应对新的国家饮用水水质标准的现有水厂工艺改造技术对策
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应对新的国家《生活饮用水卫生标 准》的水厂现有工艺技术改造对策
刘文君 教授
wjliu@
清华大学环境科学与工程系 饮用水安全研究所 所长
主要内容
《生活饮用水水质标准》 （GB5749－2006）的特点 我国饮用水水源存在的问题 现有工艺的现状和挑战 水厂现有工艺改造的技术方案选择
给水处理传统工艺
混凝 沉淀 过滤 消毒
传统工艺是目前世界上应用最广泛的处理工艺。 对普通的悬浮物、浊度、细菌、微生物等物质有较 好的去除效果。然而在微量有机污染物、新型致病 微生物、消毒副产物控制等方面有较大的局限性， 已经不能满足现代社会发展的要求。
常规工艺改进的必要性
我国水源水质已受到不同程度污染，污染成份 越来越复复杂，短期内不会有根本好转。 水质标准越来越严格，水质指标数量和限值都有 大幅度提高。 常规处理工艺(混凝沉淀、过滤、消毒)已无能为 力，必须采用氧化、吸附、生物降解等新技术组 成的综合工艺才能制成安全干净的生活饮用水。
深度处理工艺选择
藻类含量较高的水库水：一般SS、氨氮、CODMn均较低，：
臭氧预氧化→混凝气浮→臭氧→活性炭工艺。
一般水源水 （氨氮<1.0mg/L，CODMn<6.0mg/L）(地表水Ⅲ类)
原水→混凝→沉淀→砂滤→臭氧→活性炭
氨氮浓度较高（氨氮>3.0mg/L，CODMn<6.0mg/L）：
AOC 少量
Ames活 性 负增长
基建/元 /m3
运转/元/m3
活性炭吸附
20~50
少量
很有 效 很有 效 部分
部分
很有效
80~100
0.12~0.15
臭氧-活性炭
20~50
80~90
80~90
很有效
很有效
综合 200~300( O345~50) 80~120
0.2~0.3(O3 0.05~0.10~5 0) 0.10
水质指标：106项，其中常规42项，非常规64项。 非常规：64项， 1）微生物学：2 （两虫） 2）毒理学：59 无机物：9，有机物：50 3）感官和一般化学性：3
新旧标准对比
增加了71项： 微生物指标：2 → 6 消毒剂：1 → 4 毒理指标：无机物：10 → 21 有机物：5 → 53 感官性状和一般理化指标：15 → 20 修订了8项： 总大肠菌群：3 CFU/L →不得检出 （CFU/100 mL） 砷：0.05mg/L → 0.01mg/L 镉：0.01mg/L → 0.005mg/L 铅：0.05 mg/l → 0.01mg/L 硝酸盐：20 mg/L → 10mg/L 四氯化碳：0.003mg/L → 0.002mg/L 浑浊度：3 度→ 1 NTU 总α放射性：0.1 Bq/L → 0.5 Bq/L 。
原水→生物处理→强化混凝→沉淀→活性滤池→臭氧 +活性炭
膜分离图谱
离子范围 微米（m） 10
－3
分子范围 10
－2
高分子范围 10
－1
微粒范围 1 10
海水淡化 盐水脱盐 脱硝态氮 除硬 度组分
脱色 脱天 然有机物 脱水溶 性腐植酸 脱 腐植酸 脱三卤 甲烷前驱物 细菌 病 毒 悬浮物 泥浆 藻类
生物预处理
去除氨氮、 10~25 亚硝酸氮、 有机物 充分发挥 混凝作用 增加8~10
85~90
90
有效
不明显
强化混凝
创造良好水 力条件、吸 附架桥 生物降解、 絮凝吸附
基本无
基本 无 80~90
少量
少量
不明显5Βιβλιοθήκη 0.02~0.05强化过滤
去除氨氮、 10~15 亚硝酸氮、 部分有机 物
70~80
少量
净水厂改造的基建投资与运行费用
工艺 作用机理 功能
去除效果/% 增加费用
