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净水构筑物水质控制与检测(二)
【来源/作者】周世红 【更新日期】2017-10-08

强化过滤既能去浊,又能降解有机物、氨氮和亚硝酸盐氮。选择合适的滤料,其表面有利于生物膜生长,具有足够的比表面积、粒径和厚度保证滤后水的浊度要求。控制反冲洗强度既能冲去积泥,又能保持一定的生物膜,生物膜中既有亚硝酸盐菌,又有硝酸盐菌,使氨氮、亚硝酸盐氮都得到有效去除,出水浊度小于1.0NTU。在进滤池的水中再加注少量(一般为1~3mg/L)的混凝剂或微量(一般几十μg/L)高分子絮凝剂,能明显改善水的过滤性能,显著提高去除率。投加助滤剂后,出水浊度明显降低。氨氮的硝化过程需要消耗溶解氧,如果原水中溶解氧不足,将影响硝化过程的进行,因此,当原水溶解氧较低时,可通过曝气措施增加溶解氧。滤池去除氨氮的效果与温度有密切的关系。冬季水温低,滤料的生物作用减弱,去除效果明显降低。采取强化混凝与强化过滤的办法,可以不增加构筑物,费用低,氨氮及亚硝酸盐氮去除率80%~90%,有机物CODMn去除率15%~20%。

增设活性炭吸附或生物活性炭深度处理设施,可以进一步控制出厂水中的有机污染物浓度,减少卤代物质的生成量。含碳物质在控制条件下热化便生成活性炭,常用木材、煤、椰子壳或泥炭作为原料,这一活化反应产生的多孔物质有很大的表面积并对有机物有高度亲和力,一般用PAC或GAC。当碳的吸附能力耗竭时,可在控制状态下将有机物烧掉而重新活化,但PAC(以及某些GAC)常常只使用一次,处理各种类型的污染物时不同类型的活性炭有不同的亲和力。在无条件建立活性炭滤池时,可在过滤前投加PAC,或将滤池改造为活性滤池。对于季节性或问歇性污染,或要求的投放量较低时,一般首选PAC。PAC以泥浆形式定量加入水中,在以后的处理过程中随供水装置的污泥渣一起被清理掉,因此,PAC只用于带有滤器的地表水源处理设备。GAC用于处理水的臭和味,一般放置在固定的底盘中使用,或是专门用于某些化学物的吸附器,或是在已有滤器的外壳内用相同大小的GAC颗粒代替砂粒。GAC的效率大大高于投入水中的PAC,其使用寿命取决于所用炭的性能和水与炭之间的接触时间,能力因各种特定化合物而发生很大变化,炭的能力很大程度上取决于水源,当有本底有机化合物存在时会大大削弱。活性炭用于去除农药和其他有机化合物,去除水中有臭和味的化合物,去除蓝藻毒素及全部有机碳,是给水净水厂首先应考虑增加的深度处理构筑物。

采用膜技术,可以替代常规工艺和深度处理工艺,并可以去除部分溶解性总固体。微孔过滤是常规过滤向亚微米范围的一种直接延伸,滤膜孔径一般在0.01~12/am之间,没有分离分子的作用,可除去胶态物质和悬浮物质。该技术与絮凝或粉末活性炭联合使用于水处理,除去可溶性有机碳并增加通透水流。

超滤在原则上与逆向渗透类似,但其滤膜的孔径大得多(一般为0.002~0.03μm),超滤滤膜可除去相对分子质量大于约为800的有机物。

纳米过滤滤膜常用的孔径为0.001~0.01μm,在特性上介于逆向渗透和超滤两者之间,纳米滤膜可让单价离子通过,能除去大部分的两价离子以及相对分子质量大于200的有机物分子,可有效除去颜色和有机物。 如果两种溶液被一层半透膜(允许溶剂透过,但不让溶质透过的一种膜)隔开,溶剂自然会从低浓度溶液流向较高浓度的溶液。这一过程称为渗透。但使溶剂流往反方向也是可能的,即从高浓度流向低浓度,采取的方法是在高浓度一方增加压力,所要求的压差便称为渗透压,这一过程为逆向渗透。逆向渗透产生一份处理的水流和一份相对浓缩的废水流。逆向渗透去除单价离子和相对分子质量大于50左右(膜孔径<0.002μm)的有机物。

