[讲稿]安全饮用水的主要处理工艺流程

安全饮用水的主要处理工艺流程

周鑫根

浙江省城乡规划设计研究院

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。

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。

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，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。