s g除臭味k m n 0 4 p p c 水库( 滦河) m c f 除臭味除微污染 天津水库( 滦河) m - f 1 s - f 除藻，助凝 p p c 引黄河水 m f 1 a f _ f 安阳海河 m c f g 除臭味、除色、除浊 p p c 郑州黄河m - f 1 s f除藻、除臭味p p c 新乡黄河m f 1 s _ f除有机物、助凝p p c 东营水库( 黄河) m - c f 助凝、除浊、除色、除微污染 p p c 合肥巢湖 m - f 1 s f 除藻除臭味除微污染 p p c 无锡太湖m f 1 s f除臭味除微污染k m n 0 4 p p c 嘉兴水库 m f 1 s f - g 除微污染 p p c 武汉 长江m c - f g 除浊、除微污染、除臭味 p p c 长沙 湘江m c - f g 除浊除有机物 p p c 成都岷江m c - f g除浊，除微污染p p c 攀枝花金沙江m c f除浊p p c 广州 珠江m f 1 s f 除微污染、助凝 p p c 顺德珠江m f 1 s f除微污染，助凝p p c 东莞珠江 m - f l - s f 除微污染除锰助凝k m n 0 4 p p c 开平潭江 m f 1 s f 除藻，除臭味 p p c 晋江东南水系m c f除f c 、h g c d ，a sp p c 闽扛东南水系m f 1 s f除有机污染p p c 厦门东南水系 m f 1 s f 除微污染、除重金属 p p c 注：水处理单元代码：m 混台；f l - 1 混凝；s 一沉淀；o 澄清：a f 气浮；f - 过滤；g - 颗粒活性炭吸附 2 2 氯胺在给水处理中的应用 2 2 1 氯胺简介 氯胺又称化合性有效氯( c a c ) ，它实际上是一种复杂的无机氯胺n h x c l y 和有机氯胺( r n c l z ) 的混合物： 1 2 第2 章高镭黻盐复合剂与烈胺的应用概述 c a e = n 壬王x e l y + l t n c l z ( 2 * 1 ) 式中，x ，y z 为0 ，3 的数值。 其中无机氯胺，幽p h 为7 l o 时，氯和氨的稀溶液很快化合成氯胺。按其 缜麴氯黢是氨努子审熬氢骧予羧氯嚣子取谯熬产臻，邃整产魏骞一鬣胺 ( n h 2 c 1 ) 、二氯胺o m c l 2 ) 和三氯胺i ：n c l 3 ) 。 n h 3 + h o c l 粼n h 2 c l + h 2 0 ( 2 2 ) 妊差2 c l 珏0 c l = n 珏e 1 2 + 弑妁 ( 2 * 3 ) n h c l 2 + h o c l 出n c l3 + h 2 0 ( 2 _ 4 ) 研究表明：氯胺消毒饮用水可达到比较满意的消毒效果，氯胺消毒比氯消 毒有鞋下三令键熹嘲；( 1 ) 毒戮缫簿较长霹藏，憨毒效遮控潮零孛残余爨蘧繁 殖；( 2 ) 避免游离性余氯过高时产嫩的臭味；( 3 ) 降低消毒后水中氯化副产物的 生成量。 2 2 2 氯胺在永懿瀵拳豹应用 氯胺消毒被广泛认为是控制消毒副产物形成的有效手段。饮用水中氯化副 产物成分中分复杂，域已发现2 0 0 多嵇嘲。n i s s i 盏e n 等口印分援了3 5 个不闷消 毒技术瓣农厂出水中甄亿副产物静含量，分析缩莱显示，采耀氯胺潴毒静氯仡 副产物浓度最低。n o 滟a n 等人报邀【2 7 ：美国h u r a n 市以j a m e s 河为水源，氯胺 溃毒产嫩戆氯仿魄氯淤凑下降7 5 。投翔氯胺融为越来越多麓永司所认网，有 更多的水厂又重新采阉了氯胺消毒法。在美国，1 9 8 7 年有1 2 盼承厂采丽鬣胺 消毒，1 9 8 9 年增加到2 0 ，到1 9 9 8 年，已经肖2 9 4 的水词使用了氯胺。目 兹美嚣豹诲多水厂力了适应e p a 镄定豹消攥，溃毒副产物淡勰第二阶段要 求纷纷由氯消毒工琶转向氯胺消毒工艺；美国的第二阶段徽搬物糟毒窬产物联 邦咨询黉员会的评估报告预测在符含信息收絮法规的以地表水为水源的水 厂将来会有6 5 蟠硐采耀筑胺港毒王葱；因考虑到氯骏清毒鼓米应用襄显增多数 情况，欧盟对欧蕊饮用水指令中的亚硝酸簸氮标准进行了修订，亚硝酸盐 氮的标准为o 1 m 玑。若水厂采用氯胺消毒工艺则亚硝酸盐氮标准放宽至 o 5 m g 疋。驭土充分滋鹱了国际拳处理雩亍韭对鬟黢消毒技本熬篱定。n e d 徽等删 对氯胺和游离氯消毒的二次污染谶行了长时间的观察研究，结果表嘎氯胺消毒 区的细黼总数和大肠菌群超标率明显低于游离抵消毒区。