2021年安全饮用水的主要处理基本工艺作业流程

  2021年安全饮用水的主要处理基本工艺作业流程安全饮用水关键处理工艺步骤周鑫根浙江省城镇计划设计研究院一、给水处理工艺步骤概述给水处理任务是经过必需处理方法去除水中杂质，使之符合生活饮用或工业使用所要求水质。水处理方法应依据水源水质和用水对象对水质要求胡定。在给水处理中，有处理方法除了含有某一特定处理效果外，往往也直接或间接地兼收其它处理效果。为了达成某一处理目标，往往多个方法结合使用。本节仅列出多个关键给水处理方法，方便于读者对给水处理有一概括了解。1．澄清和消毒这是以地表水为水源生活饮用水常见处理工艺。但工业用水也常需澄清工艺。澄清工艺通常包含混凝、沉淀和...

  安全饮用水关键处理工艺步骤周鑫根浙江省城镇计划设计研究院一、给水处理工艺步骤概述给水处理任务是经过必需处理方法去除水中杂质，使之符合生活饮用或工业使用所要求水质。水处理方法应依据水源水质和用水对象对水质要求胡定。在给水处理中，有处理方法除了含有某一特定处理效果外，往往也直接或间接地兼收其它处理效果。为了达成某一处理目标，往往多个方法结合使用。本节仅列出多个关键给水处理方法，方便于读者对给水处理有一概括了解。1．澄清和消毒这是以地

  水为水源生活饮用水常见处理工艺。但工业用水也常需澄清工艺。澄清工艺通常包含混凝、沉淀和过滤。处理对象关键是水中悬浮物和胶体杂质。原水加药后，经混凝使水中悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝体，以后经过沉淀池进行重力分离。过滤是利用粒状滤料截留水中杂质构筑物，常置于混凝和沉淀构筑物以后，用以深入降低水浑浊度。完善而有效混凝、沉淀和过滤，不仅能有效地降低水浊度，对水中一些有机物、细菌及病毒等去除也是有一定效果。依据原水水质不一样，在上述澄清工艺系统中还可合适增加或降低一些处理构筑物。比如，处理高浊度原水时，往往需设置泥沙预沉池或沉沙池；原水浊度很低时，能够省去沉淀构筑物而进行原水加药后直接过滤。但在生活饮用水处理中，过滤是必不可少。大多数工业用水也往往采取澄清工艺作为预处理过程。假如工业用水对澄清要求不高，能够省去过滤而仅需混凝、沉淀即可。消毒是灭活水中致病微生物，通常在过滤以后进行。关键消毒方法是在水中投加消毒剂以灭致病微生物。目前中国普遍采取消毒剂是氯，也有采取漂白粉、二氧化氯及次氯酸钠等。臭氧消毒也是一个消毒方法。“混凝—沉淀—过滤—消毒”可称之为生活饮用水常规处理工艺。中国以地表水为水源水厂关键采取这种工艺步骤。如前所述，依据水源水质不一样，尚可增加或降低一些处理构筑物。2．除臭、除味这是饮用水净化中所需特殊处理方法。当原水中臭和味严重而采取澄清和消毒工艺系统不能达成水质要求时方才采取。除臭、除味方法取决于水中臭和味起源。比如，对于水中有机物所产生臭和味，可用活性炭吸附或氧化法去除；对于溶解性气体或挥发性有机物所产生臭和味，可采取曝气法去除；因藻类繁殖而产生臭和味，可采取微滤机或气浮法去除藻类，也可在水中投加除藻药剂；因溶解盐类所产生臭和味，可采取合适除盐方法等等。3．除铁、除锰和除氟当地下水中铁、锰含量超出生活饮用水卫生标按时，需采取除铁、锰方法。常见除铁、锰方法是：自然氧化法和接触经法。前者通常设置曝气装置、氧化反应池和砂滤池；后者通常设置暴气装置和接触氧化滤池。工艺系统选择应依据是否单纯除铁还是同时除铁、除锰，原水中铁、锰含量及其它相关水质特点确定。还可采取药齐氧化、生物氧化法及离子交换法等。经过上述处理方法（离子交换法除外），使溶解性二价铁和锰分别转变成三价铁和四价锰沉淀物而去除。当水中含氟量超1.0mg/L时，需采取除氟方法。除氟方法基础上分为成两类，一是投入硫酸铝、氯化铝或碱式氯化铝等使氟化物产生沉淀；二是利用活性氧化铝或磷酸三钙等进行吸附交换。现在使用活性氧化铝除氟较多。4．软化处理对象关键是水中钙、镁离子。软化方法关键有：离子交换法和药剂软化法。前者在于使水中钙、镁离子和阳离子交换剂上阳离子相互交换以达成去除目标；后者系在水中投入药剂如石灰、苏打等以使钙、镁离子转变成沉淀物而从水中分离。5．淡化和除盐处理对象是水中多种溶解盐类，包含阴、阳离子。将高含盐量水如海水及“苦咸水”处理到符合生活饮用或一些工业用水要求时处理过程，通常称为咸水“淡化”；制取纯水及高纯水处理过程称为水“除盐”。淡化和除盐关键方法有：蒸馏法、离子交换法、电渗析法及反渗透法等。