第講飲用水安全消毒技術

1、第3講 飲用水安全消毒技術,內容：目前消毒技術存在的問題，優(yōu)化氯消毒技術，二氧化氯消毒技術，臭氧消毒技術，紫外線消毒技術 。重點：目前消毒技術存在的問題，優(yōu)化氯消毒技術,4.1我國城鎮(zhèn)供水行業(yè)消毒技術現(xiàn)狀簡述,1.氯消毒在給水處理中得到廣泛應用消毒是給水處理工藝的重要組成部分。19世紀中葉，人類歷史上第一次將水質與人體健康直接聯(lián)系起來，正是認識到嚴重危害生命的霍亂、傷寒、痢疾等傳染病是微生物通過飲用水傳播的。上世紀初發(fā)現(xiàn)氯可以滅活

2、水傳致病微生物后，氯消毒在給水處理中得到廣泛應用，成為20世紀保護人體健康的重要技術進步之一。,2. 氯消毒現(xiàn)狀目前我國各供水企業(yè)的水處理工藝普遍采用液氯作消毒劑，其優(yōu)點是成本低、投加設備簡單，設計、運行管理經驗豐富．近年來余氯自動檢測與加氯自動控制技術發(fā)展迅速，特別是在大中型水廠得到廣泛應用，部分中小型水廠則加氯技術相對落后，加氯不能完全實現(xiàn)自動化，使加氯量和余氯控制不能很好滿足水質要求。較先進水平的加氯機主要靠引進國外產品。同時國

3、內對加氯量的計算與發(fā)達國家有差距，不是按照滿足CT值的要求計算。,二氧化氯消毒在極少數小水廠有應用，首家紫外線消毒于2019年底在大慶自來水公司建成投產?？傮w上氯消毒仍是絕對主流技術。,3.其它消毒方式的應用,4. 2目前消毒技術存在的問題,1．消毒效率問題 目前執(zhí)行的國家法定水質標準對細菌學指標的規(guī)定為：加氯消毒要求游離余氯在與水接觸30min后不得低于0.3mg／L，管網末梢不低于0.05mg／L。,對細菌學指標的規(guī)定為：加氯消毒

4、要求游離余氯在與水接觸30min后不得低于0.3mg／L，管網末梢不低于0.05mg／L。 表14．1中列出常規(guī)處理工藝難以解決的水質問題和可供選擇的主要處理方法。美國要求采用CT值來決定加氯量，在提高消毒效率的前提下減少氧耗，達到減少消毒副產物的目的。正在修訂的《室外給水設計規(guī)范》提出氯消毒應計算CT值，但未給出具體說明,從上世紀70年代起，飲用水中不斷發(fā)現(xiàn)新的病源微生物，如微小似病毒、賈第蟲、軍團菌和隱孢子蟲等。飲用水中越來越多

5、的致病微生物種類對飲用者健康構成直接威脅，而且部分新型致病微生物如隱孢子蟲等不能被氯殺死。為了保證飲用水的安全性，特別是考慮將來飲用水的直接飲用，采用更有效的消毒技術十分必要。,2．消毒副產物問題 自上世紀70年代發(fā)現(xiàn)氯消毒產生有“三致作用”消毒副產物三鹵甲烷以后，對氯消毒產生的消毒副產物成為各國關注的熱點。越來越多的消毒副產物如三鹵甲烷、鹵己酸、鹵代腈、鹵代醛等在飲用水中被發(fā)現(xiàn)。三鹵甲烷和鹵乙酸由于其強致癌性已成為控制的主要目標，而

6、且也分別代表了揮發(fā)性和非揮發(fā)性的兩類消毒副產物。,美國專門有消毒劑和消毒副產物法(D／DBPsRULE)對氯消毒劑和消毒副產物進行了規(guī)定。我國國標《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—85)規(guī)定三氯甲烷不高于60μg/L。國內自上世紀90年代以后對消毒副產物的研究推動了消毒副產物列入新的水質標準。在衛(wèi)生部《生活飲用水衛(wèi)規(guī)范》中對三鹵甲烷、鹵乙酸、亞氯酸鹽、三氯乙醛都作了規(guī)定。建設部制定的《城市供水水質標準》(CJ／T 206—201

7、9)也對消毒副產物作了嚴格規(guī)定(見表21．1)。因此為了控制消毒副產物，對消毒技術的優(yōu)化十分必要。,水質標準對消毒劑和消毒副產物的規(guī)定比較 單位：mg/L,注：中國的規(guī)定摘自《城市供水水質標準》（CJ／T 206—2019),3．管網水質生物穩(wěn)定性問題由于出廠水中存在可生物降解有機物(Biodegradable Organic Matter，縮寫為BDOM)，成為管

8、網中異養(yǎng)細菌生長繁殖所需的營養(yǎng)基質，使出廠水中未被消毒殺死的細菌或其他途徑進入給水管網的細菌重新生長(Regrowth或aftergrowth)。部分細菌隨機附著在管壁上利用營養(yǎng)基質生長而成生物膜。,管壁生物膜可能成為管壁腐蝕和結垢的誘因。生物膜的老化脫落會惡化水質，使用戶水水色度和濁度上升，細菌數增加，致病菌和條件致病菌生長，最終惡化水質。管壁結垢和腐蝕會降低管網過水能力，增加二級泵站動力消耗，引起水在管道里的跑冒滴漏，嚴重時造成爆管

