（环境工程专业论文）强化给水常规处理工艺的研究.pdf

摘要 摘要 给水常规处理工艺是我国最常采用的净水工艺，即对原水采用混凝、沉淀、 过滤和消毒，以去除水中浑浊度、色度、细菌和病毒为主的水处理流程。由于 原水水质污染同趋严重而我国饮用水标准又不断提高，目前的给水常规处理工 艺在越来越多的技术指标面前显得力不从心。尽管采用预处理和深度处理等水 处理工艺能够极大地改善出水水质，然而大量资金投入，占地面积以及运行成 本等的大幅度增加，使得尚处于发展中国家的中国无法将新工艺推广至大部分 自来水厂。因此，充分发挥常规处理工艺的制水能力，最大限度地提高常规处 理工艺的净化水平，是目前整体提高我国自来水厂出水水质最可行的手段。本 文针对常规处理工艺的局限性，对常规处理工艺的每个环节的改进措施进行了 综合研究。通过试验研究和分析，提出了改善常规处理工艺的具体建议与意见。 得到以下主要结论： 高锰酸钾预氧化工艺辅以适宜的后续氯消毒工艺，不但能够取得与预氯化 工艺等同的消毒效果，而且在助凝、控制消毒副产物的生成、有机物、色度、 嗅味等方面的性能均优于预氯化工艺；微涡漩混凝与低脉动沉淀具有处理效率 高、出水水质好、投资省、制水成本低等特点，可最大限度地挖掘利用现有供 水设施的潜力；采用生物活性滤池代替常规滤池，只需对现有的常规过滤适当 加以改进即可取得既能去除浑浊度，又能降解有机物、氨氮和亚硝酸盐氮等污 染物质的双重效果；顺序氯化消毒工艺对细菌总数、h p c 、总大肠菌群的控制效 果以及对病毒的灭活效果与游离氯效果相当，均能达到我国水质标准的要求， 其消毒副产物的生成量远低于游离氯消毒；智能化排泥，即将虹吸排泥改进为 泵吸排泥，并且通过质量流量仪的污泥读数控制排泥泵的运行，可大幅度减少 排泥水量，降低排泥电耗，同时解决沉淀池排泥管道易阻塞及排泥自动化的难 题；将上述措施综合运用，有机结合，可以整体提高常规处理工艺的净水效果。 关键词：常规处理工艺，水质，生物活性滤池，顺序氯化，智能化排泥 a b s t r a c t a b s t r a c t t 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 s e s ，b e i n gc o m m o n l yi m p l e m e n t e di n c h i n a ，i st oa p p l ym i x t u r e ，f l o c c u l a t i o n ，s e d i m e n t a t i o n ，f i l t e r i n ga n dd i s i n f e c t i o n t r e a t m e n t s ，i no r d e rt or e m o v et h et u r b i d i t y , c h r o m a ，b a c t e r i aa n dv i r u sf r o mr a w w a t e r s i n c et h ep o l l u t i o no fr a ww a t e ri sb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e r i o u s ，a n dt h e n a t i o n a ls t a n d a r do fd r i n k i n g - w a t e ri sg e t t i n gh i g h e r , t h ec u r r e n tc o n v e n t i o n a lw a t e r t r e a t m e n tp r o c e s s e st u r no u tt ob ei n e f f i c i e n tc o n f r o n t i n gm a s s i v eu p d a t e dt e c h n i c a l s t a n d a r d s a l t h o u g ht h eq u a l i t yo ft r e a t e dw a t e rc a nb ed r a m a t i c a l l yi m p r o v e da f t e r a d o p t i n gp r e t r e a t m e n ta n da d v a n c e dt r e a t m e n t ，t h eh i i g hs p e c i a la n df i n a n c i a l d e m a n d i n gp r e v e n tt h o s en e wt e c h n o l o g yf r o mb e i n gg e n e r a l i z e di nal a r g es c a l e i t t u r n so u tt h a tt h em o s tf e a s i b l es o l u t i o nt oi m p r o v ed r i n k i n g - w a t e rq u a l i