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我国给水工艺与国外先进技术

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学社官方 发表于 2019-9-4 11:32 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
建国以来,我国给水事业无论在科学理论或生产工艺各方面都有了飞跃的发展与进步,并取得丰硕的成果,这些成果有的已经接近或达到国际先进水平,有力地推动了国民经济的发展。但从总体看我国给水工艺与世界先进技术相比还有一定距离。及时了解和总结我国给水工艺水平发展状况及与国外先进水平的差距,才能督促和鼓励给水工作者奋起直追,尽快赶上国际水平。下面就我们所了解到的现阶段国内与国外给水工艺存在的差距,作一粗浅的评价,与同行共同研讨。
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近年来,由于工业的日益发展,人类生活水平不断发展提高,以及活动范围的逐渐扩大,各国的水体都出现了不同程度的污染。目前已知的有机化合物达400万种,人工合成有机物达4万之多。现已能用现代检测技术从原水中检测出来的已达2千2百余种。因此以饮用水中THM为代表的卤代有机物的生物致突活性也日益为广大给水技术人员所关注。
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, {5 p8 n; R$ A) {& `2 q长期以来,给水工艺仍然是混合、絮凝、沉淀、过滤和消毒几个阶段,宏观上理论上尚无重大突破,然而在微观上,净化工艺确不断地改进,对给水处理的认识也不断地更新。理论的继续深化,促进了给水工艺水平的提高。
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! X0 Y1 {, b  |' \6 X" B5 `" y传统工艺、理论主要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,随着污染程度的日益加剧和污染源的逐渐增多,污染物品种的多样化,为给水处理工作者带来新的课题。现在给水工程较以往的任何时候都更加注意原水的预处理工作和在传统工艺后面的深度处理,这是当前发展最快的方面,也是我国和国外给水工艺水平主要差距所在。8 R: [2 n6 M  H& w% v* P$ l2tech.cn

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01
预处理

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  预处理是设置在传统处理工艺之前的各种处理措施,包括格栅筛除原水中的漂浮杂物,预氯投加,调整原水的pH值,泥砂在预沉池中预沉以及投加粉末活性炭或生物过滤等各种工艺措施。我国的预处理工艺主要是格栅隔除漂浮物;预氯投加,即在长距离输水管的起始点小剂量加氯;或在预沉池前投氯,以保证充分的消毒效果。
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粉末活性炭的投加多为季节性,当水质严重污染时,为了去除臭味和有机物而采用的临时性措施。由于我国生活水准所限,粉末活性炭投加对制水成本影响较大,故采用不多。如哈尔滨市自来水公司仅在松花江污染严重时,季节性投加。从投加粉末活性炭的效果看还是令人满意的。我国当前在预处理方面与国外先进国家的主要差距在于原水调质和去除水中污染的有机物。
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  从西方发达国家情况看,原水的调质已是普通采用的水处理手段。如日本东京朝霞水厂取用利根川河水,年平均pH值为7.1,最高为7.3,最低为6.8,当选用聚合氯化铝作混凝剂时,其最佳混凝pH值在7~8之间;为了提高药效,使用氢氧化钠做调质剂调整pH值,其投加量在1.7~3.0毫克/升之内波动。  M) D( z  m$ ~4 J% C: U2tech.cn

