安全饮用水的主要处理工艺流程doc

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  给水处理的任务是通过必要的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的水质。水处理方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求胡定。在给水处理中,有的处理方法除了具有某一特定的处理效果外,往往也直接或间接地兼收其它处理效果。为到达某一处理目的,往往几种方法结合使用。本节仅列出几种主要给水处理方法,以便于读者对给水处理有一概括的了解。

  这是以地表水为水源的生活饮用水的常用处理工艺。但工业用水也常需澄清工艺。

  澄清工艺通常包括混凝、沉淀和过滤。处理对象主要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,而后通过沉淀池进行重力别离。过滤是利用粒状滤料截留水中杂质的构筑物,常置于混凝和沉淀构筑物之后,用以逐步降低水的浑浊度。完善而有效的混凝、沉淀和过滤,不仅能有效地降低水的浊度,对水中某些有机物、细菌及病毒等的去除也是有一定效果的。根据原水水质不同,在上述澄清工艺系统中还可适当增加或减少某些处理构筑物。例如,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,可以省去沉淀构筑物而进行原水加药后的直接过滤。但在生活饮用水处理中,过滤是必不可少的。大多数工业用水也往往摘用澄清工艺作为预处理过程。如果工业用水对澄清要求不高,可以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。主要消毒方法是在水中投加消毒剂以灭致病微生物。当前我国普遍摘用的消毒剂是***,也有摘用漂白粉、二氧化***及次***酸钠等。臭氧消毒也是一种消毒方法。

  “混凝—沉淀—过滤—消毒〞可称之为生活饮用水的常规处理工艺。我国以地表水为水源的水厂主要摘用这种工艺流程。如前所述,根据水源水质不同,尚可增加或减少某些处理构筑物。

  这是饮用水净化中所需的特殊处理方法。当原水中臭和味严重而摘用澄清和消毒工艺系统不能到达水质要求时方才摘用。除臭、除味的方法取决于水中臭和味的来源。例如,对于水中有机物所产生的臭和味,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的臭和味,可摘用曝气法去除;因藻类繁育而产生的臭和味,可摘用微滤机或气浮法去除藻类,也可在水中投加除藻药剂;因溶解盐类所产生的臭和味,可摘用适当的除盐措施等等。

  当地下水中的铁、锰的含量超过生活饮用水卫生标准时,需摘用除铁、锰措施。常用的除铁、锰方法是:自然氧化法和接触经法。前者通常设置曝气装置、氧化反响池和砂滤池;后者通常设置暴气装置和接触氧化滤池。工艺系统的选择应根据是否单纯除铁还是同时除铁、除锰,原水中铁、锰含量及其它有关水质特点确定。还可摘用药齐氧化、生物氧化法及离子交换法等。通过上述处理方法〔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***,需摘用除***措施。除***方法根本上分为成两类,一是投入硫酸铝、***化铝或碱式***化铝等使***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。目前使用活性氧化铝除***的较多。

  处理对象主要是水中钙、镁离子。软化方法主要有:离子交换法和药剂软化法。前者在于使水中钙、镁离子与阳离子交换剂上的阳离子互相交换以到达去除目的;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别离。

  处理对象是水中各种溶解盐类,包括阴、阳离子。将高含盐量的水如海水及“苦咸水〞处理到符合生活饮用或某些工业用水要求时的处理过程,一般称为咸水“淡化〞;制取纯水及高纯水的处理过程称为水的“除盐〞。淡化和除盐主要方法有: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、阳离子的特性,在外加直流电场作用下使水中阴、阳离子被别离出去;反渗透法系利用高于渗透压的压力施于含盐水以使水通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别离法,通常用于高含盐量水的淡化或离子交换法的前处理工艺。