t yi st oe x e r t t h ep o t e n t i a lo ft 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 s e s g i v e nt h el i m i t a t i o no f t 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 s e s ，t h ec u r r e n ts t u d ya i m st oi m p r o v et h e e f f i c i e n c yo fw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s e si nac o m p r e h e n s i v ew a y t h em a i nr e s e a r c ha c h i e v e m e n t so ft h i ss t u d ya r ea sf o l l o w s f i r s t ，a s s i s t e db y s u b s e q u e n tc h l o r i n ed i s i n f e c t i o np r o c e s s ，t h ep o t a s s i u mp e r m a n g a n a t ep r e o x i d a t i o n p r o c e s sc a nn o to n l ya c h i e v et h es a m ed i s i n f e c t i o ne f f e c ta sp r e - c h l o r i n a t i o nd o ，b u t a l s os h o ws u p e r i o ro u t c o m e st o p r e - c h l o r i n a t i o ni na i d i n gc o a g u l a t i o n ，r e d u c i n g d i s i n f e c t i o nb y - p r o d u c t s ，a n dr e m o v i n go r g a n i c s ，c h r o m aa n do d o u r s s e c o n d ，m i c r o v o r t e xc o a g u l a t i o na n dl o wp u l s a t i o ns e d i m e n t a t i o np r o c e s s ，w h o s ev i r t u e sa r eh i g h t r e a t m e n te f f i c i e n c y , g o o dt r e a t e dw a t e rq u a l i t y , a n dl o wc o s t ，c a nm a x i m i z et h e p o t e n t i a lo fc u r r e n tf a c i l i t i e s t h i r d ，t h eb i o a c t i v ef i l t e ri n s t e a do fc o n v e n t i o n a lf i l t e r w h i c hj u s tn e e dt ob em o d i f i e da c c o r d i n g l y , c a nb o t hr e m o v et u r b i d i t y , a n dd e g r a d e p o l l u t a n t ss u c ha so r g a n i c s ，a m m o n i an i t r o g e n ，n i t r i t en i t r o g e n ，a n ds oo n f o u r t h ，t h e s e q u e n t i a lc h l o r i n a t i o nd i s i n f e c t i o np r o c e s sa c h i e v e sc o m p a r a b l ec o n t r o le f f e c to n t o t a lb a c t e r i a lc o u n t ，h p c , a n dt o t a lc o l i f o r mg r o u p i na d d i t i o n ，t h i sp r o c e s ss h o w s e q u a lv i r u si n a c t i v a t i o ne f f e c ta sf r e ec h l o r i n ed i s i n f e c t i o np r o c e s sd o e s ，w h i c hb o t h m e e tw a t e rq u a l i t ys t a n d a r d si n