针对目前国内外饮用水水源水质现状及饮用水处理技术现状及发展趋势的分析.doc 5页

'针对目前国内外饮用水水源水质现状及饮用水处理技术及发展趋势的分析自改革开放以来，我国饮用水水源普遍受到污染，饮用水中对健康有潜在危害的物质日益增多根据1300条河流3200多个监测断面的水质资料，对13万km河流水质进行了评价，全年期水质总体状况是：I类水河长占6.3%；Ⅱ类水河长占27.2%；Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ类水分别占25.9%，12.8%，6.0%，21.8%。即符合饮用水水源要求的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水只占59.4%。资料表明，人类80%的癌症是由环境污染引起的。我国城镇市民中的恶性肿瘤、新生儿缺陷、血管类疾病等在快速蔓延，癌症发病率持续上升。我国2005年的环境状况公报显示,全国110个环保重点城市中有20个城市的集中式饮用水水源地的水质达标率<50%;供水水源的污染不仅加剧了水源短缺的程度,而且还增加了饮用水的处理难度,例如有机物在氯化消毒过程中与氯作用,不仅增加了氯耗,而且生成了多种对人体有害的氯化消毒副产物,对人体健康构成潜在威胁。水源地取水作为用水过程的起始环节,影响着整个用水过程的质量,因此应加强水源地的水质保护,制定和完善相关标准规范,保证生活饮用水水质达标和保障人民身体健康。饮用水水源水质标准是由政府主管部门发布的水源地各项水质项目的最大限定值或规定值,是政府主管部门和制水企业检验判定水源地水质质量的准绳,也是进行水源地水环境保护的依据。该标准是否合理科学,直接影响到用水安全、水厂工艺流程和投资等问题。我国在可用水源十分缺乏、水源水质污染严重、用水水质要求不断提高而现有水厂净化能力有限的情况下,制定适应新形势的饮用水水源水质标准具有十分广泛的社会效益、环境效益和经济效益。1我国饮用水水源水质标准的现状我国饮用水水源水质评价的主要依据是地表水环境质量标准(GB38382002)和地下水质量标准(GB/T1484893)。生活饮用水卫生标准(GB57492006)和城市供水水质标准(CJ/T2062005)也规定了生活饮用水水源水质应符合地表水环境质量标准和地下水质量标准的要求。建设部曾于1993年发布生活饮用水水源水质标准(CJ302093),对生活饮用水水源水质作了专门规定,是迄今为止我国唯一一部专门针对水源的专业水质标准,但由于久未修订无法满足新的饮用水水质标准,因此实际上已经不再被采用。2我国饮用水水源水质标准存在的问题21缺乏法律保障国外发达国家的饮用水水源水质标准都受到国家法律的保障,如美国饮用水水源水质标准依据清洁水法所规定的水质基准制定,欧盟也要求将饮用水水源水质标准的要求写进法律，而目前我国饮用水水源水质标准的制定和实施缺乏相关的法律依据和保障,仅中华人民共和国水污染防治法实施细则中规定生活饮用水地下水源保护区的水质,适用国家地下水质标准类标准,饮用水水源保护区污染防治管理规定中明确了饮用水地下水源保护区的水质均应达到国家规定的生活饮用水卫生标准的要求,但前者显然与地下水质量标准不一致,后者也与实际应用情况不一致。法律依据不足是造成水源水质标准在制定时缺乏权威指导,在实施过程中缺乏权威保障,致使许多标准成为软标准。2.2主管部门不明确由于我国地表水和地下水源地的权属分别为水利部门和地矿部门,供水企业的权属部分为建设部、部分为水利部,饮用水的卫生监督为卫生部,因此5个部门对饮用水水源水质的管理不统一。虽然近年来上述部门已逐渐统一采用地表水环境质量标准和地下水质量标准作为水源水质评价标准,但在实际执行过程中也存在多方面的不一致,如湖库型水源地富营养化评价、 地下水水源评价、水源水质综合评价等。