饮用水处理.

第四节饮用水处理一、沉淀二、混凝三、过滤四、消毒五、特殊水质改善法•人不能离开水而生存，但不洁净的水导致人类历史上多次水媒传染病爆发，死者无数。•人类自有史记载以来就一直在寻找改善饮用水的途径和技术。–中国古代将明矾置于带孔木杖中搅动水，使汲取的黄河水澄清；–古埃及用捣碎杏仁抹在水池内壁，帮助池中尼罗河水澄清；–4000年前的印度利用木炭对水过滤，并储存在铜器中保鲜；–17世纪以后，氯的发现，导致其后来在大规模水处理中的应用；–…………•水处理(watertreatment)包括净化和消毒。–净化(purification)：利用理化方法，改善水的物理和化学性状。常用方法为沉淀、混凝、过滤。其它还有脱色、除臭味、除铁、除氟、软化、淡化等等。–消毒（disinfection）：利用理化方法，杀灭水中病原微生物。–广义的净化也把消毒包括在内。一、沉淀(sedimentation)•水和水中均匀分布的细小颗粒所构成的体系，称为分散体系。分成三类：–真溶液：小于1nm的颗粒，尺寸很小，不能引起光线的散射，所以看起来水呈透明状；–胶体溶液：颗粒为1nm-1000nm，能够引起光的散射使水呈浑浊。具有布朗运动的特性，难以自然沉淀下来。需要混凝沉淀。–悬浮液：颗粒大于1000nm，能够引起光的散射使水呈浑浊。可以自然沉淀下来。•自然沉淀需时较长，平时可作为初步处理用。在行军、野营、战时不适用，此时应考虑混凝沉淀。二、混凝(coagulation)•（一）混凝机理–水中胶体颗粒带有相同的负电荷，互相排斥，形成稳定的悬浮状态不下沉。–加入混凝剂可使胶体颗粒凝聚而沉降。•混凝剂遇水形成带阳电荷的胶体，中和水中胶体颗粒的负电荷，破坏胶体的稳定性，使混悬的颗粒相互凝聚结絮，形成的絮状物又有很强的吸附架桥能力，可吸收周围的混悬物质，逐渐增大体积和重量，最后因重力作用而下沉，使水沉清。这种结构松散、有吸附能力的绒体，也叫“矾花”（floc）______________+++++++_•（二）混凝剂和助凝剂（要求对人体健康无害，混凝效果好，使用方便及价廉易得）–铝盐•最常用，包括明矾Al2(SO４)３·K２SO４·24H２O、硫酸铝Al2(SO４)３·18H2O等。价廉易得，但影响因素多，pH范围较窄，澄清时间长。–聚合氯化铝(polyaluminiumchloride）(羟基或碱式氯化铝)•无机高分子混凝剂。水解后形成多核高价电解质•用量少；絮状物形成快，大而细密，沉淀快；影响因素少，混凝效果好。但水面常有浮沫、沉淀物容积较大。–铁盐•硫酸亚铁(绿矾)FeSO4·7H2Ｏ、三氯化铁FeCl3·6H2Ｏ、硫酸铁Fe2(SO4)3·2H2Ｏ、聚合硫酸铁等。•絮状物比重大，沉降较快；pH值宽(pH3.5～11)；低温时效果亦好。缺点是易产生色、味；具有强酸性，对设备有腐蚀作用。•净水植物:–有混凝作用的：量天尺、仙人掌、木棉树与木瓜等；–有助凝作用的：榆树、土肉桂、钝叶樟、木芙蓉等。–净水植物多只用于野外少量水处理。•聚丙烯酰胺(polyacrylamidePAA):–人工合成水溶性非离子型有机高分子物质，在水中可分散成巨大数量的长链状高分子；–可以作为混凝剂，也可与其他混凝剂的助凝剂。–因单体丙烯酰胺有毒，只用于高浊度，高色度或有特殊嗅味的水，高浓度有机废水，含有毒有害物质的水，放射物质污染的水及含有大量致病菌和病毒的水。•水的pH值和碱度:–铝盐在5.7～7.8范围内较好。–三价铁盐适宜的pH值为6.0～8.4，而二价铁盐只有当pH值大于8.5时才可被氧化为三价铁，因此需投加碱。–高分子混凝剂受pH值影响较小。•水温:–低温时应增大剂量，延长沉淀时间、投加高分子助凝剂或改用聚合氯化铝、聚合硫酸铁等。(三)影响混凝的因素•水中杂质:–浑浊或稍浑浊的水较透明的水更易凝聚–悬浮物极少时，要增加剂量或投加粘土或助凝剂。•搅拌:–初加时应迅速充分搅动使快速混和均匀，形成微细絮状物，然后慢速搅拌，以增加絮状物碰撞机会形成较大的絮状物下沉。