  这是工业生产里循环冷却水系统所需的处理工艺。在生产的全部过程中产生的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,故常用水作为冷却介质对设备做降温,因水的热容量大,是吸取和传递热量的良好介质。作为冷却介质的水通过换热器等设备以后温度上升,一定要经过冷却处理使水再恢复原先温度后,才能循环使用。水的冷却一般摘用冷却塔。在条件和冷却要求许可下,也有摘用喷水冷却池或水面冷却池的。

  在某些情况下,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特别突出。因此,对这类用水的水质必须加以改善,并进行水质调理,以控制腐蚀和结垢的发生。水质调理往往是通过在水中投加化学药剂来完成。控制腐蚀的药剂称缓蚀剂,控制结垢的药剂称阻垢剂。有时也通过去除水中产生腐蚀和沉积物的成分来到达水质调理目的。

  对于不受污染的天然地表水源而言,饮用水的处理对象主要是去除水中悬浮物、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〕是十分有效的。但对于污染水源而言,水中溶解

  性的有毒有害于人体健康的物质,特别是具有致癌、致畸、致突变的有机污染物〔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解决的。于是,便在常规处理根底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:

  预处理方法主要有: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。以上各种预处理法除了水中有机污染物外,同时也具有除味、除臭及除色作用。当然,不同方法在除污染能力上有所差异。同时,很多方法均各有优缺点。除了上述预处理方法外,还有其它一些方法,如曝气法,水库蓄存法等不一一介绍。此外,新的预处理法正在继续探索中。

  深度处理主要有以下几种方法:粒状活性炭吸附法;臭氧-粒状活性炭联用法或生物活性炭法;化学氧化法;光化学氧化法及超声波-紫外线联用法等物理化学氧化法;膜滤法等等。在以上几种方法中,活性炭吸附及臭氧-活性炭联用法已用来生产,欧洲国家应用较广泛,我国少数水厂也有应用。生产实践说明,摘用臭氧-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,故我国目前尚未大范围的应用。同济大学严煦世教授等在光化学氧化法的研究方面已取得重要成果,超声-紫外联用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。超滤法及纳滤法也具有应用前景,但不能去除水中小分子有机物,且纳滤和超滤装置本钱及运行的成本较高。

  以上各种预处理及深度处理方法的根本作用原理概括起来,无非是吸附、氧化、生物降解、膜滤等4种作用,即:或者利用吸附剂的吸附能力去除水中有机物;或者利用氧化剂及物理化学氧化法的强氧化能力分解有机物;或者利用生物氧化法降解有机物;或者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的微生物,同时还有生物降解作用。

  污染水源的饮用水预处理和深度处理自80年代开始受到广泛重视,有些技术或方法当前正处于研究开展阶段。不同方法的组合应用往往会取得协同作用效果,故近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,往往会摘用两种以上方法组合应用。

  简而言之,“混凝〞就是水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。这一过程涉及三方面问题:水中胶体粒子〔包括微小悬浮物〕的性质;混凝剂在水中的水解物种以及胶体粒子与混凝剂之间的相互作用。

  关于“混凝〞一词的概念,目前尚无统一标准化的定义。“混凝〞有时与“凝聚〞和“絮凝〞相互通用。不过,现在较多的专家学者一般认为水中胶体“脱稳〞——胶体失去稳定性的过程称“凝聚〞;脱稳胶体相互聚集称“絮凝〞;“混凝〞是凝聚和絮凝的总称。在概念上能这样理解,但在实际生产中很难截然划分。

  水处理中的混凝现象比拟复杂。不一样的种类混凝齐以及不同的水质条件,混凝剂作用机理都不一样。许多年来,水处理专家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断研究,理论也获得不断开展。DLVO理论的提出,使胶体稳定性及在一定条件下的胶体凝聚的研究取得了巨大进展。但DLVO理论并不能全面解释水处理中的一切混凝现象。当前,看法比拟一致的是,混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有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、含量以及水的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。目前,这三种作用机理尚限于定性描述,今后的研究目标将以定量计算为主。实际上,定量描述的研究近年来也已开始。

