微污染水源的饮用水处理

第十一章微污染水源的饮用水处理第一节水源的污染及其危害•1.1微污染水源的水质特点及危害•微污染水源的概念•微污染水源是指水的物理、化学和微生物指标已不能达到《地面水环境质量标准》中作为生活饮用水源水的水质要求。水体中污染物单项指标，如浊度，色度，臭味、硫化物、氮氧化物、有害有毒物质（如重金属Hg、Mn、Cr、Pb、As等）、病原微生物等有超标现象，但多数情况下是受有机物微量污染的水源。微污染水的概念水中的主要微污染物有机物氮嗅味三致物质铁锰等一般来说，受污染江河水体中主要包括石油烃、挥发酚、氨氮、农药、COD、重金属、砷、氰化物等，这些污染物种类较多，性质较复杂，但浓度比较低微，尤其是那些难于降解、易于生物积累和具有三致作用的优先控制有毒有机污染物，对人体健康毒害很大。由于我国目前的经济实力，无法在较短时间内控制水源污染，改变水源水质低劣的现状，因而人们不得不采用新的处理方法来保证饮用水的安全和人们的健康。经过几十年的研究探索，开发出了许多净化新工艺。1234微污染水源的水质特点氨氮浓度升高水中溶解性有机物大量增加嗅味明显致突变性的Ames实验结果呈阳性1.2污染物的种类和各种参数水中污染物质胶体有机物传统有机污染物人工合成有机物腐殖质耗氧有机物藻类有机物•有机物的水质分析•水中有机物种类繁多，成分复杂。目前国内外均采用测定有机物替代参数，以衡量水中的有机物总量的情况。这些替代参数主要有CODcr,CODMn和TOC等。•CODcr：在强酸性溶液中，以重铬酸钾为氧化剂测得的化学需氧量。采用重铬酸钾与浓硫酸氧化法，能氧化水中绝大部分有机物。•CODMn：也称耗氧量。用高锰酸钾作为氧化剂，只能氧化水中部分易氧化的有机物。•TOC：总有机碳。它比BOD5或COD更能直接表示有机物的总量。因此常被用来评价水体中有机物污染的程度。采用非分散红外TOC分析仪•UV254:254nm波长下水样的紫外吸光度.紫外吸光度对于测量水中天然有机物如腐殖质等具有重要意义。第二节生活饮用水的水质标准•随着经济的发展，人口的增加，不少地区水资源短缺，有的城市饮用水水源污染严重，居民生活饮用水安全受到威胁。1985年发布的《生活饮用水卫生标准》（GB5749－85）已不能满足保障人民群众健康的需要。为此，卫生部和国家标准化管理委员会对原有标准进行了修订，联合发布新的强制性国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749－2006）•常规指标•感官性状和一般化学指标•色度，浑浊度，pH，溶解性总固体，总硬度，耗氧量，铁，锰，氯化物硫酸盐•毒理学指标•主要有砷，氟化物，氰化物等•细菌学指标•总大肠菌群，细菌总数，游离余氯•放射性指标第三节有机物的去除•3.1水中有机物的特性•溶解性大分子有机物•被大分子有机物包围的颗粒•生物态颗粒有机物和油的乳浊液•3.2常规处理工艺去除有机物的效果常规处理混凝沉淀澄清过滤消毒常规处理的对象主要是水中的悬浮物、胶体杂质和细菌•常规处理去除的有机物主要为相对分子质量大于10000的部分，对低分子量有机物去除作用很小。常规处理对有机碳去除基本在40%以下，一般为30%。因此如果希望提高给水处理中对有机物的去除效率，单纯依靠常规处理是不可能实现的。传统水处理技术及问题典型工艺絮凝—沉淀—过滤—消毒感官指标差有机物去除率低采用氯消毒时，易形成三致物对内分泌干扰物质的去除率低管网水质稳定性差，易变化存在问题色度高，嗅觉差TOC，COD去除率一般只为20%~40%致畸形，致突变，致癌症微污染水源水处理对策分析•根据水源水水质和出水水质要求，针对微污染水源水的现状，主要可行的处理对策有：•（1）强化传统水处理工艺的处理效果，如强化混凝、强化沉淀、强化过滤等；•（2）在原有常规处理工艺前增加预处理工艺；•（3）在原有常规处理工艺后增加深度处理工艺；•（4）超声波降解技术•（5）寻求新型微污染水源水处理工艺等；•（6）常规处理、生物处理和深度处理工艺组合工艺改进新处理流程处理流程预处理常规处理深度处理第四节强化常规水处理技术•强化传统水处理工艺的处理效果包括•强化混凝•强化沉淀•强化过滤•4.1强化混凝技术•强化混凝技术主要是通过改善混凝剂性能和优化混凝工艺条件，提高混凝沉淀工艺对有机污染物的去除效果。