安全饮用水的主要处理工艺流程 (1)

2．阳离子型高分子混凝剂可对负电荷胶粒起电性中和与吸附架桥双重作用，始凝 体一般比较密实。非离子型和阴离子型高分子混凝剂只能起吸附架桥作用。当高分子物 质投量过多时，也产生“胶体保护”作用使颗粒重新悬浮。
2.2 混凝剂和助凝剂 2.2.1 混凝剂 应用于饮用水处理的混凝剂应符合以下基本要求：混凝效果好；对人体健康无害； 使用方便；货源充足，价格低廉。 混凝剂各类很多，据目前所知，不少于 200～300 种。按化学成分可分为无机和有 机两大类。无机混凝剂品种较少，目前主要是铁盐和铝盐及其聚合物，在水处理中用的 最多。有机混凝剂品种很多，主要是高分子物质，但在水处理中的应用比无机的少。本 节仅介绍常用的几种混凝剂。 （1）无机混凝剂 常用的无机混凝剂列于下表，这里仅简要介绍几种。
法外，还有其它一些方法，如曝气法，水库蓄存法等不一一介绍。此外，新的预处理法
正在继续探索中。
深度处理主要有以下几种方法：粒状活性炭吸附法；臭氧-粒状活性炭联用法或生
物活性炭法；化学氧化法；光化学氧化法及超声波-紫外线联用法等物理化学氧化法；
膜滤法等等。在以上几种方法中，活性炭吸附及臭氧-活性炭联用法已用于生产，欧洲
安全饮用水的主要处理工艺流程
一、给水处理工艺流程概述
给水处理的任务是通过必要的处理方法去除水中杂质，使之符合生活饮用或工业使 用所要求的水质。水处理方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求胡定。在给水处 理中，有的处理方法除了具有某一特定的处理效果外，往往也直接或间接地兼收其它处 理效果。为了达到某一处理目的，往往几种方法结合使用。本节仅列出几种主要给水处 理方法，以便于读者对给水处理有一概括的了解。
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水处理技术人员针对不同原水水质和水质处理要求，往往会采用两种以上方法组合应 用。
二、混凝
2.1 混凝机理 简而言之，“混凝”就是水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。这一过程涉及 三方面问题：水中胶体粒子（包括微小悬浮物）的性质；混凝剂在水中的水解物种以及 胶体粒子与混凝剂之间的相互作用。 关于“混凝”一词的概念，目前尚无统一规范化的定义。“混凝”有时与“凝聚” 和“絮凝”相互通用。不过，现在较多的专家学者一般认为水中胶体“脱稳”——胶体 失去稳定性的过程称“凝聚”；脱稳胶体相互聚集称“絮凝”；“混凝”是凝聚和絮凝 的总称。在概念上可以这样理解，但在实际生产中很难截然划分。 水处理中的混凝现象比较复杂。不同种类混凝齐以及不同的水质条件，混凝剂作用 机理都有所不同。许多年来，水处理专家们从铝盐和铁盐混凝现象开始，对混凝剂作用 机理进行了不断研究，理论也获得不断发展。DLVO 理论的提出，使胶体稳定性及在一 定条件下的胶体凝聚的研究取得了巨大进展。但 DLVO 理论并不能全面解释水处理中的 一切混凝现象。当前，看法比较一致的是，混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有 3 种： 电性中和、吸附架桥和卷扫作用。这 3 种作用究意以何者为主，取决于混凝剂种类和投 加量、水中胶体粒子性质、含量以及水的 pH 值等。这 3 种作用有时会同时发生，有时 仅其中 1～2 种机理起作用。目前，这三种作用机理尚限于定性描述，今后的研究目标 将以定量计算为主。实际上，定量描述的研究近年来也已开始。 概括以上几种混凝机理，可作如下分析判断： 1．对铝盐混凝剂（铁盐类似）而言，当 pH＜3 时，简单水合铝离子[Al（H2O6）6]3+ 可起压缩胶体双电层作用，但在给水处理中，这种情况少见；在 pH=4.5～6.0 范围内（视
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后者置于常规处理后，即：
预处理+常规处理
或
常规处理+深度处理
预处理和深度处理的主要对象是水中有机污染物，主要用于饮用水处理厂。
预处理方法主要有：粉末活性炭吸附法；臭氧或高锰酸钾氧化法；生物氧化法等等。
以上各种预处理法除了水中有机污染物外，同时也具有除味、除臭及除色作用。当然，
不同方法在除污染能力上有所差别。同时，各种方法均各有优缺点。除了上述预处理方
常用的无机混凝剂