  〔铁盐类似〕而言,当pH3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=~〔视混凝剂投量不同而异〕,主要是多核羟基配合物对负荷胶体起电性中和作用,凝聚体比拟密实;在pH=7~,电中性氢氧化铝聚合物[Al〔OH〕3]n可起吸附架桥作用,同时也存在某些羟基配合物的电性中和作用。~,铝盐的混凝作用主要是吸附架桥和电性中和,两者以何为主,决定于铝盐投加量;当铝盐投加量超过一定限度时,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、超过氢氧化铝溶解度而产生大量氢氧化名沉淀物时,那么起网捕和卷扫作用。实际上,在一定的pH值下,几种作用都可能同时存在,只是程度不同,这与铝盐投加量和水中胶粒含量有关。如果水中胶粒含量过低,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。

  ,始凝体一般比拟密实。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。

  应用于饮用水处理的混凝剂应符合以下根本要求:混凝效果好;对人体健康无害;使用起来更便捷;货源充足,价格低廉。

  混凝剂各类很多,据目前所知,不少于200~300种。按化学成分可分为无机和有机两大类。无机混凝剂品种较少,目前主要是铁盐和铝盐及其聚合物,在水处理中用的最多。有机混凝剂品种很多,主要是高分子物质,但在水处理中的应用比无机的少。本节仅介绍常用的几种混凝剂。

  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,人工合成的日益增多并居主要地位。这类混凝剂均为巨大的线性分子。每一大分子由许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***型,假设分子中不含可离解基团者称非离子型。水处理中常用的是阳离子型、阴离子型和非离子型3种高分子混凝剂,***型使用极少。

  水中悬浮颗粒依靠重力作用,从水中别离出来的过程称为沉淀。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,常遇到两种沉淀,一种是颗粒沉淀过程中,彼此没有干扰,只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用,称为自由沉淀;另一种是颗粒在沉淀过程中,彼此相互干扰,或者受到容器壁的干扰,虽然其粒度和第一种相同,但沉淀速度却较小,称为拥挤沉淀。分述如下。

  颗粒在静水中的沉淀速度取决于:颗粒在水中的重力F1和颗粒下沉时所受水的阻力F2;直径为d的球形颗粒在静水中所受的重力F1为

  严格而言,自由沉淀是单个颗粒在无边际的水体中的沉淀。此时颗粒排挤开同体积的水,被排挤的水将以无限小的速度上升。当大量颗粒在有限的水体中下沉时,被排挤的水便有一定的速度,使颗粒所受到的水阻力有所增加,颗粒处于相互干扰状态,此过程称为拥挤沉淀,此时的沉速称为拥挤沉速。

  拥挤沉速可以用实验方法测定。当水中含砂量很大时,泥砂即处于拥挤沉淀状态。常见的拥挤沉淀过程有明显的清水和浑水分界面,称为浑液面,浑液面缓慢下沉,直到泥砂最后完全压实为止。

  水中凝聚性颗粒的浓度到达少数亦产生拥挤沉淀。由于凝聚性颗粒的比重远小于砂粒的比重,所以凝聚性颗粒从自由沉淀过渡到拥挤沉淀的临界浓度远小于非凝聚性颗粒的临界浓度。

  在常规水处理过程中,过滤一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质,从而使水获得澄清的工艺过程。滤池通常置于沉淀池或澄清池之后。进水浊度一般在10度以下。滤出水浊度必须到达饮用水标准。当原水浊度较低(—般在100度以下),且水质较好时,也可摘用原水直接过滤。过滤的成效,不仅在于逐步降低水的浊度,而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度降低而被局部去除。至于残留于滤后水中的细菌、病毒等在失去浑浊物的保护或依附时,在滤后消毒过程中也将容易被杀灭,这就为滤后消毒创造了良好条件。在饮用水的净化工艺中,有时沉淀池或澄清池可省略,但过滤是必不可少的,它是保证饮用水卫生平安的重要措施。