•强化混凝主要方式有：•（1）提高混凝剂投加量使水中胶体脱稳、凝聚沉降；•（2）增加投入絮凝剂或助凝剂，增强吸附和架桥作用，使有机物絮凝下沉；•（3）投加新型高效的混凝/絮凝药剂；•（4）改善混凝/絮凝条件，如优化水力学条件、调整工艺pH等。•其中，增投助凝剂和采用新型高效处理药剂是强化混凝技术的主要措施和发展方向。以高锰酸钾作助凝剂、铁盐作混凝剂可以强化对微污染水源水的处理效果。采用新型高锰酸盐复合药剂可以强化混凝效果，同时发挥高锰酸盐的氧化作用，有效提高水源水中的有机污染物的去除效率。近年来，新型、高效的混凝/絮凝药剂的研制和应用，在一定程度上促进了强化混凝技术的发展和实践。•4.2强化沉淀技术•沉淀分离是常规给水处理工艺的重要组成部分，沉淀分离的效果对后续处理工艺和最终出水水质有较大影响。微污染水源水由于有机污染的增加，水中除了含有悬浮物和胶体物质外，还含有大量的可溶性有机物、各种金属离子、盐类、氨氮等有机和无机成分，对常规沉淀去除效果带来了一定的影响。•可以通过以下几种方式：•（1）投加高效新型高分子絮凝剂，提高絮凝体的沉降特性；•（2）优化改善沉淀池的水力学条件，提高沉淀效率；•（3）提高絮凝颗粒的有效浓度。•当水进入沉淀区后，在水中很快形成悬浮状态的整体网状结构过滤层，进池原水通过该过滤层以自下而上的分离清水和自上而下浓缩絮凝泥渣的过程，实现对原水中有机物进行连续性网捕、扫裹、吸附、共沉等从而提高其沉淀分离效果。•4.3强化过滤技术•在传统过滤工艺中一般可以通过预加氯来抑制滤料中的微生物生长，提高滤池的过滤周期，此时在滤料中不存在或有较少生物降解作用。强化过滤技术可以通过在不预加氯的条件下，在滤料表面培养繁育微生物，利用微生物的生长繁殖活动去除水中的有机物；也可以通过采用新型、改性滤料等的使用提高过滤工艺对浊度、有机物等的去除效果。•前种方式要求具有较高的运行管理条件，即要控制适宜的反冲洗强度保证在滤料反冲洗过程中能冲去沉积污泥而又能保留一定的生物膜，同时要求在运行过程中能够创造有利于微生物生长的微环境。采用新型、改性滤料强化过滤技术近年来受到了较多的研究和关注，在强化过滤技术中取得了一定的进展。第四节微污染水源预处理技术吸附预处理化学氧化预处理生物法预处理吹脱法1234强化混凝•吸附预处理主要是利用吸附剂的吸附特性去除微污染水源水中的有机污染物，常用的吸附剂有活性炭、粘土、硅藻土、沸石等。吸附预处理技术目前也存在回收再利用的问题，如果所投加吸附剂不能有效地再生利用，势必会增加工艺的运行费用，同时系统的排泥量也会加大。因此，寻求价廉、可方便再生的吸附剂，研究适宜的吸附剂再生技术是吸附预处理微污染水源水需要研究和解决的主要问题。新工艺预处理工艺活性碳吸附粉末活性炭颗粒活性炭柱状活性炭其他活性炭分类粒度小于0.175mm的活性炭，吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难，一般不能重复使用粒度大于0.175mm的活性炭，价格较贵，但可再生后重复使用，，操作管理方便成柱状的活性炭活性炭纤维、活性炭纤维毯、活性炭布等吸附法新工艺预处理工艺简介：沸石是一族具有连通孔道、呈架状构造的含水铝硅酸盐矿物。特殊的晶体化学结构使沸石拥有离子交换、高效选择性吸附、催化等优异性能和环境属性,从而能有效的治理各种污水。优点：沸石对氨氮、极性有机物有较好的去除能力，价格便宜。沸石吸附法新工艺预处理工艺沸石对氨氮、极性有机物有较好的去除能力;而非极性吸附剂活性炭对大部分有机物有良好的去除效果,两者的吸附性能具有互补性,可组合使用对微污染原水进行深度处理。利用沸石、活性炭联合吸附工艺处理原水,其工艺流程为:原水—沸石吸附柱—活性炭吸附柱—出水沸石为用NaCl活化后、粒径0.5～1.0mm的沸石颗粒。