c h i n a c o m p a r i n g t ot r a d i t i o n a lc h l o r i n a t i o n , a b s t r a c t s e q u e n t i a lc h l o r i n a t i o n ，i e s h o r t t e r mf r e ec h l o r i n ep l u sc h l o r a m i n e sd i s i n f e c t i o n ， c a n l a r g e l y d e c r e a s et h ef o r m a t i o no fd i s i n f e c t i o n b y - p r o d u c t s f i f t h ，t h e i n t e l l e c t u a l i z e d s l u d g ed i s c h a r g e ，w h i c hs u b s t i t u t e sp u m pd i s c h a r g e f o rs i p h o n d i s c h a r g e ，a n dc o n t r o lp u m p st h r o u g ht h es l u d g er e a d i n go ft h eo n l i n et h em a s sf l o w m e t e r c a nd r a m a t i c a l l yr e d u c et h es l u d g ef l o w , s a v ep o w e rc o n s u m p t i o n ，r e s o l v et h e j a mi ns l u d g ed i s c h a r g ep i p e s ，a n dr e a l i z et h ea u t o m a t i o no fs l u d g ed i s c h a r g e i n s u m m a r y , ac o m p r e h e n s i v ei m p l e m e n t a t i o no ft h et e c h n i q u e sm e n t i o n e da b o v ec a n i m p r o v et h ee f f i c i e n c yo 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 s e s k e yw o r d s ：c 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 ，w a t e rq u a l i t y , b i o a c t i v ef i l t e r , s e q u e n t i a lc h l o r i n a t i o n ，i n t e l l e c t u a l i z e ds l u d g ed i s c h a r g e m 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：彳令隙i u 2o 。9 年乡月易日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：徐b 乌艺 2 c 年多月膨日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1给水常规处理工艺 给水常规处理工艺是我国也是世界其它国家最常采用的净水工艺，即对原 水采用混凝、沉淀、过滤和消毒，以去除水中浑浊度、色度、细菌和病毒为主 的水处理流程。最典型的以地面水为水源的自来水厂的常规处理工艺流程见图 1 1 。 图1 1 给水常规处理：i ：艺流程图 f i g 1 1 f l o wd i a g r a mo fc o n v e n t i o n a lw a t e rs u p p l yt r e a t m e n tp r o c e s s e s 1 1 1 预氯化 在原水混凝、沉淀之前初次加氯对水体预处理，其目的是杀菌灭藻，抑制 微生物的滋长，特别在构筑物上生长青苔；氧化水中有机物质；破坏水中胶态 物质的稳定，便于混凝去除；减少臭味等。 1 1 2 混合 国外某些典型自来水厂的混凝剂投加的技术参数详见表1 1 。常用的混合方 式有三种，即水泵混合、机械混合和水力混合。水力混合往往通过静态混合器 等混合设备使混凝剂( 如硫酸铁等) 与原水迅速混合，使混凝剂迅速均匀地分 布于原水中，进而将混凝剂的水解产物在原水中迅速扩散。这一过程与水流经 过静态混合器等混合设备产生的大涡旋动力作用有关。 第1 章绪论 表1 1 某些典型自来水厂的混凝剂投加的技术参数 t a b l e1 1t e c h n i c a lp a r a m e t e r so fc o a g u l a n t sd o s i n gi ns o m et y p i c a lw a t e r w o r k s 厂名 药齐l j 品种备注 聚合氯化铝混凝荆：投加鼙3 0 m g l 。 ( 意) 佛罗伦萨a n e o n e i i a 当原水b o d s m g l 时投加，投加量1 5 - - 水厂 粉末状活性炭 2 0m g l 液体c 倪调p h 值 f e c l 3 混凝荆投加量1 3 m g l ( 法) 巴黎o r l y i i 水厂 高分子助凝齐i j投加颦0 1 6 0 1 9 m g l ( 法) 巴黎m o u t 水厂 铝盐混凝齐l j ( 德) 科隆w a h n b a c h 水厂 f e c l s 0 4 混凝剂 混凝剂投加量2 3m g l ，在混合前、沉 氯化硫酸铁f e c l s o 淀后、生化处理前、过滤前各加一次 ( 德) 斯图加特来格朗水厂投加量0 3 m g l ，在反应池和生化池前( 沉 高分子助凝剂 淀池后) 各加一次 在灰调p h 值 f e e l 3 混凝剂 h c l 调p h 值，投加_ 二次 ( 荷) 阿姆斯特丹水厂n a o h 调p h 值，投加二次 0 3 投加量：0 5 1 5 m g l 0 2 增氧 硫酸铝 混凝剂：投加晕5 5 8 0m g l 调p h 值( 原水o h = 4 9 - - - 5 6 ) ，絮凝控制 ( 英) 阿姆莱水厂石灰 p h = 5 8 - - 一5 9 ，在原水、滤前、出水加三次 石灰，出厂o h = 8 5 - 一9 ，滤前o h = 7 左右 高分子助凝剂 投加量0 3 4 m g l f e c l 3 混凝剂：投加量1 t m g l ( 美) 洛杉矶引水道水厂硫酸铝混凝剂 苛性钠调p h 值 ( 美) 北海湾地区水厂铝盐混凝荆 f e c l 3 混凝剂 ( 美) 长滩水厂 水合氯化铝( a c h )混凝剂 n a o h 调p h 值 铝盐混凝剂 ( 美) s u n e l 水厂 苛性s o d a 调p h 值 铝盐 混凝荆8 - - 1 2 m g l 高分子助凝剂投加量1 7 m g l ( 美) h a w o r t h 水厂 苛性s o d a投加量1 0 m g l 1 1 3 絮凝 混凝剂水解产生的微絮凝体和原水中胶体、悬浮物等颗粒因相互碰撞而形 2 第1 章绪论 成矾花的过程。水处理工程学科认为速度梯度是水中微小颗粒碰撞的动力学原 因。通过增加絮凝反应池能耗可以提高水流的速度梯度，扩大颗粒碰撞几率。 在絮凝过程中，水中胶体颗粒经脱稳、凝聚、聚集形成絮凝体( 俗称矾花) 。 1 1 4 沉淀 自来水厂的沉淀指悬浮颗粒( 包括絮凝体) 依靠重力作用，从水中分离出 来的过程。沉淀设备是水处理工艺中的重要环节，其运行状况直接影响出水水 质。国外某些典型自来水厂反应沉淀构筑物技术参数详见表1 2 。 表1 2 某些典型自来水厂反应沉淀构筑物技术参数 t a b l e1 2t e c h n i c a lp a r a m e t e r so ff l o c c u l a t i o na n ds e d i m e n t a t i o ns t r u c t u r ei ns o m et y p i c a l w a t e r w o r k s 厂名池型技术参数 ( 意) 佛罗伦萨沉淀时间：t = 2h ；充放比：3 - - - 4 ：l ；清水区上升流 a n c o n i i a 水厂 脉冲澄清池 速：l m m s ( 斜板) 高密 沉淀时间：t = 7m i n ；上升流速：5 - - 2 2m h ；池深6 5 ( 法) 巴黎m o u t 水厂 m ：沉淀区面积1 1 8m 2 ；进水浑浊度2 0 2 0 0n t u ； 度沉淀池 出水浑浊度0 2 - 1n t u ( 德) 斯图加特来格( 斜板) 高密 沉淀时间1 0 m i n ，池深7 m ，沉淀区面积1 7 0 m 2 ， 上升流速2 0 3 0m h ，囤流污泥量9 0 - - 一9 5 ，泵回流， 朗水厂度沉淀池 出水浑浊度 ln t u 沉淀时间2 0 3 0m i n ，进水色度1 2 0 - - 1 6 0c u ，出水 ( 英) 阿姆莱水厂气浮沉淀池 色度2 5 3c u ，进水m n3 5 7 0 1 tg l ，出水m n 2 0 i z g l 机械反应平反应时间4 5m i n ，沉淀时间1 2 0r a i n ，沉淀池长宽 ( 美) 长滩水厂 流沉淀池深= 6 1 3 x1 4 6 x 4 5m 机械反应平 反应时间2 8m i n ，沉淀时间1 2 0r a i n ，沉淀池长宽 ( 美) s u n a l 河谷水厂 流沉淀池深= 1 0 4 x 1 8 3 x 3 4m 机械反应平反应时间2 0m i n ，沉淀时间1 0 7m i l l ，沉淀池长宽 ( 美) h e n r y 水厂 流沉淀池 深= 1 1 1 3 x 3 2 x 4 3m ( 法) 巴黎o r l y 水厂脉冲澄清池沉淀时间：t = i 5h ：清水区上升流速：l m m s 1 1 5 过滤 自来水厂的过滤一般是以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使 水获得澄清的工艺过程。