  滤池有多种形式。以石英砂作为滤料的普通快滤池使用历史最久。在此根底上,人们从不同的工艺角度开展了其它型式快滤池。为充分的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的过滤层,例如,双层、多层及均质滤料滤地,上向流和双向流滤池等。为减少滤池阀门,出现了虹吸滤池、无阀滤池、移动冲洗罩滤池以及其它水力自动冲洗滤池等。在冲洗方式上,有单纯水冲洗和气水反冲洗两种。各种各样的形式滤池,过滤原理根本一样,根本工作过程也相同,即过滤和冲洗交错进行。兹以普通快滤池为例,介绍快滤池工作过程。

  过滤过滤时,开启进水支管2与清水支管3的阀门。关闭冲洗水支管4阀门与排水阀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,由配水系统的配水支管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。随着滤层中杂质截留量的逐渐增加,滤料层中水头缺失也相应增加。一般当水头缺失增至某些特定的程度以致滤池产水量减少,或由于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与清水支管3阀门。开启排水阀5与冲洗水支管4阀门。冲洗水即由冲洗水总管11、支管4,经配水系统的干管、支管及支管上的许多孔眼流出,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的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根本洗干净为止。冲洗结束后,过滤重新开始。从过滤开始到冲洗结束的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。

  快滤池的产水量决定于滤速(以m/h计)。滤速相当于滤池负荷。滤池负荷以单位时间,单位过滤面积上的过滤水量计,单位为m3/(m2h)。按没计标准,单层砂滤池的滤速约8—10m/h,双层滤料滤速约10~14m/h,多层滤料滤速一般可用18—20m/h。工作周期也直接影响滤池产水量。因为工作周期长短涉及滤池实际在做的工作时间和冲洗水量的消耗。周期过短,滤池日产水量减少。一般,工作周期为12

  首先以单层砂滤池为例,,滤层厚度一般为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,称滤料的水力分级,滤层中孔隙尺寸也因此由上而下逐渐增大。,以球体计,滤料颗粒之间的孔隙尺寸约80μm。但是,进入滤池的悬浮物颗粒尺寸大局部小于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的结果。经过众多研究者的研究,认为过滤主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之间粘附作用的结果。

  水流中的悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒外表上,涉及两个问题。首先,被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒外表接近或接触,这就涉及颗粒脱离水流流线而向滤料颗粒外表靠近的迁移机理;第二,当颗粒与滤粒外表接触或接近时,依靠哪些力的作用使他们粘附于滤粒外表上。这就涉及粘附机理。

  在过滤过程中,滤层孔隙中的水流一般属层流状态。被水流挟带的颗粒将随着水流流线运动。它为何会脱离流线而与滤粒外表接近,完全是一种物理-力学作用。一般认为由以下几种作用引起:拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用等。颗粒尺寸较大时,处于流线中的颗粒会直接碰到滤料外表产生拦截作用;颗粒沉速较大时会在重力作用下脱离流线,产生沉淀作用;颗粒具有较大惯性时也可以脱离流线与滤料外表接触〔惯性作用〕;颗粒较小、布朗运动较剧烈时会扩散至滤粒外表〔扩散作用〕;在滤粒外表附近存在速度梯度,非球体颗粒由于在速度梯度作用下,会产生转动而脱离流线与颗粒外表接触〔水动力作用〕。对于上述迁移机理,目前只能定性描述,其相对作用大小尚无法定量估算。虽然也有某些数学模式,但还不能解决实际问题。可能几种机理同时存在,也可能只有其中某些机理起作用。例如,进入滤池的凝聚颗粒尺寸一般较大,扩散作用几乎无足轻重。这些迁移机理所受影响因素较复杂,如滤料尺寸、形状、滤速、水温、水中颗粒尺寸、形状和密度等。