國內(nèi)外給水處理發(fā)展動態(tài).ppt

1、國內(nèi)外給水處理技術 發(fā)展動態(tài),背景和問題,水環(huán)境污染 飲用水質(zhì)標準不斷提高 科學技術進步的推動作用,水環(huán)境污染,飲用水作為生命存活的基本需求物質(zhì)，其質(zhì)量直接影響著身體的健康。目前我國城市水域受污染率已高達90%以上，根據(jù)衛(wèi)生部和水利部門的調(diào)查，我國現(xiàn)有3億多人飲水不安全，其中1.9億人飲用水有害物質(zhì)含量超標。 我國2003年廢水總量已達460億m3，其中工業(yè)廢水212.4億m3，生活廢水247.6億m3，生活廢水的處理率僅為25.8%，這造成了地表水體甚至一部分地下水的嚴重污染。,水環(huán)境污染,我國水資源污染呈發(fā)展趨勢，而城市河流污染形勢更為嚴峻。 淡水環(huán)境2003年度七大水系407個重點監(jiān)測斷

2、面中，38.1的斷面滿足III類水質(zhì)要求，32.2的斷面屬、類水質(zhì)，29.7的斷面屬劣類水質(zhì)。其中七大水系干流的118個國控斷面中，III類水質(zhì)斷面占53.4，、類水質(zhì)斷面占37.3，劣類水質(zhì)斷面占9.3。,水環(huán)境污染,2003年度七大水系污染程度由重到輕依次為：海河、遼河、黃河、淮河、松花江、長江、珠江。 湖泊的情況也不容樂觀，在20世紀70年代調(diào)查的34個湖泊中，呈現(xiàn)富營養(yǎng)化的湖泊占所評價面積的5%；而19861989年調(diào)查結果顯示，富營養(yǎng)化湖泊面積增加至35.76%；到90年代我國東部的湖泊幾乎都處于富營養(yǎng)化狀態(tài)；至2003年，28個重點湖庫中，類、III類、類、類和劣類水質(zhì)的湖庫分別占

3、3.6、21.4、25.0、14.3和35.7?？梢姾此廴粳F(xiàn)象在近30年來呈迅速增長趨勢。,水環(huán)境污染,水環(huán)境污染造成的損失有許多方面，各種損失都是可以計算出來的，但唯獨對人體生命健康方面造成的危害是無法計算的，并且危害不僅是經(jīng)濟方面的，更重要的是社會方面的，它牽涉到社會安定、社會發(fā)展等方面。所以水環(huán)境方面，飲用水問題應是最大的課題。 飲用水中對人體健康有危害的主要有致病微生物，無機物及有機物。飲用水的微生物學安全性無疑是首要的，其消毒及消毒副產(chǎn)物控制，都是重要課題。飲用水中的無機物，有的對人體有毒性，有的為不可缺少的，有的對人體健康的影響則比較復雜，也都是值得研究的課題。飲用水中的有機物

4、，種類繁多，有常量的、有微量的、有天然的，但更多的是污染造成的。由于我國水環(huán)境污染主要是有機物的污染，所以飲用水中的有機物問題也特別突出，應做為重大科學問題進行研究。,飲用水中有機物的分類,水源水中的有機物可以分為以下兩類：天然有機物（NOM）和人工合成有機化合物（SOCs） 。 TOC DOC AOC（BDOC） VOC,可生物同化有機碳,可生物同化有機碳(AOC)是有機物中最易被微生物合成菌體的、支持異養(yǎng)細菌生長繁殖最好的營養(yǎng)基質(zhì)。 國外普遍采用AOC作為反映飲用水生物穩(wěn)定性的替代參數(shù)，飲用水的生物穩(wěn)定性是指飲用水中可生物降解有機物支持異養(yǎng)細菌生長的潛力。水中AOC可反映水中細菌生長的限制

