化學(xué)工程學(xué)-水：粵港供水深度處理講座

1、粵港供水深度處理講座目錄1 生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及要求2 飲用水的深度處理3 深度處理投資建設(shè)和日常運(yùn)營成本4 飲用水深度處理的發(fā)展趨勢和展望1 生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及要求1.1 生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)2006年底，衛(wèi)生部正式頒布了新版生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006），規(guī)定自2007年7月1日起全面實(shí)施，全部指標(biāo)最遲于2012年7月1日實(shí)施。 飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)大幅提高，由原來的35項增至106項，增加了檢測甲醛、苯、甲苯和二甲苯的含量等項目。新標(biāo)準(zhǔn)適用于各類集中式供水的生活飲用水，也適用于分散式供水的生活飲用水。一是加強(qiáng)了對水質(zhì)有機(jī)物、微生物和水質(zhì)消毒等方面的要求。新標(biāo)準(zhǔn)中的飲用水水質(zhì)指標(biāo)由

2、原標(biāo)準(zhǔn)的35項增至106項，增加了71項。其中，微生物指標(biāo)由2項增至6項；飲用水消毒劑指標(biāo)由1項增至4項；毒理指標(biāo)中無機(jī)化合物由10項增至21項；毒理指標(biāo)中有機(jī)化合物由5項增至53項；感官性狀和一般理化指標(biāo)由15項增至20項；放射性指標(biāo)仍為2項。二是統(tǒng)一了城鎮(zhèn)和農(nóng)村飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。三是實(shí)現(xiàn)飲用水標(biāo)準(zhǔn)與國際接軌。新標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)項目和指標(biāo)值的選擇，充分考慮了我國實(shí)際情況，并參考了世界衛(wèi)生組織的飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則，參考了歐盟、美國、俄羅斯和日本等國飲用水標(biāo)準(zhǔn)。 1.1 生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)為防止介水傳染病的發(fā)生和傳播，要求生活飲用水不含病原微生物。水中所含化學(xué)物質(zhì)及放射性物質(zhì)不得對人體健康產(chǎn)生危害，要求水中的

3、化學(xué)物質(zhì)及放射性物質(zhì)不引起急性和慢性中毒及潛在的遠(yuǎn)期危害（致癌、致畸、致突變作用）。水的感官性狀是人們對飲用水的直觀感覺，是評價水質(zhì)的重要依據(jù)。生活飲用水必須確保感官良好，為人民所樂于飲用。生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和衛(wèi)生要求必須滿足三項基本要求1.1 生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)生活飲用水衛(wèi)生新舊標(biāo)準(zhǔn)比較1.渾濁度指標(biāo) 1985年出臺的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)里，飲用水渾濁度的指標(biāo)是“3-5”，新標(biāo)準(zhǔn)則將之提高到“1-3”， 讓飲水更健康是新標(biāo)準(zhǔn)的核心所在。2.有機(jī)污染物、農(nóng)藥指標(biāo) 老的標(biāo)準(zhǔn)只有35項檢測項目，其中關(guān)于無機(jī)污染物的檢測項目居多，涉及的有機(jī)污染物、農(nóng)藥較少，而且其中根本沒有檢測如藻毒素等微生物的指標(biāo)，

4、這與近年來我國水污染致使水中有機(jī)物大大增加的形勢嚴(yán)重不適應(yīng)。2022/7/1361.1 生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)3.其他指標(biāo)的增加與修訂 在新標(biāo)準(zhǔn)增加的71項水質(zhì)指標(biāo)里，微生物學(xué)指標(biāo)由2項增至6項，增加了對藍(lán)氏賈第蟲、隱孢子蟲等易引起腹痛等腸道疾病、一般消毒方法很難全部殺死的微生物的檢測。飲用水消毒劑指標(biāo)由1項增至4項，毒理學(xué)指標(biāo)中無機(jī)化合物由10項增至22項，增加了對凈化水質(zhì)時產(chǎn)生二氯乙酸等鹵代有機(jī)物質(zhì)、存于水中藻類植物微囊藻毒素等的檢測。有機(jī)化合物指標(biāo)由5項增至53項，感官性狀和一般理化指標(biāo)由15項增加至21項。 并且，還對原標(biāo)準(zhǔn)35項指標(biāo)中的8項進(jìn)行了修訂。同時，鑒于加氯消毒方式對水質(zhì)安全的負(fù)