有机物 CODMn 常规工艺 混凝、接触 凝聚 物理吸附、 部分生物降 解 化学氧化、 物理吸附、 生物降解 生物降解、 吸附、絮凝 除浊、消 毒 去除有机 物 去除有机 物 20
氨氮 10~20
亚硝 酸盐 负增 长 少量
色臭 味 一定
部分
少量
15~20
0.01~0.02
经济指标
预处理采用生物滤池或生物接触氧化池
去除 氨氮效果好。基建投资增加80~120元/m3/d ，运转费增加＜ 0.05元/ m3 。
深度处理采用臭氧-活性炭
基建投资增加200~300元/m3/d ，运转费增加0.2~0.3元/ m3。
紫外线消毒
投资增加 20~30元/m3/d ，运转费增加0.015元/ m3。
I-II III IV V 劣V 7% 40% 21%
14% 18%
主要污染物
总N、总P、藻类及其分泌 物
饮用水源中的主要污染物
耗氧量
氨氮 微量有机物 致病微生物 藻类 嗅、味 其它污染物
给水处理的目的
控制水传播致病微生物（原生动物、细菌、病毒 等） 控制水中化学污染物（有毒物质和致癌、致畸、 致突的“三致”物质） 提高水的舒适度（色、嗅、味和口感等）
过 滤
给水处理处理新工艺(深度处理)
活性炭吸附 臭氧活性炭 光催化氧化
深度处理
微滤
膜过滤
超滤
给水处理处理新工艺(消毒)
优化氯消毒 采用统合式（IDDF）消毒设计框架 顺序消毒技术
优化消毒
紫外线复合消毒 二氧化氯消毒 臭氧消毒
有机物分类
TOC
DOC POC BDOC NBDOC COC
AOC
不同工艺单元对有机物去除能力
《生活饮用水卫生标准》（5749-2006） 指标特点
水质指标：106项，其中常规42项，非常规64项。 常规：42项， 1）微生物学：4 2）毒理学：15 无机物：12，有机物：3 3）感官和一般化学性：17 4）放射性：2 5）消毒剂：4
《生活饮用水卫生标准》（5749-2006） 指标特点
新标准的特点
加强了对水质有机物、微生物和水质消毒 等方面的要求 统一了城镇和农村饮用水卫生标准 基本实现了饮用水标准与国际接轨
水源污染现状
水污染十分严重
据2007年的《中国环境状况 公报》，全国197条河流407个地 表水国控断面中，III类以内的水体 只占49.9％，IV类和V类水体占 26.5%，属于劣V类水体占23.6％。 其中城市河段的污染更为严重，地 下水水质在基本稳定的基础上有恶 化趋势，大部分城市和地区的地下 水存在一定程度的点状和面状污染。
脱 消毒副产物 脱有机物 脱 表面活性剂 去农药
反渗透 RO 纳滤 NF 超滤 UF
微滤 MF
混凝、沉淀 砂滤
膜技术工艺
原水→混凝→沉淀→过滤→粉末活性炭→超滤 原水→混凝→沉淀→粉末活性炭→超滤 原水→混凝→沉淀→活性炭过滤→超滤 原水→混凝→沉淀→超滤→活性炭过滤
臭氧活性炭实例（广州南洲水厂）
给水处理新工艺流程
深度处理
常规处理
预处理
消毒
给水处理新工艺(预处理)
预处理工艺的类型
化学氧化 氧化法 氯气预氧化 高锰酸钾预氧化 二氧化氯预氧化 臭氧预处理 生物滤池
预处理
生物氧化
生物接触氧化
粉末活性炭 吸附法
粘土吸附
给水处理新工艺(预处理)
常规净水工艺的改进
混凝与沉淀
高密度澄清池 强化混凝（调pH、加助凝剂、增加混凝剂量） Actiflo澄清池 微涡旋 浮沉池 生物滤池 强化过滤 炭砂过滤 浮滤池 翻板滤池
具有胶体性质有机物 POC
活性炭吸附 (主要去除分子 量 小 于 3000 的 憎 水有机 物和 三致物质)
混凝沉淀过滤 (去除率约30%) 混凝沉淀过滤 (去除率大于90%)
备 注
1. 水中大分子有机物的分子量和相对尺寸不同资料来源有差异 2. 生物处理对分子量>1000的有机物有一定去除，但在给水处理中 不是主要去除对象