9、事故。因此，作為營養(yǎng)基質的有機物存在于給水管網中將給管網和管網水質帶來嚴重影響。,4. 3 消毒技術發(fā)展目標,1．建立科學的消毒評價指標體系消毒是保證飲用水水質安全可靠的重要手段，因此基于現(xiàn)代水處理科學和相關學科的發(fā)展，對消毒單元的評價指標體系必須同時考慮微生物學指標、毒理學指標、生物穩(wěn)定性指標，使消毒的綜合效果達到最佳。,微生物學指標要重點突出飲用水中可能出現(xiàn)的、對人體健康有直接或者間接危害的微生物，包括致病菌、病毒、原生動物等

10、。這些微生物指標的測定還必須具有可操作性，相對簡單易行，便于在全國供水企業(yè)推廣。建設部制定的《城市供水水質標準》 (LJ／T206－5001)對微生物學指標已有新的規(guī)定，包括細菌總數、總大腸桿菌群、余氯、二氧化氯、糞型鏈球菌群、藍氏賈第鞭毛蟲孢囊和隱孢子蟲卵囊。根據科學發(fā)展，這個名單還應該不斷與時俱進，作出調整。,毒理學指標也應消毒副產物反應現(xiàn)代科學的新進展。中國城鎮(zhèn)供水協(xié)會應該建立全國性的飲用水消毒副產物信息網，根據各個地區(qū)供水企業(yè)

11、檢測到的消毒副產物和其潛在的危害對水質標準中的消毒副產物名單及時作出調整。未來的水質標準不應該是一制定就實行很長時間，而是應該根據研究的新發(fā)現(xiàn)不斷更新、調整。就消毒副產物而言，盡管目前美國和中國水質標準對氯代消毒副產物的規(guī)定只有三鹵甲烷和鹵乙酸兩類，,,實際上研究發(fā)現(xiàn)的消毒副產物名單很長，比較重要的有： 三鹵甲烷(THMs) 鹵乙酸(Haloaceticacids) 鹵代醛(Haloacetaldehydes)

12、 鹵代腈(Haloacetonitriles) 鹵代酮(Halopropanones) 鹵代硝基甲烷(Halonitromethanes) — 鹵代氰(Halocyanogens) 無機副產物(亞氯酸鹽、澳酸鹽等),,生物穩(wěn)定性指標目前還未有定論，但隨著研究的深入預計在不久的將來會有比較一致的看法。因此未來的消毒評價體系也應充分考慮生物穩(wěn)定性指標。,2．建立科學的消毒單元設計和運行方法 消毒

13、單元的設計和運行必須同時考慮提高消毒效果(即提高對致病微生物的控制水平)、減少消毒副產物、提高水質生物穩(wěn)定性。國外最新的消毒設計和運行工具——綜合消毒設計框架(IDDF，Integrated Disinfection Design Frameworks)就是這樣一種新的方法，在美國這個設計框架將會被用來代替地表水處理法(SWTR)中關于消毒的指導原則。,最初的IDDF產生只包括三個部分；反應器水力特性、消毒劑的需求／消耗動力學、消毒動力

14、學。但最初的IDDF存在一定的局限。新的全面的1DDF模型包括：反應器水力特性、消毒劑的需求／消耗動力學、消毒副產物生成動力學和消毒動力學。圖21.2便是其內容的示意圖。,,IDDF模型的建立是基于具體的用戶的實際數據而定的。首先確定的是反應器的水力特性，然后是消毒劑的需求和消耗動力學，消毒動力學和消毒副產物形成動力學。這種方法建立起來的模型需要處理離散的水力數據。,,具體的模型應用是由用戶提供的數據、每個子模型整合而成一個完整的lDD

15、F。病菌的滅活計算是基于從水力學、消毒劑的需求和消耗動力學、消毒動力學模型中的輸人數據。而消毒副產物的計算則是基于具體的水質和消毒副產物形成模型。,,這些模型提供了三種不同水平以給不同要求的用戶：基礎：IDDF模型的最簡單的應用，只需輸人參數，不需要實驗。標準：IDDF模型最昔遍的應用，輸入模型的數據需要做一些現(xiàn)場實驗。高級：運用IDDF模型以實現(xiàn)顯著的提高，需要專家來發(fā)展參數輸入模型。IDDF模型應該成為我國未來氯消毒設計和運

16、行的原則。,3. 改進消毒技術，全面提高飲用水水質為了全面提高飲用水水質，在優(yōu)化氯消毒的前提下，還要研究新的消毒方式，以克服氯消毒的缺點。目前二氧化氯、臭氧和紫外線消毒都是可能的選擇之一，但紫外線消毒技術是最有前途的技術之一，因為紫外線消毒不產生副產物，對抗氯型的隱孢子蟲和賈第蟲都有好的消毒效果。因此應該重點研究紫外線消毒在飲用水處理中的應用特點。,消毒的首要目的是控制致病微生物的傳播。一般情況下，致病微生物的風險比消毒副產物的風險要

