飲用水處理綜述

給水處理工程作業(yè)系部： 化學(xué)工程技術(shù)學(xué)院班級： 給排水111班姓名： 李# 學(xué)號：113210911#徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院二O一二年飲用水處理綜述摘要：水是生命之源，是地球上一切生物維持生命的必要條件之一。當(dāng)水體受到人為因素或自然因素的影響而使水質(zhì)發(fā)生改變時，將影響水的正常和有效利用，并使生態(tài)環(huán)境遭到破壞，甚至危害人體健康。雖然從總量上看我國水資源豐富，地表水資源量居世界第六位，但由于我國人口眾多，人均水資源占有量僅為世界人均占有量的1/4,因此屬于水資源相對貧乏的國家。此外，由于我國水資源地區(qū)分布不均衡，水體污染不斷加劇，使得有些地區(qū)可利用的水資源十分有限。這些情況不僅影響人們的正常生活和身體健康，也制約了經(jīng)濟的發(fā)展。因此，在我國經(jīng)濟建設(shè)不斷發(fā)展的同時，做好環(huán)境保護工作防止水體污染，采用和推廣先進、可行的飲用水處理技術(shù)，提高飲用水質(zhì)量，對保護人民健康和發(fā)展經(jīng)濟具有重要意義。關(guān)鍵詞：飲用水安全處理綜述第一章常規(guī)處理技術(shù)1.1飲用水常規(guī)處理技術(shù)簡介飲用水常規(guī)處理技術(shù)及其工藝在20世紀(jì)初期就已形成雛形，并在飲用水處理的實踐中不斷得以完善。飲用水常規(guī)處理工藝的主要去除對象是水源水中的懸浮物、膠體物和病原微生物等。飲用水常規(guī)處理工藝所使用的處理技術(shù)有混凝、沉淀、澄清、過濾、消毒等。由這些技術(shù)所組成的飲用水常規(guī)處理工藝目前仍為世界上大多數(shù)水廠所采用，在我國目前95%以上的自來水廠都是采用常規(guī)處理工藝，因此常規(guī)處理工藝是飲用水處理系統(tǒng)的主要工藝?；炷窍蛟型都踊炷齽?，使水中難于自然沉淀分離的懸浮物和膠體顆粒相互聚合，形成大顆粒絮體（俗稱磯花）。沉淀使將混凝形成的大顆粒絮體通過重力沉降作用從水中分離。澄清則是把混凝與沉淀兩個過程集中在同一個處理構(gòu)筑物中進行。過濾是利用顆粒狀濾料（如石英砂等）截留經(jīng)過沉淀后水中殘留的顆粒物，進一步去除水中的雜質(zhì)，降低水的渾濁度。消毒是飲用水處理的最后一步，向水中加人消毒劑（一般用液氯）來滅活水中的病原微生物。在以地表水為水源時，飲用水常規(guī)處理的主要去除對象是水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)和病原微生物，所需采用的技術(shù)包括混凝、沉淀、過濾、消毒，典型的以地表水為水源的凈水廠處理工藝流程如圖1所示：在以地下水為水源時，飲用水常規(guī)處理的主要去除對象是水中可能存在的病原微生物。對于不含有特殊有害物質(zhì)（如過量鐵、錳等）的地下水，飲用水處理只需進行消毒處理就可以達(dá)到飲用水水質(zhì)要求。氯井水一」清水池一管網(wǎng)

圖2以地下水為水源的自來水廠典型工藝流程飲用水常規(guī)處理工藝對水中的懸浮物、膠體物和病原微生物有很好的去除效果，對水中的一些無機污染物，如某些重金屬離子和少量的有機物也有一定的去除效果。地表水水源水經(jīng)過常規(guī)處理工藝處理后，可以去除水中的懸浮物和膠體物，出廠水的濁度可以降到1NTU以下（運行良好的出廠水濁度可在0.3NTU以下）。經(jīng)過良好消毒的自來水可以滿足直接生飲對微生物學(xué)的健康要求。飲用水常規(guī)處理技術(shù)及其工藝在過去的百年中對于保護人類飲水安全、促進社會經(jīng)濟的發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用。1.2常規(guī)處理工藝的局限性在工業(yè)化和城市化尚不發(fā)達(dá)的時期，天然水體很少受到人類大規(guī)模活動的污染，飲用水水處理的主要對象是水體中的泥沙和膠體物質(zhì)，以及少量的病原微生物。