尺寸(m) 近似分子量 10-3 102 103 10-2 10-1 100 101 106 107 108 104 105 难降解有机物 多糖(淀粉、纤维素、果 DDT PCBs等 胞外梅 胶) 细菌碎片 氮磷物 富里酸 脂肪酸 水 中有机 物的 相 对尺寸 或相 当分子量 糖类 氨基酸 烃类 亲水酸 形成BDOC 的主要有机物 DOC 生物处理 (主要去除分子 量 小 于 1000 的 亲水性有机物) 水处理工艺 病 毒 粘土－腐殖质－金属复合物 腐殖酸 蛋白质 细菌 菌胶团 藻 类、原 生动 物 有机碎片
I-III IV-V 劣V 24%
49% 27%
主要污染物
高锰酸盐指数、氨氮、石油类
I 2
II 4
III 6
IV 10
V 15
劣V >15
水污染现状
湖、库污染十分严重
据2007年的《中国环境状 况公报》，全国28个国控重点 湖、库中，I类和II类占7.1％， III类以内的水体只占21.4％， IV类占14.3%， V类占17.9％， 有39.3%属于劣V类水体。
膜处理实例（新加坡Newater）
紫外线高级氧化处理实例(荷兰PWN)
谢谢大家！
分子量区间 10,000～100,000 3000～10,000 1000～3000 500～1000 <500 混凝沉淀 有效去除 有效去除 部分去除 增 加 基本无效 生物处理 增 加 部分减少 部分去除 部分去除 有效去除 活性炭吸附 部分去除 增 加 有效去除 有效去除 部分去除
不同工艺单元对有机物去除能力
常规处理预处理深度处理消毒预处理工艺的类型氯气预氧化化学氧化高锰酸钾预氧化二氧化氯预氧化氧化法臭氧预处理生物滤池预处理生物氧化生物接触氧化粉末活性炭吸附法粘土吸附生物滤池强化过滤炭砂过滤浮滤池翻板滤池高密度澄清池强化混凝调ph加助凝剂增加混凝剂量actiflo澄清池微涡旋浮沉池活性炭吸附臭氧活性炭光催化氧化超滤深度处理膜过滤优化氯消毒采用统合式iddf消毒设计框架顺序消毒技术紫外线复合消毒二氧化氯消毒臭氧消毒优化消毒tocpocnbdocbdocdocaoccoc分子量区间混凝沉淀生物处理活性炭吸附10000100000有效去除部分去除300010000有效去除部分减少10003000部分去除部分去除有效去除5001000部分去除有效去除500基本无效有效去除部分去除尺寸m近似分子量10310210110难降解有机物ddtpcbs等多糖淀粉纤维素果细菌碎片有机碎片菌胶团脂肪酸腐殖酸糖类蛋白质氨基酸细菌烃类粘土腐殖质金属复合物形成bdoc的主要有机物具有胶体性质有机物poc水中有机物的相对尺寸或相当分子量生物处理主要去除分子量小于1000的亲水性有机物活性炭吸附主要去除分子量小于3000的憎水有机物和三致物质混凝沉淀过滤去除率约30混凝沉淀过滤去除率大于90生物处理对分子量1000的有机物有一定去除但在给水处理中不是主要去除对象水处理工艺10doc净水厂改造的基建投资与运行费用工艺作用机理功能去除效果增加费用有机物codmnaocames活常规工艺混凝接触凝聚201020一定少量负增长活性炭吸附物理吸附部分生物降2050少量少量很有部分很有效80100012015臭氧活性炭化学氧化物理吸附生物降解去除有机205080908090很有很有效很有效综合20030045500203o生物预处理生物降解吸附絮凝去除氨氮亚硝酸氮有机物1025859090部分有效不明显80120010强化混凝创造良好水力条件吸附架桥充分发挥混凝作用增加810基本无基本少量少量不明显002005强化过滤生物降解絮凝吸附去除氨氮亚硝酸氮部分有机101570808090少量部分少量1520001002预处理采用生物滤池或生物接触氧化池去除氨氮效果好
原水→生物预处理→混凝→沉淀→活性滤料过滤→臭氧 →活性炭
深度处理的工艺选择
氨氮浓度较低、CODMn较高的水源水(氨氮<3.0mg/L，CODMn<8.0mg/L)
原水→强化混凝→沉淀→活性滤料过滤→臭氧+活性炭
