水厂原水污染的现状及其处理技术

1水厂原水污染的现状及其处理技术第一章原水的污染现状和主要危害1.1原水污染的现状装置取水口设在大件码头下游约1公里处，此处属长江支流，水量小水的自净能力差，根据地表水环境质量标准（GB3838-2002）和中化室水质化验月报，近几年原水中氨氮的含量经常超过Ⅲ类标准，甚至达到Ⅴ类标准，CODMn、砷、铅、挥发酚也时常超过Ⅲ类标准而达到Ⅳ类标准。由此可见原水水质已经无法达到集中式生活饮用水地表水源地二级保护区的标准。世界卫生组织（WHO）调查结果表明，在发展中国家80%的疾病和1/3的死亡率与水污染有关，与此同时水源水的污染还加剧了水资源的危机，因此如何做好微污染原水的控制，加强饮用水的生物安全性和化学安全性，保证饮用水良好的感官性，是水务工作者当前面临的主要任务。1.2原水污染的主要危害1.2.1生产成本的大量增加微污染原水干扰了絮凝剂的絮凝效果，也容易穿透滤池的滤料层，造成出水水质超标，为了保证水质，必须增大絮凝剂的投加量，减小反应池、沉淀池、滤池的运行负荷，增加装置的生产成本。1.2.2藻类大量生长，影响装置正常生产夏季藻类生长十分旺盛，藻类容易堵塞排泥管、斜管、滤头，使虹吸排泥机堵塞、沉淀池运行负荷降低、滤池无法正常运行，严重影响装置正常生产，并且藻类会产生藻毒素，危害人体健康。1.2.3氯耗的增加，加重了加氯系统的运转负荷从2002年到2004年氯耗有逐年增长的趋势，2002年1月份氯耗为1.57mg/l，2003年达到1.92mg/l，2004年达到3.7mg/l。供水装置现有两台加氯机，最高日加氯量为450kg，2004年1月份平均日加氯量在300kg以上，曾出现过日加氯量达到420kg的现象，如此高的加氯量加重了加氯系统的运转负荷。2004年1月份用氯量共计10.8吨，平均3天用1吨，过高的加氯量导致2氯瓶周转紧张，由于氯瓶中液氯在气化过程中大量吸热，大量加氯使氯瓶结霜、氯瓶出口压力低，影响氯瓶使用寿命，不利于装置稳定生产。1.2.4饮用水消毒的生物安全性和化学安全性降低氯在进行饮用水消毒时与水中某些无机物、有机物发生氧化反应，产生臭味物质，降低了供水水质。当水中有较强的臭味时，减少加氯量可减少生活水的氯臭味，但是减少加氯量会使余氯和细菌指标超标，降低了饮用水的微生物安全性。氯气消毒产生的三卤甲烷、氯酚等多数是致癌物或诱变剂，大量的加氯导致“三致”物质的增加，降低了饮用水消毒的化学安全性。1.3原因分析1.3.1低温低浊水以及较高浓度的污染物影响了絮凝剂的处理效果出水水质较差一般容易发生在冬季，由于气温低不利于混凝剂的水解，水的粘度大，不利于胶粒脱稳凝聚，长江水泾流量小，水的自净能力差，水中污染物的浓度高，部分有机污染物可以干扰混凝剂的水处理效果，不利于矾花的形成，使沉淀池、滤池处理能力降低，严重的会导致出水超标。1.3.2营养物质的大量增加使藻类大量生长藻类繁殖程度主要决定于水中氮和磷的含量，基本反应式如“式1.3.2”原水中氮、磷的等营养元素的增加，是藻类增长的主要原因。1.3.3氨氮、亚硝酸盐与氯耗增高的相关性氯气消毒主要通过次氯酸起作用，当原水中含有一定的氨氮时，氯气和氨氮反应生成一氯胺、二氯胺、三氯胺，而一氯胺和次氯酸反应生成不起任何消毒作用的化合物，因此当原水中氨氮浓度较高时会出现折点加氯现象，大量消耗氯气，根据理论推算Cl2:N为7.6:1时，余氯才会随加氯量的升高而升高，一般加氯量要达到氨氮浓度的9~10倍，才能保证出水水质。亚硝酸盐也可以大量消耗氯气，由于氯气具有强氧化性，它可以和亚硝酸盐等还原性物质反应，根据“式1.3.3”推算1克的亚硝酸盐氮要消耗5克的氯气，从而使氯耗大量升高，一般冬季亚硝酸盐含量达到0.04mg/l～0.06mg/l，而夏季达到0.01mg/l~0.02mg/l。因此冬季需要更多的氯来氧化亚硝酸盐。