离子交换法需经过阳离子和阴离子交换剂两种交换过程；电渗析法系利用阴、阳离子交换膜能够分别透过阴、阳离子特征，在外加直流电场作用下使水中阴、阳离子被分离出去；反渗透法系利用高于渗透压压力施于含盐水以使水经过半渗透膜而盐类离子被阻留下来。电渗析法和反渗透法属于膜分离法，通常见于高含盐量水淡化或离子交换法前处理工艺。6．水冷却这是工业生产里循环冷却水系统所需处理工艺。在生产的全部过程中产生热量往往会使设备或产品温度上升进而影响生产甚至发生意外事故，故常见水作为冷却介质对设备做降温，因水热容量大，是吸收和传输热量良好介质。作为冷却介质水经过换热器等设备以后温度上升，必需经过冷却处理使水再恢复原先温度后，才能循环使用。水冷却通常采取冷却塔。在条件和冷却要求许可下，也有采取喷水冷却池或水面冷却池。7．水腐蚀和结垢控制在一些情况下，水在使用的过程中会对金属管道或容器材质产生腐蚀和结垢作用，在循环冷却水系统中尤其突出。所以，对这类用水水质必需加以改善，并进行水质调理，以控制腐蚀和结垢发生。水质调理往往是经过在水中投加化学药剂来完成。控制腐蚀药剂称缓蚀剂，控制结垢药剂称阻垢剂。有时也经过去除水中产生腐蚀和沉积物成份来达成水质调理目标。8．生活饮用水对于不受污染天然地表水源而言，饮用水处理对象关键是去除水中悬浮物、胶体和致病微生物；对此，常规处理工艺（即混凝、沉淀、过滤、消毒）是十分有效。但对于污染水源而言，水中溶解性有毒有害于人体健康的物质，尤其是含有致癌、致畸、致突变有机污染物（简称“三致物质”）或“三致”前体物（如腐植酸等）是常规处理方法难以处理。于是，便在常规处理基础上增加预处理和深度处理。前者置于常规处理前，后者置于常规处理后，即：预处理+常规处理或常规处理+深度处理预处理和深度处理关键对象是水中有机污染物，关键用于饮用水处理厂。预处理方法关键有：粉末活性炭吸附法；臭氧或高锰酸钾氧化法；生物氧化法等等。以上多种预处理法除了水中有机污染物外，同时也含有除味、除臭及除色作用。当然，不一样方法在除污染能力上有所差异。同时，多种方法均各有优缺点。除了上述预处理方法外，还有其它部分方法，如曝气法，水库蓄存法等不一一介绍。另外，新预处理法正在继续探索中。深度处理关键有以下多个方法：粒状活性炭吸附法；臭氧-粒状活性炭联使用方法或生物活性炭法；化学氧化法；光化学氧化法及超声波-紫外线联使用方法等物理化学氧化法；膜滤法等等。在以上多个方法中，活性炭吸附及臭氧-活性炭联使用方法已用来生产，欧洲国家应用较广泛，中国少数水厂也有应用。生产实践表明，采取臭氧-活性炭联用技术去除水中微量有机污染物十分有效，但基建投资和运行的成本较高，故中国现在还未大范围的应用。同济大学严煦世教授等在光化学氧化法研究方面已取得关键结果，超声-紫外联使用方法也开始研究并取得一定成效，但这些技术尚难在城市水厂应用，宜用于小型饮水净化装置。超滤法及纳滤法也含有应用前景，但不能去除水中小分子有机物，且纳滤和超滤装置成本及运行的成本较高。以上多种预处理及深度处理方法基础作用原理概括起来，无非是吸附、氧化、生物降解、膜滤等4种作用，即：或利用吸附剂吸附能力去除水中有机物；或利用氧化剂及物理化学氧化法强氧化能力分解有机物；或利用生物氧化法降解有机物；或以膜滤法滤除大分子有机物。有时两种作用可同时发挥，如臭氧-活性炭联用技术即发挥了氧化和吸附两种作用。在粒状活性炭上滋生微生物，同时还有生物降解作用。污染水源饮用水预处理和深度处理自80年代开始受到广泛重视，有些技术或方法目前正处于研究发展阶段。不一样方法组合应用往往会取得协同作用效果，故多年来水处理技术人员针对不一样原水水质和水质处理要求，往往会采取两种以上方法组合应用。二、混凝2.1混凝机理简而言之，“混凝”就是水中胶体粒子和微小悬浮物聚集过程。这一过程包含三方面问

  ：水中胶体粒子（包含微小悬浮物）性质；混凝剂在水中水解物种和胶体粒子和混凝剂之间相互作用。相关“混凝”一词概念，现在尚无统一

  化定义。“混凝”有时和“凝聚”和“絮凝”相互通用。不过，现在较多教授学者通常认为水中胶体“脱稳”——胶体失去稳定性过程称“凝聚”；脱稳胶体相互聚集称“絮凝”；“混凝”是凝聚和絮凝总称。在概念上能够这么了解，但在实际生产中极难截然划分。水处理中混凝现象很复杂。不一样种类混凝齐和不一样水质条件，混凝剂作用机理全部有所不一样。很多年来，水处理教授们从铝盐和铁盐混凝现象开始，对混凝剂作用机理进行了不停研究，理论也取得不停发展。DLVO理论提出，使胶体稳定性及在一定条件下胶体凝聚研究取得了巨大进展。但DLVO理论并不能全方面解释水处理中一切混凝现象。目前，见解比较一致是，混凝剂对水中胶体粒子混凝作用有3种：电性中和、吸附架桥和卷扫作用。这3种作用究意以何者为主，取决于混凝剂种类和投加量、水中胶体粒子性质、含量和水pH值等。这3种作用有时会同时发生，有时仅其中1～2种机理起作用。现在，这三种作用机理尚限于定性描述，以后研究目标将以定量计算为主。实际上，定量描述研究多年来也已开始。概括以上多个混凝机理，可作以下

