微污染水源水处理技术2.ppt

微污染水源水处理技术 1 水源水污染特征 常规水源 生活饮用水水源水质标准CJ3020 93 一级水源水 水质良好二级水源水 水质受轻度污染水质超过二级标准限值的水源水 不宜作为生活饮用水的水源 地表水环境质量标准GB3838 2002 类主要适用于源头水 国家自然保护区 类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地以及保护区 类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区 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 类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域 地表水主要水质指标标准限值 1 水源水污染特征 微污染水源指微量和痕量有毒有害的污染物进入水体后被污染的水 可溶性有机物氮藻类铁 锰等重金属 1 水源水污染特征 1 1污染源城市工业废水城市生活污水垃圾渗滤液大气降水农业面源 1 2地下水污染特征1一般不易污染2污染速度慢3污染物质多以无机有毒物质为主 少见有机物4其自净能力差 污染状况存在时间长5相对于地表水污染扩散速度慢 1 水源水污染特征 1 3河流污染特征污染程度随径流量变化断面上分布不均匀河流自净能力强污染影响大 1 4库湖污染特征稀释能力差积累和转化污染物质的能力强易出现富营养化易出现底质污染 富营养化的危害水质变浑溶解氧减少藻毒素增加色度 臭味产生致突前体物增加制水成本破坏水生生态 水源地常见的藻类 硅藻门直链藻舟形藻小环藻星杆藻绿藻门小球藻水绵胶群藻 蓝藻门颤藻项圈藻蓝束藻 水体中有恶臭的藻类 蓝藻门束丝藻属鱼腥藻属腔球藻属 绿藻门空球藻属硅藻门针杆藻属 具有藻毒素的藻类 蓝藻门铜锈微囊藻不定腔球藻水华鱼腥藻水华束丝藻 藻毒素的类型赤潮藻毒素麻痹性贝毒短裸甲藻毒素溶血性毒素细胞性毒素氨毒 水华藻毒素肝毒素神经毒素脂多糖内毒素 底泥的危害耗氧再悬浮向水体中释放N和P 1 4水源中的污染物胶体细菌藻类无机颗粒 粘土 氧化铝等 大分子有机化合物 蛋白质 碳氢化合物等 有机物传统有机物 水生生物及其分泌物 腐殖质耗氧有机物 蛋白质 脂肪 氨基酸 碳水化合物藻类有机物 藻类分泌物及其藻类尸体分解物非溶解性有机物 大分子有机物包裹的颗粒 生物态颗粒 油的乳浊液有毒有机污染物 多氯联苯 三氯甲烷 石油类污染物 水中天然有机物分类 2饮用水水质标准的发展 2 1国际上饮用水水质标准发展趋势第一阶段 重视与人体健康相关的化学物质和生物因素及一些感官指标有毒物质消毒副产物 三卤甲烷 卤乙酸微生物污染 贾第虫 隐孢子虫 我国饮用水标准发展历史 1955 05 自来水水质暂行标准 修正稿 1956 12 饮用水水质标准 草案 15项 0项消毒副产物1957 04 集中式生活饮用水水源选择及水质评价暂行规则 1959 08 饮用水卫生规程 17项 0项消毒副产物1976 12 饮用水卫生标准 试行 TJ20 76 23项 0项消毒副产物 饮用水标准 1986 10 饮用水卫生标准 GB5749 85 35项 1项消毒副产物2001 09 生活饮用水水质卫生规范 96项 13项消毒副产物2005 6 