H2O+Cl2+NO2ˉ→NO3ˉ+2Clˉ+2H﹢（式1.3.3）106CO2+16NO3ˉ+HPO4²ˉ+122H2O+18H﹢→C106H263O110N16P+138O2（式1.3.2）3由“图1.3.4”可知1月份到3月份原水中氨氮和亚硝酸盐氮含量较高并且平均值超过1.0mg/l而达到Ⅳ类标准，加之此时反应池、沉淀池、滤池对于氨氮的去除能力低，使加氯量迅速增高。第二章微污染原水控制技术第二章微污染原水控制技术2.1微污染原水控制的方法微污染原水控制技术可分为预处理、强化常规生产工艺及深度处理技术三类。预处理主要增加前加氯或投加臭氧等装置，预处理技术不但可以去除水中有机污染物，而且可以减轻后续处理工艺的负担。强化常规生产工艺主要是通过提高混凝剂的投加量或投加助凝剂的方法，提高有机污染物的去除效果，然而过量的混凝剂必然引起处理费用和污泥量的增加。深度处理技术是目前研究的重点，主要有臭氧活性炭技术、生物活性炭技术、光催化氧化技术、膜法深度处理技术等，深度处理技术虽然处理效果好，但是成本高。对于目前原水水质总体较好的情况，供水装置主要采用强化常规生产工艺及二氧化氯和活性炭投加的方法，去除水中污染物，取得了良好的效果。2.2常规生产工艺对微污染物质的去除2.2.1去除原理强化常规处理工艺主要是提高絮凝剂的投加量，降低滤池的运行负荷，延长滤池的运行时间以提高反应池、沉淀池、滤池的处理效率，提高去除污染物的能力。絮凝剂主要通过电性中和、吸附架桥和卷扫作用和水中胶体粒子形成絮凝体，部分絮凝体通过斜管沉淀池的澄清的作用被去除，达到降低水中有机污染物浓度的目的。提高絮凝剂的投加量，形成絮体的吸附位增多，可充分发挥吸附架桥作用，提高了对有机物的去除率。00.511.5123456789101112图1.3.42003年原水中氨氮浓度趋势图月份mg/l4滤池主要通过使悬浮颗粒与滤料颗粒之间粘附作用，去除水中悬浮杂质。滤料层中生长的微生物有助于降解水中污染物。硝化细菌可以通过硝化反应降解水中氨氮和亚硝酸盐氮，由“式2.2.1.1”和“式2.2.1.2”可知亚硝酸菌可以把氨氮氧化成亚硝酸，硝酸菌可以把亚硝酸盐氧化成硝酸盐。硝化细菌属中温菌，最低生长温度为5-10℃，最适生长温度为20-40℃，从全年水温变化情况来看，12月份至次年3月份水温均低于20℃，不利于硝化反应，因此冬季硝化细菌活性低，污染物的降解能力低。2.2.2处理效果及分析水中污染物的去除能力受到水温、水中污染物的浓度及成分等影响，水温低絮凝剂的处理效果及滤池的处理效果变差，一般冬季的污染物去除能力较低，其它时候污染物去除能力较高。根据2004年2月和5月水质情况，从“图2.2.2.1”可知2月份CODMn的平均去除效果比5月份低。提高混凝剂的投加量不但有利于对CODMn的去除，而且有利于后续工艺对微污染物质的去除。由“表2.2.2.2”和表“2.2.2.3”可知在加矾量为10mg/l时CODMn的去除率达到36％、氨氮的去除率到达到98％、亚硝酸盐的去除率达到95％，而加矾量达到15mg/l式时，CODMn的去除率能够达到50％，氨氮的去除率到达到99％、亚硝酸盐的去除率达到96％，通过提高加矾量不但提高了CODMn去除率，而且也提高了氨氮和亚硝酸盐的去除率，这是因为通过提高加矾量提高了混凝效果，矾花颗粒大沉降性能好，同时有利于提高滤池对有机物的吸附能力。2NH3+3O2→2HNO2+2H2O亚硝酸细菌作用式2.2.1.1HNO2+O2→2HNO3硝酸菌作用式2.2.1.20%20%40%60%80%135791113151719212325272月5月水中CODMn去除效率图2.2.2.1水中CODMn去除效率除率5表2.2.2.2加矾量为10mg/l时CODMn、氨氮、亚硝酸盐的去除能力加矾10（mg/l）CODMn（mg/l）去除率（％）氨氮（mg/l）去除率（％）亚硝酸盐（mg/l）去除率（％）原水2.51.050.022沉淀池出水1.9240.25760.01723滤后水1.6120.12120.00173生活水1.60＜0.02＞9＜0.001＞0累计369895表2.2.2.3加矾量为15mg/l时CODMn、氨氮、亚硝酸盐的去除能力加矾15（mg/l）CODMn（mg/l）去除率（％）氨氮（mg/l）去除率（％）亚硝酸盐（mg/l）去除率（％）原水2.61.480.024沉淀池出水1.7340.55630.00771滤后水1.700.130＜0.001＞25生活水1.315＜0.02＞8＜0.0010累计509996缩短滤池运行时间不但可以降低出水浊度，而且可以减少出水氨氮含量。