试验表明,该工艺对COD、Mn、浊度、氨氮、三氯甲烷的去除率分别在10%、60%、95%和40%以上,对水中苯酚、阴离子洗涤剂(LAS)和三氯甲烷的去除率分别在60%、89%、99%以上。除此以外,沸石与活性炭组合使用可减少活性炭滤层反冲洗和活化次数,延长活性炭使用寿命,降低制水成本。沸石与活性碳联用：吸附法生物法化学氧化法吹脱法新工艺预处理工艺简介吸附法生物法化学氧化法吹脱法化学氧化预处理是指在原水中加入强氧化剂，利用强氧化剂的氧化能力，去除水中的有机污染物，提高混凝沉淀效果。常用的氧化剂有氯气、臭氧、高锰酸钾、过氧化氢等。化学氧化法•常用的氧化剂有氯气、二氧化氯、次氯酸钠、臭氧、双氧水、高锰酸钾等。氯气由于能和水中的有机污染物反应生成消毒副产物如三卤甲烷（THMs），采用二氧化氯、次氯酸钠等代替氯气进行预氧化可以在很大程度上控制、减少消毒副产物的产生。新工艺预处理工艺生物法预处理是在常规的净水工艺之前增设生物处理工艺，借助微生物群体的新陈代谢活动，去除水中的有机污染物、氨氮、亚硝酸盐及铁、锰等无机污染物。由于微污染水中的有机物含量低，只能采用生物膜式反应器，目前应用的生物预处理工艺主要有生物接触氧化法、生物陶粒滤料滤池、生物膨化床与流化床等。简介吸附法生物法化学氧化法吹脱法生物法•生物处理对有机物的去除机理•微生物对小分子有机物的降解•微生物胞外酶对大分子有机物的分解作用•生物吸附絮凝作用新工艺预处理工艺新工艺预处理工艺吸附法生物法化学氧化法吹脱法吹脱法指直接向水中曝气以去除水源水中大部分挥发性物质,其中有挥发性有机物质、NH3和H2S等还原剂。通过曝气水中溶解氧含量增加,可氧化分解水中部分有机物,还使得水中胶体脱稳,有助于水厂的后续处理。曝气还可降低水中的藻类和有机污染物产生的异臭和色度。曝气方式可根据后续处理进行选择。采用单纯的曝气吹脱预处理方式,投资少,管理运行简单,对于后续处理有一定的作用,但是其有难挥发机物和氨氮去除率较低,所以一般把曝气和其他工艺进行组合。简介吹脱法第六节生物预处理•6.1生物预处理法•目的：去除那些常规处理方法不能有效去除的污染物，如可生物降解的有机物，人工合成的有机物和氨氮、亚硝酸盐氮及铁、锰等无机污染物。•由于在低营养条件下生存的贫营养微生物通常是以生物膜的形式存在的，所以微污染水源水的生物预处理方法主要是生物膜法。由于微污染水中的有机物含量低，只能采用生物膜式反应器，目前应用的生物预处理构筑物主要有生物接触氧化池生物陶粒滤料滤池生物转盘预处理——生物法1-原水箱；2-进水泵；3-液位控制器；4-膜-生物反应器；5-出水泵；6-鼓风机；7-膜组件；8-时间控制器；9-压差计膜-生物反应器工艺流程图•6.2生物接触氧化法•生物接触氧化法属于好氧生物膜法的一种，是在生物滤池基础上，从接触曝气法改良、演变而来的，因此又称为“浸没式滤池法”、“接触曝气法”和“淹没式生物膜法”等。生物接触氧化池内内设置填料，填料淹没在污水中，填料上长满生物膜，污水与生物膜接触的过程中，水中的有机物被微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜。从填料上脱落的生物膜，随后流入二沉池后被去除，污水得到净化。生物接触氧化池的曝气空气通过设在池底的布气装置进入水流，随气泡上升时向微生物提供氧气。生物接触氧化池的构造生物接触氧化池平面形状一般采用矩形，进水端应有防止短流措施，出水一般为堰式出水，图1为生物接触氧化池的构造示意图。出水渠稳定水层出水池体填料布气装置进水空气图1生物接触氧化池的构造示意图预处理——生物法生物接触氧化反应器进气口出水口出水渠填料进水口•生物接触氧化法的基本原理是在曝气池中填充填料，经曝气的污水流经填料层，使填料颗粒表面长满生物膜，污水和生物膜相接触，在生物膜中微生物的作用下，污水得到净化•生物接触氧化法的主要特征是：采用浸没在水中高孔隙率、大比表面积的填料，在其表面为微生物附