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浅谈我国给水厂水处理工艺发展趋势

毕业论文 ziyuan 10个月前 (01-28) 388次浏览 已收录 0个评论

浅谈我国给水厂水处理工艺发展趋势

摘 要:传统的混合、絮凝、沉淀、过滤和消毒给水处理工艺已较难处理当前日益复杂的原水水质和满足人们日益增长的水质要求,给我国给水处理工作提出了新的问题和发展方向。增加预处理设施、深度处理设施或者对原有工艺进行改进,优化絮凝控制技术、优化消毒方法和检测技术、强化混凝以及强化过滤等措施,是我国给水处理工艺的发展趋势。
关键词:给水厂;给水处理工艺;改进;发展趋势
随着社会和经济的发展,以及居民生活水平的不断提高,当前给水厂水处理传统工艺面临两大问题。一是居民对饮用水健康问题越来越重视,给水厂不仅需要提供满足当前水质标准的饮用水,更需要不断提高水处理工艺,提供更高水质标准的饮用水。二是日益严重的水源污染,生活饮用水水源中污染物逐渐增加 , 特别是工业污染、禽畜水产养殖污染、农药化肥杀虫剂及除草剂等的不合理使用以及生活污废水中有机化合物的量和种类不断增加。
给水厂水处理传统混凝、沉淀、过滤和消毒工艺理论是建立在以粘土胶体微粒和致病细菌为主要工作对象的基础上。随着污染物种类的增多,原水成分的更加复杂,要求给水处理工作者必须重新认识给水处理工作,进行给水处理工艺的不断改进和提高,也是未来水处理工艺的发展趋势。因此,有必要对给水处理工艺改进和提高的方向进行简单的归纳,为给水处理工作者提供参考。
1、原水预处理
原水预处理是设置在给水厂水处理传统工艺之前的一种原水处理措施,包括格栅去除原水中较大悬浮杂物、预沉池、预加氯、调节原水水质、活性炭吸附以及生物过滤等各种水处理措施。我国的原水预处理措施主要包括格栅去除原水中较大悬浮杂物、预加氯以及预沉池。而活性炭吸附对给水处理成本影响较大,一般采用较少,只有当原水水质的污染较为严重时,为了去除臭味和大量的有机物而采用。
在发达国家的原水预处理措施中,采用调节原水水质作为原水处理的常用手段之一。如日本东京朝霞水厂常规混凝剂采用聚合氯化铝,当原水 PH 在 7 ~ 8 之间时,其混凝效果最佳,为了提高混凝效果,水厂采用氢氧化钠作为调质剂来调节原水 pH 值,并根据不同时期原水水质的变化来调节加药量。由此可见,如果原水碱度不足导致混凝效果不佳时,投加碱来提高碱度是非常必要的。类似朝霞水厂的原水水质调质方法,在操作过程中并没有技术难题,较容易实现,在其他发达国家的水处理工艺中已普遍采用。
当前国际上对水中有机污染物的控制和去除采用的处理工艺主要有两种,一种是改变加氯消毒方式,在水处理初期不采用氯气。当采用其他处理工艺使水中有机物含量降到安全线以下后,再投加一定量的氯,用以控制管网中细菌的再生。另一种办法则是在原水预处理时,将有机物去除。一般采用预曝气法或生物化学方法对原水进行有机物去除,预曝气法是利用微生物的新陈代谢消耗掉有机物,但其处理工艺由于水停留较短,不能有效的去除水中有机物。而生物滤池单位处理效率较低,且占用较大,运行管理复杂,需要进行改进。现在日本研制生物过滤工艺取得突破性进展,其原理是在滤料上培养形成微生物膜,当原水通过滤池时,微生物膜对原水中的有机物进行生物分解。由于滤料表面凹凸不平,生物膜可以良好的附着,使得单位体积生物量增多,提高了原水中污染物与生物膜接触概率,分解效率得到提升,同时兼具慢滤池的过滤机理和快滤池的分解效率。
目前,我国在调节原水水质和去除原水中有机污染物方面,应用的较少,具有很大的提高和发展空间。