为了使水质符合细菌学标准,水经过滤后必须消毒,通过消毒杀死对人体健康有害的病原微生物,某些地下水可不经净化处理,但通常仍需消毒。

美国安全饮水委员会通过对12种消毒剂的评价后指出:氯、臭氧、二氧化氯和氯胺,是可供公共给水选择的消毒剂,紫外线只适用于单位供水。

饮水消毒剂的选择应考虑以下因素:①杀灭病原体的效果;②控制和监测的难易;③剩余消毒剂的有无;④对水的感官性状的影响;⑤副产物对健康的影响,以及预防或消除的可能性;⑥经济技术上的可行性。

氯消毒主要是通过次氯酸的氧化作用来杀灭细菌,次氯酸是很小的中性分子,能扩散到带负电的细菌表面,通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部,并起氧化作用,破坏细菌的酶系统而使细菌死亡,但是对于水中的病毒、寄生虫卵的杀灭效果较差,需要在较高值(消毒剂浓度乘以接触时间)才能达到理想的除菌效果。

影响氯消毒的因素主要有加氯量、接触时间、水的pH值。加氯量除需满足需氯量外,尚应有一定量的剩余氯。需氯量是指灭菌、氧化有机物和还原性无机物以及某些氯化反应等所消耗的氯量。次氯酸是弱电解质,其离解程度取决于水温和水的pH值。在0℃和200C下,pH<6.0时,HOCl接近100%;pH=7.5时,HOCl和OCl大致相等;pH>9时,OCl接近100%。因此,消毒时水的pH值不宜太高,pH值保持在7.0~7.8才能最有效和最经济地消毒。用漂白粉消毒时,因同时产生Ca(OH)2,可使pH值升高,故当漂白粉因保存不当或放置过久而使有效氯含量降低时,消毒效果会受影响。一般情况下水温越高,杀菌效果越好。水温每提高100C,病菌杀灭率约提高2~3倍。不同微生物对氯的耐受性不尽相同,除腺病毒外,肠道病毒对氯的耐受性较肠道病原菌强。

余氯标志水质经过氯化消毒接触一定时间后持续的杀菌能力。余氯分为游离性余氯和化合性余氯。游离性余氯以单质氯、次氯酸和次氯酸盐形式存在,有很强的杀菌能力。化合性余氯以一氯胺、二氯胺、三氯胺和有机氯化合物的氯化衍生物形式存在,是总氯或总余氯的一部分。

就游离性余氯而言,出厂水限值4mg/L以内,接触30min后,有0.3~0.5mg/L,没有观察到特殊的有害效应,供水运输过程中作为保护剂的余氯浓度可达十分之几毫克每升。

由于氯消毒操作简单、便于控制、持续性好、测定容易、价格不高,所以是饮用水处理中最常用的消毒剂和氧化剂,普遍用于游泳池和饮用水的消毒。然而,氯在水中的作用是相当复杂的,它不仅可以起氧化反应,还可与水中天然存在的有机物起取代或加成反应而得到各种卤代物。如饮用水预氯化和消毒时与水中某些有机物如腐殖酸、富里酸等发生氧化反应,同时发生亲电取代反应,产生易挥发的和不易挥发的氯化有机物三卤甲烷(THMs,包括溴仿、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷和氯仿)等。这些卤代有机化合物有许多是致癌物或诱变剂,而常规处理工艺对预氯化产生的副产物不能有效去除,有预氯化的常规处理工艺出水中卤代物增多,出水的致突变活性较处理前约增加50%~60%。而现代工农业的迅猛发展不仅使人工合成的化学物质越来越多,也使通过各种途径进入水源水体的有机物质(包括人工合成的和自然界存在的)越来越多,相当多的水源水体呈微污染状态,对人体的健康产生严重的危害。由于大多数THMs的挥发性,最后都转移到空气中,淋浴时被人吸人或皮肤暴露,危害健康。在地下水和地表水配水系统中,氯化副产物二氯乙酸的浓度高达100rig/I。,三氯乙酸在澳大利亚氯化后的水中检出最高浓度为200Fg/I。。氯酚作为次氯酸盐和石炭酸反应的副产物存在于饮用水中,主要是2一氯酚、2,4-二氯酚和2,4,6一三氯酚,饮用水中氯酚的味阈很低,是人司能致癌物。