17、大得多，因此消毒技術的改進和優(yōu)化首先應該將控制致病微生物放在第一位。在此前提下，采取技術手段，控制消毒副產物的產生。,4.4改進清水池設計，以Ct10值作為設計依據,1.清水池設計的改進成為減少消毒副產物的重要手段清水池是給水廠處理工藝的的重要組成部分。通常清水池主要起水量調節(jié)和消毒反應器的作用。但隨著近幾年對管網水質的重視，清水池作為保證管網水質的一個處理單元的重要作用越來越明顯。特別是世界范圍內對消毒副產物控制的重視，使清水池設計

18、的改進成為減少消毒副產物的重要手段。,2. t10／T是衡量清水池水力特性的重要參數。 按照Chick—Watson消毒公式(公式21．1)，消毒效果跟CT值(C為消毒劑濃度，T為消毒反應時間)成正比。因此美國有關飲用水處理的法律專門規(guī)定消毒設計必須以CT值作為設計依據。其中C是反應時間T后的剩余消毒劑濃度(氯消毒即為余氯)，單位mg／L，T為反應時間，單位：min。而且要求T必須用t10，不能用水力停留時間T＝V／Q。t10必須通過

19、示蹤試驗或根據清水池布置對水力停留時間乘以相應的系數。t10／T是衡量清水池水力特性的重要參數。,二氧化氯消毒在極少數小水廠有應用，首家紫外線消毒于2019年底在大慶自來水公司建成投產?？傮w上氯消毒仍是絕對主流技術。,3.其它消毒方式的應用,,保持管網足夠的余氯并不能完全抑制細菌生長，只要有機營養(yǎng)基質存在，即使保持較高的余氯量細菌仍會在管網繁殖。而且加氯量的增加將引起氯代消毒副產物的增加，使飲用水的安全性下降。,,國內已經在北京供水企業(yè)

20、、深圳供水企業(yè)、成都供水企業(yè)、天津供水企業(yè)等進行了這方面的研究，證實必須重視管網水質生物穩(wěn)定性對水質的影響。關于制定AOC的標準和降低AOC的措施，也在研究中。國家“863”高科技攻關項目“南方地區(qū)安全飲用水保障技術”、“北方地區(qū)安全飲用水保障技術”、“太湖地區(qū)安全飲用水保障技術”都將飲用水生物穩(wěn)定性和管網水質作為重要的研究內容。氧消毒時與有機物的反應能使AOC顯著增加，從而帶來副作用。氯消毒、消毒副產物和生物穩(wěn)定性的相互影響關系可由圖

21、21．1表示。因此消毒技術的優(yōu)化和發(fā)展成為十分緊迫的問題。,在初步分析的基礎上，應進一步通過模型試驗來確定處理工藝以及主要參數，并應重視實地和資料調研國內外相關工程的設計與運行情況以及對應的工程建設背景和條件等，通過全面客觀地總結現(xiàn)有工程的經驗來指導本地的工程實踐。 總之，由于科技進步，使給水處理技術與工藝不斷地發(fā)生變化，新技術被提出和得到應用或使現(xiàn)有工藝更加高效和經濟。,3.2 預處理技術與工藝3.2.1 生物預處理,

22、“八五”和“九五”期間，我國對各種生物預處理技術進行了系統(tǒng)研究，總體上講，生物預處理能有效去除原水中可生物降解有機污染物，CODMn去除率一般為15％～20％。對氨氮和亞硝酸鹽去除而言，生物預處理的去除率較高，一般可達80％以上。另外，生物預處理還能不同程度地去除原水中的鐵、錳，色、嗅及濁度。,當水中有機污染物可生化性較強時，采用生物預處理可明顯地提高 水質，但對于受工業(yè)廢水污染、可生化性較低的原水，生物預處理除污染效率較低。對于北方地

23、區(qū)，由于冬季水溫低，處理效果會下降。各供水企業(yè)在進行生物預處理方案論證時，應充分利用我國在“八五”和“九五”期間在該領域的研究成果，并結合原水水質特征，進行必要的模擬試驗，確定生物預處理的工藝適用性、池型及設計和運行參數。,如果原水受生活污水污染，有機物和氨氮較高(接近或超過《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2019)中的Ⅲ類水體的上限值)，與增加臭氧—活性炭深度處理相比，一般講，選用生物預處理是解決該類水質問題的經濟合理的選擇

24、方案。,各供水企業(yè)在選擇生物預處理池型時，應從生物濾池和生物接觸氧化兩種方式中，結合具體情況，綜合考慮技術經濟指標，加以比選。前者以生物陶粒濾池及輕質懸浮濾料濾池為代表，其中，生物陶粒濾池在北京、深圳等多處進行過大量小試、中試，在蚌埠第二水廠、上海周家渡水廠進行了生產性實驗，積累了較深入與完整的研究與設計經驗，而輕質懸浮濾料濾池則在上海徐涇自來水廠實現(xiàn)了工程應用。后者在寧波梅林水廠、合肥第四水廠、上?；菽纤畯S等地有實際應用，具有較成熟的