2、絮凝控制技术
絮凝控制技术决定了絮凝工艺的处理效果,如果控制不好,既浪费药剂又影响后续的沉淀效果。目前,我国给水厂大多仍沿用取样后烧杯搅拌试验的方法来估算加药量,并结合经验进行人工投加。该方法的缺点有以下三个方面,一是烧杯试验的水力条件与实际生产时的差别较大,二是试验的滞后性,使得试验结果与水质水量的变化不同步,提供的加药量仅为参考,不能及时调整加药量,三是不能满足连续运行的需要。
为了克服这些问题,近些年来,我国给水处理工作者研发了两种絮凝控制技术,分别为模拟滤池法和前馈数学模型法,通过两种技术的实验和生产结果显示,其对絮凝过程具有自动监控和调整絮凝剂投加量的功能,可节约絮凝剂投加量 15% 左右。但以上两种方法的准确度受到模拟水力条件或者原始资料准确程度的影响较大,未在国内得到广泛的应用。
目前,国外絮凝剂投加控制方法向单因素控制模式发展,单因素控制模式不需要建立繁杂的多因素模型,检测传感器只需检测单一指标,连续检测非常方便,降低了管理维护的难度,经过国外给水处理工作者的研究,相继出现了絮凝控制在线检测仪和流动电流投药控制系统等絮凝控制技术。
英美等发达国家已有数十家给水处理厂应用流动电流投药控制系统进行絮凝过程检测控制,收到了良好的效果,平均节约絮凝药剂 20% 左右,证明该技术在混凝过程控制方面的应用是成功的。絮凝控制在线检测仪器是一种新型的用来检测控制絮凝过程装置,其原理是通过检测絮凝过程中生成的胶体所产生的浊度,来反应絮体的形成状态,能够非常灵敏地进行实时检测,进而确定最佳投药量,具有广阔的应用前景。
上述两种单因素自动控制絮凝检测装置是当前给水处理絮凝控制工艺的先进技术,而我国给水处理絮凝工艺中,絮凝药剂投加控制方面,处于一般水平,因此应对上述絮凝控制技术进行积极的引进、研究和发展,建立符合不同城市和不同原水水质的控制方法,提高我国在混凝控制方面的水平。
3、水处理工艺强化
目前我国给水厂水处理工艺最经济可行的方法是在已建给水厂水能经济净水工艺基础上进行改造。
3.1 强化混凝工艺
混凝工艺强化手段 , 主要包括以下几种,一是通过增加混凝剂的投加量,来压缩有机物的水化壳 , 继而中和有机物阴离子,使无机胶体脱稳,消除有机物对无机胶体的影响。二是投加絮凝剂 , 增加吸附、架桥作用 , 通过絮体粘附有机物,并随着絮体共沉而得到去除。三是投加强氧化剂 , 使有机物被氧化。在以上强化改造的同时 , 改进水力条件,调整混凝反应的时间 , 充分发挥混凝剂的作用。
3.2 强化过滤工艺
强化过滤手段是对常规给水处理的过滤环节进行强化的给水处理工艺,主要包括以下两种,一是对已建水厂原有的滤池进行改造,采用活性炭替换一定厚度的原滤料。二是采用生物滤池代替常规滤池。强化后的滤池,可使进水中的污染物在滤池中产生物化和生化作用,可使水中的污染物等得到更有效的去除。
4、优化消毒工艺
4.1 更新消毒剂及消毒方法
加氯消毒是我国目前主要使用的消毒方式,常规消毒工艺采用的消毒剂一般为氯气和次氯酸钠,其优点灭菌能力强,并能产生防止二次污染的余氯,抑制在输配水管线中产生病菌和生物膜,但在消毒过程中会产生卤代烷副产物以及致突变物 — 有机氯化合物。氯代烷对人体有毒性且破坏臭氧层,因此,未来给水消毒的发展方向应减少氯及其化合物使用量或者使用代替氯及其化合物的新型消毒剂。这类新的消毒剂主要为二氧化氯和臭氧。通过对各种消毒剂消毒试验的结果来看,臭氧的消毒能力最强,二氧化氯次之,都比常规加氯消毒的效果要好,并且在消毒过程中,不会产生卤代烷副产物以及致突变物 –有机氯化合物,为后续的管网余氯投加提供了更安全可靠的水质。近些年,二氧化氯和臭氧的发展研究非常迅速。