7 n# t- a* E4 x( G+ i! b0 M当原水碱度不足而影响混凝剂药效时,必须投加碱来提高碱度,常用的碱剂有消石灰和碳酸钠,日本水道协会还制订了相应的计算公式W=[(A2+K·R)-A1]·F,(其中W——碱剂投加量;A1——原水碱度;A2——净水中剩余碱度;K——投加1毫克/升混凝剂药剂的碱度下降量;R——混凝剂投加量;F——提高`1毫克/升碱度所需投加碱剂的量)。日本札幌市白川水厂年平均投加消石灰3.8毫克/升;大阪市柴乌水厂消石灰最高投加量为47毫克/升。类似日本的调质方法和设备,在发达国家几乎属于必备。原水调质不存在技术问题,关键在于对调质必要性的认识。8 ^' m# r( y: b  _. t. C  ~2tech.cn
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  对水中污染的有机物质的控制和去除是给水工程技术面临的重要课题。有机污染的根本控制在于搞好水体保护,不被有机物污染。那是环保工作者的任务。作为给水工程的技术人员的任务是将THM的影响降到最低程度,当前国际上采用的工作有两种,一种是改变消毒方式,在水处理过程中避免使用氯气。当经过常规处理使有机物降到安全界线以下后再加入少量氯以控制管网中细菌的复苏。另一种办法则是在预处理中将有机物去除,使常规水处理中草药Ames实验保持阴性,达到饮用安全目的。
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; o1 w+ B7 J5 }' N8 V8 q5 _预处理去除有机物多采用预曝气和生物化学方法,即利用水中微生物的新陈代谢去除有机物、嗅味、氨氮。预曝气处理工艺由于水停留较短,所以去除率稍差,而生物滤池一般负荷较低,占用的面积较大,运行管理复杂,也不普及,现在日本研制生物过滤方面取得突破性进展,并已应用到生产中去。' d! t, y  t& C+ \4 [2tech.cn
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日本大津市膳所水厂90年10月开始建始生物接触滤池,过滤介质采用数毫米孔径的多孔陶瓷质滤料,厚度1.5米。其原理是通过附着在滤料上的微生物膜,过滤原水中的污染物,并进行生物分解、净化原水,和其它生物化学处理方法相比,由于单位体积生物量增多而提高了净水效率,2-MIB的去除率达70%以上,氨氮去除率夏季为85%,冬季为60%。该滤池滤速为6.97米/小时,共8个池子,单位面积37米2,日处理水量49500米3。具有慢滤池的过滤机理和快滤池的生产效率。由于滤料表面有合适的凹凸面,生物附着性良好,使用空气和水反冲洗时生物膜也不剥离。该滤池有4个方面的特点。(1)属生物自然净化方式,单位体积生物量多,能有效缩短处理水停留时间,设备规模小,是蜂窝式体积的1/5;(2)运行时不需要曝气和循环流,因此消耗电力少,运行成本低;(3)每周冲洗二、三次即可,易于维护管理;(4)因臭味去除率高,可以得到较好的水质。由于该滤池是生产性构筑物,所以在应用上处于国际先进水平。
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02
常规处理
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- v7 J8 V! L, P( _5 d+ f  (1)混合技术:理论上早已阐明混合是絮凝的基础,要求快速剧烈的混合,以促进混凝药剂扩散速度和压缩水中胶体的双电层,使胶体脱稳。但在实际工作中对混合长期未给予应有的重视。80年代中后期加强混合才成为给水界最强调的观点,因而也陆续出现了多种混合设备。有水力隔板混合、水泵混合、机械混合、混合池、槽等以及近几年应用于给水行业上的静态混合器。) v1 R0 n# {* A: m/ D2tech.cn
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从混合设备形式上看,我国现有水平不逊于国外先进国家。由于混合设备对水力条件、输入能量、混合方式要求比较严格、设备、构造上的差异往往造成混合效果相差较大,单纯从理论计算上进行混合设计,往往和预先设想结果有较大偏差,因而影响混合效果。. Y1 x! K. P  S( D& e" j2tech.cn
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国外先进国家对混合设备都作严格的测试,以期取得最佳混合效果。例如美国混合设备的生产厂家对使用单位所需求的机械混合设备全部按1:1的比例,使用不同颜色的塑料珠进行混合测试,取得最佳使用效果后方进入施工。而我国对混合的测试手段和测试设备不足,直接影响混合器效果。美国这种作法是我国应当学习和效仿的,也是我们与先进国家的差距所在。
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/ J& v( z) M( s! O3 j( I* I( ]  (2)絮凝反应:我们的反应设备总体上和国外水平差距不大,传统上的絮凝反应多采隔板反应,是建立在“近壁紊流”理论基础上的。随着给水理论的深入研究和发展,从能量耗散的角度出发提出“自由紊流”的微旋涡理论,我国在此理论之上研制出多种设备反应亦投入生产运行。3 ~% L) H6 T- |' c" k2tech.cn

$ Y3 i4 w4 n- O) _. E! }) d但我国机械反应多为垂直轴机械反应,国外平流沉淀池多为水平轴机械反应,并采用液力无级变速式电机调频无级变速。我国在前一段时间对缩短反应时间很感兴趣,所设计的反应池停留时间有的短达7分钟,认为这样可以减少占地节约投资。现在随着实践和对高效反应的认识加深,又开始倾向延长反应时间,这与国外先进国家的认识趋于一致。" ?) F* \/ o  \" f2tech.cn