水源水經(jīng)過常規(guī)處理后就可以得到透明、無色、無臭、味道可口的飲用水，那時飲用水處理的任務(wù)主要是去除水中的濁度和保證飲用者免受水傳播疾病的危害。隨著工業(yè)和城市的發(fā)展，以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大量使用化肥和農(nóng)藥等，越來越多的污染物隨著工業(yè)廢水、生活污水、城市廢水、農(nóng)田涇流、大氣降塵和降水、垃圾滲濾液等進入了水體，對水體形成了不同程度的污染，水中的有害物質(zhì)的種類和含量越來越多。目前飲用水處理面臨的問題，除了原有的泥沙、膠體物質(zhì)和病原微生物外，主要有：有機污染物、高氨氮、消毒副產(chǎn)物、水質(zhì)生物穩(wěn)定性等。有機污染是受污染水源水飲用水處理面臨的首要問題。人類合成的有機物中的相當(dāng)大的一部分會通過工業(yè)廢水和生活污水進人水體；未經(jīng)處理的生活污水中也含有大量的人體排泄的有機污染物；農(nóng)田涇流中含有化肥、農(nóng)藥；近年來引起人們普遍關(guān)注的二嗯英、內(nèi)分泌干擾物質(zhì)（環(huán)境激素）等污染物質(zhì)也有可能存在于飲用水中。這些人工合成的和天然的有機物中有許多對人體健康有著毒理學(xué)影響，一些有機物（例如腐殖酸、富里酸等）還會在飲用水的處理過程中與所加入的消毒劑（例如氯）反應(yīng)，生成具有“致突變、致畸、致癌”三致作用的消毒副產(chǎn)物，如三鹵甲烷、鹵乙酸等。對于有機污染物，常規(guī)水處理技術(shù)及其工藝的去除作用十分有限，國內(nèi)外的研究結(jié)果和實際生產(chǎn)結(jié)果表明，以去除水中泥沙和膠體物質(zhì)而發(fā)展起來的混凝、沉淀、過濾等常規(guī)處理工藝只能去除水中有機物的20%）左右，特別是對于水中溶解狀的有機物，除了極少量的有機物會被吸附在磯花和濾料表面上，常規(guī)處理工藝基本上沒有去除效果。我國許多水廠都采用折點氯化法進行消毒，對于氨氮過高的水源水，在加氯消毒時為了獲得自由性余氯必須投加大量的氯來分解氨氮，使水的加氯量大大增加。高的加氯量更加重了產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的問題。飲用水的水質(zhì)生物穩(wěn)定性問題是20世紀(jì)90年代提出的。理想的飲用水中應(yīng)該不含有有機物，因此異養(yǎng)微生物無法在自來水中大量繁殖。傳統(tǒng)的消毒理論認(rèn)為，在已消毒的水中保持有一定濃度的剩余消毒劑的條件下，水中微生物無法再繁殖，從而保證自來水在自來水配水管網(wǎng)系統(tǒng)中的生物穩(wěn)定性。但是近年來的研究表明，如果自來水中含有一定量的可以被異養(yǎng)微生物作為基質(zhì)利用的有機物，則此種自來水為生物不穩(wěn)定的水，即使在水中保持一定濃度的剩余消毒劑，仍然存在著較高的微生物再繁殖的風(fēng)險。特別是對于超大型城市配水管網(wǎng)和高位水箱，由于存在水的停留時間過長、剩余消毒劑被完全分解的可能性，生物穩(wěn)定性差的飲用水更容易出現(xiàn)管網(wǎng)或水箱中微生物再繁殖的問題。近年來，我國水污染的狀況十分嚴(yán)重。根據(jù)國家環(huán)?？偩职l(fā)布的《2000年中國環(huán)境狀況公報》，我國七大重點流域地表水普遍受到有機污染，各流域十流的斷面滿足地表水三類及其以上水體水質(zhì)要求的為57.7%，21.6%的斷面為四類水質(zhì)，6.9%的斷面屬五類水質(zhì)，13.8%的斷面屬劣五類水質(zhì)，主要污染指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)和氨氮；主要湖泊富營養(yǎng)化程度問題突出，如太湖、滇池、巢湖等，氮、磷、高錳酸鹽指數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)；全國多數(shù)城市地下水受到一定程度的點狀或面狀污染，局部地區(qū)地下水部分水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)，主要有礦化度、總硬度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、鐵、錳、氯化物、硫酸鹽、氟化物、pH值等?？