随着人们对饮用水水质要求的不断提高,对氯气和氯衍生物消毒的副作用及其危害程度也越来越重视,如何控制饮用水中消毒副产物已经成为供水业面临的挑战之一。为消除副产物,尽可能选择有机前体物含量低的水源,加强混凝沉淀和过滤等净化措施,并防止藻类在构筑物内的生长,以降低有机前体物的含量。采用GAC滤池过滤,以去除氯化副产物。氯处理过程中的pH值影响含氯副产物品种的分布,降低pH值可降低THMs浓度,如调整水的pH值至5.5~6.5,但代价是卤代乙酸类产量增高。相反,增加pH值减少了卤代乙酸的生成,却增加了THMs的形成。配水前除去消毒副产物在技术上是可行的,但这是最迫不得已的选择。可行的操作程序包括空气吹脱法除去挥发性副产物(如THMs)或采用活性炭吸附法,这些程序还需要下一步消毒以除去微生物污染和保证输配水时有残留浓度的消毒剂。管道很长时,在管路起点减少投氯量,使水中残留氯浓度较低,在管网中途的加压泵站或贮水池泵站补充加氯,既能保证末梢余氯,又不致使水厂附近的管网水含余氯过高,既控制和减少了水中三卤甲烷生成量,又使水中有足够的有效氯浓度,达到安全消毒的目的。在控制消毒副产物浓度过程中,最重要的是消毒效率不能受影响,整个输配水系统中必须维持消毒剂的恰当残留量。

氯胺消毒法是人为地加氨(液氨、硫酸铵或氯化铵),氨与氯的比例一般为1∶3~1∶6。

氯胺消毒是氯衍生物的消毒方法之一,能避免或减缓氯与水中有机污染物质的某些化学反应,从而使消毒后水中氯化副产物的生成量显著降低,氯胺消毒被广泛认为是控制消毒副产物形成的有效手段。消毒后的饮水,在Ames试验中致突变性亦较弱。根据资料,出厂水采用氯胺消毒,卤乙酸的产生量减少90%,三卤甲烷的产生量减少70%。投加氯胺已为越来越多的水司所认同。对于严重污染且有机卤化物含量较高的源水,或水厂的供水管网较长,水流在管中停留时间大于12h时,比较适合采用氯胺消毒,至少可在供水系统内提供一个比较稳定的残留量,保持余留的消毒活性,减少THMs的生成及随之而来的后果,氯胺控制管网中细菌的再次繁殖和生物膜也比氯更为有效。先加氨后加氯,可防止氯酚臭,先加氯,消毒后再加氨,可使管网末梢余氯得到保证。一氯胺和二氯胺的杀菌原理仍是次氯酸的作用,氯胺本身也有杀菌作用,但作用缓慢,需较高的浓度和接触时间。当pH>7时,一氯胺的生成量较多;pH=7O时,一氯胺和二氯胺近似相等;pH<6.5时,主要为二氯胺;三氯胺只有当pH<4.4时才存在。因二氯胺很臭,故主要应以一氯胺消毒。

然而氯胺消毒对水中的贾第虫和隐孢子囊的去除效果却不能够令人满意,其消毒能力较弱,一氯胺的消毒效果不如氯,同时也会形成其他副产物,如卤代酮、氯化苦、氯化氰、卤乙酸、卤乙腈、醛类和氯酚类等,在体内,氯化氰快速代谢为氰化物。氯胺浓度低于0.3mg/L时,仍有人能觉察氯胺的味道,当用氯胺作为主要消毒剂或为配水系统提供余氯,通常检出浓度0.5~2mg/L。

二氧化氯(ClO2)的消毒机理主要是氧化作用,能较好杀灭细菌、病毒,且不对动植物产生损伤,杀菌作用持续时问长,受影响小,对细菌的细胞壁有较好的吸附和穿透性能,可以有效地氧化细胞酶系统,快速地控制细胞酶蛋白的合成,因此在同样条件下,对大多数细菌表现出比氯更高的去除效率。

参考资料:实用水质检验技术

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净水构筑物水质控制与检测(一)


【关键词】生物预氧化,化学预氧化,净水,水质控制,检测,国家标准物质网 

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