–剧烈长时间搅拌或经常改变搅拌方向，都可导致絮状物不可逆的破坏。三、过滤(filtration)•意义–过滤可去除部分色度、浊度、化学物质及微生物•过滤原理–1.机械筛滤；2.沉淀；3.吸附；4.生物滤膜•滤料种类–颗粒状:石英砂、无烟煤、木炭、活性炭等。–纤维状:纤维离子交换树脂、布、棉花、羊毛等。–多孔成型:陶瓷、硅藻土、活性炭等制成管状或板状。–薄膜型:微滤膜和超滤膜等。去除微细悬浮颗料、细菌、病毒和胶体等。一般只用于对小量水处理。•影响过滤的因素（自学）•过滤方式（慢砂滤、快砂滤、简易砂滤等）四、消毒（disinfection）•污染的原水经混凝、沉淀、过滤仍有一部分微生物未能杀灭。从安全方面考虑，水的消毒是水质改善中最重要的一个环节。•原则上不论平战时，凡饮用水必需经过消毒。水的各种物理化学消毒法(最常用的仍然是煮沸和氯消毒法)•物理–热:煮沸;声:超声波;辐射:紫外线（UV）、微波、γ射线;压力:超滤•化学–卤族元素:氯、碘、溴–卤间化合物:氯化溴、氯化碘、溴化碘–过氧化物:臭氧、过锰酸钾、高铁酸钾、过氧乙酸–金属:银、铜•协同–氯胺与碘化钾、氧与溴化碘、铜：维生素C：过氧化物、臭氧和紫外线、银与超声波、载银树脂国家及地区Cl2ClO2O3UV国家及地区Cl2ClO2O3UV澳大利亚+++++意大利++++++奥地利++++++日本+++比利时+++++中国澳门+++巴西+荷兰+++保加利亚++++挪威++++中国++++南非++++捷克++++西班牙++++++芬兰+++++瑞典++++法国++++++瑞士+++++++德国+++++++++英国+++++匈牙利++++美国++++++爱尔兰++++一些国家及地区的水消毒方法氯消毒法1774瑞典scheele发现氯元素1785年用于消毒降低产褥热1896年开始用于饮用水消毒，因效果好、价廉在世界范围内普及1970年代发现DBPs,引起广泛争议，但无更好的替代品，因此仍然广泛应用–液氯（Cl2）•氯气在常温下加压6～8个大气压即成，储存于钢瓶中。减压时挥发成气体，通过加氯器，将氯与水配成氯溶液再投入水中。价廉，效果可靠。但有强烈急性毒性。应防止泄漏。–漂白粉CaCl(OCl)（bleachingpowder）•氯化石灰，含杂质，其有效成分为有效氯。一般商品漂白粉含有效氯35%，保存不当有效氯极易损失（有效氯少于5%时不能用）。使用方便，小量水应用。–漂白粉精Ca(OCl)2(calciumhypochlorite)•精制氯化，有效氯含量可达70%，有粉剂与片剂，性质较稳定。为我军主要饮水消毒剂。氯消毒剂种类（液态氯、无机氯、有机氯）–二氯异氰尿酸钠(C3O3N3NaCl2)•商品名“优氯净”，含有效氯62～64.5%。性质极稳定。消毒效果好，但价格较贵，只能用于小量水消毒。–次氯酸钠(NaOCl)•将氯气通入氢氧化钠溶液或电解食盐溶液可产生，含有效氯12～15%。需消耗能源，适于无液氯供应地区。–二氧化氯(ClO2)•淡黄绿色气体，强氧化剂，效果快而好，不产生DBPs，是一种有前途的水消毒剂。氯的消毒作用通过HOCl产生。HOCl是小的中性分子，极易穿过细菌的细胞膜进入细菌内部，通过Cl原子的氧化作用，破坏细菌磷酸丙糖巯基酶活性导致细菌死亡。而OCl—带负电，不能靠近带负电的细菌，很难起消毒作用。HOCl的杀菌能力比OCl—大80倍.。氯消毒机理氯的水解：C12十H20H-十C1-十HOCl次氯酸的离解：HOClH+十OCl—PH值HOCl(%)OCl-(%)4100.00.0599.70.3696.83.2775.224.8823.276.892.997.1100.399.7110.0399.97凡含氯化合物的分子团中氯的价数大于负一价者均为有效氯。有效氯(availablechlorine)代表氯制剂在氧化还原反应中的当量值（获取电子的能力）。