  判定：1．对铝盐混凝剂（铁盐类似）而言，当pH＜3时，简单水合铝离子[Al（H2O6）6]3+可起压缩胶体双电层作用，但在给水处理中，这样的一种情况少见；在pH=4.5～6.0范围内（视混凝剂投量不一样而异），关键是多核羟基配合物对负荷胶体起电性中和作用，凝聚体比较密实；在pH=7～7.5范围内，电中性氢氧化铝聚合物[Al（OH）3]n可起吸附架桥作用，同时也存在一些羟基配合物电性中和作用。天然水pH值通常在6.5～7.8之间，铝盐混凝作用关键是吸附架桥和电性中和，二者以何为主，决定于铝盐投加量；当铝盐投加量超出某些特定的程度时，会产生“胶体保护”作用，使脱称胶粒电荷变号或使胶粒被包卷而重新稳定（常称“再称”现象）；当铝盐投加量再次增大、超出氢氧化铝溶解度而产生大量氢氧化名沉淀物时，则起网捕和卷扫作用。实际上，在一定pH值下，多个作用全部可能同时存在，只是程度不一样，这和铝盐投加量和水中胶粒含量相关。假如水中胶粒含量过低，往往需投加大量铝盐混凝剂使之产生卷扫作用才能发生混凝作用。2．阳离子型高分子混凝剂可对负电荷胶粒起电性中和和吸附架桥双重作用，始凝体通常比较密实。非离子型和阴离子型高分子混凝剂只能起吸附架桥作用。当高分子物质投量过多时，也产生“胶体保护”作用使颗粒重新悬浮。2.2混凝剂和助凝剂2.2.1混凝剂应用于饮用水处理混凝剂应符合以下基础要求：混凝效果好；对人体健康无害；使用起来更便捷；货源充足，价格低。混凝剂各类很多，据现在所知，不少于200～300种。按化学成份可分为无机和有机两大类。无机混凝剂品种较少，现在关键是铁盐和铝盐及其聚合物，在水处理中用最多。有机混凝剂品种很多，关键是高分子物质，但在水处理中应用比无机少。本节仅介绍常见多个混凝剂。（1）无机混凝剂常见无机混凝剂列于下表，这里仅简明介绍多个。常见无机混凝剂名称化学式铝系硫酸铝明矾聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（PAS）Al2（SO4）3·18H2OAl2（SO4）3·14H2OKAl（SO4）2·12H2O（钾矾）NH4·Al（SO4）2·12H2O（铵矾）[Al2（OH）nCl6-n]m[Al2（OH）nSO4）3-]m铁系三氯化铁硫酸亚铁聚合硫酸铁（PFS）聚合氯化铁（PFC）FeCl3·6H2OFeSO4·7H2O[Fe2（OH）nSO4）3-]m[Fe2（OH）nCl6-n]m（2）有机高分子混凝剂有机高分子混凝剂又分天然和人工合成两类。在给水处理中，人工合成日益增多并居关键地位。这类混凝剂均为巨大线性分子。每一大分子由很多链节组成且常含带电基团，故又被称为聚合电解质。按基团带电情况，又可分以下4种：凡基团离解后带正电荷者称阳离子型，带负荷者称阴离子型，分子中既含正电基团又含负电荷基团者称两性型，若分子中不含可离解基团者称非离子型。水处理中常见是阳离子型、阴离子型和非离子型3种高分子混凝剂，两性型使用极少。三、沉淀和澄清3.1悬浮颗粒在静水中沉淀水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来过程称为沉淀。颗粒比重大于1时，表现为下沉；小于1时，表现为上浮。在给水处理中，常碰到两种沉淀，一个是颗粒沉淀过程中，相互没有干扰，只受到颗粒本身在水中重力和水流阻力作用，称为自由沉淀；另一个是颗粒在沉淀过程中，相互相互干扰，或受到容器壁干扰，即使其粒度和第一个相同，但沉淀速度却较小，称为拥挤沉淀。分述以下。3.1.1悬浮颗粒在静水中自由沉淀颗粒在静水中沉淀速度取决于：颗粒在水中重力F1和颗粒下沉时所受水阻力F2；直径为d球形颗粒在静水中所受重力F1为F1=πd3（ρp-ρ1）g（16-1）式中ρp及ρ1——颗粒及水密度；g——重力加速度。3.1.2悬浮颗粒在静水中拥挤沉淀严格而言，自由沉淀是单个颗粒在无边际水体中沉淀。此时颗粒排挤开同体积水，被排挤水将以无限小速度上升。