25、設計及生產運行經驗。,3.2.2 粉狀活性炭技術,粉狀活性炭在國外已有較長的應用歷史，早在上世紀20年代末就開始使用粉末活性炭去除水中的嗅味，目前在美國、歐洲以及日本等國已得到了普遍應用。在我國，粉末活性炭也已經在一些水廠得到應用。粉末活性炭能夠顯著改善水的色嗅味，對分子量為1000～5000的有機物有較好的去除效果，對于分子量較小的有機物，吸附效果往往隨有機物性質的不同而差別較大。,粉狀活性炭與粒狀活性炭相比具有基建與設備投資少，使

26、用靈活，管理方便等特點，特別適用于季節(jié)性短期污染高峰負荷的水質凈化。在水源受污染較重的季節(jié)，投加粉狀活性炭可作為應急措施。,粉末活性炭可采用干式投加和濕式投加兩種，一般干式投加采用于式投加機，濕式投加采用計量泵．從凈水效果和操作環(huán)境考慮，推薦采用濕式投加。粉末活性炭的投加點一般是水廠進水口、快速混合處、反應池中段和濾池進口，粉末活性炭的投加量根據水質的不同而變化較大，通常為5～50mg／L。 粉末活性炭可與硅藻土、高錳酸鉀等藥劑聯(lián)用

27、，節(jié)省投加量，井能取得更好的處理效果。,3.3 深度處理技術3.3.1 臭氧技術,1．臭氧技術的基本特點臭氧最早應用于飲用水處理中是作為一種消毒劑，但由于飲用水水源污染程度的加劇，使臭氧作為氧化劑在飲用水處理中的研究和應用受到普遍重視，臭氧應用范圍也更加廣闊。,臭氧技術應用于除污染工藝中的位置有三種：絮凝前(通常稱為預臭氧)、砂濾池前、活性炭濾池前(通常稱為主臭氧)，其中在砂濾池前投加臭氧，由于絮凝沉淀中去除了部分可氧化物質，

28、因此臭氧投加量可以降低，并且有利于提高砂濾池的過濾效率，但對于改善絮凝效果和避免沉淀池藻類生長則不起作用。本文重點介紹預臭氧和主臭氧的應用。,2．臭氧技術的適用范圍(1)改善水質的感官指標 臭氧對色度和嗅味的去除有很高的效率，改善水質嗅味等感官指標是臭氧技術應用的主要目的。(2)控制藻類 預臭氧化能滅活藻細胞，使失活或死亡藻細胞易于通過瓤凝沉淀去除．但高濃度臭氧會導致藻細胞溶裂，細胞內有毒物質溶出。因此，預臭氧投加量不宜過大。,

29、(3)助疑 預臭氧化可降低達到相同濾后水濁度下的最佳混凝劑量，或提高一定絮凝劑下的濁度去除率，延長濾池過濾周期。但預臭氧化的助凝作用取決于原水水質，如原水TOC、硬度、濁度、藻類種屑和數量等。通常，當原水硬度較高、有機物濃度較低時，預臭氧化表現(xiàn)出一定的助凝效果。,(4)氧化天然有機物 通常臭氧投量條件下，主臭氧與有機物反應不能將有機物直接氧化成C02和H20，而是氧化成中間產物，結果是有機物數量增多，分子量減小，可生化性增加，這時臭

30、氧工藝需要與活性炭工藝聯(lián)用。臭氧氧化天然有機物不應作為臭氧技術應用的首要任務。,(5)控制氯化消毒副產物 臭氧化通過兩個途徑控制DBPs：一是直接去除DBPs的前驅物質；二是轉化前驅物質，從而利于后續(xù)工藝的協(xié)同去除。應當注意的是，臭氧化工藝可以氧化鹵乙酸，但不能氧化三鹵甲烷。因此，如果采用了預氯化，生成的三鹵甲烷不能被后續(xù)臭氧工藝去除。,(6)去除微污染物 由于微污染物濃度低，在預臭氧化階段總有機物濃度高，因此微污染的去除主要通過主

31、臭氧化階段。當水中存在高穩(wěn)定性有機物(如農藥)，采用臭氧催化氧化等高級氧化技術，通過引發(fā)羥基自由基提高對水中有機物的分解效率和臭氧轉移效率。,(7)消毒 臭氧殺滅病毒的能力極強，主要是通過臭氧破壞其蛋白質殼體而致病毒滅活，主臭氧對隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲具有較好的滅活效果。,3．臭氧技術的研究與應用現(xiàn)狀臭氧技術在歐美等國在飲用水除污染方面的工程應用已經很普遍，技術與工程經驗相對成熟和豐富。我國從上世紀70年代中期開始利用臭氧技術處理受污

32、染飲用水的研究工作，但限于經濟等原因，臭氧技術的工程應用還很有限。,為提高臭氧化效果，近年來國內外逐漸開展了臭氧與過氧化氫聯(lián)合氧化工藝的研究，發(fā)現(xiàn)在過氧化氫或紫外存在下，一些與臭氧不能直接反應的有機物(主要是農藥類高穩(wěn)定性有機物)得以氧化。臭氧與過氧化氫聯(lián)合氧化工藝已經應用于歐美國家的給水處理工程中，在我國國家“863”課題示范工程——深圳筆架山水廠也采用了臭氧與過氧化氫聯(lián)用技術。,4．臭氧工藝適用性的試驗研究方法應用臭氧工藝首先需進