Cl2含氯100%，Cl0→Cl－1的氧化过程中有1个电子转移，故其当量有效氯为1×100％＝100％。HOCl含氯67.7%，Cl+1→Cl－1的氧化过程中有2个电子转移，故其当量有效氯为2×67.7％＝135.4％。NaOCl含氯47.7％，Cl+1→Cl－1的氧化过程中有2个电子转移，故其当量有效氯为2×47.7％＝95.4％。ClO2含氯52.6%，Cl+4→Cl－1的氧化过程中有5个电子转移，故其当量有效氯为52.6%×5＝263％。表明ClO2氧化能力是Cl2的2.5倍左右。•Chlorineisgreenandactuallynamedafterkhlôros,thegreekwordforgreen.•BoilingPoint:-34.6°C(238.55°K,-30.279997°F)•NumberofProtons/Electrons:17•NumberofNeutrons:18•Classification:Halogen•CrystalStructure:Orthorhombic•Density@293K:3.214g/cm3影响氯消毒的因素•水的性质–pH值:酸性环境下杀菌能力强。–水温:水温升高，杀菌作用也增强–水中杂质:能与氯作用而消耗氯；水中悬浮物除消耗氯外，还可将细菌包裹在内而影响杀菌效果。应先经过处理，才能保证氯消毒的效果。•病原体种类–无芽胞菌抵抗力较低，尤其是G-肠道致病菌。–G+菌抵抗力较G-细菌强，细胞壁较厚。–有芽胞菌、结核杆菌、立克氏体对氯的抵抗力强。–肠道病毒的抵抗力一般比肠道细菌强，但不同的病毒对氯抵抗力差别很大。–各种包囊对氯的抵抗力强。•加氯量与接触时间–消毒时，加氯量必须满足水中杂质消耗的氯量(需氯量)，并在充分的接触时间后，还余留有一定的氯量(余氯量)，才能保证消毒的可靠。加氯量=需氯量+余氯量–氯消毒剂量和接触时间存在着一定关系。即接触时间长，消毒剂量小，接触时间短，消毒剂量大。据此可得出浓时积公式Cnt＝K。这两个因素虽可互相调节，但亦不可无限的过大过小或过长过短，如剂量过小，时间再长也达不到消毒目的，反之亦然。因此，一般游离余氯不宜低于0.3mg/L，接触时间不应短于15min。氯消毒方法•常氯消毒法–用于经常性消毒。–水源良好，水质透明无污染时，单独用常氯消毒即可保证饮水安全。–水质污染严重时，则必须先经处理再用常量氯消毒。–一般加氯量为1～3mg/l，消毒30min后，应保持游离余氯0.3～0.5mg/L。•超氯消毒法–适用于污染严重或紧急情况时（如行军、野营、战时紧急情况下，水源受到严重污染或发生肠道传染病流行或生物战时）。–用超过正常氯量5～10倍或更大的氯量消毒水。效果好，时间短。但耗药量大，余氯很高，必须脱氯方可饮用。–加入正常5～10倍漂白粉量，消毒10～15min，测定余氯，脱氯。氯消毒步骤计算水量确定加漂白粉(精)量加氯消毒测定余氯脱氯（超氯消毒时用）应熟悉水井、水池的水量计算方法，以及军队常用容器水桶、行军锅、面盆的容量。1mg余氯可用3.5mg硫代硫酸钠脱去加漂白粉量一半的硫代硫酸钠即可亦可将水通过活性炭或木炭过滤器脱氯每片100mg维生素C可脱氯64.7mg保证消毒效果的重要环节。一般要求游离余氯0.3～0.5mg/L。战时或有肠道传染病流行时，应不低于1～2mg/L。水被生物战剂污染时不低于5mg/L。应先将漂白粉(精)调成浆状或配成溶液加入，充分搅拌，放置30min。估计法：根据水质清浊估计加漂白粉量。简便但不太准确。试验法：可用三杯法或三桶法。以余氯量评判正确的漂白粉加量。计算法：必须先知道漂白粉有效氯含量，再根据水质确定加氯量，按公式计算加漂白粉量(g)continuouschlorinationshockchlorination其它消毒法紫外线（UV）•由低压汞灯产生具有杀菌作用的波长250～265μm的紫外线，对微生物细胞DNA的胸腺嘧啶起光化学转变作用，导致细胞死亡。•优点:不改变水的理化性质，不产生嗅味，消毒