当大量颗粒在有限水体中下沉时，被排挤水便有一定速度，使颗粒所受到水阻力有所增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀，此时沉速称为拥挤沉速。拥挤沉速能够用试验方法测定。当水中含砂量很大时，泥砂即处于拥挤沉淀状态。常见拥挤沉淀过程有显著清水和浑水分界面，称为浑液面，浑液面缓慢下沉，直到泥砂最终完全压实为止。水中凝聚性颗粒浓度达成少数亦产生拥挤沉淀。因为凝聚性颗粒比重远小于砂粒比重，所以凝聚性颗粒从自由沉淀过渡到拥挤沉淀临界浓度远小于非凝聚性颗粒临界浓度。四、过滤4.1过滤概述在常规水处理过程中，过滤通常是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水取得澄清工艺过程。滤池通常置于沉淀池或澄清池以后。进水浊度通常在10度以下。滤出水浊度必需达成饮用水标准。当原水浊度较低(—般在100度以下)，且水质很好时，也可采取原水直接过滤。过滤功效，不仅在于深入降低水浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水浊度降低而被部分去除。至于残留于滤后水中细菌、病毒等在失去浑浊物保护或依附时，在滤后消毒过程中也将轻易被杀灭，这就为滤后消毒发明了良好条件。在饮用水净化工艺中，有时沉淀池或澄清池可省略，但过滤是不可缺乏，它是确保饮用水卫生安全关键方法。滤池有多个形式。以石英砂作为滤料一般快滤池使用历史最久。在此基础上，大家从不一样工艺角度发展了其它型式快滤池。为充足发挥滤料层截留杂质能力，出现厂滤料粒径循水流方向减小或不变过滤层，比如，双层、多层及均质滤料滤地，上向流和双向流滤池等。为降低滤池阀门，出现了虹吸滤池、无阀滤池、移动冲洗罩滤池和其它水力自动冲洗滤池等。在冲洗方法上，有单纯水冲洗和气水反冲洗两种。多种形式滤池，过滤原理基础一样，基础工作过程也相同，即过滤和冲洗交错进行。兹以一般快滤池为例，介绍快滤池工作过程。过滤过滤时，开启进水支管2和清水支管3阀门。关闭冲洗水支管4阀门和排水阀5。浑水就经进水总管1、支管2从浑水渠6进入滤池。经过滤料层7、承托层8后，由配水系统配水支管9聚集起来再经配水系统干管渠10、清水支管、清水总管12流往清水池。浑水流经滤料层时，水中杂质即被截留。伴随滤层中杂质截留量逐步增加，滤料层中水头损失也对应增加。通常当水头损失增至某些特定的程度以致滤池产水量降低，或因为滤过水质不符合标准要求时，滤池便须停止过滤进行冲洗。冲洗冲洗时，关闭进水支管2和清水支管3阀门。开启排水阀5和冲洗水支管4阀门。冲洗水即由冲洗水总管11、支管4，经配水系统干管、支管及支管上很多孔眼流出，由下而上穿过承托层及滤料层，均匀地分布于整个滤池平面上。滤料层在由下而上均匀分布水流中处于悬浮状态，滤料得到清洗。冲洗废水流入冲洗排水槽13，再经浑水渠6、排水管和废水渠14进入下水道。冲洗一直进行到滤料基础洗洁净为止。冲洗结束后，过滤重新开始。从过滤开始到冲洗结束一段时间称为快滤池工作周期。从过滤开始至过滤结束称为过滤周期。快滤池产水量决定于滤速(以m/h计)。滤速相当于滤池负荷。滤池负荷以单位时间，单位过滤面积上过滤水量计，单位为m3/(m2·h)。按没计规范，单层砂滤池滤速约8—10m/h，双层滤料滤速约10～14m/h，多层滤料滤速通常可用18—20m/h。工作周期也直接影响滤池产水量。因为工作周期长短包含滤池实际在做的工作时间和冲洗水量消耗。周期过短，滤池日产水量降低。通常，工作周期为12～24h。4.2过滤理论4.2.1过滤机理首先以单层砂滤池为例，其滤料粒径通常为0.5mm至1.2mm，滤层厚度通常为70cm。经反冲洗水力分选后，滤料粒径自上而下大致按由细到粗依次排列，称滤料水力分级，滤层中孔隙尺寸也所以由上而下逐步增大。设表层细砂粒径为0.5mm，以球体计，滤料颗粒之间孔隙尺寸约80μm。不过，进入滤池悬浮物颗粒尺寸大部分小于30μm，仍然能被滤层截留下来，而且在滤层深处（孔隙大于80μm）也会被截留，说明过滤显然不是机械筛滤作用结果。经过众多研究者研究，认为过滤关键是悬浮颗粒和滤料颗粒之间粘附作用结果。水流中悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒表面上，包含两个问题。首先，被水流挟带颗粒怎样和滤料颗粒表面靠近或接触，这就包含颗粒脱离水流流线而向滤料颗粒表面靠近迁移机理；第二，当颗粒和滤粒表面接触或靠近时，依靠哪些力作用使得她们粘附于滤粒表面上。