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铝系
硫酸铝
名称
明矾
聚合氯化铝（PAC） 聚合硫酸铝（PAS）
铁系
三氯化铁 硫酸亚铁 聚合硫酸铁（PFS） 聚合氯化铁（PFC）
化学式
Al2（SO4）3·18H2O Al2（SO4）3·14H2O KAl（SO4）2·12H2O（钾矾） NH4·Al（SO4）2·12H2O（铵矾） [Al2（OH）nCl6-n]m
国家应用较广泛，我国少数水厂也有应用。生产实践表明，采用臭氧-活性炭联用技术
去除水中微量有机污染物十分有效，但基建投资和运行费用较高，故我国目前尚未广泛
应用。同济大学严煦世教授等在光化学氧化法的研究方面已取得重要成果，超声-紫外
联用法也开始研究并取得一定成效，但这些技术尚难在城市水厂应用，宜用于小型饮水
净化装置。超滤法及纳滤法也具有应用前景，但不能去除水中小分子有机物，且纳滤和
Baidu Nhomakorabea超滤装置成本及运行费用较高。
以上各种预处理及深度处理方法的基本作用原理概括起来，无非是吸附、氧化、生
物降解、膜滤等 4 种作用，即：或者利用吸附剂的吸附能力去除水中有机物；或者利用
氧化剂及物理化学氧化法的强氧化能力分解有机物；或者利用生物氧化法降解有机物；
或者以膜滤法滤除大分子有机物。有时两种作用可同时发挥，如臭氧-活性炭联用技术
即发挥了氧化和吸附两种作用。在粒状活性炭上滋生的微生物，同时还有生物降解作用。
污染水源的饮用水预处理和深度处理自 80 年代开始受到广泛重视，有些技术或方
法当前正处于研究发展阶段。不同方法的组合应用往往会取得协同作用效果，故近年来
6．水的冷却 这是工业生产中循环冷却水系统所需的处理工艺。在生产过程中产生的热量往往会 使设备或产品温度升高从而影响生产甚至发生事故，故常用水作为冷却介质对设备进行 降温，因水的热容量大，是吸收和传递热量的良好介质。作为冷却介质的水通过换热器 等设备以后温度升高，必须经过冷却处理使水再恢复原先温度后，才能循环使用。水的 冷却一般采用冷却塔。在条件和冷却要求许可下，也有采用喷水冷却池或水面冷却池的。 7．水的腐蚀和结垢控制 在某些情况下，水在使用过程中会对金属管道或容器材质产生腐蚀和结垢作用，在 循环冷却水系统中尤其突出。因此，对这类用水的水质必须加以改善，并进行水质调理， 以控制腐蚀和结垢的发生。水质调理往往是通过在水中投加化学药剂来完成。控制腐蚀 的药剂称缓蚀剂，控制结垢的药剂称阻垢剂。有时也通过去除水中产生腐蚀和沉积物的 成分来达到水质调理目的。 8．生活饮用水 对于不受污染的天然地表水源而言，饮用水的处理对象主要是去除水中悬浮物、胶 体和致病微生物；对此，常规处理工艺（即混凝、沉淀、过滤、消毒）是十分有效的。 但对于污染水源而言，水中溶解性的有毒有害物质，特别是具有致癌、致畸、致突变的 有机污染物（简称“三致物质”）或“三致”前体物（如腐植酸等）是常规处理方法难 以解决的。于是，便在常规处理基础上增加预处理和深度处理。前者置于常规处理前，
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混凝剂投量不同而异），主要是多核羟基配合物对负荷胶体起电性中和作用，凝聚体比 较密实；在 pH=7～7.5 范围内，电中性氢氧化铝聚合物[Al（OH）3]n 可起吸附架桥作用， 同时也存在某些羟基配合物的电性中和作用。天然水的 pH 值一般在 6.5～7.8 之间，铝 盐的混凝作用主要是吸附架桥和电性中和，两者以何为主，决定于铝盐投加量；当铝盐 投加量超过一定限度时，会产生“胶体保护”作用，使脱称胶粒电荷变号或使胶粒被包 卷而重新稳定（常称“再称”现象）；当铝盐投加量再次增大、超过氢氧化铝溶解度而 产生大量氢氧化名沉淀物时，则起网捕和卷扫作用。实际上，在一定的 pH 值下，几种 作用都可能同时存在，只是程度不同，这与铝盐投加量和水中胶粒含量有关。如果水中 胶粒含量过低，往往需投加大量铝盐混凝剂使之产生卷扫作用才能发生混凝作用。
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水”处理到符合生活饮用或某些工业用水要求时的处理过程，一般称为咸水“淡化”； 制取纯水及高纯水的处理过程称为水的“除盐”。淡化和除盐主要方法有：蒸馏法、离 子交换法、电渗析法及反渗透法等。离子交换法需经过阳离子和阴离子交换剂两种交换 过程；电渗析法系利用阴、阳离子交换膜能够分别透过阴、阳离子的特性，在外加直流 电场作用下使水中阴、阳离子被分离出去；反渗透法系利用高于渗透压的压力施于含盐 水以使水通过半渗透膜而盐类离子被阻留下来。电渗析法和反渗透法属于膜分离法，通 常用于高含盐量水的淡化或离子交换法的前处理工艺。