: \( z. z: l/ y4 T* b  (3)沉淀池:平流沉淀池是给水行业最古老的一种池型,大型水厂应用较多,我国与国外技术水平相差无几,所不同的是,国外停留的时间较长,一般为2~4小时,我国停留时间多为1~2小时。选择较长的停留时间可以节约药剂,提高沉淀后的水质,并有足够的调节余地,抗冲击负荷能力较强。停留时间短可以节省基建投资,减少占地面积。/ C! k# b( O, C' H- G; a2tech.cn
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具体设计停留时间多长为好,这需要根据国家发达程度、沉淀后水质指标要求,并进行经济技术比较后确定,根据我国水质标准和国情,采用1.5~2.0小时停留时间为好。
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- m* m' ^9 |6 J  X  斜管沉淀池是继平流沉淀池之后于60年代末、70年代初发展起来的一种建立在“浅池理论”上的沉淀设施,具有占地面积少、沉淀效率高的特点,在我国经过近20年的应用和发展,使沉淀技术日臻完善,也积累了许多设计和运行经验,是一种成熟工艺。2 i. F, _+ _+ C. {' b! |2tech.cn
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近年来在斜管管形上出现了多种形式,有“山形”斜管、“近菱形”斜管、旋转30°放置的正六边形斜管,规格上有Φ25~Φ70等多种规格的斜管,材质有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、乙丙共聚等多种材料。并且在加工制作上有多项改进。从工艺角度看我们并不落后。主要差距表现在设计参数选用偏高和监测控制能力较差。  k0 [6 ?2 a0 _2tech.cn

6 \9 H; j* o( h3 S/ S  J* [' |+ E斜管上升流速我国多选用2.5毫米/秒~3.0毫米/秒,国外多选用2.0毫米/秒以下。另外,由于水在斜管沉淀池内停留时间较短,一般约20分钟至30分钟,在斜管内停留时间仅5~6分钟,由于停留时间短,使斜管沉淀池运行管理要求提高,国外先进国家自动化程度高,在控制上不成问题,既使如此,有些国家仍在规范中明确规定斜管沉淀池必须设置完备的检测和控制系统,如日本。. X) B9 A! h9 B% }2tech.cn
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我国的监测和控制系统水平较低,仪器设备不过关,多为人工检查调试,给斜管沉淀池稳定运行带来困难。加强斜管沉淀池的监测和控制是我们面临的一项任务。' p6 F9 M6 |; E' F4 B2tech.cn

* f  ?+ j$ I) H  (4)澄清池:澄清池在我国使用普通程度仅次于平流沉淀池和斜管沉淀池。悬浮澄清和水力循环澄清池是早期修建。现在为了提高效率,大多都进行了不同程度的改进。我国现在建造的澄清池多为机械加速澄清池,用于中小水厂的一级处理,但有些大型水厂也选用此种池型,如北京新投入运行的水源九厂(规模为50万米3/日)即为该种池型。也有的新建水厂选用脉冲澄清池,如南京市新投入运行的上元门水厂(规模为10万米3/日),由此可见,澄清池在我国还是有发展前途的。
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' o8 E- O1 W/ C' c% l国外先进国家仍在研制新型澄清池,以进一步扩大澄清池的适用范围和得到高质量的滤前水。法国德克雷蒙公司(Degre’ment)最新研制出的“登萨代”(Densadeg)澄清池,可以认为是新型澄清池的代表。该种类型澄清池于1988年11月15日在法国巴黎莫桑水厂(morsang)第三条生产线上投入生产运行,日处理水量7.5万米3。
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Densadeg澄清池是将反应、板状增稠、澄清综合为一体的水处理的构筑物,同时配以外部污泥回流和外部投药混合组成的一个完整净水系统。该澄清池上升流速达6.4毫米/秒,(一般机械加速澄清池上升流速为0.7~1.1毫米/秒)出水浊度低于1ntu,具有良好的澄清效果。
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* ^' L+ p  k& g/ C' V+ M这种澄清池从构造功能上可以分为三部分。第一部分为三个同心室,将加药混合后的原水和增稠回流的絮体活性污泥混合反应,形成絮凝质量好、密度高、分离性能好的固液两相体系。第二部分为预沉降部分,在这里泥水固液两相流发生快速分离。上部的初沉降水进入斜管澄清区,下部的泥浆经沉淀、增稠后被连续运转的刮泥机刮入积泥槽后部分回流,剩余部分排入污泥处理系统。第三部分为斜板澄清区,预沉降后的水在这里进一步去除残留絮体,从而获得高质量的澄清水。该澄清池回流水量仅为最大处理水量的1~4%(一般机械加速澄清池回流量为处理水量的3~4倍),较大地节约了用于回流水量的动力消耗。8 [+ g$ }# @* u) A7 ^: v8 f2tech.cn