这就包含粘附机理。（1）颗粒迁移在过滤过程中，滤层孔隙中水流通常属层流状态。被水流挟带颗粒将伴随水流流线运动。它为何会脱离流线而和滤粒表面靠近，完全是一个物理-力学作用。通常认为由以下多个作用引发：拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用等。颗粒尺寸较大时，处于流线中颗粒会直接碰到滤料表面产生拦截作用；颗粒沉速较大时会在重力作用下脱离流线，产生沉淀作用；颗粒含有较大惯性时也能够脱离流线和滤料表面接触（惯性作用）；颗粒较小、布朗运动较猛烈时会扩散至滤粒表面（扩散作用）；在滤粒表面周围存在速度梯度，非球体颗粒因为在速度梯度作用下，会产生转动而脱离流线和颗粒表面接触（水动力作用）。对于上述迁移机理，现在只能定性描述，其相对作用大小尚无法定量估算。即使也有一些数学模式，但还不能处理实际问题。可能多个机理同时存在，也可能只有其中一些机理起作用。比如，进入滤池凝聚颗粒尺寸通常较大，扩散作用几乎无足轻重。这些迁移机理所受影响原因较复杂，如滤料尺寸、形状、滤速、水温、水中颗粒尺寸、形状和密度等。（2）颗粒粘附粘附作用是一个物理化学作用。当水中杂质颗粒迁移到滤料表面上时，则在范德华引力和静电相互作用下，和一些化学键和一些特殊化学吸附力下，被粘附于滤料颗粒表面上，或粘附在滤粒表面上原先粘附颗粒上。另外，絮凝颗粒架桥作用也会存在。粘附过程和澄清池中泥渣所起粘附作用基础类似，不一样是滤料固定介质，排列紧密，效果愈加好。所以，粘附作用关键决定于滤料和水中颗粒表面物理化学性质。未经脱称悬浮物颗粒，过滤效果很差，这就是证实。不过，在过滤过程中，尤其是过滤后期，当滤层中孔隙尺寸逐步减小时，表层滤料筛滤作用也不能完全排除，但此现状并不期望发生。（3）直接过滤原水不经沉淀而立即进入滤池过滤称“直接过滤”。直接过滤充足表现了滤层中尤其是深层滤料中接触絮凝作用。直接过滤有两种方法：1）原水经加药后立即进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备。这种过滤方法通常称“接触过滤”。2）滤池前设一简易微絮凝池，原水加药混合后先经微絮凝池，形成粒径相近微絮粒后（粒径大致在40～60μm左右）立即进入滤池过滤。这种过滤方法称“微絮凝过滤”。上棕两种过滤方法，过滤机理基础相同，即经过脱称颗粒或微絮粒和滤料充足碰撞接触和粘附，被滤层截留下来，滤料也是接触凝聚介质。不过前者往往因投药点和混合条件不一样而不易控制进入滤层微絮粒尺寸，后者可加以控制。之所以称“微絮凝池”，系指絮凝条件和要求不一样于通常絮凝池。前者要求形成絮凝体尺寸较小，便于深入滤层深处以提升滤层含污能力；后者要求絮凝体尺寸愈大愈好，以后果于在沉淀池内下沉。故微絮凝时间通常较短，通常在几分钟之内。采取直接过滤工艺必需注意以下几点：1）原水瀑度和色度较低且水质改变较小。通常要求常年原水浊度低于50度。若对原水水质改变及以后发展的新趋势无充足把握，不应轻易采取直接过滤

  。2）通常采取双层、三层或均质滤料。滤料粒径和厚度合适增大，不然滤层表面孔隙易被堵塞。3）原水进入滤池前，不管是接触过滤或微絮凝过滤，均不应形成大絮凝体以免很快堵塞滤层表面孔隙。为提升微絮粒强度和粘附力，有时需投加高分子助凝剂（如活化硅酸及聚丙烯酰胺等）以发挥高分子在滤层中吸附架桥作用，使粘附在滤料上杂质不易脱落而穿透滤层。助凝剂应投加在混凝剂投加点以后，滤池进口周围。4）滤速应依据原水水质决定。浊度偏高时应采取较低滤速，反之亦然。因为滤前无混凝沉淀缓冲作用，设计滤速应偏于安全。原水浊度通常在50度以上时，滤速通常在5m/h左右。最好经过试验决定滤速。直接过滤工艺简单，混凝剂用量较少。在处理湖泊、水加等低浊度原水方面已经有较多应用，也适宜于处理低温低浊水。至于滤前是否需设置微絮凝池，现在还有不一样见解，应依据具体水质条件决定。五、消毒为预防经过饮用水传输疾病，在生活饮用水处理中，消毒是必不可少。消毒并非要把水中微生物全部消亡，只是要消除水中致病微生物致病作用。致病微生物包含病菌、病毒及原生动物胞囊等。水中微生物往往会粘附在悬浮颗粒上，所以，给水处理中混凝沉淀和过滤在去除悬浮物、降低水浊度同时，也去除了大部分微生物（也包含病原微生物）。但尽管如此，消毒仍必不可少，它是生活饮用水安全、卫生最终保障。水消毒方法很多，包含氯及氯化物消毒，臭氧消毒、紫外线消毒及一些重金属离子消毒等。