5、面影響，新標(biāo)準(zhǔn)還在水處理工藝上重新考慮安全加氯對供水安全的影響，增加了與此相關(guān)的檢測項目。2022/7/137生活飲用水水源水質(zhì)分級生活飲用水水源水質(zhì)分為二級。項目標(biāo)準(zhǔn)限值一級二級色度色度不超過15度，并不得呈現(xiàn)其他異色不應(yīng)有明顯的其他異色渾濁度（度）3嗅和味不得有異臭、異味不應(yīng)有明顯的異臭、異味pH值6.58.56.58.5總硬度（以碳酸鈣計）（mg/L）350450溶解鐵（mg/L）0.30.5錳（mg/L）0.10.1銅（mg/L）1.01.0鋅（mg/L）1.01.0揮發(fā)酚（以苯酚計)（mg/L）0.0020.004陰離子合成洗滌劑（mg/L）0.30.3硫酸鹽（mg/L）250250

6、氯化物（mg/L）250250溶解性總固體（mg/L）10005 000K)和高壓(20MPa),即所謂的熱點(diǎn)。超生空化作用圖降解機(jī)理： 空化泡中的水蒸氣在這種極端環(huán)境中發(fā)生分裂及鏈?zhǔn)椒磻?yīng),產(chǎn)生氧化活性相當(dāng)強(qiáng)的氫氧自由基和過氧化氫,并伴有強(qiáng)大的沖擊波和射流。 親水性、難揮發(fā)的有機(jī)物在空化泡氣液界面或本體溶液中與OH、OOH發(fā)生氧化反應(yīng)。 疏水性、易揮發(fā)有機(jī)物除發(fā)生氧化反應(yīng)外, 直接進(jìn)入空化泡發(fā)生熱解反應(yīng)。超聲流程圖2.2 飲用水深度處理的主流工藝 在飲用水深度處理領(lǐng)域，國內(nèi)外的主流處理工藝有臭氧-生物活性炭工藝與膜處理工藝。2.2.1 膜處理法 膜法處理是指在飲用水傳統(tǒng)處理工藝基礎(chǔ)上增加膜處理

7、工序， 使出水水質(zhì)更高的工藝，膜技術(shù)如微濾、超濾、納濾和反滲透等漸漸成為城市凈水處理的主流工藝。能彌補(bǔ)傳統(tǒng)工藝的缺陷重金屬去除效果好能留下絕大部分的礦物質(zhì)離子膜材料、膜反應(yīng)器購置成本定期維護(hù)成本高推廣存在困難膜處理工藝優(yōu)缺點(diǎn)2.2.3 臭氧-生物活性炭工藝（O3-BAC） 臭氧-生物活性炭工藝，既在炭濾池前加入臭氧，利用臭氧和微生物共同分解吸附在活性炭上的有機(jī)物，使活性炭長期保持活性，從而避免了活性炭頻繁再生。有效去除水源中消毒副產(chǎn)物前質(zhì)降解水中各種穩(wěn)定化學(xué)污染物工藝相對經(jīng)濟(jì)簡單對一些穩(wěn)定的物質(zhì)分解效率很低生物活性炭顆粒易泄漏到出廠水中降低處理水的消毒效果臭氧-生物活性炭工藝優(yōu)缺點(diǎn)2.2.5

8、飲用水深度處理工藝的選擇 對于給水深度處理工藝的選擇，無論是臭氧-活性炭工藝，還是膜工藝，需要根據(jù)原水水質(zhì)來決定具體采用何種深度處理方式,如沿海地區(qū)以及黃河干流地區(qū)，水源中溴化物濃度往往較高，所以臭氧-活性炭工藝并不適用于。2.3 飲用水深度處理的實(shí)驗研究 飲用水深度處理試驗以常規(guī)處理的砂濾出水作為原水，對其進(jìn)行深度處理。根據(jù)試驗原水各項指標(biāo)以及試驗室試驗條件，采用臭氧生物活性炭飲用水深度處理工藝。各工藝聯(lián)合試驗處理效果 深度處理和常規(guī)處理對濁度去除的對比 深度處理和常規(guī)處理對色度去除的對比 深度處理和常規(guī)處理對 CODMn去除的對比深度處理和常規(guī)處理對氨氮去除的對比深度處理和常規(guī)處理對亞硝酸

9、鹽氮去除的對比深度處理和常規(guī)處理對錳去除的對比 深度處理與常規(guī)處理相比，5 項污染指標(biāo)都大幅度的降低，說明深度處理非常有效。通過臭氧氧化和活性炭吸附，能夠使出水的色度和濁度控制在極低的水平；深度處理能夠有效的去除有機(jī)物，臭氧能夠?qū)⒊Ｒ?guī)處理難以去除的有機(jī)物氧化分解，然后通過生物活性炭進(jìn)行有效的吸附、降解，使深度處理出水的 CODMn保持在 1.5mg/L。結(jié)論：深度處理水廠推薦工藝流程3 深度處理投資建設(shè)和日常運(yùn)營成本3.1 深度處理的投資建設(shè)3.2 深度處理的日常運(yùn)營成本深度處理的去除效果與投資費(fèi)用比較處理工藝作用機(jī)理功能COD去除率（%）NH3-N去除率（%）NO2-N去除率色度去除基建增加

