国内外给水厂净水工艺研究综述

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江西化 工
2009年第 2期
响 ) , 出水有机物浓度高 ( 生物不稳定, 易使输配水 管道 中细菌滋长, 恶化水质 ), 氨氮浓度 高, 使加 氯量增 加进 而使消毒副产物 (如三卤甲烷、卤乙 酸等 ) 量增加, 提高 了饮用水的致癌风险 , 使出厂水有异味, 水质下降。
针对以上 情况, 净 水厂 的工 艺改 造有 以下 几种 方 法: a. 增加深度 处理 构筑物, 如活 性炭 吸附 (或 者臭 氧 - 活性炭联 用 )技 术; b. 增 加预处 理构 筑物, 如 生物 预 处理 ( 接触氧化池或生物滤池 ); c. 不增加 常规工艺前、 后的净化构 筑物, 在 现有 工艺 上改 造, 如强 化混 凝、强 化过滤、优化消毒; d. 综合采用 前面几种技术 [ 2]。
程。目前, 随着国民经济与 工业生 产的发 展, 给水过程 的自动监控技术在我国得到了迅速发展 [ 5] 。 3 关于不同的水质参 数对应不同的水处理工艺研究
综观给水净 水工 艺的 发展 历程, 表 1列 出针 对不 同水质参数而选择的不同处理方法 [ 6] 。
水质参数 浊度
色度 嗅味 挥发性有机 物 ( VOC) 三卤甲烷和腐 殖酸 有机化合物 细菌和病毒
然而, 到了二十世纪八十和 九十年 代, 水体微 污染
加剧, 使得仅对 水源 水以 传统 水处 理工 艺 进行 处理 难 以满足要求, 必需进行深度处理, 这更 进一步 加大了 新 建水厂工艺 选择 的难 度。因 此, 水 源水 中 各种 有毒 有 害有机物的去除 已成 为研 究热 点, 并出 现 了新 的水 质 污染指标和规定。例如, 总三卤甲 烷、挥发性 有机物 和 最大污染物 浓度 等。为了 对 待这 些新 情况, 满 足净 水 处理要求, 工程 技术 人员 和研 究人 员已 经 成功 地设 计 出去除水中 有机 污染 物的 方法。 这些 方法, 如 化学 氧 化、活性炭吸 附和强化混凝处理 等, 在 过去的 十多年 里 一直是主要的研究方向。另 外, 许 多持久 性有机 物, 例 如多环芳烃 ( PAH s) 和有 机氯农 药 ( OCPs) 等, 在环 境 中残留 水平很 低, 对综 合指标 BOD、COD 和 TOC 等 的 贡献很小, 但 危 害却 很 大, 具 有潜 在 生 态和 健 康 威 胁 性。多环芳 烃是 一 类 特殊 而 稳定 的 环 状结 构 的 化 合 物, 难降解, 容易 在生物 体内富 集, 具有明显 的 / 三致 0 效应。美国环保局在其优先控 制污染 物黑名 单中列 出 了 16种多环芳烃。有机 氯农药可 长期滞 留环境 中, 不 易光解, 也难 通过化学或生物方 式降解, 且由 于其高 脂 溶性, 易在生 物体内的脂肪组织 中富集, 进而 通过食 物 链放大 [ 3] 。 5关于持 久性 有机 污染物 的斯 德哥 尔摩 公 约 6中首批控制 的 12 种化 合物 中, 有 9 种 属于 含氯 杀 虫剂 [ 3] 。现有的混凝 沉淀、煤 砂过 滤和 活 性炭 过滤 的 工艺对多环芳烃 和有 机氯 农 药都 有良 好的 去除 效果。 但随着饮用水标准的提高, 为保 障出水 水质需要, 应 考 虑合 适的深 度处 理工艺。 强化 混凝、臭氧 + 活 性炭 与 现有常规处 理 工 艺相 结 合。美 国环 境 保 护局 于 1996 年 3月开始着手 于建 立并 开发 食品、饮 料 中的 内分 泌 干扰化学物质的筛选方法; 同年 8月, 欧洲经 济协力 开 发机构也开始了内分泌干扰化 学物质 的试验 方法的 开 发; 日本 厚生省也 于 1998年 3月 开始着手 有关食品 和 自来水等的内分 泌干 扰物 质 的暴 露及 其危 害性 研究。 我国有关自来水 安全 性的 研究 起步 比较 晚, 而 有关 环 境中内 分 泌 干 扰 物 质 方 面 的 研 究 工 作 则 是 刚 刚 开 始 [ 4] 。
具体来说, 给 水厂 净水 系统 技术 改造 的内 容主 要 包括如下几个部分 [ 2]:
a. 针对水源水 的污 染 特性, 增 设必 要的 预 处理 设 施。预处理技术包括投加 化学氧 化剂, 如臭氧、高 锰酸 钾; 投加吸附剂, 包 括粉 末活 性炭 和活 化粘 土; 以及 生 物氧化技术 等。特别 是生物 氧化 预处 理技 术 ( 如曝 气 生物滤池 ), 由于 本身 存在的 一些 优点, 自 二十 世纪 八 十年代以来, 在 许多 国家 得到 重视。 我国 部分 城市 水 厂也已经开始了这方 面的工作。
给水处理的方法 应根据水源水 质和用 水对象 对水 质的要求而确定。在逐渐认 识到饮 用水存 在水质 污染 和危害的同时, 人 们也 开始 了长 期不 懈地 对饮 用水 净 化技术的研究和应用 。到 20世 纪初, 饮用 水净化 技术 已基本形成了现在被 人们普遍称之 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。 这种 常 规处理工艺至 今仍 被世 界上 大多 数国 家所 采用, 成 为 目前饮用水处理的主 要工艺。
1净水工艺改造策略研究目前我国各自来水厂的水源大都遭受生活污水与工业废水的污染如水源水中原本就含有的天然有机物naturalorganicmatteranom其主要是亲水酸性多分散的腐殖质在一定条件下能与一些物质反应生成对人体具有慢性或急性毒性的物质如腐殖质能与消毒剂氯反应生成氯仿及其他具有三致作用的消毒副产物已成为最主要的消毒副产物的前体物
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江西化 工综述
王星
(江西省南昌供水有限 责任公司 )
摘 要: 本文介绍了给水厂净水工艺的发展过程。通 过对不同 净水工艺的 比较研究, 结合我国现有条件, 提出在优先考虑强化常规工艺的前提 下, 发 展预处理和 深度处理 将是 给水厂改造的主要方向。
关键词: 给水厂 净水工艺 研究综述
2009年 6月
国内外给水厂净水工艺研究综述
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此外, 现代水 处理 工艺 采用 自动 控制 技术 监控 生 产过程已是一 种趋 势, 当前 发达 国家 给水 程序 中的 自 动监控技术已经发 展到 较高 水平, 我国 则经 历了从 20 世纪 80年代的引进国外系统装置再消化吸 收, 到 90年 代开始自主研 制批 量生 产, 并在 净水 厂广 泛应 用的 过
1 引言 随着社会 经济 的高 速发 展与 城市 化进 程的 加速,
水源污染的问 题日 趋严 重, 生活 饮用 水中 有毒 有害 物 质明显增加 , 特 别是 有 机化 工、石 油 化工、医 药、农药、 杀虫剂及除草 剂等 生产 工业 的迅 速发 展, 有机 化合 物 的产量和种类 不断 增加, 饮 用水 的水 质问 题已 经受 到 人们的普遍 关注。 因此, 有 必要 对给 水厂 的净 水工 艺 进行深入研究, 以满足日益提高的水质标准的要求。 2 净水工艺的发展过程研究
g. 增设活性炭吸 附或 生物 活性 炭 (臭 氧 - 活性 炭 联用 ) 深度处理设施, 进一步 控制出厂水 中的有机 污染 物的浓度, 减少卤代物质的生成量。
h. 在无条 件建 立活 性炭 滤池 时, 可在 过滤 前投 加 粉末活性炭 ( PA C), 或将滤池改造为活性滤池。
给水厂是给水工 程的核心部 分, 它 是控制 水质、净 化水质的主要环节 [ 1]。饮用水常 规工艺的 主要目 标是 去除水源水 中的 悬浮 物、胶体 杂质 和细 菌。我 国的 给 水技术是世界 上发 展最 早的 国家 之一, 利 用明 矾作 为 药剂在世界上也属于 领先地位 [1] 。我国城 市供水 量大 幅度增加, 城市供 水普 遍跟 不上 经济 发展 和人 民生 活 水平的提高, 人们同时又受到 水质污染 的威胁, 从 而促 使取水水源及净水工 艺技术的不断改进。
d. 沉淀池、澄 清池 的技 术改 造。改 造的 基 本方 法 是加装斜管或斜板。
e. 过滤技术改造, 改造为 煤和砂的 双层滤 料滤池; 可考虑采用轻质 (煤或陶粒滤料 )、粒径较 粗、滤层 较厚 的均匀滤料。 滤池 采用 气水 联合 反冲 洗, 改善 冲洗 效 果, 节约冲洗水量。