氯消毒经济有效，使用起来更便捷，应用历史最久也最为广泛。但自20世纪70年代发觉受污染水原经氯消毒后往往会产生部分有害健康副产物，比如三卤甲烷等后，大家便重视了其它消毒剂或消毒方法研究，比如，多年来大家对二氧化氯消毒日益重视。但不能就此认为氯消毒会被淘汰。首先，对于不受有机物污染水源或在消毒前经过前处理把形成氯消毒副产物前期物（如腐殖酸和富里酸等）预先去除，氯消毒仍是安全、经济、有效消毒方法；另方面，除氯以外其它多种消毒剂副产物和残留于水中消毒剂本身对人体健康影响，仍需进行全方面、深入研究。所以，就现在情况而言，氯消毒仍是应用最广泛一个消毒方法。5.1氯消毒5.1.1氯消毒原理氯轻易溶解于水（20℃和95kPa时，溶解度7160mg/L）。当氯溶解在清水中时，下列两个反应几乎瞬时发生：Cl2+H2OHOCl+HCl（18-1）次氯酸HOCl部分离解为氢子和次氯酸根：HOClH++OCl-（18-2）其平衡常数为：Ki=（18-3）在不一样温度下次氯酸离解平衡常数见表4-1。次氯酸离解平衡常数表5-1温度℃0510152025Ki×10-8（mol/L）2.02.32.63.03.33.75.1.2加氯量水中加氯量，能分为两部分，即需氯量和余氯。需氯量指用于灭活水中微生物、氧化有机物和还原性物质等所消耗部分。为了抑制水中残余病原微生物再度繁殖，管网中尚需维持少许剩下氯。中国饮用水规定要求出厂水游离性余氯在接触30min后不应低于0.3mg/L，在管网末梢不应低于0.05mg/L。后者余氯量虽仍含有消毒能力，但对再次污染消毒尚嫌不够，而可作为预示再次受到污染信号，此点对于管网较长而有死水端和设备陈旧情况，尤为关键。以下分析不一样情况下加氯量和剩下氯量之间关系：（1）如水中无微生物、有机物和还原性物质等，则需氯量为零，加氯量等于剩下氯量。（2）实际上天然水尤其是地表水源多少已受到有机物和细菌等污染，氧化这些有机物和杀灭细菌要消耗一定氯量，即需氯量。加氯量必需超出需氯量，才能确保一定剩下氯。当水中有机物较少，而且关键不是游离氨和含氮化合物时，需氯量0M满足以后就会出现余氯。其原因为：1）水中有机物和氯作用速度有快慢。有测定余氯时，有一部分有机物尚在继续和氯作用中。2）水中余氯有一部分会自行分解，如次氯酸因为受水中一些杂质或光线作用，产生以下催化分解：2HOCl→2HCl+O2（18-8）3）当水中有机物关键是氨和氮化合物时，情况相对来说比较复杂。当起始需氯量0A满足以后，加氯量增加，剩下氯也增加（曲线AH段），但后者增加得慢部分。超出H点加氯量后，即使加氯量增加，余氯量反而下降，如HB段，H点称为峰点。以后伴随加氯量增加，剩下氯又上升，如BC段，B点称为折点。缺乏试验资料时，通常地面水经混凝、沉淀和过滤后或清洁地下水，加氯量可采取1.0～1.5mg/L；通常地面水经混凝、沉淀而未经过滤时可采取1.5～2.5mg/L。当原水受到严重污染，采取一般混凝沉淀和过滤加上通常加氯量消毒方法全部不能处理问题时，折点加氯法可取得显著效果，它能降低水色度，去除恶臭，降低水中有机物含量；还能提升混凝效果。折点加氯法过去常常应用，但自从发觉水中有机污染物可能和氯生三卤甲烷（THMs）后，采取折点加氯来处理受污染水源已引发大家担心，所以寻求去除有机污染物预处理或深度处理方法和其它消毒法。5.2其它消毒法5.2.1二氧化氯消毒二氧化氯（ClO2）在常温常压下是一个黄绿色气体，沸点11℃，凝固点-59℃，极不稳定，气态和液态ClO2均易爆炸，故必需以水溶液形式现场制取，即时使用。ClO2易溶于水，其溶解度约为氯5倍。ClO2水溶液颜色随浓度增加而由黄绿色转为橙色。ClO2在水中以溶解气体存在，不发生水解反应。ClO2水溶液在较高温度和光照下会生成ClO2-和ClO3-，在水处理中ClO2参与氧化还原反应也会生成ClO2-。ClO2深液浓度在10g/L以下时没有爆炸危险，水处理中ClO2浓度远低于10g/L。制取ClO2方法较多。在给水处理中，制取ClO2方法关键有：（1）用亚氯酸钠（NaClO2）和氯（Cl2）制取，反应以下：Cl2+H2O→HOCl+HCl（18-10）依据反应式（18-10），理论上1mol氯和2mol亚氯酸钠反应可生成2mol二氧化氯。但实际应用时，为了加紧反应速度，投氯量往往超出化学计量理论值，这么，产品中就往往含有部分自由氯Cl2。作为受污染水消毒剂，多出自由氯存在就存在产生THMs之虑，即使不会像氯消毒那样严重。