1 d" Q; I6 g8 \! a6 b该种澄清池弥补了各种传统澄清池的不足,具有如下特点:①板状澄清区有较高的上升流速(5.5~10.1毫米/秒);②能产生特别浓的回流污泥(20~ 500克/升)使回流污泥量极大减少,并可以使污泥处理系统省略污泥浓缩池;③可生产高质量的水(浊度低于1ntu);④和通常用的澄清池相比,药剂费用节约10~30%;⑤运行可靠,能耐受流量和水质变化的冲击;⑥能用于多种水处理工艺,如饮用水净化、水软化、城市污水处理。由于Densadeg澄清池具有以往澄清池所不具备的优势,目前已在法国、德国推广应用。相信不久的将来也将引入我国,缩小我国在澄清池方面与先进国家的差距。! h) A1 }! \% m! o* B) T2tech.cn
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  (5)气浮法:气浮处理工艺是净水一级处理的另一种形式。气浮法是一个古老的处理工艺。最早的气浮专利产生于1864年,以后的应用一直集中于冶金选矿。直到60年代美国开始使用溶解空气气浮处理污水。我国于60年代末建起了第一批气浮池用于处理含油污水。1975年英国在美国给水协会第95届年会上报道了小规模气浮除藻实验。79年10月英国在白雾桥水厂建成英国第一座溶气气浮池作为给水的处理设施;我国也于79年4月建起了溶气气浮池。
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3 a2 u; V7 h0 b! P所以从工艺发展来看,我国与先进国家几乎是同步进行的。近年我国的成都市建起了处理规模达20万米3/日的大型气浮池。从给水工艺上看溶气气浮是一种很有发展前途的处理工艺。它有许多优点:①在池中停留时间短,一般为15~30分钟,因而处理效率较高;②能有效地处理低温低浊水;③能较好地解决除藻问题;④能对被有机物污染水体起曝气作用;⑤气浮法产生污泥含水率(90~95%)比沉淀池(95~99.8%)的低得多;⑥池子结构简单,造价低。
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: f4 x8 x! D: C, u4 \5 {我国当前在气浮法处理工艺与先进国家相比差距很小,也并非表现在处理工艺水平上,而是污泥的处置。国外有较完善的污泥处理手段和设备,对气浮法产生的污泥处理不成问题,而我国由于国情所致,给水厂的污泥处理还处于未起步阶段,沉淀池产生的污泥一般多重新排入水体,而气浮法产生的污泥则不能排入水体,必须进行处理。当前气浮产生的污泥苦于找不到适于我国国情的费用低廉的污泥处理工艺和设备,而使其普及带来困难。
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  (6)过滤:过滤在水处理上一般称为二级处理,通常是设于沉淀、澄清、气浮等一级设备之后,用来进一步降低水中浊度。最早的过滤是使用慢滤池。这是利用生物膜过滤工艺。慢滤池出水水质高,但生产效率低。当前国内外过滤过程多使用快滤池以提高生产效率。. a7 Q/ v% R# ]0 q2tech.cn
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快滤池的过滤机理是接触絮凝。快滤池发展历史已百余年,创造出多种池型,有四阀滤池、双阀滤池、虹吸滤池、无阀滤池、压滤罐等。大型水厂多使用四阀滤池及其改型的双阀滤池。从滤料上看,使用单层砂滤料和砂、煤双层滤料的较多,三层滤料及三层以上滤料应用较少。
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' ~7 n" |* N6 H" [国外先进国家的过滤设备与我国相比在三个方面有较大改进:①滤料品种、级配的改进;②辅助冲洗的普遍应用;③自用水的降低。滤料品种和级配的改进方面,我国使用的砂滤料,粒径一般在0.45~1.1毫米,不均匀系数K80一般选在1.6~2.0,无烟煤滤料一般作为双层滤池的轻质滤料,粒径多为1.0~2.0,不均匀系数K80多为2.0左右。国外正在逐步走向大粒径、深厚度的均匀滤料,如1981年建成投产的法国图卢兹市大卫水厂的滤池采用的滤料为滤径1.0~1.4毫米的石英砂滤料,厚度为1.1米。' ^0 U' L( E* J8 r! V8 s2tech.cn