氨氮、CODMn浓度均较高的水源水 (氨氮>3.0mg/L，CODMn<8.0mg/L)
刘文君 教授
wjliu@
清华大学环境科学与工程系 饮用水安全研究所 所长
主要内容
《生活饮用水水质标准》 （GB5749－2006）的特点 我国饮用水水源存在的问题 现有工艺的现状和挑战 水厂现有工艺改造的技术方案选择
给水处理传统工艺
混凝 沉淀 过滤 消毒
传统工艺是目前世界上应用最广泛的处理工艺。 对普通的悬浮物、浊度、细菌、微生物等物质有较 好的去除效果。然而在微量有机污染物、新型致病 微生物、消毒副产物控制等方面有较大的局限性， 已经不能满足现代社会发展的要求。
常规工艺改进的必要性
我国水源水质已受到不同程度污染，污染成份 越来越复复杂，短期内不会有根本好转。 水质标准越来越严格，水质指标数量和限值都有 大幅度提高。 常规处理工艺(混凝沉淀、过滤、消毒)已无能为 力，必须采用氧化、吸附、生物降解等新技术组 成的综合工艺才能制成安全干净的生活饮用水。
深度处理工艺选择
藻类含量较高的水库水：一般SS、氨氮、CODMn均较低，：
臭氧预氧化→混凝气浮→臭氧→活性炭工艺。
一般水源水 （氨氮<1.0mg/L，CODMn<6.0mg/L）(地表水Ⅲ类)
原水→混凝→沉淀→砂滤→臭氧→活性炭
氨氮浓度较高（氨氮>3.0mg/L，CODMn<6.0mg/L）：
AOC 少量
Ames活 性 负增长
基建/元 /m3
运转/元/m3
活性炭吸附
20~50
少量
很有 效 很有 效 部分
部分
很有效
80~100
0.12~0.15
臭氧-活性炭
20~50
80~90
80~90
很有效
很有效
综合 200~300( O345~50) 80~120
0.2~0.3(O3 0.05~0.10~5 0) 0.10
水质指标：106项，其中常规42项，非常规64项。 非常规：64项， 1）微生物学：2 （两虫） 2）毒理学：59 无机物：9，有机物：50 3）感官和一般化学性：3
新旧标准对比
增加了71项： 微生物指标：2 → 6 消毒剂：1 → 4 毒理指标：无机物：10 → 21 有机物：5 → 53 感官性状和一般理化指标：15 → 20 修订了8项： 总大肠菌群：3 CFU/L →不得检出 （CFU/100 mL） 砷：0.05mg/L → 0.01mg/L 镉：0.01mg/L → 0.005mg/L 铅：0.05 mg/l → 0.01mg/L 硝酸盐：20 mg/L → 10mg/L 四氯化碳：0.003mg/L → 0.002mg/L 浑浊度：3 度→ 1 NTU 总α放射性：0.1 Bq/L → 0.5 Bq/L 。
原水→生物处理→强化混凝→沉淀→活性滤池→臭氧 +活性炭
膜分离图谱
离子范围 微米（m） 10
－3
分子范围 10
－2
高分子范围 10
－1
微粒范围 1 10
海水淡化 盐水脱盐 脱硝态氮 除硬 度组分
脱色 脱天 然有机物 脱水溶 性腐植酸 脱 腐植酸 脱三卤 甲烷前驱物 细菌 病 毒 悬浮物 泥浆 藻类
生物预处理
去除氨氮、 10~25 亚硝酸氮、 有机物 充分发挥 混凝作用 增加8~10
85~90
90
有效
不明显
强化混凝
创造良好水 力条件、吸 附架桥 生物降解、 絮凝吸附
基本无
基本 无 80~90
少量
少量
不明显5Βιβλιοθήκη 0.02~0.05强化过滤
去除氨氮、 10~15 亚硝酸氮、 部分有机 物
70~80
少量
净水厂改造的基建投资与运行费用
工艺 作用机理 功能
去除效果/% 增加费用
有机物 CODMn 常规工艺 混凝、接触 凝聚 物理吸附、 部分生物降 解 化学氧化、 物理吸附、 生物降解 生物降解、 吸附、絮凝 除浊、消 毒 去除有机 物 去除有机 物 20
氨氮 10~20