二氧化氯制取是在1个内填瓷环圆柱形发生器中进行。由加氯机出来氯溶液和用泵抽出亚氯酸钠稀溶液共同进入ClO2发生器，经过约1min反应，便得ClO2水溶液，像加氯一样直接投入水中。发生器上设置1个透明管，经过观察，出水若呈黄绿色即表明ClO2生成。反应时应控制混合液pH值和浓度。（2）用酸和亚氯酸钠反应制取，反应以下：5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O（18-11）10NaClO2+5H2SO4→8ClO2+5Na2SO4+4H2O（18-12）在用硫酸制备时，需注意硫酸不能和固态NaClO2接触，不然会发生爆炸。另外，尚需注意两种反应物（NaClO2和HCl或H2SO4）浓度控制，浓度过高，化合时会发生爆炸。这种制取方法不会存在自由氯，故投入水中不存在产生THMs之虑。制取方法也是在1个圆柱形ClO2发生器中进行。先在2个溶液槽中分别配制一定浓度（注意浓度不可过高，通常HCl浓度8.5%，亚氯酸钠浓度7%）HCl和NaClO2溶液，分别用泵打入ClO2发生器，经过约20min反应后便形成ClO2溶液。酸用量通常超出化学计量3～4倍。以上两种ClO2制取方法各有优缺点。采取强酸和亚氯酸钠制取ClO2，方法简便，产品中无自由氯，但NaClO2转化成ClO2理论转化率仅为80%，即5molNaClO2产生4molClO2。采取氯和亚氯酸钠制取ClO2，1molNaClO2可产生1molClO2，理论转化率100%。因为NaClO2价格高，采取氯制取ClO2在经济上应占有优势。当然，在选择生产设备时，还应考虑其它多种原因，如设备性能、价格等。二氧化氯既是消毒剂，又是氧化能力很强氧化剂。作为消毒剂，据相关教授研究，ClO2对细菌细胞壁有较强吸附和穿透能力，从而有效地破坏细菌内含巯基酶，Bermard也证实，ClO2可快速控制微生物蛋白质合成，故ClO2对细菌、病毒等有很强灭活能力。ClO2最大优点是不会和水中有机物作用生成三卤甲烷。这正是ClO2在目前水处理中受到重视关键原因。另外，ClO2消毒还有以下优点：消毒能力比氯强，故在相同条件下，投中量比Cl2少；ClO2余量能在管网中保持很长时间，即衰减速度比Cl2慢；因为ClO2不水解，故消毒效果受水pH值影响极小。作为氧化剂，ClO2能有效地去除或降低水色、嗅及铁、锰、酚等物质。它和酚起氧化反应，不会生成氯酚。不过，采取ClO2消毒或作为氧化剂还存在以下有必要注意一下问题：ClO2本身和副产物ClO2-对人体血红细胞有损害，有报导认为，还对人神经系统及生殖系统有损害。所以，多年来美国EPA要求：水中剩下ClO2和ClO2-等总量不得超出1.0mg/L。现在中国还没有这方面要求或限定标准。不过，作为消毒剂，通常ClO2投加量约在1.0～2.0mg/L范围内，不会产生副作用，但作为氧化剂，ClO2投加量改变较大，就应注意水中剩下ClO2和ClO2-副作用。另外，因为制取ClO2NaClO2价格很高（约为Cl210倍左右），所以限制了ClO2消毒大范围的应用。不过，欧美等部分国家应用ClO2消毒或作为氧化剂用于给水处理已日益增多。多年来，中国也重视了ClO2在给水处理中应用。5.2.2氯胺消毒在本章第一节中提到，氯胺消毒作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱。但氯胺消毒优点是：当水中含有有机物和酚时，氯胺消毒不会产生氯臭和氯酚臭，同时大幅度的降低THMs产生可能；能保持水中余氯较久，适适用于供水管网较长情况。不过，因杀菌力弱，单独采取氯胺消毒水厂极少，通常作为辅助消毒剂以抑制管网中细菌再繁殖。人工投中氨能够是液氯、硫酸氨（NH4）2SO4或氯化铵NH4Cl。水中原有氨也可利用。硫酸铵或氯化铵应先配成溶液，然后再投中到水中。液氨投加方法和液氯相同，化学反应见反应式（18-4）至式（18-6）。氯和氨投加量视水质不一样而有不一样百分比。通常采取氯：氨=3：1～6：1。当以预防氯臭为关键目标时，氯和氨之比小些；当以杀菌和维持余氯为关键目标时，氯和氨之比应大些。采取氯胺消毒时，通常先加氨，待其和水充足混合后再中氯，这么可降低氯臭，尤其当水占含酚时，这种投加次序可避免产生氯酚恶臭。但当管网较长，关键目标是为维持余氯较为持久，可先加氯后加氨。有以地下水为水源水厂，可采取进厂水加氯消毒，出厂水加氨减臭并和稳定余氯。氧和氨也可同时投加。