因此,饮用水水源水质标准的制定首先应确定主管部门,由其协调其他各相关部门的意见,确保标准的权威性和统一性。2.3缺乏专门的国家标准地下水源水质标准有待完善。地下水源水质所参照标准地下水质量标准已实施14年,内容亟待更新。地表水环境质量标准规定类和类标准分别适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区和二级保护区,地下水质量标准则无针对不同地下水源地保护区的水质要求,同时也缺乏有机物和微生物学方面的水质指标。保护目标不明确,个别指标的宽严不一。地表水环境质量标准中所制定的类水质标准涉及地表水饮用水水源地和水生生物保护,水质指标限值的确定需兼顾地表饮用水源地与水生生物的保护,导致个别项目的标准值偏严或偏宽。此外,地下水质量标准也存在同样情况。缺乏水体富营养化的评价内容。水体富营养化已成为影响我国湖库型水源地水质的重大问题,湖库型水源地富营养化关键水质指标的限定对于保障饮用水安全至关重要。我国水源水质标准中用于评价湖库富营养化的水质指标还不完善,缺乏系统的评价标准。2.4缺乏适合国情的水质基准研究制定水质标准的重要技术依据之一就是各种客观的水质基准。在美国有机构长期研究污染物浓度与环境和人体健康之间的相关关系,环保局根据研究数据和科学判断发布水质基准并及时更新,用于指导美国各州和授权部门制定水质标准。我国环境水质基准方面的研究起步较晚,目前还未形成符合我国地域特点的水质基准体系,因此许多标准值的选取仍参照国外水质基准,不能准确反映我国的实际情况。3水质的预处理3.1、化学氧化水质预处理常用氯氧化，当有机污染尚未得到去除时，会产生较多的有害消毒副产物。目前采用KMnO4与其复合剂（一种专门商品）的应用逐渐展开，对氧化有机物、改善混凝取得较好效果。根据当地水质采用KMnO4是否会产生有害氧化物，是否降低Ames致突活性，报道甚少，仍需作针对性的研究、测试。臭氧预氧化可以提高有机物的可生物降解性，又可除嗅、脱色，去除铁、锰，但往往结合后续深度处理臭氧－活性炭时才采用。3.2投加吸附剂粉末炭一般只有在消除冲击性污染时采用，因投加量需10~20mg/L，耗费较高（约需0.05元/m3左右）。3.3调节pH由于投加酸与碱，运行成本增加，又在原水中增加无机离子，在我国很少采用。3.4投加絮凝剂投加絮凝剂量不多（小于1mg/L）往往能获得好的效果，但我国仍习惯于只加一种混凝剂。3.5生物预处理对水中氨氮的去除生物降解最有效，同时可去除一些有机物、铁、锰，现在上海与浙江嘉兴地区已有应用。(1)生物接触氧化一般情况下NH4+-N可去除80％左右，CODMn去除不稳定，溶解性CODMn约可去除5－10％。较多的采用弹性材料，利用混凝土骨架绑扎，价格便宜，主要问题是填料上积的泥不能自动脱落，填料上的生物膜不易更新。深圳水库400万m3/d生物接触氧化池就采用弹性材料。流化填料是塑料片组成的球，比重控制在0.96-0.98在水中悬浮滚动，采用多孔管曝气使球上下翻动处于流化状态，球上的膜不会积累，易更新，脱落的膜随水流带出。尚有待长时间运行的总结。目前，嘉兴地区大都采用流化填料。(2)生物陶粒滤池 由于颗粒填料粒径小，比表面积大，生物膜量大，除具有生物絮凝、吸附、降解作用外，又有过滤作用，因此较其他填料去除氨氮效率较高，除生物降解有机物，还能有效去除悬浮、胶体态的有机物，由于反冲洗，滤料上生物膜易更新，CODMn去除约10~20%。生物滤池的问题在于有水头损失，需定期（1星期左右）反冲，消耗水。普通陶粒约500元/吨,圆形颗粒约800元/吨，堆积容重约0.8。(3)卵石填料粒径20~40mm，层厚3.4m，中试柱直径0.4m，滤速2.5m/h，曝气量2.5∶1，由美国水环纯水务集团与中国市政工程西北设计院浙江分院在嘉兴乍浦水厂及平湖古横桥水厂进行试验，可将NH4+-N从10mg/L降解到0.2mg/L，去除率98%。