微污染水源水处理技术2

微污染水源水处理技术1.水源水污染特征常规水源生活饮用水水源水质标准CJ3020-93一级水源水：水质良好二级水源水：水质受轻度污染水质超过二级标准限值的水源水，不宜作为生活饮用水的水源。地表水环境质量标准GB3838-2002Ⅰ类主要适用于源头水、国家自然保护区；Ⅱ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地以及保护区；Ⅲ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区；Ⅳ类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；Ⅴ类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类BOD5(mg/L)334总氮(mg/L)0.20.51.0总磷(mg/L)0.020.10.2地表水主要水质指标标准限值1.水源水污染特征微污染水源指微量和痕量有毒有害的污染物进入水体后被污染的水。可溶性有机物氮藻类铁、锰等重金属1.水源水污染特征1.1污染源城市工业废水城市生活污水垃圾渗滤液大气降水农业面源1.2地下水污染特征1一般不易污染2污染速度慢3污染物质多以无机有毒物质为主，少见有机物4其自净能力差，污染状况存在时间长5相对于地表水污染扩散速度慢1.水源水污染特征1.3河流污染特征污染程度随径流量变化断面上分布不均匀河流自净能力强污染影响大1.4库湖污染特征稀释能力差积累和转化污染物质的能力强易出现富营养化易出现底质污染富营养化的危害水质变浑溶解氧减少藻毒素增加色度、臭味产生致突前体物增加制水成本破坏水生生态水源地常见的藻类硅藻门直链藻舟形藻小环藻星杆藻绿藻门小球藻水绵胶群藻蓝藻门颤藻项圈藻蓝束藻水体中有恶臭的藻类蓝藻门束丝藻属鱼腥藻属腔球藻属绿藻门空球藻属硅藻门针杆藻属具有藻毒素的藻类蓝藻门铜锈微囊藻不定腔球藻水华鱼腥藻水华束丝藻藻毒素的类型赤潮藻毒素麻痹性贝毒短裸甲藻毒素溶血性毒素细胞性毒素氨毒水华藻毒素肝毒素神经毒素脂多糖内毒素底泥的危害耗氧再悬浮向水体中释放N和P1.4水源中的污染物胶体•细菌•藻类•无机颗粒（粘土、氧化铝等）•大分子有机化合物(蛋白质、碳氢化合物等)有机物•传统有机物：水生生物及其分泌物、腐殖质•耗氧有机物：蛋白质、脂肪、氨基酸、碳水化合物•藻类有机物：藻类分泌物及其藻类尸体分解物•非溶解性有机物：大分子有机物包裹的颗粒、生物态颗粒、油的乳浊液•有毒有机污染物：多氯联苯、三氯甲烷、石油类污染物憎水酸性碱性中性腐殖酸、富里酸、中等和高分子量的烷基羧酸和烷基二羧酸、芳香族酸、酚类、丹宁蛋白质、苯胺类、高分子量的烷基胺烃类、醛类、高分子量的甲基酮类、酯类、呋喃、吡咯亲水酸性碱性中性羟基酸、糖类、磺酸基类、低分子量的烷基羧酸和烷基二羧酸氨基酸、嘌呤、嘧啶、低分子量的烷基胺多糖、低分子量的烷基醇、醛、酮水中天然有机物分类2饮用水水质标准的发展2.1国际上饮用水水质标准发展趋势第一阶段：重视与人体健康相关的化学物质和生物因素及一些感官指标有毒物质消毒副产物：三卤甲烷、卤乙酸微生物污染：贾第虫、隐孢子虫我国饮用水标准发展历史1955.05，《自来水水质暂行标准》（修正稿）1956.12，《饮用水水质标准》（草案）15项+0项消毒副产物1957.04，《集中式生活饮用水水源选择及水质评价暂行规则》1959.08，《饮用水卫生规程》17项+0项消毒副产物1976.12，《饮用水卫生标准》（试行）（TJ20-76）23项+0项消毒副产物饮用水标准1986.10，《饮用水卫生标准》（GB5749-85）35项+1项消毒副产物2001.09，《生活饮用水水质卫生规范》96项+13项消毒副产物2005.6《城市供水水质标准》CJ／T206-20052007.7《生活饮用水卫生标准》GB5749-20062.2我国与其他国家水质标准的比较台湾标准日本标准美国标准WHO标准《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006新标准中的饮用水水质指标由原标准的35项增至106项，增加了71项。