33、行調查研究，內容包括工藝涉及到的原水水質、與其結合的工藝情況、處理后水質應達到的標準等，然后針對特定水質和要求進行實驗室和半生產性試驗研究，確定工程相關設計參數，提出可能遇到問題的解決方案等。,臭氧的實驗可采用靜態(tài)和動態(tài)實驗。研究應達到的目的主要是確定工程應用中達到規(guī)定要求所需的臭氧投加量和臭氧與水的接觸時間，同時確定臭氧投加方式，臭氧投加量調節(jié)控制方法等。研究中臭氧量的準確測定十分重要，臭氧量的測定包括氣體中臭氧量和水中臭氧量，測定

34、方法主要有碘量法、紫外光吸收法和傳感器法，對應有化學法，以及便攜式和在線檢測儀表，相關的主要參考標準有：《臭氧發(fā)生器》(CJ／T 3028．1—94)，《臭氧發(fā)生器臭氧濃度、產量、電耗的測量》(CJ／T 3028．2—94)、(周圍環(huán)境、工作地點及室內空氣中臭氧連續(xù)測量的標準試驗方法(紫外線吸收)》(ASTMD 5156—2019)等。,5．臭氧應用的一些技術問題 (1)臭氧投加點的確定 預臭氧、主臭氧因投加點不同其特點也不同，臭氧

35、工藝選擇必須根據原水水質特點，出水水質目標，相關工藝流程，以及場地等情況來確定。 (2)預臭氧化工藝存在的問題由于預臭氧化涉及到的目標和問題較多，并且由于水質較差，影響因素也非常多．因此，預臭氧化的功能實現(xiàn)比主臭氧要更加復雜，在采用預臭氧化工藝前需要進行充分的前期調研、實驗和論證。以下幾點需要考慮：,1)預臭氧化出水有機物分子變小，極性增強，不利于混凝沉淀對有機物去除，因此，當原水有機物濃度高時，應降低臭氧投加量或采用替代預臭氧化

36、技術，例如高錳酸鹽預氧化等(也有將臭氧與高錳酸鹽聯(lián)合使用的報道)。 2)預臭氧投加量不宜過高，否則可能會造成藻細胞的溶裂(實際中有將臭氧和高錳酸鹽聯(lián)用的方法來降低臭氧投加量)。,(3)主臭氧技術的選擇 在應用主臭氧化技術前應對原水水質進行充分調研，根據調研結果決定是否采用常規(guī)臭氧工藝還是基于臭氧的高級氧化工藝，以及采用這些工藝所涉及到的參數。對于改善水質臭味等感官指標，去除水中微污染物，殺滅病毒以及兩蟲將是今后應用主臭氧技術提高供水

37、水質的重點。,(4)臭氧化技術中的副產物問題甲醛、生物可同化有機碳AOC和溴酸鹽是具有代表性的臭氧化副產物。甲醛首先出現(xiàn)在臭氧接觸池中，達到一個峰值濃度，出廠水中消毒后，甲醛達到另一個峰值濃度。通常，醛類副產物的濃度與水中臭氧濃度大致成反比關系，不同水質、不同處理流程下醛類的種類和濃度相差可能會很大。水經過臭氧化后其中的AOC可能增加2～6倍，從而導致水質的不穩(wěn)定性，這樣可能會造成管網中細菌的再繁殖，致使水中大腸桿菌和其他致病細菌超標

38、。溴酸鹽已經被國際癌癥研究機構列為有可能對人體產生致癌作用的化合物。,AOC(包括甲醛)可以通過生物活性炭來去除，而溴酸鹽形成就很難被去除，因此必須控制其生成，控制方法可以投加NH3或降低pH，但兩種方法一起用，沒有疊加效果。,3.3.2 臭氧技術的工程應用,臭氧系統(tǒng)由臭氧氣源、臭氧發(fā)生系統(tǒng)、臭氧接觸池、接觸池尾氣破壞系統(tǒng)和臭氧控制系統(tǒng)五個部分組成。1.臭氧氣源 臭氧氣源主要有三種：使用成品純液態(tài)氧、現(xiàn)場用空氣制備純氣態(tài)氧、直接利

39、用空氣。為了提高臭氧的濃度，同時節(jié)省能耗，降低設備及管道尺寸，目前較先進臭氧發(fā)生器多采用前兩種方式制備臭氧，第三種方式適用于臭氧產量較小的場合。,2．臭氧發(fā)生系統(tǒng)臭氧的發(fā)生是由臭氧發(fā)生器來完成的，目前使用最廣的臭氧發(fā)生器是管式發(fā)生器。影響臭氧發(fā)生器臭氧產量和濃度的主要因素有放電電壓、放電頻率、氣體壓力和冷卻水溫度。臭氧發(fā)生器的備用率一般應大于30％，備用的方式有設備臺數備用(硬備用)與設備發(fā)生能力備用(軟備用)兩種。,3．臭氧接觸池

