饮用水处理技术介绍

水源污染日益严重饮用水处理技术介绍10年12月31日14:45:59来源：中国净水行业公益网我要评论(0)由于工业高速发展和城市的加速，产生了大量的工业污水和生活污水，而我国城市污水处理厂的年处理率仅为2.43%，绝大部分污水直接排入水体，致使82%的水域和93%的城市地下水源被污染，水源水质明显恶化。据调查，全国430个城市有90%以上的饮用水源遭受到不同程度的污染，造成经济损失达377亿元。饮用水水源的污染，导致水处理成本急剧增加，用常规处理方法难以生产出符合饮用水水质标准的水，供水有异味、异臭、口感不适。水中有机物是消毒副产物的前体，致使水的安全性受到影响，Ames致突变实验呈现阳性。水中有机污染物的来源、分类和影响国内和国外的统计资料都表明水源水中的污染物主要来自有机物，这与工业化进程在20世纪高速发展息息相关，水体中的有机物来源于两个方面：一是外界向水体中排放的有机物;二是生长在水体中的生物群体产生的有机物以及水体底泥释放的有机物。前者包括地面径流和浅层地下水从土壤中渗沥出的有机物，主要是腐植质、农药、杀虫剂、化肥及城市污水和工业废水向水体排放的有机物、大气降水携带的有机物、水面养殖投加的有机物、各种事故排放的有机物等。后者一般情况下在总的有机物中所占的比例很小，但是对于富营养化水体，如湖泊，水库，则是不可忽略的因素。水源水中的有机物大致可分为两类：一类是天然有机物(NOM)，包括腐殖质、微生物分秘物、溶解的植物组织和动物的废弃物;另一类是人工合成的有机物(SOC)，包括农药、商业用途的合成物及一些工业废弃物。天然有机物天然有机物主要是指动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的大分子有机物，其中腐殖质在地面水源中含量最高，是水体色度的主要成分，占有机物总量的60%~90%。饮用水处理中，它是主要去除的对象。腐殖质是一类含酚羟基、羧基、醇羟基等多种宫能团的大分子聚合物，分子量在102~106范围内，其中50%~60%是碳水化合物及其关联物质，10%~30%是木制素及其衍生物，1%~3%是蛋白质及其衍生物。腐殖质在水中的形态可分为酸不溶但碱溶的腐质酸(HA)，酸溶但碱不溶的富里酸(FA)，既不溶于酸也不溶于碱的胡敏酸，三种组分在结构上相似，但在分子量和官能团含量上有较大的区别。腐殖质在天然水体中表现为带负电荷的大分子有机物，具有与水中大多数成分进行离子交换和络合的特性，这样使本来难溶与水的元素和微污染有机物在水环境中增大了溶解度，促使其迁移能力增强，分布范围更为广泛。另一方面，腐殖质已经被证明是多种消毒副产物(DBPS)的前体，是导致饮用水致突变活性增加的主要因素。去除腐殖质的主要方法有膜滤、混凝沉淀、臭氧氧化、活性炭(GAC)吸附及生物降解等。水体中天然有机物中的非腐殖质部分，以前被引用水处理界所忽视，被认为对出水水质没有什么影响，但是近年来的研究表明，消毒副产物的前体中有相当一部分是来自水中的非腐殖质部分的天然有机物。按DOC计算，与腐殖质部分的天然有机物形成的消毒副产物相比，二者比例接近。贺北平博的研究表明，水中的非腐殖质部分的天然有机物是主要的可生物降解部分，具有较强的亲水性和较低的芳香度，可能由亲水酸、蛋白质、氨基酸、糖类等组成。人工合成有机物随着各国工业的发展，人工合成的有机物呈现越来越多的趋势，目前已知的有机物种类达400多万种，其中人工合成的有机物在10万种以上，且以每年2000种的速度递增。它们在生产、运输、使用过程中以各种途径进入环境。工业污染源主要来自化学化工、石油加工、制药、酿造、造纸等行业，例如淮河蚌埠段，造纸废水占每日COD排放总量的52%，酿造(酿酒和味精)废水及化肥分别占17.54%和11.24%。农业中使用的沙虫剂、肥料也是人工合成有机物在水体中的另一个主要来源。它们可以渗透入地下水中，或者通过地面径流进入水源水中。