微生物指标由2项增至6项；饮用水消毒剂指标由１项增至４项；毒理指标中无机化合物由10项增至21项；毒理指标中有机化合物由5项增至53项；感官性状和一般理化指标由15项增至20项；放射性指标仍为2项。增加了三种消毒剂接触时间出厂水消毒剂的限值3地面水中有机污染物的分类与特性3.1重点控制污染物挥发性卤代烃苯系物氯代苯类酚类多氯联苯硝基苯苯胺类多环芳烃类酞、酸、酯类农药丙烯腈亚硝胺类重点控制污染物的特点有毒性长效性，影响不可逆有机氯占主体在水中含量低3.2嗅和味水源异嗅自然发生：水藻引起，放线菌人为发生：污水排入管网水箱异嗅二次污染：细菌、藻类4有机物分子量与净水工艺4.1不同分子量有机物的特性分子量大于1000形成色度水质好的湖水分子量小于1000有机物占主体生物可降解溶解性有机碳（BDOC）Biodegradatable(Deliquescent)OrganicCarbon主要是小分子量（1000）的有机物NBDOCBDOC/DOC常规处理的目标•溶解性大分子有机物：腐殖质、蛋白质、多糖类物质•被大分子有机物包裹的颗粒•生物态颗粒有机物和油的乳浊液活性炭吸附的物质溶解度小、亲水性差、极性弱的有机物：除草剂、杀虫剂、农药、合成洗涤剂、合成燃料、人工合成有机物生物处理的目标对分子量大于10000的有机物无去除效果机理：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的作用4.2有机物分子量与净水工艺的选择分子量区间原水(mg/L)混凝沉淀出水生物陶粒出水活性炭出水0~5001.673.658.716.2500~10000.87--29.786.71000~30001.4516.616.868.63000~100000.6956.560.0--10000~1000000.2986.2--50.0表4.1各处理单元对不同分子量有机物的去除（%）表4.2各单元对不同分子量有机物的去除能力分子量区间混凝沉淀生物处理活性炭吸附10000~100000有效去除增加部分去除3000~10000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0~500基本无效有效去除部分去除表4.3最佳工艺选择有机分子量＜500500~10001000~30003000~1000010000~100000工艺生物处理GAC吸附GAC吸附混凝沉淀生物处理混凝沉淀5深度处理技术5.1活性炭吸附5.2臭氧氧化5.3臭氧活性炭5.4生物活性碳5.5光催化氧化5.6吹脱法5.7膜法活性炭吸附去除色度、嗅有效去除小分子有机物对三卤甲烷去除能力有限有效去除杀虫剂对氯化产生的致突物质有去除作用臭氧氧化去除色度和臭味杀藻与常规工艺或活性炭吸附结合可避免三氯甲烷前体物的产生可氧化苯并萤蒽、苯并蓖、苯、二甲苯、苯乙烯、氯苯、艾氏剂等助凝对已形成的三氯甲烷无去除作用可能导致水中可生物降解物质增多与细菌繁殖对DDT、环氧七氯、狄氏剂和氯丹等无效臭氧活性炭臭氧+活性炭臭氧氧化：大分子有机物→小分子有机物或者CO2+H2O活性炭吸附：小分子有机物生物活性碳比活性炭吸附更多优点：增加溶解性物质的去除率延长活性炭的再生周期，减少运行费用水中氨氮可以被生物转化为硝酸盐，减少了后氯化的投氯量，降低了三卤甲烷的生成量被认为是目前饮用水处理去除有机物（包括有机污染物）最有效的方法光催化氧化氧化能力极强有效去除多氯联苯，烷烃、烯烃和芳香烃的氯化物：三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、