10、費(fèi)用（元/m）運(yùn)轉(zhuǎn)增加費(fèi)用（元/m）常規(guī)混凝、凝聚除濁、消毒201020負(fù)增長一定活性炭吸附物理吸附、生物降解去除有機(jī)物2050少量少量很有效801000.120.15生物預(yù)處理生物降解、吸附、絮凝去除氨氮、亞硝酸氮1025859090部分1001200.1O3-BAC化學(xué)氧化、生物降解、吸附去除有機(jī)物205080908090很有效2003000.200.30超濾/納濾外加壓力下膜分離去除濁度及有機(jī)物508040504050很有效3006000.150.25 以臭氧-生物活性炭處理技術(shù)為例，臭氧-生物活性炭處理工藝流程如下：加氯消毒生物活性炭濾池砂濾池折板反應(yīng)器平流沉淀池后臭氧接觸池加藥混合預(yù)

11、臭氧接觸池配水井格柵、濾網(wǎng)清水池加壓泵市區(qū)管網(wǎng)原水混凝劑O3O33.1 深度處理的投資建設(shè)深度處理水廠基建費(fèi)用費(fèi)用名稱費(fèi)用（萬元）廠房建設(shè)400主要設(shè)備1197.2活性炭費(fèi)用495流動資金200年運(yùn)行總費(fèi)用2292.2臭氧發(fā)生規(guī)模的運(yùn)營投資和運(yùn)營成本項目臭氧發(fā)生規(guī)模20kg/h液氧空氣源初期投資/元-臭氧發(fā)生器65000008500000空氣壓縮機(jī)01200000運(yùn)行費(fèi)用/元-液氧價格（含稅及運(yùn)費(fèi)）69120000系統(tǒng)設(shè)備月租費(fèi)用（5000元/月）6000000電能消耗費(fèi)用66528009072000空氣壓縮機(jī)電耗03628800系統(tǒng)設(shè)備潤滑、維修、保養(yǎng)費(fèi)/元200000300000備品備件消

12、耗費(fèi)用/元400000600000年運(yùn)行和維修費(fèi)用總計/元20964800233008003.2 深度處理的日常運(yùn)營成本 日常運(yùn)營費(fèi)用：電耗、藥劑費(fèi)、原水、維修維護(hù)費(fèi)、人工費(fèi)、資產(chǎn)折舊費(fèi)等。藥劑費(fèi)：次氯酸鈉、活性炭等。電耗：E1=303000.51=15960元 水廠工作人員按6人計算，實(shí)行運(yùn)行工人三班制，每班2人，管理員2人，人工月工資及福利平均按1000元計算，則工資福利費(fèi)E2=10008=8000元 每月折舊費(fèi)定為E3，檢修費(fèi)E4，藥劑費(fèi)為E5，原水費(fèi)用定為E6，則每月運(yùn)營成本為： E=E1+E2+E3+E4+E5+E64 飲用水深度處理的發(fā)展趨勢和展望4.1 飲用水深度處理的發(fā)展趨勢4

13、.2 飲用水深度處理的新工藝、新技術(shù)4.3 飲用水深度處理工藝的展望地表水深度處理發(fā)展趨勢地表水出水混凝劑氯化消毒砂濾池沉淀池絮凝池地表水常規(guī)處理工藝流程圖 1）活性炭作為把關(guān)技術(shù)，臭氧生物活性炭作為主導(dǎo)推廣技術(shù)，必要時可設(shè)紫外消毒。4.1 飲用水深度處理的發(fā)展趨勢 2）若原水氨氮高、有機(jī)污染高，可考慮采用嘉興貫涇港水廠二期的工藝： 原水混凝沉淀生物濾池臭氧生物炭砂濾消毒出水 該工藝中氨氮采用生物處理去除，但置于沉淀池后；砂濾放在最后可以截留生物炭池泄露的微生物。 3）隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，可將砂濾改成超濾或在臭氧生物炭后增設(shè)超濾以保出廠水生物安全。如北京郭公莊水廠工藝流程如下： 原水混凝沉淀臭氧生