该研究拓宽了思路，将污水处理技术引入给水生物预处理取得初步结果。但可能存在的问题是滤池不设反冲系统，卵石填料积泥后不好运行。我国曾引入前苏联的接触滤池，水由底部进入，最终因长期运行后底部积泥而未得到推广；再有滤速仅2.5m/h，势必池子面积庞大。污水处理中曝气生物滤池可以将水中NH4+-N从20~30mg/L降至<1mg/L，问题在于给水处理是否要为去除NH4+-N付那么大代价。希望该技术能结合给水处理特点进行长时间的试验，从性价比来论证其应用的可能性。4深度处理深度处理技术常用的是臭氧－生物活性炭（O3-BAC）。目前在深圳、广州、上海都已实施，从其发展趋势看，今后当水源水质超过II类时，必须采用，才能满足水质标准中CODMn的要求。4.1臭氧氧化与臭氧发生器臭氧是强氧化剂，可以除嗅、脱色、去除有机物与增加有机污染物的可生物降解性，在给水处理中得到广泛应用。臭氧发生装置在我国目前还正处于发展阶段，臭氧发生器几乎被美国OZONIA与德国维得克垄断。我国企业正在努力突破，迎头赶上，在价格上占有优势（1kgO3/h国际上要30万元，我国<20万元），在售后服务方面较之国外公司更有长处，可望不断提高产品质量满足我国需求。制氧装置多有生产，原理皆同，就是设备、零部件的供应不如国外，在必要的气动阀、分子筛方面从国外引进、提高质量，就能够适应臭氧生产需要。4.2活性炭与生物活性炭活性炭市场上有粉碎炭、柱状炭、压块粉碎炭，价格不一，粉碎炭多在4500元~5000元/吨，柱状炭约为5500元/吨，压块炭在6500元/吨左右。粉碎炭系将煤直接粉碎、筛分、烘熔、活化。压块炭系将煤磨成粉，加入石油基粘结剂压成块，再粉碎后按需要425℃去除有机物，严格控制近1000℃进行活化。压块炭吸附性能有很大提高，密度高，耐磨，可再生5~6次。(1)炭的选择与O3-BAC将压块炭（泰兴）与柱状炭（ZJ-15）对原水的CODMn做吸附等温线，代入Freundrich公式，分析可知压块炭具有吸附性能优势。用压块炭进行O3-BAC试验，此时活性炭成为生物活性炭，进水平均CODMn1.34mg/L，经O3氧化为1.14mg/L,活性炭后0.51mg/L，8个月的试验，平均去除率为62.2%，不考虑运行初期炭的吸附率高的因素，平均去除率约为55%。该试验进水水质较好，臭氧投量稍高3~4mg/L，但总的吸附效果要比其他试验点O3-BAC（用柱状炭）长期运行平均去除率30~40%为高。(2)两级O3-BAC宁波自来水公司曾进行两级O3-BAC工艺试验，在进水CODMn5.6mg/L时：一级O3-BAC（O3投量3.0mg/L）去除43％，出水CODMn为3.2mg/L；二级O3投量1.5mg/L，O3-BAC在进水CODMn为3.2mg/L时去除率达47％，出水达到1.7mg/L。两级O3-BAC总去除CODMn约70%，较一级O3-BAC大有提高。以常规处理去除CODMn35%计，两级O3-BAC进一步去除70％，综合工艺总去除率约为80％，可以推算出原水CODMn可达15mg/L，出水仍然达标。值得置疑的是第二级O3-BAC能否长期地维持有效去除率，试验采用的炭是新炭还是老炭，试验维持多久，如真采用两级O3-BAC可以取得70％左右效果，则不失为O3-BAC的突破。目前，国内平湖市采用的是两级O3-BAC。4.3活性炭再生活性炭吸附饱和后应该再生处理，不应丢弃，再生后吸附能力不但不会降低，还能稍有增加，再生时损耗（包括运输过程损失与升温损失）约为10%，每再生1吨约需2000元，补充新炭500元，总共2500元。据嘉兴地区统计，活性炭如用一年换炭每m3水需0.09元，用2年为0.06元，3年则仅需0.03元，用后再生，则运转费还将经济。当上海、广州、浙江、杭州、嘉兴地区大规模采用O3-BAC 工艺前，应在各地区设置活性炭再生厂以便就地再生补充，为提高居民生活饮用水水质服务。