二氧化氯的氧化能力是氯气的三十倍左右,有效氯的含量是氯气的三倍左右,是一种强氧化剂。可采用二氧化氯进行预加氯,进行原水的初次消毒处理,并且可以有效的去除原水中有机物,有效的降低了余氯投加时,管网中卤代烷副产物以及致突变物 — 有机氯化合物生成的概率,提高了水质安全性。我国给水厂多采用加氯消毒系统,二氧化氯的投加方式与氯的投加方式差别不大,因此可以在已建水厂的加氯消毒工艺基础上加以改造,简易可行。
臭氧是一种强氧化剂,具有很强的杀菌消毒作用,其强氧化性可以快速杀灭细菌、病毒和分解有机物,使消毒后的水在后续的加氯中致突变性降为最低。臭氧杀菌具有彻底性,因此国际上已普遍应用臭氧在水处理过程中替代加氯。但是使用臭氧消毒存在应用上的局限性,主要表现在以下两个方面,一是臭氧的制造成本较高,当前国外每制造一公斤臭氧约需耗电二十二度,综合设备人员等开销,总花费约四千美元。二是经臭氧消毒后的水中臭氧不易存留,细菌容易再生,存在明显的后增长现象。因此,近些年来国内外给水处理工作者研究臭氧的综合使用技术,产生了比如臭氧消毒与紫外线消毒相结合的技术、臭氧消毒与氯消毒相结合的技术等,不仅能获得有效的杀菌效果,还能有效地去水中有机物。
因此,采用新型消毒剂并使用多种消毒剂联合消毒,是我国未来给水消毒的重要发展方向。
4.2 优化检测投加装置
我国给水厂余氯检测一般采用容量分析比色法,根据比色检测结果,采用浮子加氯机或真空加氯机人工加氯。其缺点主要是实验的滞后性,比色结果与当前水中余氯含量不同步,提供的加氯量仅为参考,不能及时调整加药量。而自动余氯检测仪可以实时检测水中余氯含量,具有极强的时效性,并根据检测结果自动调节投加量,是我国余氯检测发展的趋势。
5、水的深度处理
水的深度处理能够去除水中的有机污染物,其措施主要包括:膜分离技术、活性炭吸附技术、生物活性炭技术以及臭氧与活性炭联用技术等。
膜分离技术多用于硬度和有机物含量较高的地下水处理,主要包括超滤和反渗透技术等。
活性炭具有良好的吸附和过滤性能,主要依靠其内部众多的空隙结构和巨大的比表面积,能有效的去除小分子有机物,被广泛用于水的深度处理,但其对大分子有机物的去除效果则有限。因此,近年来,活性炭吸附技术在给水处理工艺中的发展主要集中在以下两个方面,一是臭氧与活性炭的联用技术。先通过臭氧极强的氧化性,分解污染物成为小分子状态,再经活性炭吸附,充分发挥了臭氧和活性炭的能力,有效的降低了水中有机物含量,还起到了杀菌消毒的作用,使得出水的化学稳定性极强。二是生物活性炭技术,其本质是使活性炭表面附着一定量的生物以达到去除水中污染物的目的。当被处理的水经过生物活性炭时,通过生物降解的能力分解有机物为小分子有机物或者无机物,再由活性炭吸附去除新生成的小分子有机物和无机物。与原先单独使用活性碳吸附工艺相比,降低了氯化时的 Cl2 投加量,降低了 CHCl3 的生成量,而且延长了活性碳的再生周期,减少运行费用。
目前,我国在水的深度处理方面普及度不足,具有很大的提升空间。
6、结语
我国给水处理工艺在原水预处理、絮凝控制技术、消毒方式、消毒检测技术以及深度处理等方面,与当前世界发达技术还有一定的差距,需要在以后的给水处理工作中不断引进、研究和发展新的先进的处理工艺,以满足社会和经济发展的需要。对于新建给水厂,综合考虑城市和原水条件,选取合适的处理工艺。对于已建传统处理工艺的水厂,优化或者改造部分处理工艺,创造出水质更好的生活用水。
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