梢哉f，水源受到不同程度的污染是困擾大多數(shù)自來水廠的普遍問題。另一方面，隨著對于飲水與健康關(guān)系的研究的不斷深入和生活水平的提高，人們對于飲用水水質(zhì)的要求也在不斷提高。例如，在我國衛(wèi)生部頒布的于2001年9月1日實施的新的《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范》中，設(shè)定了水質(zhì)常規(guī)檢測項目34項，非常規(guī)檢測項目62項。與原來的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-85）的35項指標(biāo)相比較，檢測項目增加了很多，并且許多項目的指標(biāo)更加嚴(yán)格。對于許多水源受到污染的水廠，常規(guī)處理工藝已經(jīng)無法解決水源不斷惡化、而飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的矛盾。必須在現(xiàn)有常規(guī)處理技術(shù)與工藝的基礎(chǔ)上，發(fā)展新的水處理技術(shù)與工藝。從20世紀(jì)70年代開始，經(jīng)過幾十年的努力，國內(nèi)外水處理工作者已經(jīng)研究開發(fā)出許多水處理的新技術(shù)新工藝，并且己有大量的工程應(yīng)用，取得了較好的凈化效果。第二章深度處理技術(shù)當(dāng)飲用水的水源受到一定程度的污染，又無適當(dāng)?shù)奶娲磿r，為了達(dá)到生活飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上，需要增設(shè)深度處理工藝。應(yīng)用較廣泛的深度處理技術(shù)有：活性炭吸附、臭氧氧化、生物活性炭、膜分離技術(shù)2?1活性炭吸附2.1.1活性炭處理概念及其優(yōu)缺點活性炭是一種具有較大吸附能力的多孔性物質(zhì)，它是一種非極性吸附劑，對水中非極性、弱極性有機物質(zhì)有很好的吸附能力，其吸附作用主要來源于物理表明吸附作用，如范德華力等。對于物理吸附，它的選擇性低，可以多層吸附，脫附相對容易，這有利于活性炭吸附飽和后的再生?；钚蕴吭诟邷刂苽溥^程中，炭的表面形成了多種官能團，這些官能團對水中離子有化學(xué)吸附作用，因此活性炭也可以去除多種重金屬離子。其作用機理是通過絡(luò)合鰲合作用，它的選擇性較高，屬單層吸附，并且脫附較為困難?；钚蕴课绞窃诔Ｒ?guī)處理的基礎(chǔ)上去除水中有機污染物最有效最成熟的水處理深度處理技術(shù)。早在20世紀(jì)50年代初期，西歐和美國的一些以地表水為水源的水廠就開始使用活性炭消除水中的色、臭。直到目前，西歐以地表水為水源的水廠絕大多數(shù)仍采用活性炭吸附，以去除水中的微量有機污染物、色、臭等，對于需要長年吸附運行的水廠，一般均采用粒狀炭過濾，粉狀炭主要用于季節(jié)性投加的場所。我國從20世紀(jì)70年代末、80年代初開始，也有少數(shù)水廠采用了粒狀活性炭吸附深度處理技術(shù)。活性炭吸附對水中多種污染物有廣泛的去除作用?；钚蕴靠梢杂行コ鹚谐粑兜奈镔|(zhì)，如土臭素（geosmin）、2-甲基異莰醇（MIB）等。對芳香族化合物、多種農(nóng)藥等有很好的吸附能力。對許多重金屬離子，如汞、六價銘、鎘、鉛等也有較好的吸附效果?；钚蕴繉λ兄峦蛔冃晕镔|(zhì)有較好的去除效果，多項研究表明，致突變活性檢測為陽性的水經(jīng)過活性炭吸附后致突變活性轉(zhuǎn)為陰性。美國環(huán)保局（USEPA）推薦活性炭吸附技術(shù)作為提高地表水水源水廠處理水質(zhì)的最佳實用技術(shù)。但是活性炭吸附也有一定的局限性。對于三鹵甲烷類物質(zhì)，活性炭的吸附容量較低，如果以三鹵甲烷穿透作為活性炭濾床運行周期的終點，炭床的再生周期一般只有3個月左右，而炭床吸附有機物的能力一般可以保持一年以上?