城市供水水质标准 CJ T206 20052007 7 生活饮用水卫生标准 GB5749 2006 2 2我国与其他国家水质标准的比较 台湾标准日本标准美国标准WHO标准 生活饮用水卫生标准 GB5749 2006 新标准中的饮用水水质指标由原标准的35项增至106项 增加了71项 微生物指标由2项增至6项 饮用水消毒剂指标由 项增至 项 毒理指标中无机化合物由10项增至21项 毒理指标中有机化合物由5项增至53项 感官性状和一般理化指标由15项增至20项 放射性指标仍为2项 增加了三种消毒剂接触时间出厂水消毒剂的限值 3地面水中有机污染物的分类与特性 3 1重点控制污染物挥发性卤代烃苯系物氯代苯类酚类多氯联苯硝基苯 苯胺类多环芳烃类酞 酸 酯类农药丙烯腈亚硝胺类 重点控制污染物的特点有毒性长效性 影响不可逆有机氯占主体在水中含量低 3 2嗅和味水源异嗅自然发生 水藻引起 放线菌人为发生 污水排入管网水箱异嗅二次污染 细菌 藻类 4有机物分子量与净水工艺 4 1不同分子量有机物的特性分子量大于1000形成色度水质好的湖水分子量小于1000有机物占主体生物可降解溶解性有机碳 BDOC Biodegradatable Deliquescent OrganicCarbon主要是小分子量 1000 的有机物NBDOCBDOC DOC 常规处理的目标溶解性大分子有机物 腐殖质 蛋白质 多糖类物质被大分子有机物包裹的颗粒生物态颗粒有机物和油的乳浊液 活性炭吸附的物质溶解度小 亲水性差 极性弱的有机物 除草剂 杀虫剂 农药 合成洗涤剂 合成燃料 人工合成有机物生物处理的目标对分子量大于10000的有机物无去除效果机理 微生物对小分子有机物的降解微生物胞外酶对大分子有机物的分解作用生物吸附絮凝的作用 4 2有机物分子量与净水工艺的选择 表4 1各处理单元对不同分子量有机物的去除 表4 2各单元对不同分子量有机物的去除能力 表4 3最佳工艺选择 5深度处理技术 5 1活性炭吸附5 2臭氧氧化5 3臭氧活性炭5 4生物活性碳5 5光催化氧化5 6吹脱法5 7膜法 活性炭吸附 去除色度 嗅有效去除小分子有机物对三卤甲烷去除能力有限有效去除杀虫剂对氯化产生的致突物质有去除作用 臭氧氧化 去除色度和臭味杀藻与常规工艺或活性炭吸附结合可避免三氯甲烷前体物的产生可氧化苯并萤蒽 苯并蓖 苯 二甲苯 苯乙烯 氯苯 艾氏剂等助凝对已形成的三氯甲烷无去除作用可能导致水中可生物降解物质增多与细菌繁殖对DDT 环氧七氯 狄氏剂和氯丹等无效 臭氧活性炭 臭氧 活性炭臭氧氧化 大分子有机物 小分子有机物或者CO2 H2O活性炭吸附 小分子有机物 生物活性碳 比活性炭吸附更多优点 增加溶解性物质的去除率延长活性炭的再生周期 减少运行费用水中氨氮可以被生物转化为硝酸盐 减少了后氯化的投氯量 降低了三卤甲烷的生成量被认为是目前饮用水处理去除有机物 包括有机污染物 最有效的方法 光催化氧化 氧化能力极强有效去除多氯联苯 烷烃 烯烃和芳香烃的氯化物 三氯甲烷 四氯化碳 三氯乙烯 四氯乙烯 六氯苯 六六六 酚 氯酚 硝基苯 染料 光催化氧化以n型半导体为敏化剂n型半导体 TiO2 TiO3 WO3 Fe2O3 CdS Sr等 光催化活性高 反应前后性质不变长期运行催化剂有中毒现象再生有困难 吹脱法 去除CO2 H2S NH3可增加水中的溶解氧 