应对新的国家饮用水水质标准的现有水厂工艺改造技术对策-清华大学-刘文君教授

应对新的国家《生活饮用水卫生标准》的水厂现有工艺技术改造对策刘文君教授[e-mail]清华大学环境科学与工程系饮用水安全研究所所长主要内容《生活饮用水水质标准》（GB5749－2006）的特点我国饮用水水源存在的问题现有工艺的现状和挑战水厂现有工艺改造的技术方案选择《生活饮用水卫生标准》（5749-2006）指标特点水质指标：106项，其中常规42项，非常规64项。常规：42项，1）微生物学：42）毒理学：15无机物：12，有机物：33）感官和一般化学性：174）放射性：25）消毒剂：4《生活饮用水卫生标准》（5749-2006）指标特点水质指标：106项，其中常规42项，非常规64项。非常规：64项，1）微生物学：2（两虫）2）毒理学：59无机物：9，有机物：503）感官和一般化学性：3新旧标准对比增加了71项：微生物指标：2→6消毒剂：1→4毒理指标：无机物：10→21有机物：5→53感官性状和一般理化指标：15→20修订了8项：总大肠菌群：3CFU/L→不得检出（CFU/100mL）砷：0.05mg/L→0.01mg/L镉：0.01mg/L→0.005mg/L铅：0.05mg/l→0.01mg/L硝酸盐：20mg/L→10mg/L四氯化碳：0.003mg/L→0.002mg/L浑浊度：3度→1NTU总α放射性：0.1Bq/L→0.5Bq/L。新标准的特点加强了对水质有机物、微生物和水质消毒等方面的要求统一了城镇和农村饮用水卫生标准基本实现了饮用水标准与国际接轨水源污染现状水污染十分严重据2007年的《中国环境状况公报》，全国197条河流407个地表水国控断面中，III类以内的水体只占49.9％，IV类和V类水体占26.5%，属于劣V类水体占23.6％。其中城市河段的污染更为严重，地下水水质在基本稳定的基础上有恶化趋势，大部分城市和地区的地下水存在一定程度的点状和面状污染。主要污染物高锰酸盐指数、氨氮、石油类49%27%24%I-IIIIV-V劣VIIIIIIIVV劣V246101515水污染现状湖、库污染十分严重据2007年的《中国环境状况公报》，全国28个国控重点湖、库中，I类和II类占7.1％，III类以内的水体只占21.4％，IV类占14.3%，V类占17.9％，有39.3%属于劣V类水体。主要污染物总N、总P、藻类及其分泌物7%21%14%18%40%I-IIIIIIVV劣V饮用水源中的主要污染物耗氧量氨氮微量有机物致病微生物藻类嗅、味其它污染物给水处理的目的控制水传播致病微生物（原生动物、细菌、病毒等）控制水中化学污染物（有毒物质和致癌、致畸、致突的“三致”物质）提高水的舒适度（色、嗅、味和口感等）给水处理传统工艺混凝沉淀过滤消毒传统工艺是目前世界上应用最广泛的处理工艺。对普通的悬浮物、浊度、细菌、微生物等物质有较好的去除效果。然而在微量有机污染物、新型致病微生物、消毒副产物控制等方面有较大的局限性，已经不能满足现代社会发展的要求。常规工艺改进的必要性我国水源水质已受到不同程度污染，污染成份越来越复复杂，短期内不会有根本好转。水质标准越来越严格，水质指标数量和限值都有大幅度提高。常规处理工艺(混凝沉淀、过滤、消毒)已无能为力，必须采用氧化、吸附、生物降解等新技术组成的综合工艺才能制成安全干净的生活饮用水。给水处理新工艺流程常规处理预处理深度处理消毒预处理工艺的类型氯气预氧化化学氧化高锰酸钾预氧化二氧化氯预氧化氧化法臭氧预处理生物滤池预处理生物氧化生物接触氧化粉末活性炭吸附法粘土吸附给水处理新工艺(预处理)给水处理新工艺(预处理)常规净水工艺的改进混凝与沉淀过滤生物滤池强化过滤炭砂过滤浮滤池翻板滤池高密度澄清池强化混凝（调pH、加助凝剂、增加混凝剂量）Actiflo澄清池微涡旋浮沉池给水处理处理新工艺(深度处理)活性炭吸附臭氧活性炭光催化氧化微滤超滤深度处理膜过滤给水处理处理新工艺(消毒)优化氯消毒采用统合式（IDDF）消毒设计框架顺序消毒