h a n s s o n 等报道， 1 3 j 奎三些盔兰三兰：翌土兰垡鎏兰 澳大利亚m 1 1 i l d a r i n g 水厂采用游离氯消毒时，在管网5 0 k m 2 以外检测不出余氯， 分离出了阿米巴原虫。1 9 8 5 年改用氯胺消毒，在5 0 0 h i l 2 范围内检测出o 5 m 譬l 的余氯，再也没有发现阿米巴原虫。 李星等人 3 1 】研究成果表明，高锰酸钾与氯胺协同消毒工艺既强化了氯胺的 消毒效果，减少了氯胺的投量，同时又降低了t h m s 的生成量，使处理后水质 的化学安全性及微生物安全性均得到提高。氯胺在国内外的应用比较广泛【3 2 1 ， 但大多作为消毒剂使用，其研究也主要集中在消毒副产物和灭活病原微生物方 面【3 3 j ”，而氯胺作为预氧化剂的研究报道还很少。现在国内许多水厂也采用了 氯胺消毒工艺，实际的生产运行表明消毒副产物( d b p s ) 生成量明显降低，水厂出 水的致突变活性大幅降低，并且能有效地保证饮用水的微生物安全【3 5 】。目前应 用最广泛的预氯化技术由于易生成较高浓度的d b p s ，一些国家对其应用范围进 行了一定的限制【3 6 。由于氯胺既是消毒剂也是氧化剂( e = 1 1 3 ，如果采用预 氯胺化工艺，不仅可以达到某些预氧化工艺的功效，同时也延长了氯胺消毒的 接触时间，提高了饮用水的微生物安全性，可能为解决困扰水处理界多年的微 生物风险和化学物风险平衡问题提供了一个新途径。 1 4 第3 章试验装置与分析方法 3 1 试验期间水源水质情况 天津市水源水在北方地区具有典型性和代表性。天津是资源型缺水城市， 人均水资源占有量仅1 6 0 m 3 ，为全国人均占有量的十六分之，世界人均占有 量的五十分之一，远远低于世界公认的人均占有量1 0 0 0 m 3 的缺水警戒线，属缺 水地区。由于海河流域水体污泾比失衡，下游的天津水污染严重，加剧了缺水 形势 3 7 】。此外，天津市水源水质具有季节性变化明显、污染指标突发性超标、 低温低浊水难处理、高藻期水质富营养化特征指标超标的特点。具体表现在： ( 1 ) 不同年份的同一水质期的水质情况差异较大( 见表3 1 ，图3 一】图3 - 4 ) ， 而且部分理化和生物指标如浊度、碱度、高锰酸盐指数、氨氮等变化明显。 表3 1 低温水水质情况表( 平均值) 。! 蔓! ! - 1c 竺璺! 皇竺堕堕型堑竺! ! 竺! ! 竺望堕! 翌型! 塑 日期0 2 年1 月份0 3 年1 月份0 3 年1 2 月份 兮2 5 宝 、，约 剖 朝1 5 * 唾1 0 5 o 161 11 62 12 63 1 测定次数 图3 1 低温水水质期原水浊度情况 图3 1 低温水水质期原水浊度情况 f i 9 3 1c 佃d i d o no f t u r b i d i 哪o f l o wt 锄p e r a n j r er a w w a 0 盯 161 l1 62 l2 63 l 测定次数 图3 2 低温水水温情况 张9 3 0c 蛐d 蕊。no f w a f e r 趣n p e f a t u 托o f l o wt c ：p 制窘沁r a ww a t 鼹 61 11 62 1 测定次数 图3 3 低温农质期琢水氮缀食璧 秘静1 3c 。丑眺to f 3 no f l o wt 蹦啦蝴锄黜麟酽翩瞳嚣 1 11 62 1 测定次数 圈3 - 4 低温水质勰原永糕筑爨媾况 掰翳- 4 瓠据e ne o n s w 两o f l o w 协戳f a 抛撼糟ww 敬嚣 ( 2 ) 霉发拳痰交纯明显，l 心嚣襄ll 1 2 羹麓麓窳湛、注疫较羲；7 9 嚣蛩 硬度、黻淡、磷氯镬二戆降低，淫发、耗襞蛩譬撵禄明显舞离( 觅表3 1 2 ) 。 ( 3 源氮、高锰酸盐指数、总大肠菌群、撵发酚、p h 等指标偶有突发性超 1 6 5 霹 3 2 ， 0 一v 瞧* s 2 9 6 3 0 o o o o嚣铷)蠖锨蝇_3葶 7 巷5 4 3 2 1 o 1挲v鞭1毒骥*隧 馥。 墓誊 唰。 鬟墓 蓄羹 ；藿萱 簧譬 霹。 盏墓 蓉替 纛翊 嚣 媒 越 删 蓑墓 簧琶 鞲 嬲 誊蕊詈蕊登堇釜至虽要港嚣 导= | 寸翟篇菩；嚣i 甘：暑薯 耋耋鋈囊蓉鏊誊誉霉鋈婪釜 o oo带oo o o ooo 蓉耋喜嚣莹墓喜量量毫瑟蓍 端2 矗曼= 蓦罄窨：! 鼍璧兰 sd靠sg g ds8s 宝等篱鬻麓葛鼍嚣导：窨露嚣 墨曼曼黧登兰兰兰垦篓釜兰 鬟萋羹翼薹薹蠢霎蒌萋羹