O3-BAC工艺将广泛得到应用，工程投资约在250元/m3/d左右，运转费0.2元~0.3元/m3，在当今水位每m31元~2元之际增加0.2~0.3元应可被接受。4.4膜技术的应用各种膜技术：微滤、超滤、纳滤、反渗透在分质给水系统制取纯净水与饮用净水中都已有效地应用。在污水回用、工业给水中也已有应用实例，惟在市政供水中尚未见报道。广东东莞虎门曾建成10,000m3/d的微滤工程净化受污染的东江水，但因去除溶解性有机物不理想并未成功。(1)微滤、超滤当原水水质好，且有浊度、细菌需去除的情况，如清洁的水库水、泉水，此时微滤、超滤都将有好的净化效果。在地下水中硬度、硝酸盐超标时，采用纳滤膜能很好地去除无机盐与有机污染。北京水源三厂进行着有效的试验。天津郊区利用纳滤去除地下水中的氟很有成效。当附近无其他水源，远距离调水成本太高，目前取水水源又遭到较为严重污染，即使增加O3-BAC工艺仍不能达标时，纳滤技术的应用将不可避免。利用微滤、超滤直接净化地表水，以及采用混凝－微滤、混凝－过滤－微滤（或超滤）已有试验结果。对于微污染水源采用混凝－沉淀－投加粉末炭－微滤也都有试验。清华大学、上海荏原环保公司、嘉源给水排水公司联合在嘉兴南门水厂做了较长时间试验。原想利用膜生物反应器加入粉末炭有效地去除CODMn，但试验结果不甚理想，膜反应器中投加粉末炭只有吸附效果，未能起到生物炭的作用，不如先进入颗粒活性炭滤池然后再进入微滤。这样，膜生物反应器并不适宜于处理微污染原水。(2)纳滤纳滤技术在滤池后一般可去除CODMn60~70％，再加上前处理去除35％，总去除率可达75~80％，较之常规处理加O3-BAC总去除CODMn55~65％为高。因此在O3-BAC工艺中仍达不到要求时，高效去除CODMn的技术当属纳滤。当无机离子不高，主要去除有机物时可选与之相适应的纳滤膜。纳滤膜我国尚不能生产，国际上膜价格已逐渐下降。目前纳滤装置（与反渗透相当）的投资约为600元/m3/d，超滤膜我国可生产且质量不差，超滤装置投资约为300元/m3/d，国外超滤装置也需600元/m3/d。纳滤技术每m3水的运行费用需视原水水质、膜清洗的耗药费、水费、升压0.8-1.0MPa所需电费以及占重要比重的膜价格与使用寿命而定。一般正常情况下纳滤膜可使用2~3年，超滤膜约为3~5年。4.5关于净化工艺中氨氮的去除在具有预处理、常规处理、深度处理（O3-BAC）综合工艺中，水中NH4+-N有可能在以下环节去除：(1)在预加氯过程中氯与氨的化合或在生物预处理中得到去除；(2)在混凝沉淀过程中去除以悬浮颗粒、胶体态存在的有机氮与氨氮；(3)在滤池滤层中长有生物膜的砂粒层的生物降解作用；(4)经O3氧化得到充氧的水再流过生物炭层被生物降解；(5)最后加氯消毒时部分氨被化合。原水中氨氮经过以上多级屏障得到去除，其中伴随着NO2--N被生物氧化成NO3--N的作用。因此不用过分强调生物预处理的氨氮去除率，而采用诸如降低滤速、增加接触时间、增加气水比等耗费过大的代价来换取高氨氮去除率。只需充分发挥每一技术环节的生物作用（例如斜板上的生物膜等）就能较好地、全面地去除。生物预处理可以有效降低氨氮（70%~90%）与去除部分CODMn（视不同填料约为5%~20%），能产生生物絮凝而减少混凝剂（约1/3）。但由于停留时间1~1.5h，构筑物体积大、占地面积大，需投入适当资金（100~120元/m3/d）。因此生物预处理适用于在只有常规处理工艺、原水氨氮较高、CODMn较高，当采用生物预处理后整个工艺就能较好去除氨氮与CODMn，使出水达标的情况。当有深度处理O3-BAC时，如氨氮并不很高（如小于3mg/L），可以不设生物预处理，采用预O3氧化（如上海周家渡水厂），使后续混凝沉淀过程、过滤滤料层与BAC发挥生物降解作用，有效去除氨氮。 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