氧化水中的金属去除三氯乙烯 氯苯 1 3 二氯苯等去除分子量小的挥发性有机物 臭氧 生物活性碳 提高了溶解性有机碳的去除率延长了活性炭再生周期无有机氯化物产生杀藻 膜技术 处理效果好成本高 6预处理技术 预处理方法氧化法化学氧化法分解破坏水中污染物的结构达到转化或分解污染物的目的生物氧化法可有效去除原水中可生物降解有机物去除氨氮 铁 锰等污染物吸附法 6 1氧化预处理6 1 1化学氧化预处理氯气氧化预处理控制微生物和藻类的生长 氧化一些有机物减少混凝剂用量生成卤化有机污染物 不易去除 造成用水安全性降低高锰酸钾氧化预处理有效降低水的致突变活性氧化产物中有些是碱基置换突变物 6 1氧化预处理6 1 1化学氧化预处理二氧化氯氧化预处理除藻去除异味 用量1mg L左右除锰 优于O3 Cl2 KMnO4去除有机物不与氨氮反应投量过多增加色度 6 1 1化学氧化预处理氯气氧化预处理控制微生物和藻类的生长 氧化一些有机物减少混凝剂用量生成卤化有机污染物 不易去除 造成用水安全性降低高锰酸钾氧化预处理有效降低水的致突变活性氧化产物中有些是碱基置换突变物 紫外光 UV 氧化预处理有效降低有机物浓度对毒性物质无去除能力光解作用产生致突变物或其前体物臭氧氧化预处理对移码突变物有部分去除效果对碱基置换突变物没有明显效果部分臭氧化产物不易被常规处理去除 6 1 2生物氧化预处理曝气生物滤池生物塔滤生物接触氧化生物转盘反应器生物流化床反应器土地处理系统 6 2吸附预处理粉末活性炭吸附去除色度和嗅粘土吸附去除有机物改善絮凝效果 6 3强化混凝去除对象 天然有机物 NOM 目的 控制氯消毒产生的卤代有机污染物 去除消毒副产物的前体物 7富营养化水源的饮用水净化处理 7 1对给水厂运行的不利影响7 1 1藻类堵塞滤池7 1 2药耗增加 7 2对水质的不利影响7 2 1藻类致臭富营养化水体的致臭物质土味素2 甲基异莰醇2 4 6 三氯茴香醚2 异丁基 3 甲氧基吡嗪2 异丙基 3 甲氧基吡嗪三甲基胺 7 2 2藻类产生藻毒素 7 2 3藻类和有机物是消毒副产物的前体物有机物 产生消毒副产物的母体物质消毒副产物 三卤甲烷 THMs 卤乙酸 HAAs 7 3对管网水质的不利影响成为微生物繁殖的基质影响水质缩短管网服务年限增加配水动力费用形成管垢 7 4纯藻种对混凝过程的影响烧杯试验显示 藻类浓度低于5 106个 L无不利影响在适宜的浓度下 藻类能促进混凝过程 而浓度过高时 则会干扰正常的混凝过程 7 5藻类有机物对混凝过程的影响低浓度藻类对混凝过程不产生影响或改善混凝高浓度藻类对混凝过程有干扰作用 7 6藻类控制技术化学药剂 硫酸铜 二氧化氯 臭氧生物制剂 大麦秆浸出液 芦苇萃取液微滤机除藻 50 60 气浮除藻 90 直接过滤 30 99 9 强化混凝沉淀 90 生物处理 70 90 7 7臭味控制技术化学氧化法活性炭吸附法生物处理法联合法 7 8有机物去除技术 臭氧氧化生物处理活性炭吸附 7 9对富营养化水源的推荐净水工艺 7 9 1臭氧 生物处理7 9 2组合工艺 富营养化水源水主要问题与饮用水净化工艺选择 8饮用水水质生物稳定性 8 1概念饮用水质的稳定性指饮用水中可生物降解有机物支持异养细菌生长的潜力 即当有机物成为异养细菌生长的限制因素时 水中有机营养基质支持细菌生长的最大可能性 生物稳定性用生物可同化有机碳 