5、性營養(yǎng)水平，在沒有加氯的情況下，AOC1020 g乙酸碳/L的飲用水為生物穩(wěn)定的水；在加氯的情況下，AOC50100 g乙酸碳/L的水為生物穩(wěn)定的飲用水。 生物不穩(wěn)定的飲用水會使細菌在給水管網(wǎng)中重新生長，使用戶水色度和濁度上升，細菌數(shù)增加，導致水質(zhì)的二次污染。,由于分析技術的發(fā)展，在水源水中發(fā)現(xiàn)了微量有機污染物，引起人們的極大重視。我國從八十年代也開始重視。迄今，由水中檢出微量有機物已有二千余種（九十年代資料），其中有許多是有毒有害的。1997年美環(huán)保局（EPA）提出飲水規(guī)程和健康建議，列出了200種有機物的毒性。有人認為，目前已檢出的有機物種類，只占水中有機物種類的一小部分。此外，每年世界上

6、新增加的有機物種類達數(shù)萬種，必然有一些會進入水中，所以水中有機物種類會不斷增加。對水中有機物，特別是種類繁多的微量有機物的生物毒理學評價，是一項艱巨、復雜的任務。目前只做出了對若干單質(zhì)有機物的生物毒理學評價。有的專家指出，水中多種有機物的生物毒性存在協(xié)同效應，即兩種或多種有機物比單質(zhì)的生物毒性高得多，但這方面的研究尚僅處于起步階段。,水中有機污染物對人體構成潛在危害,NOM主要由腐殖質(zhì)，藻類。腐殖質(zhì)本身并無多大危害，但是它們是氯消毒副產(chǎn)物，如三氯甲烷的前體物（THMPFs），這些消毒副產(chǎn)物具有“三致”作用。 藻類通過消耗水中大量的溶解氧使水質(zhì)惡化；藍藻門的不定腔球藻、銅銹微囊藻等分泌藻毒素。藻

7、類有機物滯留在管網(wǎng)中，為細菌提供營養(yǎng)，造成細菌再繁殖，形成生物粘膜，引起管道腐蝕，使飲用水水質(zhì)下降。藻類分泌物、天然有機物的分解產(chǎn)物，以及工業(yè)廢水、生活污水污染物，都會使水產(chǎn)生臭味，影響飲用水的品質(zhì)。,水中有機污染物對人體構成潛在危害,SOCs許多是有毒有機污染物。它們內(nèi)含一些具有危害性的官能團，會抑制或破壞生命組織的功能；現(xiàn)代醫(yī)學的發(fā)展證明，即使在低濃度下，這類有機物也可能對人體健康和環(huán)境造成嚴重、甚至是不可逆的影響。這類有機物在天然水體中往往難于降解，并具有生物累積性的“三致”作用或慢性中毒，而且分布面極廣。有的有毒有機污染物通過遷移、轉化、富集，其濃度水平可提高數(shù)倍甚至上百倍，對生態(tài)環(huán)境

8、和人體健康是一種潛在威脅。,水中有機污染物對人體構成潛在危害,SOCs中一些是持久性有機污染物（POPs）。典型的POPs有多環(huán)芳烴，有機氯農(nóng)藥，鄰苯二甲酸脂等。POPs對于自然條件下的生物代謝、光降解、化學分解等具有很強的抵抗能力。POPs在水體中的半衰期大多在幾十天至20年，個別長達100年； 已有的研究表明，POPs 除具有急性和慢性毒性外，還具有顯著的致癌、致畸、致突變等遠以及神經(jīng)毒性和內(nèi)分泌干擾特性等。由于環(huán)境污染，人類（特別是男性）的生殖能力在上個世紀已下降了一倍。因此，激素的內(nèi)分泌干擾作用更受關注。,水質(zhì)要求不斷提高,現(xiàn)行國標35項 建設部2000供水規(guī)劃89項 衛(wèi)生部2001衛(wèi)

