王占生-我國水源水質(zhì)情況與凈水廠改造的適用工藝

我國水源水質(zhì)情況

與凈水廠改造的適用工藝清華大學王占生2011.06報告提綱一、我國的水源水質(zhì)情況二、我國自來水廠現(xiàn)有工藝的欠缺三、水廠工藝改造的技術四、當前凈水廠的核心技術應是活性炭吸附五、臭氧-生物炭工藝存在的問題與解決辦法六、臭氧-生物炭工藝基建、運行成本粗略分析報告提綱一、我國的水源水質(zhì)情況二、我國自來水廠現(xiàn)有工藝的欠缺三、水廠工藝改造的技術四、當前凈水廠的核心技術應是活性炭吸附五、臭氧-生物炭工藝存在的問題與解決辦法六、臭氧-生物炭工藝基建、運行成本粗略分析一、我國的水源水質(zhì)情況我國第一次污染源普查結果顯示，2007年我國水污染情況如下：

廢水排放總量2092.81億噸（比2008年公報值571.7億噸多1500億噸）；廢水中化學需氧量3028.96萬噸，含農(nóng)業(yè)源1324.09萬噸（比2008年公報值1320.7萬噸多出一倍多）；

氨氮172.91萬噸；

重金屬（鎘、鉻、砷、汞、鉛）0.09萬噸；

總磷42.323萬噸。一、我國的水源水質(zhì)情況工業(yè)污染農(nóng)業(yè)污染城市生活污染可持續(xù)污染物（POPs）內(nèi)分泌干擾物（EDCs）藥品與個人防護用品（PPCPs）耗氧量（CODMn)氨氮臭味來源污染物水質(zhì)指標一、我國的水源水質(zhì)情況水中臭味的來源自然界中藻類代謝物質(zhì)工業(yè)廢水中的致臭物質(zhì)城市污水中的致臭物質(zhì)水中的氨氮凈水廠投加的氯報告提綱一、我國的水源水質(zhì)情況二、我國自來水廠現(xiàn)有工藝的欠缺三、水廠工藝改造的技術四、當前凈水廠的核心技術應是活性炭吸附五、臭氧-生物炭工藝存在的問題與解決辦法六、臭氧-生物炭工藝基建、運行成本粗略分析二、我國自來水廠現(xiàn)有工藝的欠缺95%以上還是常規(guī)工藝：混凝沉淀-過濾-消毒，不能有效去除溶解性有機物、氨氮、臭味物質(zhì)。水源水CODMn可達5~6mg/L，新標準規(guī)定CODMn應小于3mg/L，常規(guī)處理只能去除30%左右，無法達標。常規(guī)工藝的不足：缺乏去除有機物的氧化與吸附技術。報告提綱一、我國的水源水質(zhì)情況二、我國自來水廠現(xiàn)有工藝的欠缺三、水廠工藝改造的技術四、當前凈水廠的核心技術應是活性炭吸附五、臭氧-生物炭工藝存在的問題與解決辦法六、臭氧-生物炭工藝基建、運行成本粗略分析三、水廠工藝改造的技術在水源水質(zhì)不斷惡化的條件下，要使自來水達到新的水質(zhì)標準要求，必須將常規(guī)工藝改造成深度處理工藝，主要是增加去除溶解性有機污染、臭味與氨氮的能力。深度處理首先應是強化常規(guī)處理，不用增加構筑物，然后就是增設活性炭吸附、生物預處理等構筑物。三、水廠工藝改造的技術1、投加氧化劑