.f 助滤剂 的应用。在进滤池的水中再加注少量 (一 般为 1- 3m g /L) 的混 凝剂 或微 量 ( 一般 几十 L g /L ) 高 分子絮凝剂, 能明显改善水的 过滤性能 , 显 著提高 去除 率。这是改善过滤出水 水质的一 个非常 重要措 施。投 加助滤剂后, 出水浊度明显降 低, 但 运行周 期会相 应缩 短。经试验, 采用 助滤 剂方 案时, 如 运行 周期 尚 长, 可 不改变滤层, 否则 要同 时把 滤层 改为 双层 滤料 或均 粒 滤层并加装表面冲洗 以改善冲洗效果。
b. 混凝技术改造。改造 的基本 方法可 因地制 宜选 用静态混合器、利用水泵和加装机械搅拌混合器等。
c. 絮凝技术改造。改造 的基本 原则是 创造适 宜的 水力 条件, 使絮凝 的各段 过程中 尽量接 近最隹 GT 值。 对打碎絮体的部位需扩大断面 积, 对 GT 值过小的 部位 加装网格或阻流装置。如要 适当增 加絮凝 时间则 可适 当地占用一些沉淀池 空间来解决。
在二十世 纪七 十和 八十 年代, 给 水工 程技 术人 员 面临的主要问 题是 工程 的投 资效 益, 即如 何以 最低 的 工程总投资 来完 成简 单的 处理 目标 [2] 。因 此, 在这 段 时期里, 研究出了许多比较经 济的净水 技术和 工艺, 这 些研究包括改进沉淀池设 计, 出现了斜 管沉淀 池、斜板 沉淀池和气浮 池等 快速 澄清 工艺, 还 有快 速过 滤工 艺 和将絮凝、沉淀和 过滤 工艺 组合 在一 起的 专用 集成 设 备。
生物活性炭 空气吹脱
粒状活性炭 两 种 (吹脱和粒状活性炭 )技术联用 前驱物的去除: 强化混凝; 粒状活性炭; 生物活性炭 氯化副产物的去除: 粒状活 性炭; 空气吹脱
离子交换树脂 生物活性炭
膜过滤 过滤 (部分去除 ) 消毒 (灭活 ): 氯; 二氧化氯; 氯胺; 臭氧
从表 1可 以看 出, 结合 混凝 工艺 的快 速砂 滤池 是 给水处理中 最通 用的 处理 方法。 然而, 在 常规 处理 工 艺基础上, 增加的 预氧 化和 吸附 以及 二者 的联 用是 解 决当前水源 遭到 污染 的主 要方 法。如 周立 红, 张淑 琪 等, 应用 Am es试验, 对几种 组合净 水工艺 对水中 致突 变物的去除效果 进行评 价, 以 寻找 最佳工 艺组 合。并 对其中较为理想的 一组工 艺, 采用膜过 滤法 研究各 单 元工艺对不同相对 分子质 量的有 机物的 去除 特点, 以 了解各种工艺对去除 水中致突变 有机物的 贡献 [ 7] 。另 外, 在我国生物 预处 理技 术也 已经 开始 得到 应 用。这 里新提出的膜过滤将 是未来很有发 展前途 的净水 处理 技术。 4 净水工艺的改造研究
4. 1 净水工艺改造策略研究 目前我国各自来水厂的水 源大都 遭受生 活污水 与
工业废水的污染, 如 水源 水中 原本 就含 有 的天 然有 机 物 ( N a tura l O rgan ic M a tters , NOM ) , 其主 要是亲 水、酸 性、多分散的 腐殖质, 在一定条 件下能 与一些 物质反 应 生成对人体具有 慢性 或急 性毒 性的 物质, 如腐 殖质 能 与消毒剂氯反应生成氯仿及其他具有 / 三致 0作用的 消 毒副产物, 已成 为最 主要 的消 毒副 产物 的前 体物。 另 外, 随着工业 和农业等废水的排 入, 饮 用水源 水受到 了 人为的污 染, 水源 水 中人 工合 成 有机 物 ( Synthetic O rgan ic Com pounds, SOC) 的数 量不断增大, 种类增多, 有 的具有更强的 / 三致 0作用 [ 8] 。这些原水经水厂常规 工 艺净化, 浊度 不易得 到很好 控制, 滤 池易 堵塞 ( 藻类 影
表 1 目前最通用的给水处理方法 (美国, 1998年 ) 工艺组成
快速砂滤池 ( 常规方式 ): 絮凝, 沉淀, 过滤 快速 砂滤池 (直接过滤方式 ): 絮凝, 过滤
膜过滤 絮凝 /快速砂滤池 吸附 : 粒状 (粉状 )活性炭; 离子交换树脂 氧化作用: 臭氧; 氯; 高锰酸钾; 二氧 化氯 氧化作用: 臭氧; 氯; 高锰酸钾; 二氧 化氯