不仅进一步降低水的浑浊度，而且水中有机物、细菌 乃至病毒等也被部分去除，残留的细菌、病毒失去了浑浊物的保护或依附，也 3 第1 章绪论 容易在滤后的消毒过程中被灭活。国外某些典型水厂滤池的技术参数详见表1 3 。 表1 3 某些典型自来水厂滤池的技术参数 t a b l e1 3t e c h n i c a lp a r a m e t e r so ff i l t e r si ns o m et y p i c a lw a t e r w o r k s 厂名滤池类型工艺参数 普通气水反 ( 意) 佛罗伦萨 冲洗滤池 设计滤速：4 6m h a n c o n e i i a 水厂 v 型气水反 设计滤速：5m h 气冲强度：5 0 6 0m h 冲洗历时： 冲洗滤池1 2m h 反冲洗周期：2 4h 滤料：石英砂 设计滤速：8m h 砂面水深：1 2m v 型气水反 ( 法) 巴黎o r l y 水厂 冲洗滤池 气冲强度：5 6m h 水洗强度1 5m h 滤料：石英砂 设计滤速：1 0 6m h 滤料层厚：1 3m ( 法) 巴黎m o u t 水厂生物滤池 滤料：人工加工的陶粒状滤料 滤层厚：1 3m 三年再生一次 ( 德) 科隆w a h n b a c h 气水反冲洗 设计滤速：1 4 8m h 多层滤料滤 水( 预处理) 厂 水冲强度：7 2m h 池 气冲强度：7 9 2m h 六层石英砂：厚1 2 米 ( 荷) 阿姆斯特丹水气水反冲洗 滤速：v = 8 - 一1 2m h 厂慢滤池 石英砂： 滤速：v = 7 0m h ( 英) 阿姆莱水厂气水反冲洗年i 英砂：h = o 8m ，d = o 3 哪 除锰滤池 滤速：1 0m h 水洗强度：2 0 5m h 气冲强度：2 8m h 4 第1 章绪论 反冲周期：2 4h 无烟煤：h ：o 5 1h ( 美) 旧金山附近表面辅助冲 有效直径：d = o 8 5 0 9 哪；不均匀系数 1 6 5 洗双层滤料 石英砂：h = o 2 5m ，不均匀系数 1 0ui l l 悬浮固 体量占8 8 5 ，去除有机物占2 9 2 ；当浑浊度由2 5 n t u 降至1 5 n t u ，去除 5 1 0 um 颗粒占悬浮固体总量的7 6 ，去除有机物达到1 7 6 ；当浑浊度进一 1 1 第1 章绪论 步降至0 5 n t u ，有机物含量为2 0 4 。若将浑浊度降至0 1 n t u 以下，则有望 将绝大部分有机物去除，同时也能有效去除贾第虫、隐孢子虫等病原微生物由 于常规氯消毒工艺杀灭两虫的效率极低，而浑浊度与颗粒计数可以作为自来水 厂处理效果与饮用水受两虫污染的指示指标【1 1 】，因此，将出水浑浊度控制在 0 1 n t u 以下显得尤为重要，是保证城市供水微生物学安全的重要屏障【1 2 1 。 1 4 2 降低出水氨氮 根据我国最新生活饮用水卫生标准的规定，降低出水氨氮至0 5 m g l 以 下。 1 4 21 氨氮的存在形式与水质意义 水中氮主要以氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和有机氮几种形式存在。在特 定条件下，如氧化和微生物活动，有机氮可转化为氨氮。在好氧情况下，氨氮 又可被硝化细菌氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。因此，水中氨氮浓度并非固定 不变，而是在多种氮的存在形式间互相转化。我国地面水环境质量标准的说明 中指出了水中三氮( 氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮) 出现的水质意义，见表1 7 【1 3 1 。 表1 7 水中三氮的水质意义 t a b l e1 7w a t e rq u a l i t ym e a n i n go ft h r e en i t r o g e ni nt h er a ww a t e r n i t 4 - nn o - 2 一nn 0 - 3 - n意义 + 水新近被污染 + 新近被污染，分解正在进行 + + 水以前被污染，已开始分解并仍有新污染 + 水中污染物已分解，趋向自净 + 旧污染分解已完成，现义有新污染 + 污染已分解，但未完全自净或硝酸盐还原为亚硝酸盐 + 水中污染物都已分解并达剑了净化 清洁水 注“+ ”表示在水中出现；“一”表示在水中不出现。 第1 章绪论 1 4 。2 2 原水中氨氮浓度过高的危害【1 4 l 除锰困难i a ! ：水中的锰一般以m n 2 + 形式存在，除锰时必须将其氧化为四价 的二氧化锰。当使用氯气消毒时，由于氯的氧化电位高于锰，锰得以被氧化； 当水中含氨氮时，氯气与氨氮反应生成氯胺，而氯胺的氧化电位低于锰，锰 无法被氯胺氧化，于是造成除锰困难。 生成氯化氰等消毒副产物：n h 3 - i - 有机物+ c l 产) 氯化氰。