9、生規(guī)范96項 建設部2005城市供水水質(zhì)標準101項 新的國標正在制定之中,現(xiàn)有水廠工藝的不足,混凝-沉淀-過濾-消毒的常規(guī)處理工藝流程對水中有機物的去除能力較低，尤其是對水中可溶性分子有機物的去除效果更差。 相當一部分水廠設備陳舊、老化。 為適應水源水質(zhì)的污染加劇和不斷提高的飲用水標準，對我國城鎮(zhèn)現(xiàn)有水廠水處理工藝進行改造已是亟待解決的問題。,科學技術進步的推動作用,分析檢測技術：儀器分析技術，在線連續(xù)檢測技術； 微電子技術和計算機技術：自動檢測，自動控制，自動化管理； 膜技術：絕對分離技術； 聚合物科學：混凝劑，絮凝劑，特種材料； 生物技術：生物毒理實驗技術，生物處理技術水質(zhì)生物穩(wěn)定性；

10、催化氧化技術：化學催化，物理催化，物理化學催化。,無機高分子混凝劑和復合混凝劑,無機高分子混凝劑的發(fā)展 無機高分子混凝劑的品種和應用 無機高分子混凝劑的作用原理,無機高分子混凝劑的發(fā)展,日本、西歐、前蘇聯(lián)60年代開始研究，聚合類混凝劑的生產(chǎn)占混凝劑總量的3060%。美國近年來也開始重視研究和生產(chǎn)。 我國于60年代末期帶70年代初期開始研究聚合氯化鋁，80年代開始研究聚合硫酸鐵，具有中國的特點，數(shù)百個廠家，質(zhì)量參差不齊。 目前，國內(nèi)研究聚合鋁、鐵、硅及各種復合混凝劑成為熱點，有數(shù)十種專利。,無機高分子混凝劑的品種和應用,陽離子型：聚合氯化鋁（PAC，PACl）、聚合氯化硫酸鋁（PACS）、聚合氯

11、化鐵（PFC）、聚合磷酸鋁（PAP）、聚合硫酸鋁（PAS）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚合磷酸鐵（PFP） 陰離子型：活化硅酸（AS）、聚合硅酸（PS） 無機復合型；聚合氯化鋁鐵（PAFC）、聚合硅酸鋁（PASI）、聚合硅酸鋁鐵（PAFS）、聚合硅酸鐵（PFSI）、聚合磷酸鋁鐵（PAFP） 無機有機復合型：聚合鋁-聚丙烯酰胺、聚合鐵-聚丙烯酰胺、聚合鋁-甲殼素、聚合鐵-甲殼素,無機高分子混凝劑的品種和應用,鋁-硅、鐵-硅復合混凝劑可大大增強絮體的團聚能力，除濁效果好，但電性中和能力降低，不利于色度的去除。 硅酸與鋁或鐵復合的另一目的是加強硅酸的穩(wěn)定性，活化硅酸只能現(xiàn)配現(xiàn)用，不能商品化。硅酸內(nèi)加入少

12、量的鋁鹽或鐵鹽可延長保存期至半年以上，這實質(zhì)上是發(fā)展了的陰離子型無機高分子絮凝劑。同樣，在聚合鋁或聚合鐵中加入少量硅酸也可提高復合混凝劑的穩(wěn)定性但仍然屬于陽離子型。,無機高分子混凝劑的作用原理,吸附及吸附電性中和機理為主 聚合氯化鋁的質(zhì)量取決于產(chǎn)品中13聚鋁的含量，鹽基度在6070%之間較好 混凝劑的選擇與原水水質(zhì)相關,飲用水中的致病性微生物和水的消毒,細菌 主要有沙門氏菌（傷寒、副傷寒等）、老霍氏菌（細菌性痢疾）、霍亂弧菌、耶爾氏菌（胃腸炎）。大腸桿菌類為指示微生物。大腸菌類標準對預防癥狀明顯的細菌性傳染疾病的發(fā)生有一定價值，但對低含量的病毒原體引起的傳染病不能起預防作用。 病毒 球狀，20