六氯苯、六六六，酚，氯酚，硝基苯、染料光催化氧化以n型半导体为敏化剂n型半导体:TiO2、TiO3、WO3、Fe2O3、CdS、Sr等，光催化活性高，反应前后性质不变长期运行催化剂有中毒现象再生有困难吹脱法去除CO2,H2S,NH3可增加水中的溶解氧，氧化水中的金属去除三氯乙烯，氯苯，1,3-二氯苯等去除分子量小的挥发性有机物臭氧---生物活性碳提高了溶解性有机碳的去除率延长了活性炭再生周期无有机氯化物产生杀藻膜技术处理效果好成本高6预处理技术预处理方法氧化法•化学氧化法分解破坏水中污染物的结构达到转化或分解污染物的目的•生物氧化法可有效去除原水中可生物降解有机物去除氨氮、铁、锰等污染物吸附法6.1氧化预处理6.1.1化学氧化预处理氯气氧化预处理•控制微生物和藻类的生长、氧化一些有机物减少混凝剂用量•生成卤化有机污染物，不易去除，造成用水安全性降低高锰酸钾氧化预处理•有效降低水的致突变活性•氧化产物中有些是碱基置换突变物6.1氧化预处理6.1.1化学氧化预处理二氧化氯氧化预处理除藻去除异味：用量1mg/L左右除锰：优于O3、Cl2、KMnO4去除有机物不与氨氮反应投量过多增加色度6.1.1化学氧化预处理氯气氧化预处理•控制微生物和藻类的生长、氧化一些有机物减少混凝剂用量•生成卤化有机污染物，不易去除，造成用水安全性降低高锰酸钾氧化预处理•有效降低水的致突变活性•氧化产物中有些是碱基置换突变物紫外光(UV)氧化预处理•有效降低有机物浓度•对毒性物质无去除能力•光解作用产生致突变物或其前体物臭氧氧化预处理•对移码突变物有部分去除效果•对碱基置换突变物没有明显效果•部分臭氧化产物不易被常规处理去除6.1.2生物氧化预处理曝气生物滤池生物塔滤生物接触氧化生物转盘反应器生物流化床反应器土地处理系统6.2吸附预处理粉末活性炭吸附去除色度和嗅粘土吸附去除有机物改善絮凝效果6.3强化混凝去除对象：天然有机物（NOM）目的：控制氯消毒产生的卤代有机污染物，去除消毒副产物的前体物7富营养化水源的饮用水净化处理7.1对给水厂运行的不利影响7.1.1藻类堵塞滤池7.1.2药耗增加7.2对水质的不利影响7.2.1藻类致臭富营养化水体的致臭物质土味素2-甲基异莰醇2，4，6-三氯茴香醚2-异丁基-3-甲氧基吡嗪2-异丙基-3-甲氧基吡嗪三甲基胺7.2.2藻类产生藻毒素7.2.3藻类和有机物是消毒副产物的前体物有机物→产生消毒副产物的母体物质消毒副产物：三卤甲烷（THMs）卤乙酸（HAAs）7.3对管网水质的不利影响成为微生物繁殖的基质影响水质缩短管网服务年限增加配水动力费用形成管垢7.4纯藻种对混凝过程的影响烧杯试验显示:藻类浓度低于5×106个/L无不利影响在适宜的浓度下，藻类能促进混凝过程，而浓度过高时，则会干扰正常的混凝过程7.5藻类有机物对混凝过程的影响低浓度藻类对混凝过程不产生影响或改善混凝高浓度藻类对混凝过程有干扰作用7.6藻类控制技术化学药剂：硫酸铜、二氧化氯、臭氧生物制剂:大麦秆浸出液、芦苇萃取液微滤机除藻：50~60%气浮除藻：90%直接过滤：30~99.9%强化混凝沉淀：90%生物处理：70~90%7.7臭味控制技术化学氧化法活性炭吸附法生物处理法联合法7.8有机物去除技术臭氧氧化生物处理活性炭吸附7.9对富营养化水源的推荐净水工艺7.9.1臭氧—生物处理7.9.2组合工艺富营养化水源水主要问题与饮用水净化工艺选择8饮用水水质生物稳定性8.1概念饮用水质的稳定性指饮用水中可生物降解有机物支持异养细菌生长的潜力，即当有机物成为异养细菌生长的限制因素时，水中有机营养基质支持细菌生长的最大可能性。生物稳定性用生物可同化有机碳(AOC)来表示管网水中被细菌利用的有机质的浓度，它可作为管网中细菌生长的潜在能力指标。8饮用水水质生物稳定8.2两个重要指标BDOC：生物可降解溶解性有机碳是水中细菌微生物新陈代谢的物质和能量来源AOC：生物可同化有机碳是总有机碳（T