40、 通過一定方式使臭氧氣體擴散到液體中并使之與液體全面接觸和完成預期反應的過程是在臭氧接觸池內完成．預臭氧接觸池一般在每條線前端設1個臭氧投加點，較多采用水射器擴散接觸方式，臭氧投加量通常為0.5mgO3／mg DOC，反應時間2~4min，水中余臭氧一般為零或很少．而主臭氧接觸池一般在每條線設有多個臭氧投加點(通常為2～3個點)，采用微氣泡擴散接觸方式，臭氧投加量通常為1.5～3.0mg ／L(控制水中余臭氧為0.1~0.2mg／L)，

41、反應時間一般不小于10min。如采用基于臭氧的高級氧化技術，則在臭氧接觸池中加入催化劑，一般氧化時間可根據水質情況適當縮短，或在相同接觸時間條件下提高對有機物的氧化分解效率。,4．臭氧接觸池尾氣破壞系統(tǒng)臭氧接觸池尾氣破壞系統(tǒng)是收集臭氧接觸池內排出的剩余臭氧氣體并人為地分解成對環(huán)境無害的氧(保證排出的氣體臭氧濃度小于0.05~0.1ppm）。臭氧尾氣破壞的主要方法有化學觸媒法和加熱分解法。,5．臭氧控制系統(tǒng)預臭氧化的投加控制一般采用設

42、定臭氧投加率，根據水量變化來比例投加。主臭氧的投加控制一般采用設定臭氧投加率，根據水量變化與水中余臭氧的變化進行雙因子復合環(huán)投加控制(處理水量是前饋條件，余臭氧是后饋條件)。,3.3.3 活性炭技術,1．活性炭技術的適用范圍 活性炭技術對分子量小于3000，尤其是分子量500~1000的有機物能較好地被去除?？捎脕砣コ行嵛?、氨氮、亞硝酸鹽氮、消毒副產物前質物、微囊藻毒素和致突變活性物質，同時解決以甲醛和生物不穩(wěn)定性為主的臭氧安

43、全性。但是，活性炭技術的運行效果受到很多因素的影響，例如水質(溫度、pH、營養(yǎng)條件、氧化劑等)、運行參數(接觸時間，濾速、反沖洗等)、活性炭性能和微生物等。,2．活性炭技術研究與應用現(xiàn)狀活性炭技術的應用是從消除水中嗅味的實踐開始的，但隨著全球性環(huán)境問題的日益加重。人們逐漸將活性炭的研究與應用重點轉移到去除有機污染物方面?；钚蕴考夹g的應用形式主要有以下三種：,(1)用粒狀活性炭替換部分砂濾料，成為炭砂雙層濾料濾池(國內又稱生物活性濾池

44、)。這種方式凈化效果明顯憂于砂濾池，可以減少反沖洗次數，降低反沖洗強度，并可迅速投產使用，比較適用于水質存在嗅味問題，且有機污染不太嚴重的地區(qū)。但是，因砂濾池池深較淺，這種形式的凈水效果有限，并且運行過程中容易跑料，而且換炭較困難。,(2)用粒狀活性炭替換全部砂層，即活性炭吸附兼過濾。采用這種方式，與第一種方式的特點和適用范圍基本相同，換炭比較容易，但是，對活性炭質量提出了更高的要求(尤其是活性炭的粒度分布)，并要嚴格控制炭池進水濁度在

45、1NTU以下，甚至更低。,(3)在砂濾之后建獨立的活性炭吸附池，并常常與臭氧化聯(lián)合使用。這樣可以防止活性炭的孔隙結構被堵塞，再加上臭氧化的采用，可以顯著延長活性炭的使用周期，有效地利用活性炭的吸附性能。但是，這種方式的投資費用和運行費用明顯增加，比較適用于水質存在嚴重的嗅味和有機污染問題，并且采用前兩種方式仍不能達到水質標準時。,3．活性炭技術的安全性分析活性炭技術主要靠生物降解和吸附去除水中的有毒有害污染物，一般會增加化學安全性，但

46、活性炭技術對飲用水生物安全性的影響就很復雜：(1)活性炭出水中的AOC濃度明顯降低，細菌生長繁殖所需的營養(yǎng)基質也相應減少，進而提高了飲用水微生物安全性。,(2)通?；钚蕴砍鏊械募毦鷶到洺８哂谶M水中的細菌數?；钚蕴砍鏊械奈⑸锒嗯c活性炭細小顆粒一起流出，這些細菌由于受到活性炭顆粒的保護，對消毒有更大的抗性。但是，目前還沒有證實，在活性炭上附著生長有害的微生物或者出水中有病原生物泄漏的現(xiàn)象。,(3)活性炭技術去除賈第鞭毛蟲胞囊和隱孢子

47、蟲卵囊的效果大致與雙層或多層濾料過濾技術的效果相同，其中對隱孢于蟲卵囊的去除效果較差。,4．活性炭技術適用性的試驗研究方法在采用活性炭技術之前，應首先通過調查研究對技術適用性進行初步論證。調查研究的內容一般包括當地原水水質及其變化規(guī)律、水中目標污染物種類和濃度、處理水應達到的水質標準等，同時還應了解國內外應用活性炭技術的情況。,為更科學和針對性地評價活性炭技術，常需要進行實驗室和半生產性試驗。試驗的目的主要是確定活性炭技術采用的活性炭