氯化氰在人体中迅 速代谢成c n ，g b5 7 4 9 - - 2 0 0 5 生活饮用水卫生标准规定的c n 上限为 0 0 7 m g l 。 生成亚硝酸盐：由于输水管道或屋顶水箱的二次污染，自来水中的氨氮易被 硝化细菌利用生成亚硝酸盐。而含较高浓度亚硝酸盐的自来水被人体饮用 后，将对人体健康产生极大的危害，即诱发正铁血红朊症( 尤其是婴儿) ， 产生致癌的亚硝胺。 消毒时易产生令人厌恶的嗅和味。 1 4 2 3 出厂水氨氮的控制目标 g b5 7 4 9 - - - - - 2 0 0 5 生活饮用水卫生标准规定的氨氮( 以n 计) 上限为0 5 m g l 。 随着人们越来越重视氯消毒副产物的危害，更多的自来水厂采用氯胺消毒，在 出水管网内必须保障一定量的氯胺用以持续消毒，因此，合理加氨，将出水氨 氮控制在标准之内非常必要。 1 4 3 降低出水耗氧量( c o d ) 至3 m g l 以下 1 4 3 1 耗氧量的水质意义 耗氧量又称高锰酸盐指数，是将水样加入一定量高锰酸钾溶液，在酸性条 件下加热一定时间后，测定以0 2 计的高锰酸钾所消耗的量( 0 2 m g l ) 。该指标 反映了水中悬浮的和可溶的可被高锰酸钾氧化的有机和无机物质的量，是水质 受到污染特别是有机物污染的替代水质指标之一。 1 4 3 2 耗氧量在诸多水质指标中的地位 研究表明1 1 5 1 ，对于某一特定的水源水或自来水厂的出厂水，管网水，所测 得的c o d m n 、c o d c r 、t o c 、d o 、b o d 5 、e u v ( 2 5 4 ) 、a l l i e s 致突变率等水质指标 1 3 第1 章绪论 之间有较好的相关性。而c o d m n 测定比较方便，所需设备简单，对指导生产具 有非常重要的实际意义。 表1 8 世界各国饮用水水质标准中耗氧量( c o d ) 指标值m g o z l t a b l e1 8 t h el i m i t e dv a l u e ( m 9 0 j l ) o fc o d i nd r i n k i n gw a t e rq u a l i t ys t a n d a r di nd i f f e r e n t c o u n t r i e s 建设部卫生部生活欧共体水质 世界卫日本宰 水质标准 2 0 0 0 年 饮用水规范指令英国俄罗斯 生组织( 1 9 9 3 ) 规划( 2 0 0 2 年)9 8 8 3 e c 指标值53555o 7 5 木日本耗氧量测定削过锰酸钾消费量命名，结果用k m n 0 4 m g l 计量，限值为3 m g l ，折算成以 0 2 m g l ，需除以3 9 5 即为0 7 5 m g l 。 1 4 4 提高消毒副产物的前体物的去除率，降低消毒副产物含量，从而增加水体 稳定性，降低水的化学性风险 1 4 41 氯化消毒副产物研究的背景 目前，我国绝大部分自来水厂均采用氯化消毒。氯化消毒自1 9 0 8 年问世以 来，为杀灭水中微生物，防止疾病传染发挥了重大的作用。然而，自1 9 7 4 年起， 具有致突变和致癌性的氯仿等氯化消毒副产物相继在自来水中被检出，人们越 来越重视对消毒副产物的研究。大量流行病学调查证明【3 】，长期饮用氯消毒的水 会增加入们得癌症的危险，氯化消毒的工艺地位日渐受到挑战。 1 4 42 提高消毒副产物的前体物的去除 一般认为，消毒副产物的前体物由天然有机物( n o m ) 和人工有机物两大 类组成。前者主要包括腐殖酸和富里酸；后者的成份则相对复杂。鉴于常规处 理工艺对已经形成的消毒副产物去除率较差，但是对n o m 有一定的去除效果， 因此改善常规处理工艺提高前体物的去除率是控制消毒副产物的有效途径。 1 4 4 3 取代预氯化以减少消毒副产物的生成 预氯化由于具有防止构筑物中滋生藻类、可氧化胶体表面的有机物保护膜 以提高混凝沉淀效果以及良好的消毒效果等优点，目前被我国大部分水厂采用。 然而，在预氯化的过程中，氯与原水中较高浓度的有机物作用会产生一系列对 1 4 第1 章绪论 人体健康有害的卤代有机副产物( 如三卤甲烷，卤乙酸等) 1 6 】1 1 7 1 。有资料表明， 出厂水中9 0 致癌、致突变氯化副产物来自预加剥1 引。研究合适的替代工艺以 取代预氯化是大幅度减少消毒副产物产生的一条捷径。 1 4 4 4 国内外对饮用水消毒副产物的规定 表1 9 各国对饮用水消毒副产物的规定 t a b l e1 9 r e g u l a t i o n sf o rd i s i n f e c t i o nb y - p r o d u c t si nd r i n k i n gw a t e ri nv a r i o u sc o u n t r i e s 三卤甲烷 卤乙酸 三氯乙酸二氯乙酸四氯化碳三氯甲烷 国家( t m l s )( h 从5 ) ( t c 从) ( d c 从)( c c l 4 )( c h c l s ) ( 1 1g l )( 1 1g ) ( 1 1g l ) ( ug l )( pg l )( 1 1 9 l ) 美国d d b pi8 0 6 0 美国d d b pi i 4 03 0 加拿犬5 0 一1 0 0 德国 1 0 翱01 0 05 0 日本 4 03 0 中国 1 0 05 026 0 1 4 5 降低出水中a o c 的含量 根据实际的水质情况，降低出水中a o c 的含量至2 0 0 m g l 以下比较适合我 国的国情。 