；钚蕴繉ο靖碑a(chǎn)物的前體物的去除作用也有限。試驗研究表明，飲用水處理中活性炭吸附去除的有機物的分子量主要分布在500?1000u（道爾頓）之間，分子量過大的有機物無法進人活性炭的微孔吸附區(qū)，飲用水水源水中分子量較小的物質(zhì)多含有較多的羧基、羥基等，分子的極性較強，因活性炭屬于非極性吸附劑，對極性分子的吸附作用較差。2.1.2活性炭在飲用水處理中的應(yīng)用⑴飲用水深度處理水源水f常規(guī)處理f粉狀炭吸附f消毒f出廠水水源水f常規(guī)處理f臭氧氧化f粉狀炭吸附f消毒f出廠水水源水f常規(guī)處理f臭氧氧化f生物活性炭f消毒f出廠水⑵飲用水物化預(yù)處理在飲用水物化預(yù)處理中，主要使用粉狀炭吸附水中的有機物和有異臭、異味的物質(zhì)，與混凝劑同時投加。對于季節(jié)性嚴(yán)重污染的水源水，可以設(shè)立投加粉狀炭的水源水質(zhì)惡化應(yīng)急處理系統(tǒng)。⑶優(yōu)質(zhì)直飲水、純凈水制備2.2臭氧氧化臭氧是一種強氧化劑，它可以通過氧化作用分解有機污染物。臭氧在水處理中的應(yīng)用最早是用于消毒，如20世紀(jì)初法國Nice城就開始使用臭氧。到20世紀(jì)中期，使用臭氧的目的轉(zhuǎn)為去除水中的色、臭。20世紀(jì)70年代以后，隨著水體有機污染的日趨嚴(yán)重，臭氧用于水處理的主要目的是去除水中的有機污染物。目前歐洲己有上千家水廠使用臭氧氧化作為深度處理的一個組成部分。我國從80年代開始，也有少數(shù)水廠使用了臭氧氧化技術(shù)。臭氧可以分解多種有機物、除色、除臭。但是因為水處理中臭氧的投加量有限，不能把有機物完全分解成二氧化碳和水，其中間產(chǎn)物仍存在水中。經(jīng)過臭氧氧化處理，水中有機物上增加了羧基、羥基等，其生物降解性得到大大提高，如不加以進一步處理，容易引起微生物的繁殖。另外，臭氧處理出水再進行加氯消毒時，某些臭氧化中間產(chǎn)物更易于與氯反應(yīng)，往往產(chǎn)生更多的三鹵甲烷類物質(zhì)，使水的致突變活性增加。某些有機物的被臭氧氧化的中間產(chǎn)物也具有一定的致突變活性。因此，在飲用水處理中，臭氧氧化一般并不單獨使用，或者是用于臭氧替代原有的預(yù)氯化，或者是在活性炭床前設(shè)置臭氧氧化與活性炭聯(lián)合使用。2?3臭氧生物活性炭臭氧生物活性炭技術(shù)是在歐洲飲用水處理的實踐中產(chǎn)生的。在20世紀(jì)70年代德國慕尼黑市的Dohne水廠，在以預(yù)臭氧代替了原來的預(yù)氯化后，在活性炭濾床中出現(xiàn)了明顯的生物活性，從而發(fā)展成為臭氧生物活性炭深度處理工藝。在原有水廠普遍采用的預(yù)氯化處理的條件下，水中所含有的氯使微生物無法在活性炭床中大量生長。改為預(yù)臭氧后，臭氧氧化出水中有機物的可生物降解性大為提高，水中剩余臭氧可以被活性炭迅速分解，加之臭氧氧化出水中的溶解氧濃度較高（因臭氧化氣體的曝氣作用），使得臭氧后設(shè)置的活性炭床中生長了大量的細(xì)菌，生物分解水中可生物降解的有機物，由原有單純進行吸附的活性炭床演變成為同時具有明顯生物活性的活性炭床，因此這種活性炭技術(shù)被稱之為生物活性炭。圖3所示為采用了臭氧生物活性炭技術(shù)的德國Dohne水廠處理工藝流程圖。圖3德國Dohne水廠處理工藝流程圖工藝流程中臭氧氧化的主要目的是用最少量的臭氧盡可能多的使水中不可生物降解的有機物變成可生物降解的有機物，增加被處理水的可生物降解性，為生物活性炭中微生物的降解創(chuàng)造條件，并降低活性炭的物理吸附負(fù)荷。臭氧氧化的另外兩個有點是可以對被處理水進行充氧和臭氧處理具有微絮凝作用。在生物活性炭床中，活性炭起著雙重作用。首先，它是一種高效吸附劑，吸附水中的污染物質(zhì)；其次是作為生物載體，為微生物的附著生長創(chuàng)造條件，通過這些微生物對水中可生物降解的有機物進行生物分解。由于生物分解過程比吸附過程的速度慢，因此要求炭床中的水力停留時間比單純活性炭吸附的時間長。