亚硝 酸盐 负增 长 少量
色臭 味 一定
部分
少量
15~20
0.01~0.02
经济指标
预处理采用生物滤池或生物接触氧化池
去除 氨氮效果好。基建投资增加80~120元/m3/d ，运转费增加＜ 0.05元/ m3 。
深度处理采用臭氧-活性炭
基建投资增加200~300元/m3/d ，运转费增加0.2~0.3元/ m3。
紫外线消毒
投资增加 20~30元/m3/d ，运转费增加0.015元/ m3。
I-II III IV V 劣V 7% 40% 21%
14% 18%
主要污染物
总N、总P、藻类及其分泌 物
饮用水源中的主要污染物
耗氧量
氨氮 微量有机物 致病微生物 藻类 嗅、味 其它污染物
给水处理的目的
控制水传播致病微生物（原生动物、细菌、病毒 等） 控制水中化学污染物（有毒物质和致癌、致畸、 致突的“三致”物质） 提高水的舒适度（色、嗅、味和口感等）
过 滤
给水处理处理新工艺(深度处理)
活性炭吸附 臭氧活性炭 光催化氧化
深度处理
微滤
膜过滤
超滤
给水处理处理新工艺(消毒)
优化氯消毒 采用统合式（IDDF）消毒设计框架 顺序消毒技术
优化消毒
紫外线复合消毒 二氧化氯消毒 臭氧消毒
有机物分类
TOC
DOC POC BDOC NBDOC COC
AOC
不同工艺单元对有机物去除能力
《生活饮用水卫生标准》（5749-2006） 指标特点
水质指标：106项，其中常规42项，非常规64项。 常规：42项， 1）微生物学：4 2）毒理学：15 无机物：12，有机物：3 3）感官和一般化学性：17 4）放射性：2 5）消毒剂：4
《生活饮用水卫生标准》（5749-2006） 指标特点
新标准的特点
加强了对水质有机物、微生物和水质消毒 等方面的要求 统一了城镇和农村饮用水卫生标准 基本实现了饮用水标准与国际接轨
水源污染现状
水污染十分严重
据2007年的《中国环境状况 公报》，全国197条河流407个地 表水国控断面中，III类以内的水体 只占49.9％，IV类和V类水体占 26.5%，属于劣V类水体占23.6％。 其中城市河段的污染更为严重，地 下水水质在基本稳定的基础上有恶 化趋势，大部分城市和地区的地下 水存在一定程度的点状和面状污染。
脱 消毒副产物 脱有机物 脱 表面活性剂 去农药
反渗透 RO 纳滤 NF 超滤 UF
微滤 MF
混凝、沉淀 砂滤
膜技术工艺
原水→混凝→沉淀→过滤→粉末活性炭→超滤 原水→混凝→沉淀→粉末活性炭→超滤 原水→混凝→沉淀→活性炭过滤→超滤 原水→混凝→沉淀→超滤→活性炭过滤
臭氧活性炭实例（广州南洲水厂）
给水处理新工艺流程
深度处理
常规处理
预处理
消毒
给水处理新工艺(预处理)
预处理工艺的类型
化学氧化 氧化法 氯气预氧化 高锰酸钾预氧化 二氧化氯预氧化 臭氧预处理 生物滤池
预处理
生物氧化
生物接触氧化
粉末活性炭 吸附法
粘土吸附
给水处理新工艺(预处理)
常规净水工艺的改进
混凝与沉淀
高密度澄清池 强化混凝（调pH、加助凝剂、增加混凝剂量） Actiflo澄清池 微涡旋 浮沉池 生物滤池 强化过滤 炭砂过滤 浮滤池 翻板滤池
具有胶体性质有机物 POC
活性炭吸附 (主要去除分子 量 小 于 3000 的 憎 水有机 物和 三致物质)
混凝沉淀过滤 (去除率约30%) 混凝沉淀过滤 (去除率大于90%)
备 注
1. 水中大分子有机物的分子量和相对尺寸不同资料来源有差异 2. 生物处理对分子量>1000的有机物有一定去除，但在给水处理中 不是主要去除对象