48、類型、對目標污染物的去除效果和運行參數優(yōu)化，并探討在應用中會遇到的問題和可能解決方案等，為工程應用提供重要依據。對試驗的基本要求主要是針對活性炭技術工程應用所涉及的主要內容來展開，使得試驗結果能夠直接指導工程設計。為了提高實驗結果的可靠性，建議試驗運行時間達到1年以上，覆蓋不同的季節(jié)，以考察處理工藝對因時間變化造成的水質、溫度等因素的變化。,5．活性炭技術的發(fā)展活性炭技術的運行效果是由活性炭和微生物兩方面共同決定的，因此今后的工作重點

49、將是如何開發(fā)高性能活性炭和發(fā)揮微生物降解能力。另外，隨著化學分析技術和生物檢測技術的發(fā)展，更多有毒有害的化學物質和致病微生物將會被人們所發(fā)現(xiàn)，因此如何保障飲用水的安全性將是今后活性炭技術研究與應用中的重大課題，也就是在增加飲用水化學安全性的同時，要保證飲用水的生物安全性。,3.3.4 活性炭技術的工程應用,活性炭技術的工程應用主要涉及以下內容 (1)確定活性炭的種類、性能和數量； (2)選擇活性炭濾池的池型； (3)確定

50、活性炭濾池設計參數； (4)確定活性炭濾池運行參數。,1．活性炭的選擇根據制造原料不同，活性炭可分為木質活性炭和煤質活性炭，其中煤質活性炭因其具有多孔性和高硬度的雙重優(yōu)點，以及來源穩(wěn)定而在市政大規(guī)模水處理工程中得到最廣泛應用。,在水處理工程中，國外多采用不定型炭(主要是壓塊破碎炭)，而在我國，柱狀炭的應用最為廣泛。近些年來，我國對不定型炭(主要是柱狀破碎炭)給予越來越多的關注，并應用在一些新建水廠中。,工程中活性炭的選擇需要進行動

51、態(tài)中試規(guī)模試驗，然后根據試驗確定的活性炭種類和性能指標來指導活性炭采購，相關的主要參考標準有《凈化水用煤質顆?；钚蕴俊?GB／T 7701．4—2019)和《顆粒狀活性炭》(ANSI／AWWAB 604—2019)等，其中活性炭的強度指標尤為重要，建議采用≥95％，而裝填密度、水分、飄浮率等指標在計算和驗收活性炭數量時應重點關注。,2．活性炭濾池池型選擇 活性炭濾池構造與普通砂濾池相似，只是把濾料層換成了活性炭炭層厚度較砂濾池中的砂

52、層厚，并且活性炭濾料較石英砂濾料要輕。 國內活性炭池型目前已建成水廠多采用普通快濾池，近年新建活性炭池型多為V型濾池，此外，已在國外得到廣泛應用的翻板濾池也被引進國內，這三種活性炭池型在技術上都是可行的，但在設計時應充分考慮活性炭的特點而與石英砂濾池參數有所不同。,3．活性炭濾池相關設計參數活性炭濾池的大小決定于設計處理水量、水力負荷、接觸時間以及活性炭池型，由此可以得出活性炭濾池的容積、斷面、高度和炭池數。活性炭濾池設計通常主

53、要考慮以下設計參數：,(1)濾速(空床濾逮) 單就過濾來說，濾速不是最主要的參數，而接觸時間才是最重要的因素，但是濾速會影響濾池的形狀，即高徑比。(2)接觸時間 接觸時間在6—30min之間，但在一些應用中可高于或低于這個范圍，應根據具體水質試驗來確定．通常水質條件下，以去除嗅和味為主時，接觸時間一般為8～10min；以去除CODMn為主時，接觸時間一般為12～15min。 (3)高徑比 高徑比是指活性炭濾池中炭層厚度

54、與直徑之比，其中活性炭濾池直徑與濾速有關，炭層厚度與接觸時間有關。通?；钚蕴看埠穸炔捎?.0~2.5m較為合理。,4．活性炭濾池相關運行參數活性炭濾池運行中主要涉及到反沖洗問題，相關設計內容包括：(1)反沖洗方式 是單獨水反沖，還是氣水聯(lián)合依次反沖；(2)反沖洗運行條件 沖洗程序、沖洗強度和沖洗歷時。這里特別注意活性炭濾料與石英砂濾料的不同，由此導致活性炭濾池的相關運行參數與石英砂濾池有較大不同。,5．活性炭的再生為了節(jié)約

55、制水成本和保護環(huán)境，當水廠活性炭運行失效后(活性炭失效的評價指標不能依據活性炭性能指標降低程度，而是根據處理后水質能否穩(wěn)定達到規(guī)定的水質目標)，需要再生處理?；钚蕴吭偕ǔＪ菍⒒钚蕴窟\回廠家再生，若本地區(qū)活性炭再生量大，可以考慮建設區(qū)域性再生廠。,3.3.5 膜技術,在飲用水中，膜技術主要包括：微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)。膜技術的特點是能夠提供穩(wěn)定可靠的水質，并且可以使水廠用地大大減少，運行操作自動化。