加氯或投加高錳酸鉀、臭氧、過氧化氫、二氧化氯等氧化劑取代氯，使氯的消毒副產(chǎn)物減少，可以改善水的混凝條件，將粘附在膠體表面的有機物氧化，使膠體容易凝聚下沉。三、水廠工藝改造的技術2、活性炭吸附有機物或臭味偶然超標時，用粉末炭。不能再生，成本高，加10mg/L需0.05元/m3水。采用炭砂濾池解決有機物超標現(xiàn)象（炭易吸附飽和）。有機物較少，但CODMn略高時設置炭吸附池（炭易飽和）。原水有機物含量多，增設臭氧-生物炭技術（可連續(xù)使用3年以上）。三、水廠工藝改造的技術3、生物預處理（氨氮高時）水中氨氮可在混凝沉淀過程中去除20%左右，在砂濾池中去除30~50%（不預加氯時），在生物炭池中去除30~50%，最后加氯過程還可部分去除。一般情況下，如有臭氧－生物炭技術，當氨氮小于3mg/L時，可不設生物預處理。三、水廠工藝改造的技術4、膜技術1）微濾（孔徑約0.1μm）和超濾（孔徑約0.01μm，可截留約10萬分子量）在給水廠可取代砂濾，超濾可去除細菌、病毒等顆粒污染物，但對溶解性小分子有機污染物和臭味物質(zhì)不能去除，可去除CODMn約10%（主要去除1萬以上分子量）。三、水廠工藝改造的技術表1水源水中不同分子量有機物占總DOC的百分比（%）水源＜500Da500～1000Da1000～3000Da3000～10000Da＞10000DaDOC/mg/L淮河水（蚌埠段）18.3024.7816.8612.6925.598.35紹興青甸湖30.0015.6026.0012.4016.005.57北京密云水庫40.0945.6913.681.891.412.12三、水廠工藝改造的技術從表１可見，河水受污染較多，分子量大于1萬的有機物占26%，湖泊、水庫水則絕大多數(shù)有機物分子量小于1萬。超濾膜截留10萬分子量，去除的有機物量是有限的，大多數(shù)小分子有機物不能去除。三、水廠工藝改造的技術近年來日本由于擴大供水量，用于取代濾池，超濾的應用發(fā)展較快。我國海南立昇公司采用自主產(chǎn)權的聚氯乙烯制成的超濾膜，通量大，價格便宜，已經(jīng)用于東營自來水廠和將用于北京水源九廠反沖洗水的凈化。膜技術的造價約為300元/m3/d左右。膜的價格有望進一步降低以適應水廠改造。三、水廠工藝改造的技術4、膜技術2）納濾（能截留300分子量）和反滲透（截留200分子量）能去除溶解性小分子有機污染物，并能去除硬度、鹽和重金屬離子等，是今后水廠進一步提高水質(zhì)有希望用的技術，但目前還存在經(jīng)濟、技術等問題有待解決。三、水廠工藝改造的技術表2凈水技術對水源中PPCPs的去除效果凈水技術對PPCPs的去除效果常規(guī)處理（混凝沉淀-過濾）通常不能有效去除Cl2和ClO2能部分去除，但Cl2效果不穩(wěn)定粉末炭只能部分去除粒狀活性炭和生物處理工藝能有效去除臭氧等高級氧化工藝能高效去除微濾與超濾效率不高納濾與反滲透能高效去除臭氧除個別物質(zhì)（ANTN去除率小于50%）外，均有較好分解效果，去除率大于70%。對EDCs具有較好分解能力，去除率大于80%。從表2可以看出，除了納濾與反滲透外，臭氧氧化與活性炭能有效去除PPCPs與EDCs。報告提綱一、我國的水源水質(zhì)情況二、我國自來水廠現(xiàn)有工藝的欠缺三、水廠工藝改造的技術四、當前凈水廠的核心技術應是活性炭吸附五、臭氧-生物炭工藝存在的問題與解決辦法六、臭氧-生物炭工藝基建、運行成本粗略分析四、當前凈水廠的核心技術

應是活性炭吸附我國水源水中分子量<3000Da的有機物占40~50%?；钚蕴靠梢晕?000~500分子量的有機物，因而可去除60~10%的有機物（隨使用時間逐漸降低）。臭氧-生物炭由于臭氧的氧化作用，可將大分子有機物降解為較小分子，便于活性炭的吸附，同時可將難降解有機物氧化成易降解有機物，使生物炭上微生物能發(fā)揮生物降解能力，這樣臭氧-生物炭組合技術就能有效去除溶解性有機物和臭味。四、當前凈水廠的核心技術