與單純采用活性炭吸附相比，生物活性炭具有以下優(yōu)點：提高了出水水質(zhì)，通過物理吸附（主要對非極性分子物質(zhì)）和生物分解（主要對小分子極性物質(zhì)）的共同作用，增加了對水中有機物的去除效果；降低了活性炭的吸附負(fù)荷，延長了活性炭的再生周期，從而降低了處理的運行費用；氨氮可以被生物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽；出水需氯量低，由此降低了消毒副產(chǎn)物的生成量。比單一使用臭氧氧化法經(jīng)濟。2.4膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)是從20世紀(jì)70年代開始發(fā)展起來的水處理新技術(shù)，在90年代得到飛速發(fā)展，目前被認(rèn)為是最有前途的水處理技術(shù)。膜分離技術(shù)是一種以壓力為推動力、利用不同孔徑的膜進行水與水中顆粒物質(zhì)（廣義上的顆粒，可以是離子、分子、病毒、細(xì)菌、黏土、沙粒等）篩除分離的技術(shù)。根據(jù)膜孔徑從大到小排列，可以把膜濾分為微濾、超濾、納濾和反滲透4種。膜材料主要有乙酸纖維膜、芳香族聚酰胺膜、聚颯膜、聚丙烯膜、無機陶瓷膜等。膜組件的形式主要有板式、卷式、中空纖維、管式等。微濾的孔徑為零點幾微米到幾微米，配合混凝劑的使用，能夠去除水源水中的懸浮顆粒、膠體物質(zhì)和細(xì)菌，操作壓力為0.1-0.2MPa。微濾可以替代飲用水常規(guī)處理的混凝、沉淀、過濾，在一個設(shè)備中實現(xiàn)常規(guī)工藝多個處理構(gòu)筑物才能完成的凈水效果。目前微濾技術(shù)已經(jīng)成功地用于小型地表水凈水廠。世界上最大規(guī)模為每天3萬t，我國也已建成數(shù)個每天幾千噸規(guī)模的微濾膜凈水廠。超濾膜的孔徑在5nm?0.1Mm之間，可以去除相對分子質(zhì)量在300?300000之間的大分子、細(xì)菌、病毒和膠體微粒，操作壓力在0.1?1.0MPa。超濾被廣泛用于從工業(yè)廢水中回收有用物質(zhì)，如造紙廢水中回收木質(zhì)素，洗毛廢水中回收羊毛脂，電泳涂漆廢水中回收電泳漆，食品工業(yè)廢水中回收蛋白、乳清等。在飲用水處理領(lǐng)域，大多數(shù)家用凈水器（一般構(gòu)成：粗濾-粒狀活性炭-超濾）中都設(shè)有中空纖維超濾膜來截留水中的雜質(zhì)顆粒和細(xì)菌。反滲透膜的孔徑最小，在2?3nm以下。除了水分子外，其他所有雜質(zhì)顆粒（包括離子）都不能通過反滲透膜，因此反滲透膜分離得到的水為純水。反滲透技術(shù)已經(jīng)廣泛用于海水淡化、苦咸水脫鹽、工業(yè)給水高純水的制備（電子工業(yè)用水、鍋爐給水等），近年來迅速發(fā)展起來的飲用純凈水、優(yōu)質(zhì)直飲水的核心技術(shù)就是反滲透。反滲透技術(shù)的操作壓力較高，必須超過所處理水的滲透壓。對于海水淡化，操作壓力一般在3MPa以上。對于用自來水制備飲用純凈水，操作壓力一般在1MPa以下（根據(jù)原水含鹽量、純水收率、膜特性而確定）。納濾膜的孔徑略大于反滲透膜，為幾個納米，操作壓力也低于反滲透。納濾可以截留二價以上的離子和其他顆粒，所透過的只有水分子和一些一價的離子（如鈉、鉀、氯離子）。納濾可以用于生產(chǎn)直飲水，出水中仍保留一定的離子，比純水有益于健康，并可降低處理費用。膜分離技術(shù)具有多項優(yōu)點：不需要投加藥劑，去除的污染物范圍廣，可通過選用不同的膜實現(xiàn)預(yù)定的分離效果，運行可靠，設(shè)備緊湊、易于實現(xiàn)自動控制等。缺點是：設(shè)備費和運行費高，運行中膜易堵塞，需要定期進行化學(xué)清洗，前處理要求較高，存在濃縮液的處理與處置問題等。近年來隨著膜材料價格的不斷降低，膜分離技術(shù)在水處理應(yīng)用中具有越來越強的競爭力。總結(jié)水為地球上的一切生物所必須。是生命之源。水的存在維持了生態(tài)系統(tǒng)的平衡，保證了人類獲得所需的食物。在社會發(fā)展和科技進步的進程中，人們擇水而居，逐步形成村莊，鄉(xiāng)鎮(zhèn)，城市，并得以生存發(fā)展。人類生活中除了飲用