: V4 _2 C  h. k美国86年投产的被给水工程界誉为优秀设计的洛杉矶水厂的滤池采用的滤料为直径1.5~2.2毫米的无烟煤滤料,厚度高达1.83米。欧美许多新建的滤池都有向大粒径、深厚度方向发展。我国近年来也有这种趋势,但象洛杉矶水厂那样大胆采用单层煤滤料尚未见到。. l" L' r+ J) N" o2tech.cn
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  欧美国家普通使用辅助冲洗。有水表冲和气冲两种。水表冲有设一层的,也有在滤料层中再加设一层的。气冲则有采用“丰”字形管布气,也有用长柄滤头布气的。由于气冲造成滤料间磨擦力加大,使滤池冲洗更干净,故欧美国家采用气冲更为普遍。我们水表冲早有应用,气冲也有使用,但不普遍。其原因是加辅助冲洗后使操作复杂,并有可能引起滤料流失。随着自动控制的发展,我国的辅助冲洗会逐步普及。
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  水厂的自用水主要是用于滤池冲洗,约占出厂净水量的5~7%,节约自用水一直是给水工作者努力的目标。对于可作饮用水源的水越来越少,节约冲洗水量的意义更显得日益突出。我国的冲洗强度设计多采用完全膨胀型冲洗,即冲洗时整个滤层全部在上升水流作用下膨胀起来,呈流化状态。强度为13~15升/米2·秒,使用水量很大。国外近年开始搞大粒径滤料的不膨胀冲洗。以节约冲洗水量,或采用不完全膨胀冲洗。+ O$ \7 z0 c) y& t. l% ]2tech.cn
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  法国德克雷蒙水处理公司的专利——Aquazur V型滤池是一种比较先进的滤池设计。这种滤池使用单层砂滤料,粒径通常在0.95~1.35毫米,允许扩大到0.7~2.0毫米,K80不均匀系数在1.2~1.6之间。滤料层厚度在1.0~1.5米之间,冲洗时采用水冲洗、气冲洗和表面扫洗相结合。滤池在冲洗时完全不膨胀,避免了由于水力筛分作用而使小粒径滤料集中于上层,该滤池冲洗时,先进行气冲,强度为13.9~16.7升/米2·秒。水冲强度为3.6~4.2升/米2·秒。表面扫洗强度为1.4~2.2升/米2·秒。8 C+ o; }' X7 ~; e2tech.cn
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由于空气加入使滤料相互摩擦,去除滤料表面粘附的絮体,然后在冲洗水的作用下被带到滤料表面,滤料表面的扫洗将絮体扫入排水槽。然后停止气冲,冲洗水继续对滤料进行漂洗,把残留絮体进一步带出滤料表面,被扫洗水带入排入槽。这是一种非常有效的冲洗,避免了滤床中结泥球。冲洗水仅为常规冲洗水量的1/4,大大节约了清洁水的使用量,表面冲洗所用的水为未经过滤的滤前水,所以扫洗时不加重滤池负担。
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1 [" X, M- {# N+ _7 T+ Y. V2 N冲洗水、扫洗水量之和也仅是常规冲洗水量的1/3,所以此种滤池是一种滤速较高、生产能力强、省水经济的滤池。在世界上也是比较先进的。我国已有水厂引入该种滤池。如南京市上元门水厂10万吨扩建工程即引入该池种。另外Mediazur V型滤池与Aquazar V型滤池相似,适用于轻质滤料如活性炭、无烟煤或砂、煤双层滤料。只不过是滤料厚度、冲洗顺序作了调整。气冲、水冲分别进行。这里就不详叙了。总之,Aquazur V型滤池是国外具有代表性的先进滤池中的一种,有许多可供我们借鉴、学习之处。
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03
絮凝剂和絮凝控制技术
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  给水处理中,在絮凝药剂投加控制和絮凝剂的使用方面,我国还处于一般水平。主要反应在絮凝剂的品种少、质量低。在国外,特别是作为原水调质而采用的助凝剂较为普遍。我国这方面差距较大。在药剂自动投加方面,大部分水厂正处于起步阶段。对于国外先进的自动控制工艺,我国已开始致力于引进和研究。, a4 ~0 T3 R2 O2tech.cn