13、80 nm由飲水傳染的多半是腸道病毒：甲肝病毒，乙肝病毒脊椎灰質(zhì)炎病毒 ， 致病原生動物 阿米巴（痢疾），兼性寄生阿米巴（腦膜炎），腸梨形蟲、賈第蟲、隱孢子蟲（腹瀉）。致病原生動物的卵和孢囊（415 mm），具有耐氯性，臭氧可將其滅活。,濁度的衛(wèi)生學意義,濁度可以反映出水中的顆粒物含量，特別對于小于1 mm的膠體顆粒含量比較靈敏。細菌和病毒的尺寸一般小于1 mm，是濁度的組成部分，濁度低也反映了細菌和病毒的數(shù)量少，所以濁度已不再僅僅是感官指標而被美國列為水的衛(wèi)生學指標。,氯消毒,氯消毒在水介傳染病控制中起過重要的作用。 氯消毒能產(chǎn)生大量副產(chǎn)物，主要是鹵化烴類，其中濃度最高的是三氯甲烷（THMs

14、）和鹵乙酸（HAAs），氯化副產(chǎn)品大多具有“三致”作用 。 安全氯化法可通過以下方式實現(xiàn)： 改進氯化工藝：加氯點后移，盡量不采用預氯化。 采用氯胺消毒法，但效果較差。 提高有機物的去除率。適當?shù)幕炷に嚹軌蛉コ蟛糠指迟|(zhì)，臭氧氧化、高錳酸鉀氧化、活性炭吸附能夠有效地去除水中的有機物（THMFP）。在有效地去除水中的有機物的基礎上，氯消毒被認為是安全的。,二氧化氯消毒,二氧化氯消毒原理 二氧化氯制備 二氧化氯消毒的優(yōu)缺點,二氧化氯消毒原理,二氧化氯滅活微生物的機制包括：二氧化氯能氧化損壞細胞膜，使其滲透性增加，導致細胞內(nèi)物質(zhì)如蛋白質(zhì)、RNA、DNA的漏出，影響鉀的吸收與保留；二氧化氯進入細胞質(zhì)

15、后，能破壞干擾多種酶系統(tǒng)，并可損壞基因組，使細胞喪失生理功能。,二氧化氯制備,亞氯酸鈉加氯制取法 亞氯酸鈉加酸制取法 氯酸鈉鹽酸復合式二氧化氯制取法 電解法二氧化氯發(fā)生器,二氧化氯制備（亞氯酸鈉加氯制取法 ）,以亞氯酸鈉(NaCl02)和液氯(C12)為原料，其反應為： 2NaClO2 + C12 2ClO2 + 2NaCl C1O2對人體健康有害，生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范（衛(wèi)生部，2001年）規(guī)定飲用水中亞氯酸根的最大允許濃度為0.2mg/L。需要加入比理論值更多的過量氯，使亞氯酸鹽反應完全，其結果是在產(chǎn)物中含有部分游離氯。在對受有機污染的水進行消毒時，這些游離氯仍會與水中有機物反應，生成鹵代消毒

16、副產(chǎn)物。 此法中二氧化氯的制取是在瓷環(huán)反應器內(nèi)進行。從加氯機出來的氯溶液與用計量泵投加的亞氯酸鹽稀溶液共同進入反應器中，經(jīng)過約1分鐘的反應，就得到二氧化氯水溶液，再把它加入到待消毒的水中。,二氧化氯制備（亞氯酸鈉加酸制取法 ）,利用亞氯酸鈉在酸性條件下生成二氧化氯的特性，加入鹽酸或硫酸來制備，其反應式為： 5NaClO2 + 4HCl 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O 10NaClO2 + 4H2SO4 8C1O2 + 4Na2SO4 + 2NaCI + 4H2O 此法二氧化氯的制取是在反應器內(nèi)進行。分別用泵把亞氯酸鹽稀溶液(約7)和酸的稀溶液(HCI約8.5)打人反應器中，經(jīng)過約20