14、物炭超濾紫外消毒出水 4）國外深度處理發(fā)展情況： 技術(shù)名稱實(shí)例特點(diǎn)高級氧化技術(shù)阿姆斯特丹PWN水廠整個系統(tǒng)運(yùn)行良好，全面提高了水質(zhì)，農(nóng)藥去除率80%以上納濾法國Mery-surise水廠系統(tǒng)運(yùn)行良好2.地下水深度處理發(fā)展趨勢 污染現(xiàn)狀： 地下水普遍受到化肥、農(nóng)藥污染與工業(yè)廢水污染，致使耗氧量增加、溶解性總固體升高（硬度、硝酸鹽增高）。 處理方法：離子交換、電滲析、納濾或反滲透等高投資技術(shù)?？筛鶕?jù)當(dāng)?shù)厮|(zhì)情況、經(jīng)濟(jì)條件，選擇價格適宜的可靠技術(shù)。1.活性炭-膜處理技術(shù) （1）利用活性炭的吸附作用，對進(jìn)水預(yù)處理，從而去除濁度、色度和各類有機(jī)化合物； （2）用膜技術(shù)去除水中的細(xì)菌，提高出水水質(zhì)。 該工

15、藝中的活性炭可為后續(xù)膜處理過程提供保障，緩解膜阻塞和膜污染等問題，從而延長的膜的使用壽命。4.2 飲用水深度處理的新工藝、新技術(shù)2.臭氧-生物活性炭處理技術(shù) 作用機(jī)理：利用臭氧氧化、臭氧滅菌消毒、生物降解和活性炭吸附四者協(xié)同作用進(jìn)行的。 該法在傳統(tǒng)水處理工藝的基礎(chǔ)上，以預(yù)臭氧氧化代替預(yù)氯化，在快氯池后設(shè)置生物活性炭濾池。該處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于各國受污染原水和飲用水中有機(jī)物的處理。3.臭氧-生物活性炭-膜處理法 由于臭氧-生物活性炭處理法的局限性，在此基礎(chǔ)上增加了膜處理法。李邵峰等研究發(fā)現(xiàn)，該組合具有良好的運(yùn)行效能。 進(jìn)水出水去除率濁度（NTU）0.30.80.1-高錳酸鹽指數(shù)(mg/L)1.54

16、0.51.568.0%TOC（ug/L）24002900700160056.33%亞硝酸鹽氮(mg/L)0.10.45檢測限以下-氨氮(mg/L)0.030.35檢測限以下-硝酸鹽氮(mg/L)-10-3.臭氧-生物活性炭-膜處理法 分質(zhì)供水工藝流程流程為：用戶直接飲用供水管網(wǎng)生活小區(qū)凈水站凈水管網(wǎng)自來水廠用戶生活用水3.臭氧-生物活性炭-膜處理法 凈水站工藝流程為：投ClO2前氧化塔O3氧化活性炭微濾超濾供水管網(wǎng)出水管網(wǎng)成品水箱4.光催化氧化技術(shù) 作用機(jī)理：以化學(xué)穩(wěn)定性和催化性俱佳的TiO2 為代表的N型半導(dǎo)體為敏化劑的一種光敏化氧化技術(shù)。 該技術(shù)的強(qiáng)氧化性可使有機(jī)物完全礦化，從而成為飲用水

17、深度處理的一種重要方法， 但是，因其處理成本高，設(shè)備復(fù)雜，TiO2 粉末顆粒細(xì)小，不易回收等問題限制了它的廣泛應(yīng)用。5.高級消毒技術(shù)名稱特點(diǎn)應(yīng)用紫外消毒殺菌范圍廣、一體化設(shè)備小，易于管理無持續(xù)消毒能力，設(shè)備造價高，使得其僅適用于部分小型消毒水廠膜法消毒消毒效果好可能會造成膜污染，需要進(jìn)一步提高TiO2光催化消毒消毒效果良好-電化學(xué)消毒能使各種致病菌消失主要應(yīng)用于含多種微生物的水樣6.超濾組合技術(shù)針對不同去除對象的超濾組合技術(shù)名稱處理工藝處理效果去除率DOC、UV254混凝+UF去除率分別為53%、78%，膜污染低有機(jī)物混凝+UF有機(jī)物含量明顯降低高錳酸鹽指數(shù)、酚濁度PAC+UF整個系統(tǒng)去除率低色度、苯、腐殖酸PCA+UF去除率分別問96%、89%、97%7.反滲透脫鹽技術(shù) 由于水源短缺問題日益嚴(yán)重，海水成為繼地下水地表水后的又一主要飲用水水源。反滲透（RO）技術(shù)在用于脫鹽工藝時，產(chǎn)水水質(zhì)及其穩(wěn)定性都較好，但由于飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，RO膜脫鹽工藝還需要不斷完善。8.超聲空化技術(shù)定義：指水中的微小泡核在