1 4 51a o c 的水质意义 1 4 5生物可同化有机碳a o c ( a s s i m i l a b l eo r g a n i cc a r b o n ) 是指饮用水 中有机物能被细菌同化成生物体的部分，是衡量饮用水生物稳定性、即细菌在 饮用水中生长潜力的水质参数。由于小分子有机物( a o c 的主要组成部分) 亲 水性强，在水中接近于真溶液状态存在，不易与混凝剂结合或被絮凝体吸附， 因此，常规处理工艺对a o c 的去除效果十分有限。除紫外消毒外，其它常用的消 毒剂都会不同程度的造成水中a o c 浓度的增加，其增加的程度与消毒剂的氧化 能力、剂量以及水中有机物的含量、性质密切相判1 9 1 。当a o c 浓度高时，即使 保持很高的余氯，给水管道中仍可检出几十种细菌，除少数铁细菌和硫细菌外， 1 s 第1 章绪论 主要是以有机物为基质的异养菌l2 0 1 。只有减少水中a o c 含量，使饮用水a o c 浓度达到某一要求，才能控制细菌的生长。 1 4 52 控制水中a o c 含量有利于减少消毒副产物的生成 尽管无法确定a o c 和消毒副产物前体物之间精确的定量关系，但可以肯定 的是，在给水处理去除a o c 、增加生物稳定性的过程中，同时也将减少加氯后 消毒副产物的生成1 2 1 1 【2 2 1 1 2 3 1 川。 1 4 5 3 a o c 的浓度指标 a o c 浓度指标应定为2 0 0m g l 的依据。荷兰的v a nd e rk o o i j 教授研究认 为【2 5 1 在保持适量余氯的条件下，出厂水a o c 浓度在5 0 - 1 0 0m g l 或不加氯时 保持1 0 - - 一2 0m g l 时可以达到水质生物稳定( 即不会引起细菌在其中生长) 。然 而，l o u i sa k a p l a n 等人对美国和加拿大的7 9 个自来水厂调查表明9 5 的地表 水源的自来水厂和5 0 的地下水源的自来水厂不能达到5 0 - - 一1 0 0 m g l 的标准， 所有的自来水厂的出厂水均不能达到1 0 - - 一2 0 m g l 的标准。清华大学1 9 9 5 年开 展对饮用水a o c 特性的初步研究，1 9 9 6 年开始比较系统和全面地研究典型自来 水厂中a o c 特性，积累了一批有价值的基础数据。根据研究结果并基于以下几 点原因，提出我国饮用水a o c 的控制建议值分别为：2 0 0 m g l 1 2 翻。 以目前水质最优的自来水厂a o c 浓度作参考 某自来水厂的水源水质居全国水质最佳水平，采用常规处理和活性炭深度 处理结合的处理工艺水平也属国内较先进的处理工艺。因此，该自来水厂可以 作为较优水质的代表，其自来水中a o c 代表了目前国内地表水源的自来水厂可 能达到的最好水平。该水厂水中a o c 浓度低于2 0 0 m g l 的水样占其总水样的 8 0 ，因此大多数情况下是低于建议值的。 自来水厂采用较先进的处理技术后可以达到的标准要求 尽管上述自来水厂目前也不能完全达到a o c 的控制建议值，但根据对其工 艺的分析可以肯定，在选择合适的加氯方式、改善其常规处理效果和改善活性 炭上微生物功能后是完全有可能达到的。生物处理技术在饮用水处理中的应用 也是本建议值可以达到的保证之一。有研究表明：某自来水厂水源水a o c 达 1 6 第1 章绪论 7 7 4 m g l ，经常规处理工艺出水a o c 为3 3 9 m g l ，而单经生物预处理即可达 2 1 4 m g l ，去除率达7 2 3 5 ；生物预处理与混凝沉淀的组合出水可达4 9 m g l ， 低于2 0 0 m g l 。尽管这只是中试研究结果，与实际规模的水处理结果会有一定的 差距，也说明生物处理对降低a o c 有美好前景。膜技术在给水处理中应用也是 降低饮用水中a o c 含量的有效手段。因此即使其它水源水质相对较差的自来水 厂，在采用合适的处理技术后是可以达到此建议值的。而且如果制定的控制标 准要求太高，目前的原水水质与水处理水平是根本达不到要求的。 提出的控制标准能在一定程度上防止细菌在管道中的生长 尽管被研究城市的给水管网中发现管壁普遍有细菌生长的现象，但在研究 中所取管网水样未发现有细菌和大肠杆菌检出。国内其它城市的管网水中普遍 存在检出细菌的情况，大肠杆菌也有部分检出，且细菌和大肠杆菌随管网延长 而增加。因此说明被研究城市饮用水目前的a o c 含量水平尽管不能完全控制细 菌生长，但在一定程度上可以抑制细菌的过度繁殖，保证管网水细菌学指标合 格。如果其它自来水厂均达到a o c2 0 0 m g l 的要求，对提高国内饮用水水质是 十分有利的。 1 4 6 大幅度减少自来水厂生产废水的生成量。 