尺寸(m) 近似分子量 10-3 102 103 10-2 10-1 100 101 106 107 108 104 105 难降解有机物 多糖(淀粉、纤维素、果 DDT PCBs等 胞外梅 胶) 细菌碎片 氮磷物 富里酸 脂肪酸 水 中有机 物的 相 对尺寸 或相 当分子量 糖类 氨基酸 烃类 亲水酸 形成BDOC 的主要有机物 DOC 生物处理 (主要去除分子 量 小 于 1000 的 亲水性有机物) 水处理工艺 病 毒 粘土－腐殖质－金属复合物 腐殖酸 蛋白质 细菌 菌胶团 藻 类、原 生动 物 有机碎片
I-III IV-V 劣V 24%
49% 27%
主要污染物
高锰酸盐指数、氨氮、石油类
I 2
II 4
III 6
IV 10
V 15
劣V >15
水污染现状
湖、库污染十分严重
据2007年的《中国环境状 况公报》，全国28个国控重点 湖、库中，I类和II类占7.1％， III类以内的水体只占21.4％， IV类占14.3%， V类占17.9％， 有39.3%属于劣V类水体。
膜处理实例（新加坡Newater）
紫外线高级氧化处理实例(荷兰PWN)
谢谢大家！
分子量区间 10,000～100,000 3000～10,000 1000～3000 500～1000 <500 混凝沉淀 有效去除 有效去除 部分去除 增 加 基本无效 生物处理 增 加 部分减少 部分去除 部分去除 有效去除 活性炭吸附 部分去除 增 加 有效去除 有效去除 部分去除
不同工艺单元对有机物去除能力
常规处理预处理深度处理消毒预处理工艺的类型氯气预氧化化学氧化高锰酸钾预氧化二氧化氯预氧化氧化法臭氧预处理生物滤池预处理生物氧化生物接触氧化粉末活性炭吸附法粘土吸附生物滤池强化过滤炭砂过滤浮滤池翻板滤池高密度澄清池强化混凝调ph加助凝剂增加混凝剂量actiflo澄清池微涡旋浮沉池活性炭吸附臭氧活性炭光催化氧化超滤深度处理膜过滤优化氯消毒采用统合式iddf消毒设计框架顺序消毒技术紫外线复合消毒二氧化氯消毒臭氧消毒优化消毒tocpocnbdocbdocdocaoccoc分子量区间混凝沉淀生物处理活性炭吸附10000100000有效去除部分去除300010000有效去除部分减少10003000部分去除部分去除有效去除5001000部分去除有效去除500基本无效有效去除部分去除尺寸m近似分子量10310210110难降解有机物ddtpcbs等多糖淀粉纤维素果细菌碎片有机碎片菌胶团脂肪酸腐殖酸糖类蛋白质氨基酸细菌烃类粘土腐殖质金属复合物形成bdoc的主要有机物具有胶体性质有机物poc水中有机物的相对尺寸或相当分子量生物处理主要去除分子量小于1000的亲水性有机物活性炭吸附主要去除分子量小于3000的憎水有机物和三致物质混凝沉淀过滤去除率约30混凝沉淀过滤去除率大于90生物处理对分子量1000的有机物有一定去除但在给水处理中不是主要去除对象水处理工艺10doc净水厂改造的基建投资与运行费用工艺作用机理功能去除效果增加费用有机物codmnaocames活常规工艺混凝接触凝聚201020一定少量负增长活性炭吸附物理吸附部分生物降2050少量少量很有部分很有效80100012015臭氧活性炭化学氧化物理吸附生物降解去除有机205080908090很有很有效很有效综合20030045500203o生物预处理生物降解吸附絮凝去除氨氮亚硝酸氮有机物1025859090部分有效不明显80120010强化混凝创造良好水力条件吸附架桥充分发挥混凝作用增加810基本无基本少量少量不明显002005强化过滤生物降解絮凝吸附去除氨氮亚硝酸氮部分有机101570808090少量部分少量1520001002预处理采用生物滤池或生物接触氧化池去除氨氮效果好
原水→生物预处理→混凝→沉淀→活性滤料过滤→臭氧 →活性炭
深度处理的工艺选择
氨氮浓度较低、CODMn较高的水源水(氨氮<3.0mg/L，CODMn<8.0mg/L)
原水→强化混凝→沉淀→活性滤料过滤→臭氧+活性炭
氨氮、CODMn浓度均较高的水源水 (氨氮>3.0mg/L，CODMn<8.0mg/L)