[Al2（OH）nSO4）3- n ]m
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FeCl3·6H2O FeSO4·7H2O
[Fe2（OH）nSO4）3- n ]m
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[Fe2（OH）nCl6-n]m
（2）有机高分子混凝剂 有机高分子混凝剂又分天然和人工合成两类。在给水处理中，人工合成的日益增多 并居主要地位。这类混凝剂均为巨大的线性分子。每一大分子由许多链节组成且常含带 电基团，故又被称为聚合电解质。按基团带电情况，又可分以下 4 种：凡基团离解后带 正电荷者称阳离子型，带负荷者称阴离子型，分子中既含正电基团又含负电荷基团者称 两性型，若分子中不含可离解基团者称非离子型。水处理中常用的是阳离子型、阴离子 型和非离子型 3 种高分子混凝剂，两性型使用极少。
1．澄清和消毒 这是以地表水为水源的生活饮用水的常用处理工艺。但工业用水也常需澄清工艺。 澄清工艺通常包括混凝、沉淀和过滤。处理对象主要是水中悬浮物和胶体杂质。原 水加药后，经混凝使水中悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝体，而后通过沉淀池进行重力分 离。过滤是利用粒状滤料截留水中杂质的构筑物，常置于混凝和沉淀构筑物之后，用以 进一步降低水的浑浊度。完善而有效的混凝、沉淀和过滤，不仅能有效地降低水的浊度， 对水中某些有机物、细菌及病毒等的去除也是有一定效果的。根据原水水质不同，在上 述澄清工艺系统中还可适当增加或减少某些处理构筑物。例如，处理高浊度原水时，往 往需设置泥沙预沉池或沉沙池；原水浊度很低时，可以省去沉淀构筑物而进行原水加药 后的直接过滤。但在生活饮用水处理中，过滤是必不可少的。大多数工业用水也往往采 用澄清工艺作为预处理过程。如果工业用水对澄清要求不高，可以省去过滤而仅需混凝、 沉淀即可。 消毒是灭活水中致病微生物，通常在过滤以后进行。主要消毒方法是在水中投加消 毒剂以灭致病微生物。当前我国普遍采用的消毒剂是氯，也有采用漂白粉、二氧化氯及 次氯酸钠等。臭氧消毒也是一种消毒方法。 “混凝—沉淀—过滤—消毒”可称之为生活饮用水的常规处理工艺。我国以地表水为
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水源的水厂主要采用这种工艺流程。如前所述，根据水源水质不同，尚可增加或减少某 些处理构筑物。
2．除臭、除味 这是饮用水净化中所需的特殊处理方法。当原水中臭和味严重而采用澄清和消毒工 艺系统不能达到水质要求时方才采用。除臭、除味的方法取决于水中臭和味的来源。例 如，对于水中有机物所产生的臭和味，可用活性炭吸附或氧化法去除；对于溶解性气体 或挥发性有机物所产生的臭和味，可采用曝气法去除；因藻类繁殖而产生的臭和味，可 采用微滤机或气浮法去除藻类，也可在水中投加除藻药剂；因溶解盐类所产生的臭和味， 可采用适当的除盐措施等等。 3．除铁、除锰和除氟 当地下水中的铁、锰的含量超过生活饮用水卫生标准时，需采用除铁、锰措施。常 用的除铁、锰方法是：自然氧化法和接触经法。前者通常设置曝气装置、氧化反应池和 砂滤池；后者通常设置暴气装置和接触氧化滤池。工艺系统的选择应根据是否单纯除铁 还是同时除铁、除锰，原水中铁、锰含量及其它有关水质特点确定。还可采用药齐氧化、 生物氧化法及离子交换法等。通过上述处理方法（离子交换法除外），使溶解性二价铁 和锰分别转变成三价铁和四价锰沉淀物而去除。 当水中含氟量超 1.0mg/L 时，需采用除氟措施。除氟方法基本上分为成两类，一是 投入硫酸铝、氯化铝或碱式氯化铝等使氟化物产生沉淀；二是利用活性氧化铝或磷酸三 钙等进行吸附交换。目前使用活性氧化铝除氟的较多。 4．软化 处理对象主要是水中钙、镁离子。软化方法主要有：离子交换法和药剂软化法。前 者在于使水中钙、镁离子与阳离子交换剂上的阳离子互相交换以达到去除目的；后者系 在水中投入药剂如石灰、苏打等以使钙、镁离子转变成沉淀物而从水中分离。 5．淡化和除盐 处理对象是水中各种溶解盐类，包括阴、阳离子。将高含盐量的水如海水及“苦咸