1 4 61 自来水厂生产废水的组成 采用常规处理工艺的自来水厂，其生产废水主要由沉淀池排泥水和滤池反 冲洗废水两大部分组成，总水量约占厂日出水量的3 一7 。 1 4 62 生产废水的常用处置方式及其局限性 直接排放 目前大部分水厂均采用此方式处置生产废水，不仅浪费宝贵的水资源，而且 还容易对下游水体造成污染。 直接回用 将滤池反冲洗废水直接提升至原水絮凝前，与原水混合后再进入混凝、沉淀 等后序工艺处理。尽管沉淀后的出水浑浊度、余氯等常规指标能够符合要求， 但对于是否会造成出厂水中贾第鞭毛虫和隐孢子虫等原生动物的累积、增加铁、 1 7 第1 章绪论 锰都元素的含量、增强水的致突变性等问题，目前的研究仍存在较大的争论。 处理后回用 对生产废水进行收集处理，将水质满足原水常规化学指标和生物指标的上清 液回用，把浓缩污泥进行脱水处理后制成泥饼外运。此方式处理成本较高，很 难被大多数自来水厂采用。 1 4 6 3 减少生产废水产量的优越性 无论采用上述何种生产废水处置方式，均属于事后对生产废水的处理。若 能尽可能减少生产废水的产出，不仅可以大大减轻后序处理的负荷，也能有效 降低回用水的水质风险，同时取得可观的经济效益。 1 8 第2 章试验方法 第2 章试验方法 2 1 高锰酸钾预氧化工艺取代预氯化工艺 试验所在a 水厂位于黄河最下游入海1 2 1 附近，原水为水库蓄积的丰水期取 自最下游的黄河水。a 水厂采用的是常规水处理工艺，前处理工艺为预氯化。生 产性试验以现有自来水厂的处理工艺为基础，在实际工程中投加高锰酸钾复合 药剂，检测水经过高锰酸钾复合药剂处理后的浑浊度、色度和其它一些水质指 标，并与预氯化工艺时去除色度、浑浊度等指标的效果进行对比。评价高锰酸 钟复合药剂预氧化取代预氯化工艺的可行性和使用效果。 2 2 强化混合、絮凝、沉淀工艺 试验所在大庆市b 水厂，其水源为龙虎泡水库，每年夏季，该水库经引水 渠道从嫩江中部引水。b 水厂共有1 0 组反应沉淀池，单组原设计负荷 2 5 x 1 0 4 m 3 d 。1 9 9 7 年1 0 月至1 1 月对1 0 # 反应沉淀池进行了应用新技术的生产 改造。在改造中，拆除了原工艺设备，安装了与新技术相匹配的设备，其中反 应池是依据原池的现状，通过布设不同孔径和距离的格网来控制水流的流态， 使格网、廊道及转弯处的动力条件满足惯性参数控制。于1 9 9 8 年春季的低温高 浊高碱度期开始运行。新、旧工艺对比见图2 1 。 1 9 第2 章试验方法 原l 艺： 改造t 艺： 管式微涡 混和器 d 、孑l 眼格网小间距斜板 - 呻 ( 5 s ) 反应池沉淀池 图2 1b 水厂改造前后的工艺对比 fig2 1t h ec o m p a r i s o nb e t w e e nt h eo l dw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s e sa n dt h en e wo n ei nbp l a n t 通过对比新、旧工艺在水质指标的去除率、产水量、抗冲击负荷等项目上 的差异，判断出新工艺的可行性和使用效果。 2 3 强化过滤工艺 中试试验在上海市市北自来水有限公司c 水厂进行，滤池进水为c 厂沉淀 池出水，用水泵直接提升至进水高位水箱，再分别进入三个平行对比的下向流 滤柱。滤柱由有机玻璃材质制成，直径3 0 0 r a m ，总高2 5 m 。三个滤柱采用不同 滤料组合：1 荸滤柱为石英砂l o o c m ，粒径范围0 5 1 2 m m ：雒滤柱为上层刁1 5 粒状炭6 0 c m ，下层石英砂4 0 c m ：3 挣滤柱为上层刁1 5 粒状炭6 0 c m ，下层多孔 瓷球4 0 c m 。试验滤速为2 m h ，水力停留时间3 0 r a i n 。试验从2 0 0 4 年1 1 月1 1 日启动，采用自然挂膜，两个半月的时间内，水温从1 7 0 c 降至4 9 0 c 。通过对 比三组滤柱滤后水的水质变化，评价新工艺的可行性和使用效果。 2 4 强化消毒工艺 中试试验在天津自来水公司d 水厂进行，装置流程如图2 2 所示。消毒工艺 串联在中试现场不同的水处理工艺组合之后。组合l 为常规处理工艺：混凝一 气浮过滤工艺；组合2 为常规+ 活性炭工艺；组合3 为常规+ 臭氧生物活性炭 2 0 第2 章试验方法 工艺。通过比较不同水处理工艺组合时游离氯、氯胺和顺序氯化三种消毒工艺 的副产物生成量，评价新工艺的可行性和使用效果。 回悃一 组合1 、2 工艺流程 一i 超越管线 超越管线 冈 i 一 组合3 工艺流程 图2 2d 水厂中试水处理工艺流程图 f i g2 2f l o wc h a r to fw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s si np il o tt e s to fdp i a n t 2 5 减少沉淀池废水排放 生产性试验是在上海市市北自来水有限公司c 水厂进行。该水厂将其5 撑沉 淀池原有的虹吸排泥改造为泵吸排泥，即在每根排泥管道上安装一台无堵塞污