56、因此，在凈水處理中具有廣闊的應用前景。目前，在美國、法國、英國，日本、澳大利亞、南非和荷蘭等國都已相繼建立了生產性的微濾、超濾和納濾凈水廠，而膜技術在我國應用的最大障礙在于其設備價格相對傳統(tǒng)處理工藝還是過高，但隨著進口膜過濾設備價格的降低和國產膜過濾設備質量的提高，以及飲用水水質標準的日益嚴格，膜過濾技術在我國給水處理中的應用前途廣闊。,在我國，從經濟角度考慮，微濾和超濾是近年膜技術在飲用水處理中應用的主流產品，其優(yōu)點在于： (1)可

57、有效去除水中的顆粒狀物質(確保處理后水濁度在0.1NTU以下)，提高飲用水的感觀效果：(2)能夠有效去除包括隱胞子蟲、賈第鞭毛蟲、細菌、病毒等在內的微生物，提高飲用水的微生物安全性；(3)幾乎可以消除水中的全部藻類組織；(4)在水處理過程中不產生副產物；(5)膜過濾處理單元體積小，組合擴容方便，技術操作簡單。,3.4 對國內水廠實施深度處理的建議,為了適應新世紀社會發(fā)展的要求，我國城市供水行業(yè)的戰(zhàn)略重點已轉為以提高水質為目標

58、，通過技術進步和加強管理，縮小與國外發(fā)達國家的供水水質差距，其中重點城市和有條件地區(qū)應力爭早日接近或達到國際先進供水水質水平。因此，在水處理工藝方面就不能總是停留在常規(guī)處理工藝的層次上，而是必須針對水源水質的變化和飲用水水質標準的提高來采取相應措施，其中在常規(guī)凈水工藝基礎上增加預處理和深度處理是一條可行的有效途徑。,根據現(xiàn)有研究與應用結果，建議國內水廠可以采用的做法是，針對水源水質特點，飲用水中超標項目的特性以及超標時間長短，綜合考慮技

59、術和經濟因素，合理選擇預處理和深度處理工藝(參見表14．1)。其中對于超標頻率不高的水質項目，例如水源水質的季節(jié)性污染或水質突變，可以采用臨時投加粉狀活性炭或高錳酸鹽復合藥劑技術；而對于長期的水源和飲用水水質問題，則應建設固定的水處理設施。由于各地原水水質千差萬別，采用何種工藝技術來保證供水水質還應根據具體情況進行針對性研究，其中凈水工藝選擇和設計中要保證相關參數留有充分余地。,表14．2中是水廠增加不同處理工藝的投資與運行費用。,以微

60、濾膜和納濾膜技術為核心的水處理工藝在保證水的濁度、去除水中藻類以及提高與飲用水安全飲用最直接相關的水微生物安全性方面具有其他處理工藝難以達到的效果，而且，隨著膜技術的發(fā)展，膜的性能在不斷提高，壽命在不斷延長，價格在不斷降低，微濾膜和納濾膜工藝的投資和運營成本已基本具備與其他常規(guī)和深度處理組合工藝相競爭的水平，在以實現(xiàn)優(yōu)質供水為目標的工程中可以作為一種工藝方案來論證。,為了保證深度處理工藝的順利實施，需要強化對新的水質標準執(zhí)行情況的考核力

61、度，不能達到標準的水廠就必須采用工藝改進措施，只有這樣才能激勵供水行業(yè)的技術進步。特別是經濟發(fā)達地區(qū)和國家旅游風景區(qū)，應十分重視飲用水水質達到優(yōu)質安全標準，至于投資可以通過多種融資渠道來籌措，現(xiàn)在水務市場已經放開，正是加大投入的好機會，為此的付出是完全通過適當調整水價來得到回報的。,生活飲用水的常規(guī)處理,水源水未受到生活污水與工業(yè)廢水污染，水源達到地表水Ⅱ類 。原水—混凝沉淀—過濾—消毒—供生活飲用主要去除濁度與細菌對有機污染（天

62、然的或人工合成)與氨氮去除效果差、不能勝任。,生活飲用水的預處理,有機污染較高，影響水的常規(guī)處理，混凝效果差。有機氨氮含量高，耗氧量高，產生較多消毒副產物，有害健康。,1 采用其他氧化劑代替氯，如臭氧、二氧化氯、高錳酸鉀等；2 生物降解技術：去除氨氮最有效，還能去除部分有機物；3 粉末活性炭可吸附微量有機物。,深度處理,活性炭用來去除微量有機物，置于常規(guī)處理后。臭氧-活性炭（也稱臭氧-生物活性碳）具有氧化、吸附與生物降

63、解綜合作用，得到國內外廣泛應用。當水源達到Ⅲ 類水質，即：CODMn≤6mg/L，NH4+-N＜ 3mg/L時，增加臭氧—活性炭工藝可以滿足水質要求，當NH4+-N＞3mg/L應加預處理。,膜技術包括微濾、超率、納濾與反滲透：其中微濾、超濾可去除懸浮物與膠體；納濾、反滲透可去除無機離子與有機污染物，投資于運行費用高。,常規(guī)處理加深度處理與預處理、常規(guī)處理加深度處理,1. 預處理采用生物濾池或生物接觸氧化池： 去除 氨