有资料认为，氯和氨同时投加比先加氨后加氯，可降低有害副产物（如三卤甲烷、卤乙酸等）生成。5.2.3漂白粉消毒漂白粉由氯气和石灰加工而成，分子式可简单表示为CaOCl2，有效氯约30%。漂白精分子式为Ca（OCl）2，有效氯约达60%左右。二者均为白色粉末，有氯气味，易受光、热和潮气作用而分解使有效氯降低，故必需放在阴凉干燥和通风良好地方。漂白粉加入水中反应以下：2CaOCl2+2H2O2HOCl+Ca（OH）2+CaCl2（18-13）反应后生成HOCl，所以消毒原理和氯气相同。漂白粉需配成溶液加注，溶解时先调成糊状物，然后再加水配成1.0%～2.0%（以有效氯计）浓度溶液。当投加在滤后水中时，溶液必需经过约4～24h澄清，以免杂质带进清水中；若加入浑水中，则配制后可立即使用。漂白粉消毒通常见于小水厂或临时性给水。5.2.4次氯酸钠消毒次氯酸钠（NaOCl）是用发生器钛阳极电解食盐水而制得，反应以下：NaCl+H2O→NaOCl+H2↑（18-14）次氯酸钠也是强氧化剂和消毒剂，但消毒效果不如氯强。次氯酸钠消毒作用仍依靠HOCl，反应以下：NaOCl+H2OHOCl+NaOH（18-15）次氯酸钠发生器有成品出售。因为次氯酸钠易分解，故通常采取次氯酸钠发生器现场制取，就地投加，不宜贮运。制作成本就是食盐和电花费用。次氯酸钠消毒通常见于小型水厂。5.2.5臭氧消毒臭氧（O3）由3个氧原子组成，在常温常压下，它是淡蓝色含有强烈剌激性气体。臭氧密度为空气1.7倍，易溶于水，在空气或水中均易分解消失。臭氧对人体健康有影响，空气中臭氧浓度达成1000mg/L即有致命危险，故在水处理中散发出来臭氧尾气必需处理。臭氧全部是在现场用空气或纯氧经过臭氧发生器高压放电产生。臭氧发生器是臭氧生产系统关键设备。假如以空气作气源，臭氧生产系统应包含空气净化和干燥装置和鼓风机或空气压缩机等，所产生臭氧化空气中臭氧含量通常在2%～3%（重量比）；假如以纯氧作为气源，臭氧生产系统尖包含纯氧制取设备，所生产是纯氧/臭氧混合气体，其中臭氧含量约达6%（重量比）。由臭氧发生器出来臭氧化空气（或纯氧）进入接触池也待处理水充足混和。为取得最大传质效率，臭氧化空气（或纯氧）应经过微孔扩散器形成微小气泡均匀分散于水中。臭氧既是消毒剂，又是氧化能力很强氧化剂。在水中投入臭氧做消毒或氧化通称臭氧化。作为消毒剂，因为臭氧在水中不稳定，易消失，故在臭氧消毒后，往往仍需投加少许氯、二氧化氯或氯氨以维持水中剩下消毒剂。臭氧作为唯消毒剂极少。目前，臭氧作为氧化剂以氧化去除水中有机污染物更广泛。臭氧氧化作用分直接作用和间接作用两种。臭氧直接和水中物质反应称直接作用。直接氧化作用有选择性且反应较慢。间接作用指臭氧在水中可分解产生二级氧化剂——氢氧自由基·OH（表示OH带有一未配对电子，故活性极大）。·OH是一个非选择性强氧化剂（E0=3.06V），能够使很多有机物根本降解矿化，且反应速度很快。不过，仅由臭氧产生氢氧自由基量极少，除非和其它物理化学议程配合方可产生较多·OH。据相关教授认为，水中OH-及一些有机物是臭氧分解引发剂或促进剂。臭氧消毒机理实际上仍是氧化作用。臭氧化可快速杀灭细菌、病毒等。臭氧作为消毒剂或氧化剂关键优点是不会产生三卤甲烷等副产物，其杀菌和氧化能力均比氯强。但多年来相关臭氧化副作用也引发大家关注。有认为，水中有机物经臭氧化后，有可能将大分子有机物分解成份子较小中间产物，而在这些中间产物中，有几率存在毒性物质或致突变物。或有些中间产物和氯（臭氧化后往往还需加适量氯）作用后致突变反而增强。历此，目前通常把臭氧和粒状活性炭联用，首先可避免上述副作用产生，同时也改善了活性炭吸附条件。相关臭氧和活性炭联用技术见本书第19章。臭氧生产设备较复杂，投资较大，电耗也较高，现在中国应用极少，欧洲部分国家（尤其是法国）应用最多。伴随臭氧发生系统在技术上不停改善，现在设备投资及生产臭氧电耗全部有所降低，加之大家对饮用水水质要求提升，臭氧在中国水处理中应用也将逐步增多。水消毒方法除了以上介绍多个以外，还有紫外线消毒、高锰酸钾消毒、重金属离了（如银）消毒及微电解消毒等等。微电解消毒是同济大学高廷耀教授等多年来研制一个新消毒设备，已在优质饮用水制取等生产中应用。综合多种消毒方法，能够这么说，没有一个方法完美无缺；不一样消毒方法配合使用往往也可互补长短，已经有水厂这么做了，教授们也在不停探索研究。

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