應是活性炭吸附浙江嘉興地區(qū)已有10多家水廠采用這種工藝，實踐證明可以長期有效去除CODMn20~25%，有的水廠活性炭已用了3~5年尚未再生，仍可正常使用。上向流炭池采用30×60目（約0.3~0.6mm）炭粒，可以減少水頭損失（約0.30m水頭損失），膨脹床膨脹率約25~30%，由于粒徑小，吸附的表面積大，又因上升水流環(huán)繞充分，比下向流炭池CODMn多去除5~10%。報告提綱一、我國的水源水質(zhì)情況二、我國自來水廠現(xiàn)有工藝的欠缺三、水廠工藝改造的技術四、當前凈水廠的核心技術應是活性炭吸附五、臭氧-生物炭工藝存在的問題與解決辦法六、臭氧-生物炭工藝基建、運行成本粗略分析五、臭氧-生物炭工藝

存在的問題與解決辦法1．原水中Br-濃度過高（>100μg/L）時，投加臭氧會引起出水中溴酸鹽超標（>10μg/L）?？刂其逅猁}超標的有效方法：1）少投加O3，并使O3池出水中剩余O3濃度控制在0.1mg/L。溴酸鹽產(chǎn)生量與水中剩余O3濃度有關。2)先投加H2O2，使O3與H2O2反應生成OH自由基，OH自由基與有機物反應無選擇性，可以控制溴酸鹽濃度在限值之內(nèi)。高級氧化能比單獨O3氧化多去除CODMn5%左右。五、臭氧-生物炭工藝

存在的問題與解決辦法黃河下游濟南原水Br->100μg/L，投加H2O2后BrO3-可控制在限值以下。濟南市供排水監(jiān)測中心與清華大學通過試驗研究發(fā)現(xiàn)H2O2:O3摩爾比為1.5~1較佳，H2O2約1萬元/t，投加3mg/L，約0.03元/m3。鄭州市自來水總公司的實驗結果與濟南市相同。上海黃浦江水中Br-濃度達300~400μg/L，投加O3后檢測不到BrO3-，原因應該是臭氧優(yōu)先與水中的有機物發(fā)生反應，不能將Br-氧化為BrO3-。五、臭氧-生物炭工藝

存在的問題與解決辦法2．生物炭池出水泄漏微生物，增加消毒難度。可采用如下辦法：濾池、炭池加蓋，防止搖蚊下卵，防止日光照射、水蚤生長。生物炭池出水處設不銹鋼網(wǎng)（200目）截留微生物。消毒改成紫外線與氯聯(lián)用，紫外線能有效殺滅兩蟲與細菌、病毒，氯可維持管網(wǎng)的消毒劑余量。將濾池置于炭池后，炭池出水可加助溶劑、消毒劑，濾池濾料采用細濾料（d=0.5~0.8mm）截留微生物。五、臭氧-生物炭工藝

存在的問題與解決辦法

嘉興南郊貫涇港水廠最后濾池出水濁度0.02~0.09NTU，粒徑2~8um的顆粒數(shù)在0~30個/mL，一般<10個/mL，達到美國水廠建議標準<50個/mL要求，有效避免微生物泄漏風險。

綜上所述，臭氧-生物炭存在的問題是可以解決的。報告提綱一、我國的水源水質(zhì)情況二、我國自來水廠現(xiàn)有工藝的欠缺三、水廠改造可選工藝四、當前凈水廠的核心技術應是活性炭吸附五、臭氧-生物炭工藝存在的問題與解決辦法六、臭氧-生物炭工藝基建、運行成本粗略分析六、臭氧-生物炭基建、

運行成本粗略分析1．基建費項目基建費用（元/m3/d）臭氧接觸塔60活性炭吸附池120臭氧發(fā)生裝置43（以1kgO3/h臭氧發(fā)生裝置20萬元計，安全系數(shù)以1.3計）活性炭42（以1t炭1萬元計）總計265六、臭氧-生物炭基建、

運行成本粗略分析2．運行、折舊費項目費用（元/m3）臭氧投加4mg/L0.07（液氧以1元/kg計，10kg液氧產(chǎn)生1kg臭氧，電耗10Kwh/kgO3