1977年美国国家环保局(USEPA)根据有机污染物的毒性、生物降解的可能性以及在水体中出现的几率等因素，从7万种有机物化合物中筛选出65类129种优先控制的污染物，其中有机化合物114种，占总数的88.4%，包括21种杀虫剂、26种卤代脂肪烃，8种多氯联苯、11种酚、7种亚硝酸及其它化合物。这些化合物本身有一定的生物积累性，有些本身有毒性，有些有三致作用。欧共体、国际卫生组织(WHO)、日本、中国等，也相继建立了各自的优先控制有机污染物的名单，并加强水源及饮用水制备过程中对这些指标的控制。水中有机物对传统净水工艺及水质的影响水源水中的有机污染物给公众的健康带来了较大的危害，并且传统净水工艺不能满足出水要求，主要集中表现在以下几个方面：水中有机污染物大多是带负电荷的化合物，它们的存在使水的ZETA电位升高，要保证一定的出水水质，需要投加过量的混凝剂和氯，从而增加了水除了成本。而且，近来的研究表明，传统工艺无法去除某些有机污染物。现有的传统水处理工艺对有机物的去除效率一般为20%~50%，对氨氮的去除率为10%左右，出水中有机物含量很高，且其中有些有机物具有致癌性。加氯消毒使水中的致突变物质含量增加，对人体健康造成危害。据估计，我国有4亿人饮用受到有机物污染的水。有机污染物进入管网后，会被管壁上附着的微生物所利用，它们在氯化消毒之后仍然存活，比起一般的微生物有更大的危害。它们能够腐蚀管壁，从而使铁屑和重金属离子溶入水中，减少了管网的使用寿命，增加了输水能耗，致使爆管事件经常发生。更为令人担心的是从毒理学上的考虑，因为这种反应能够形成非生物稳定性的水，具有三致特性。饮用水水质指标的发展饮用水水质指标的发展经历了一个由人的感观和生活经验的感性认识到科学方法严格测定、并定量化的历程。各个国家的水质标准都是与其生产力和分析手段的发展相适应的。美国1912~1914年间，首次在水质标准中规定：“饮用水每毫升含细菌量总数不得超过100个，每5份水样中大肠杆菌数超过每毫升10个的样品不能多于1个”，揭开了真正具有现代意义的水质标准的序幕。此后于1925年、1942年、1946年和1962年对其水质标准不断进行修订和补充，这一阶段水质标准的主要内容集中在与人体健康相关的生物因素和一些感观指标，如色、嗅、味等。随着分析技术的发展，1975年颁布了《国家暂行饮用水基本规则》，此规则将饮用水用水微生物数量作为优先控制目标。1979年又对该规则进行了修定，将三卤甲烷列入，并规定饮用水中的总三卤甲烷含量不能超过100ug/L0。1986年经过更深入的调查和研究后，于当年提出了《安全饮用水修正方案》，并把它与1975年颁布的《国家暂行饮用水基本规则》合并重新命名为《国家饮用水基本规则》，该法规中对有机物的规定有15项，占所有控制项目的50%。为进一步控制污染，美国国家环保局于1991年颁布了35种污染物的最大浓度允许标准，并重新提出了另外5项污染物的标准，使控制饮用水中的污染物总数达60多种。到1993年，饮用水中的有机物标准已达到83项其他发达国家如法国、德国、英国、日本、加拿大等也对其饮用水中的有机物种类和浓度做了严格的限制。世界卫生组织(WHO)于1984年出版了《饮用水质量指南》(共三卷)，很多国家以此作为制定本国水质标准的依据。指南中对6种有机化合物的15种确定了指导值，其中三氯甲烷的指导值为30ug/L。欧共体(EC)1980年发布了关于饮用水的水质指令，包括66项控制指标，其中有毒物质指标13项，不希望过量的物质24项。1991年，欧共体又对此指令提出了10个方面的意见，对农药、多环芳烃及分类等有机物提出了更严格的要求。我国于1959年颁布了第一个饮用水水质标准，包括6项水质指标，1976年修订的水质标准将水质指标增加到23项。目前执行的生活饮用水水质标准(GB5479?/FONT85)则是根据我国现实国情于1985年提出的，水质监测项目共5项，规定的有机物有6种：挥发酚(0.02mg/L)、氯仿(0.06mg/L)、四氯化碳(0.06mg/L)、苯丙芘(10ug/L)、DDT(5ug/L)、六六六(5ug/L)。