国内外给水厂净水工艺研究综述

国内外给水厂净水工艺研究综述

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

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。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。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。

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。

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。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。

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（PAHs）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”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。《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》中首批控制的12种化合物中，有9种属于含氯杀虫剂。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。

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。

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。

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Ames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。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（Natural Organic Matters，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”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 Organic Compounds，SOC）的数量不断增大，种类增多，有的具有更强的“三致”作用。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。

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：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

（6）助滤剂的应用。在进滤池的水中再加注少量（一般为1-3mg/L）的混凝剂或微量（一般几十