17、分鐘的反應，就得到二氧化氯水溶液。酸用量一般超過化學計量關系的34倍。比法的優(yōu)點是所生成的二氧化氯不含游離性氯，但是，因轉化率只有80，費用高于前氯酸鹽加氯的制取法。,二氧化氯制備（氯酸鈉加鹽酸制取法 ）,該法以氯酸鈉和鹽酸為原料，反應生成二氧化氯和氯氣的混合氣體，二氧化氯與氯氣的比為2：l，其反應式為： NaClO3 + 2HCl ClO2 + 0.5Cl2 + NaCl + H2O 反應的最佳溫度在70左右，產(chǎn)生的混合氣體通過水射器投加到被處理的水中。復合氧化氯制備設備由以下幾部分組成：供料系統(tǒng)、反應系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等。 與以亞氯酸鈉以原料生產(chǎn)純二氧化氯相比，以氯酸鈉為原

18、料生產(chǎn)復合式二氧化氯的優(yōu)點是：生產(chǎn)成本低(約為1/31/4)，安全性好(氯酸鈉比亞氯酸鈉性能穩(wěn)定)，消毒效果好，殘留亞氯酸根濃度低等。,二氧化氯制備（電解法）,電解法二氧化氯發(fā)生器適用于小型消毒場所，如游泳池消毒、二次供水的補充消毒等。 電解法二氧化氯發(fā)生器由次氯酸鈉發(fā)生器改進發(fā)展而成，該設備以鈦板為電極板，表面覆有氧化釕涂層，部分新產(chǎn)品還加有氧化銥，通過電解食鹽水的方法，現(xiàn)場制取含有二氧化氯和次氯酸鈉氯的水溶液，在總有效氯(具有氧化能力的氯)中，二氧化氯的含量一般在10%20，其余為次氯酸鈉(根據(jù)二氧化氯發(fā)生器的行業(yè)標準，在所生成的二氧化氯水溶液的總有效氯中，二氧化氯的含量大于10%的為合格

19、產(chǎn)品)。因此，該種發(fā)生器實際上是二氧化氯和次氯酸鈉的混合發(fā)生器，產(chǎn)物中二氧化氯占小部分，次氯酸鈉占大部分。,二氧化氯消毒的優(yōu)缺點,優(yōu)點：對細菌和病毒的消毒效果好；在pH值為69的范圍內(nèi)不受pH值的影響；不與氨反應；穩(wěn)定性低于氯胺，高于游離氯，能在管網(wǎng)中保存較長時間；二氧化氯又是強氧化劑，對水中多種有機物都有氧化分解作用，并且不生成三鹵甲烷等鹵代消毒副產(chǎn)物(此點只適用于亞氯酸鈉加酸制取法，對其他二氧化氯制取法，因所生成的二氧化氯溶液中仍含有氯，仍會生成三鹵甲烷等鹵代消毒副產(chǎn)物，只是生成量較低)。 缺點：消毒費用高，達大限制了該法的使用。此外，二氧化氯分解的中間產(chǎn)物亞氯酸鹽對人體健康有一定危害，二

20、氧化氯消毒的危害，包括消毒劑本身和消毒副產(chǎn)物，還在深入研究中。,臭氧消毒,臭氧消毒能力高于氯。不產(chǎn)生氯代有機物，處理后水的口感好。但臭氧因自身分解速度過快，對管網(wǎng)無剩余保護，采用臭氧消毒的水廠還需在出廠水中投加二氧化氯作為剩余保護劑。其它缺點是：臭氧不穩(wěn)定，使用時均需要現(xiàn)場制備，設備復雜，使用不便；費用過高，數(shù)倍于氯消毒；如果原水中含有溴離子，二氧化氯將于溴離子反應生成對人體有害的溴酸鹽，此外，臭氧消毒副產(chǎn)物的危害仍處于深入的研究中。 臭氧消毒目前主要是用于食品飲料行業(yè)和飲用純凈水、礦泉水等的消毒，充分發(fā)揮其自分解后無殘余消毒劑，處理后口感好的特點。在國內(nèi)外自來水凈水廠處理工藝中，臭氧主要是作