通过对比，我国的饮用水标准监测项目少，标准低，所缺乏的是对有毒物质的控制，其中有些可能使三质物质。为此，中国城镇供水协会于1993年制定了《城市供水行业2000年技术进步发展规划》，该规划根据供水规模和供水的重要性将城市自来水公司分为四类，分别提出了相应的要求，其中一类水水质指标为88项，有机物指标占38项，二类水水质指标51项，有机物指标19项，三、四类是仍然执行现有的水质标准。从而在水质标准的制定和执行上逐步与国际接轨。从美国的饮用水水质标准的发展历史来看，每一次水质标准的变化，都引起水质控制技术及分析技术的全面革新，对于新出现的污染物控制指标，美国国家环保局必须推荐或设定对应的处理技术。由此我们也可以看到期望饮用水质达到满足各方面的要趋势一种理想状态，饮用水水质指标的设定都是同现有的经济发展水平和分析、监测、处理技术水平相适应的。甚至有些指标在最大允许浓度设置的时候，首先考虑的不是毒理学标准。从现有的水平来看，我国在污染物种类、设定的标准上与西方国家还有较大的差距，可以预见，随着仪器分析的不断发展，有毒有害有机物的不断检处，新的水处理技术的不断开发和成熟，将来得以用水标准中所规定的有机物种类和含量必将越来越严格。饮用水处理技术的发展早在90年代初，全球各个国家政府、行业协会都对21世纪的发展战略提出了构想。1991年美国AWWA年会的主体就是对未来10年的饮用水处理行业发展研究的焦点提出了各自的看法，包括：饮用水消毒副产物的研究、饮用水生物稳定项的研究、臭味的控制、生物处理技术、膜技术、臭氧化工艺的研究、氯化杀菌的研究、合成有机物的去处、健康风险的评估以及水处理经济效益的分析等。经过水处理工作者的不懈努力，饮用水处理机使有了较大发展，主要表现在以下几个方面：预氯化处理技术在水处理中，对那些远距离输送源水的水厂或者以藻类含量高的水库水为水源的水厂，为了防止输水管道中的微生物和藻类的滋长，减轻后续单元的处理负荷，通常在取水口出投加少量的氯。这种方法曾经一度受到人们的重视，在节省混凝剂方面起到一定的作用，北京市第九水厂日产水量100万吨，以密云、怀柔水库为水源，在处理过程中采用了预加氯的方式已控制水中的藻类。但是近几年来的研究表明，由于原水的预氯化能使氯与水中的腐殖质及其它的有机物反应，生成大量的不能被后续单元取出的三卤甲烷、有机卤化物等致癌物质，对人们产生更大的危害，所以这种方法在新建水厂中逐渐被淘汰。臭氧化预处理技术臭氧氧化在水处理中有着悠久的历史，自从1886年法国的DeMeritens发现了臭氧就有较强的杀菌作用以来，臭氧作为限度集合控制水的色度或嗅味有着明显的优势，随着对臭氧氧化的深入研究，臭氧在水处理中的用途也越来越多，目前已经转变为去除水中的有机污染物质。臭氧对水中的三致物质的影响没有一定的规律，优势能够提高致突活性，有时能够降低致突活性，其效果视具体水质而定。目前对臭氧氧化的研究都和乙醛、可生化降解物质(BOM)、消毒副产物(DBPS)及其前体联系在一起，研究结果表明：臭氧化后的水的BDOC(生物可降解的溶解性有机碳)上升20%~30%，AOC(生物可同化的有机碳)上升达3倍左右，而且AOC中，NOX螺旋菌部分臭氧化后上升的幅度远远超过P17(荧光假单细胞)部分。所以臭氧必须和其他的处理手段结合在一起才能够有比较满意的效果。Shukcairy的研究表明在低剂量下，臭氧对消毒副产物前体氧化降低了总的有机卤化物，并能够有效的防止溴化物转化为溴酸盐，后者是消毒副产物中具有较强的致癌特性的物质，在处理工艺中较难去除。至于臭氧作为一种杀虫剂，由于在水中难以长时间存在，所以通常不作为管网中的消毒剂。活性炭(GAC)技术活性炭吸附主要用于饮用水的深度处理，它能够有效去除水中的致突变物质，使Ames试验阳性的水变为阴性水，但是活性炭总的来说是属于一种多孔疏水性吸附剂，对水中有机物的去除受到活性炭本身的特性和水中有机物性质的影响，对于TOC等综合性有机