技术紫外线复合消毒二氧化氯消毒臭氧消毒优化消毒TOC有机物分类POCNBDOCBDOCDOCAOCCOC不同工艺单元对有机物去除能力分子量区间混凝沉淀生物处理活性炭吸附10,000～100,000有效去除增加部分去除3000～10,000有效去除部分减少增加1000～3000部分去除部分去除有效去除500～1000增加部分去除有效去除500基本无效有效去除部分去除不同工艺单元对有机物去除能力尺寸(m)近似分子量10-310-210-1100101103104105106107108难降解有机物DDTPCBs等多糖(淀粉、纤维素、果胶)藻类、原生动物胞外梅细菌碎片有机碎片氮磷物富里酸菌胶团脂肪酸腐殖酸糖类蛋白质氨基酸细菌烃类病毒亲水酸粘土－腐殖质－金属复合物形成BDOC的主要有机物具有胶体性质有机物POC水中有机物的相对尺寸或相当分子量生物处理(主要去除分子量小于1000的亲水性有机物)活性炭吸附(主要去除分子量小于3000的憎水有机物和三致物质)混凝沉淀过滤(去除率约30%)混凝沉淀过滤(去除率大于90%)备注1.水中大分子有机物的分子量和相对尺寸不同资料来源有差异2.生物处理对分子量1000的有机物有一定去除，但在给水处理中不是主要去除对象水处理工艺102DOC净水厂改造的基建投资与运行费用工艺作用机理功能去除效果/%增加费用有机物CODMn氨氮亚硝酸盐色臭味AOCAmes活性基建/元/m3运转/元/m3常规工艺混凝、接触凝聚除浊、消毒2010~20负增长一定少量负增长活性炭吸附物理吸附、部分生物降解去除有机物20~50少量少量很有效部分很有效80~1000.12~0.15臭氧-活性炭化学氧化、物理吸附、生物降解去除有机物20~5080~9080~90很有效很有效很有效综合200~300(O345~50)0.2~0.3(O30.05~0.10~50)生物预处理生物降解、吸附、絮凝去除氨氮、亚硝酸氮、有机物10~2585~9090部分有效不明显80~1200.10强化混凝创造良好水力条件、吸附架桥充分发挥混凝作用增加8~10基本无基本无少量少量不明显50.02~0.05强化过滤生物降解、絮凝吸附去除氨氮、亚硝酸氮、部分有机物10~1570~8080~90少量部分少量15~200.01~0.02预处理采用生物滤池或生物接触氧化池去除氨氮效果好。基建投资增加80~120元/m3/d，运转费增加＜0.05元/m3。深度处理采用臭氧-活性炭基建投资增加200~300元/m3/d，运转费增加0.2~0.3元/m3。紫外线消毒投资增加20~30元/m3/d，运转费增加0.015元/m3。经济指标藻类含量较高的水库水：一般SS、氨氮、CODMn均较低，：臭氧预氧化→混凝气浮→臭氧→活性炭工艺。一般水源水（氨氮1.0mg/L，CODMn6.0mg/L）(地表水Ⅲ类)原水→混凝→沉淀→砂滤→臭氧→活性炭氨氮浓度较高（氨氮3.0mg/L，CODMn6.0mg/L）：原水→生物预处理→混凝→沉淀→活性滤料过滤→臭氧→活性炭深度处理工艺选择氨氮浓度较低、CODMn较高的水源水(氨氮3.0mg/L，CODMn8.0mg/L)原水→强化混凝→沉淀→活性滤料过滤→臭氧+活性炭氨氮、CODMn浓度均较高的水源水(氨氮3.0mg/L，CODMn8.0mg/L)原水→生物处理→强化混凝→沉淀→活性滤池→臭氧+活性炭深度处理的工艺选择离子范围分子范围高分子范围微粒范围微米（m）10－310－210－1110海水淡化盐水脱盐脱硝态氮除硬脱脱脱天脱水溶度组分脱脱三卤消毒副产物脱有机物表面活性剂去农药脱色然有机物性腐植酸腐植酸甲烷前驱物病细菌毒悬浮物泥浆藻类反渗透RO纳滤NF超滤UF微滤MF混凝、沉淀砂滤膜分离图谱原水→混凝→沉淀→过滤→粉末活性炭→超滤原水→混凝→沉淀→粉末活性炭→超滤原水→混凝→沉淀→活性炭过滤→超滤原水→混凝→沉淀→超滤→活性炭过滤膜技术工艺臭氧活性炭实例（广州南洲水厂）膜处理实例（新加坡Newater）紫外线高级氧化处理实例(荷兰PWN)谢谢大家！