AOC 来表示管网水中被细菌利用的有机质的浓度 它可作为管网中细菌生长的潜在能力指标 8饮用水水质生物稳定 8 2两个重要指标BDOC 生物可降解溶解性有机碳是水中细菌微生物新陈代谢的物质和能量来源AOC 生物可同化有机碳是总有机碳 TOC 中可以生物同化吸收的那一部分有机碳 是有机物中最易被细菌吸收 直接同化成细菌体的部分 是BDOC的一部分 可以用来衡量水中异养菌再生的生物稳定性 AOC BDOC的比值 可以看作是饮用水中存在的可生物降解有机化合物的相对生物稳定性 DOC 溶解性有机碳 POC 颗粒有机碳 COC 胶体有机碳 DOC 溶解有机碳 对于良好的水源 水未用氯消毒时 AOC小于10 g乙酸碳 L 异养菌不发生增值 水经消毒而AOC在50 100 g乙酸碳 L时 细菌孳生受到抑制 生物稳定性好 AOC大于200 g乙酸碳 L时生物稳定性差 细菌迅速孳生 一些研究结论 用AOC评价水处理工艺对进入管网水的生物稳定性时 以下趋向引起关注 用氯胺消毒的生物稳定性优于用液氯消毒 采取二氧化氯替代液氯进行源水的预氯化措施 可降低AOC值 合理保持出厂水的余氯在偏低范围 必要时管网内局部补充加氯 可以降低管网水的AOC值 膜过滤法处理水的生物稳定性差 AOC值高 生物活性碳法 GAC 处理水的生物稳定性好 美国 日本都已证实经臭氧处理后的水 AOC值高 8 3影响管网细菌繁殖的因素余氯营养物质AOC BDOC水力因素颗粒物的影响温度 8 4AOC与饮用水生物稳定性的关系AOC 10 g乙酸碳 L 异养细菌不能生长BDOC 0 1mg L 大肠杆菌不能生长AOC和BDOC为小分子量有机物 适合生物处理 8 5氧化剂对AOC的影响 P17 荧光假单胞菌菌株 NOX 螺旋菌菌株 8 6AOC在给水管网中变化的规律性分析 图氯胺消毒型管网水中AOC的变化 9饮用水消毒 消毒副产物和生物稳定性的关系 9 1消毒副产物 THMEP 三卤甲烷THMs卤乙酸HAAs卤代腈卤代醛 9 2氯消毒 消毒副产物和AOC之间的关系 消毒副产物 氯 AOC 细菌 产生 杀灭 增加 产生 增加 产生 9 3三卤甲烷和卤乙酸的危害 三卤甲烷 4种 三氯甲烷二氯一溴甲烷一氯二溴甲烷三溴甲烷 卤乙酸 9种 一氯乙酸二氯乙酸三氯乙酸一溴乙酸二溴乙酸 9 4不同给水处理单元对卤乙酸及其前体物的去除规律 表消毒副产物及其前体物的去除工艺选择 9 5消毒方式对消毒副产物生成的影响 9 6加氯点对消毒副产物的影响多次加氯可降低HAAs和THMs的生成量第一次加氯量越低 消毒副产物生成量越低 9 7几种消毒方式的比较按照消毒副产物生成量排序 一次加氯 加氯胺 多点加氯 10消毒副产物及其控制方法 消毒副产物 disinfectionby products 卫生部 生活饮用水消毒剂和消毒设备卫生安全评价规范 消毒副产物 消毒剂或消毒设备使用后在消毒生活饮用水过程中产生的副产物一般 产生于采用消毒剂对饮用水进行消毒时 消毒剂 母体化合物 NOM DBPs 消毒副产物历史 1972年 鲁克博士在鹿特丹自来水厂首先发现处理后的饮用水中有三卤甲烷 THMs 1974年发现氯消毒会产生具有致突变和致癌性的三氯甲烷 此后 国际饮用水界研究消毒副产物已经有30多年的历史 自1974年以来已鉴定出约600种消毒副产物 可能已鉴定出 50 氯消毒副产物2