21、為氧化劑，用于水的預氧化處理或者是臭氧(生物)活性炭深度處理工藝，單純用于凈水廠消毒的很少。,紫外線消毒,紫外線消毒是一種物理消毒方法，它利用紫外線的殺菌作用對水進行消毒處理。紫外線消毒是用紫外燈照射流過的水，以照射能量的大小來控制消毒效果。由于紫外線在水中的穿透深度有限，要求被照射的水的深度或燈管之間的間距不得過大。 與上面的化學消毒方法相比，紫外線消毒的優(yōu)點是：殺菌速度快，管理簡單，不需向水中投加化學藥劑，產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物少，不存在剩余消毒劑所產(chǎn)生的味道。不足之處是：費用較高，紫外燈管壽命有限，無剩余保護，消毒效果不易控制等 目前，紫外線消毒僅用于食品飲料行業(yè)和部分規(guī)模極小的小型供水系統(tǒng)。

22、,強化混凝技術,強化混凝的目的 去除水中的微污染物 去除THMFP，如腐殖質(zhì)（腐殖酸、富里酸）,強化混凝的方法,選擇適當?shù)幕炷齽?粉末活性炭+混凝 高錳酸鉀氧化吸附+混凝 臭氧氧化+混凝 控制混凝的物理化學條件,水的預處理與深度處理,預處理與深度處理的目的 預防水廠內(nèi)藻類的繁殖與滋生； 去除水中有機污染物及有毒物； 預防三氯甲烷（THMs）和鹵乙酸（HAAs）的形成，確保安全氯消毒 強化混凝過程 。,預處理,現(xiàn)行的預處理工藝主要有粉末活性炭吸附，臭氧氧化及滅藻，高錳酸鉀氧化及滅藻?；瘜W氧化改變原水中有機物的分子結構，使大分子有機物斷鏈為小分子物質(zhì)，去除部分溶解性有機物，并有效去除原水中的三氯甲

23、烷前體物，以減少再經(jīng)氯化消毒時可能的三氯甲烷生成量的研究。 80年代以來，生物預處理工藝因其在處理有機污染物、氨氮、色、嗅、味等方面的特點及其經(jīng)濟上的優(yōu)勢，越來越受到重視并得到較快的發(fā)展。這一領域的研究和應用，總體上都處于以去除氨氮、BOD5、CODCr等有機物綜合指標為代表的污染質(zhì)的階段。,深度處理,臭氧作為強氧化劑，在有效去除水中溶解性有機物、去除三氯甲烷前體物、去除色、嗅、味、消毒、殺藻等方面，臭氧具有明顯的優(yōu)勢，因而不僅用于預氧化和消毒，而且廣泛地用于深度處理。 當臭氧加注量充分時，氧化能夠進行得較為徹底，生成CO2和H2O， 但當臭氧量不足時，會出現(xiàn)副產(chǎn)物如過氧化物、環(huán)氧衍生物、甲醛（具有致癌特性）、丙酮酸、丙酮醛和乙酸等，有些則是對人體有害的誘變劑和致癌物質(zhì)。副產(chǎn)物產(chǎn)生量一般與原水有機物濃度成正比，國外有試驗表明：臭氧投加量為2.6mg/L時，一般水廠條件生成的酸總量為62g/mgTOC，生成醛類1040g/L。臭氧氧化生成的無機物中，溴酸根被國際癌癥研究會列入可能致癌物名單，并被WHO規(guī)定為無機副產(chǎn)物的代表，指標為25g/L。,深度處理,對有機微污染水源不宜單純采用臭氧作為深度凈化手段 活性炭對多種分子量大而極性小的有機有害物質(zhì)、金屬、非金屬、色、嗅、味、酚類