由“表2.2.2.4”可知在加矾量为10mg/l，原水CODMn为4.7mg/l,氨氮为1.85mg/l时，随着滤池的运行时间的延长，滤池的运行效率逐渐降低，滤后水的氨氮含量增高，导致加氯量的增加，当滤池运行到一定时间后，微污染物容易随悬浮杂质穿过滤层使水质恶化。表2.2.2.4滤池运行时间和滤后水中氨氮及加氯关系滤池运行时间滤后水氨氮值（mg/l）生活水水氨氮值（mg/l）加氯量(mg/l)余氯(mg/l)4小时＜0.02＜0.020.940.58小时0.02＜0.020.940.516小时0.040.020.940.424小时0.090.031.090.42.3二氧化氯对微污染物质的去除2.3.1去除原理藻类是水中悬浮物的主要来源，同时藻类也是氯化消毒副产物（DBPS）的重要前驱物质。某些藻类在一定的环境下能产生有害的藻毒素，多数藻类及其代谢产物均能使水体产生异臭，二氧化氯在水中以中性分子形式存在，它对微生物细胞壁有较强的吸附和穿透能力，因此具有很好的灭藻效果，针对细菌6和病毒，二氧化氯比氯气有更强的灭活效果，因此投加二氧化氯可以防止细菌和病毒通过生活饮用水进行传播。二氧化氯的氧化能力是氯气的2.63倍，可以氧化铁离子、氰化物、亚硝酸盐等，可以控制由于苯酚、氯胺、硫化物产生的臭味物质。针对几种常见消毒剂的持续消毒能力和消毒效率进行排序：持续稳定性排序：氯胺〉二氧化氯〉游离氯〉臭氧消毒效率排序：臭氧〉二氧化氯〉游离氯〉氯胺由此可见二氧化氯表现出强于游离氯的良好持续消毒能力和消毒效率。2.3.2处理效果及分析如“表2.3.2.1”可知通过投加不同浓度的二氧化氯，可以有效的抑制水中微生物的生长。长期投加二氧化氯可以防止藻类及其它有机物堵塞滤头，投加二氧化氯后，滤头的堵塞率只有30%，而未投加二氧化氯的滤池，滤头堵塞率达到或超过40%。表2.3.2.1投加二氧化氯可抑制甚至杀灭水中生物投加量（mg/l）00.20.40.8现象藻类生长旺盛藻类生长缓慢池壁上藻类停止生长水中藻类、鱼类死亡，有利于去除由“表2.3.2.2”可知通过提高二氧化氯的投加量可以减少氯耗和降低沉淀池出水浊度。二氧化氯的投加可以促进胶体和藻类脱稳，使絮状体有更好的沉降性能，从而降低沉淀池出水浊度。由于二氧化氯的强氧化能力，它可以将部分还原性物质氧化，从而减少氯气的消耗量。表2.3.2.2投加二氧化氯对氯耗及出水浊度的影响投加量（mg/l）00.20.40.8氯耗（mg/l）1.251.21.150.99沉淀池出水浊度(NTU)5.35.35.14.42.4活性炭对微污染物质的去除活性炭是用烟煤、褐煤、果壳或木屑等多种原料经碳化和活化过程制成的黑色多孔颗粒，其主要特征是比表面积大和空隙构造。由于活性炭有优良的吸附性能，使它可以很好的去除有机物。由“表2.4”可知通过提高活性炭的投加，可以提高对CODMn的去除效7果。这是因为活性炭投入水中后可以吸附水中污染物质，再通过絮凝剂的混凝沉淀作用，在沉淀池中沉降，达到去除有机物的目的。表2.4活性炭投加量和CODMn的去除率第三章探讨与总结常规生产工艺对氨氮、CODMn等均有一定的去除效果，但是去除能力有限，特别是对于高浓度的污染物，去除效果差。冬季低温、低浊度水本身较难处理，加之微污染物浓度高，处理效果更差。但是和二氧化氯、活性炭相比成本较低，操作简便。二氧化氯可以降低加氯量，减少“三致”物质，但是过高的投加二氧化氯