$ @4 L8 j$ d: M' e  1、絮凝剂和助凝剂的使用情况1 `3 j& S1 C4 p1 l! z: l) X2tech.cn
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  目前国内外大部分净水厂采用的絮凝剂仍铝盐和铁盐最为普遍。我公司主要使用铁盐絮凝剂,如三氯化铁、硫酸亚铁、氯化硫酸亚铁。
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2 d% v1 c. g  T( [* g" l* T  近几年来,国外正研制和开发应用新型高效絮凝剂方面进展很快。引人注意的是两类絮凝剂。一类是无机聚合物絮凝剂;另一类为有机高分子聚合物絮凝剂。
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' n* \, V# P' W- c1 f  无机聚合物絮凝剂有:碱式聚合氯化铝(PAC),聚合硫酸铝(PAS),聚合硫氯化铝(PACS)以及聚合硫酸铁(PFS)等。其中最有代表性的PAC和PAS具有对原水水质变化适应性广,混凝净化效果好,药剂成本低等特点。日本在给水处理中使用PAC的普遍程度已超过了硫酸铝。据有关资料介绍我国也有部分水厂应用。2 ^0 `1 X1 l6 R6 F1 l* }1 L2tech.cn
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  从八十年代开始,各国对有机高分子絮凝剂的研究与应用非常重视。目前应用最多的是聚丙烯酰胺类。一般根据其作用不同分为阴离子型、阳离子型与非离子型。有机高分子絮凝剂具有用量少、絮体大、污泥少等优点。因而发展迅速。但对其毒性,各国学者看法不一,在饮用水中使用需慎重。
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日本对之的应用也只是在硫酸铝处理效果不理想时作为辅助方法。英、美国家对高分子絮凝剂的使用做了最大用量的规定。美国对硫酸铝和阳离子聚合物的组合使用越来越广泛,因为这不仅减少药剂用量,降低泥量,而且还增加絮体的物理强度,这对高速过滤是必需的。
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阴离子型和非离子型聚合物也常用作助凝剂和助滤剂。有机高分子絮凝剂在我国的应用目前仅限于高浊度水的局部地区。: p; X& v* n+ N2tech.cn
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我国目前采用的主要助凝剂是无机活化硅酸,其作用是增加絮凝剂的骨架强度,改善絮体结构。尤其是对低温低浊水的处理较为有效。
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' P; P" L+ G8 A- q: A# N我国使用该种助凝剂已有四十多年的历史和经验。其次是氯作为助凝剂,其作用是采用预氯化法破坏起干扰混凝作用的有机物,改善混凝效果。同时用氯将硫酸亚铁氧化为高价铁,提高混凝剂的净化效果。但对受污染的原水,易生成以三卤甲烷为代表的卤代有机化合物。该类物质具有致突变活性,因此有待于深入分析和研究。& Y2 L& z( H) z$ w5 T- T! @7 s4 B2tech.cn

; u& t# e" h3 Y' Y; [4 y/ N  2、絮凝剂的控制投加% B$ W  V, g, ^8 F0 @) C; T2tech.cn

0 _+ n  Q  f# ^, }  W$ k9 M  絮凝控制技术是净化处理的重要环节,因此如果控制不好,既不能达到预定的水质要求,又导致药剂的浪费。我们目前大部分净化水厂仍沿用化验室烧杯搅拌试验确定投加率与经验投加相结合的方式,人工操作投加。该方法的缺点是不能满足连续运行的需要,也就不能随水质水量的变化而及时调整投加量。同时由于在化验室内做烧杯搅拌试验与实际生产中的水力条件差距较大,因此提供的投加率仅能作为实际投加的参考值,不仅不准确,还带来检验投加效果的滞后性。' q+ c9 E) x/ ?- s2tech.cn

$ ~+ n3 K# g. E为了解决这些问题,近几年来我国有的水司研究应用模拟滤池法控制混凝药剂的投加,结果表明可达到自动控制投加,及时调整药剂之目的,可节约药剂10~20%。但由于模拟水力条件和生产实际的差距,必须及时修正相关关系,否则将影响投加准确性。当前国外贷款项目基本采用该种方法,国内应用尚不广泛。
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  在药剂自动投加控制方面国内还先后研究与应用过建立前馈数学模型实现计算机自动控制投加。基本控制参数有原水浊度、水温、PH值或碱度、氨氮、耗氯量、水量等6项。基本达到根据原水水量及水质变化及时准确改变投加量。在此基础上又发展出建立前馈与后馈数学模型实现计算机优化自动控制系统。该方法是在前馈数学模型的基础上,又根据沉淀池出水与滤池出水浊度建立后馈控制的数学模型。这是国内外比较先进的优化自动控制方法。
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上述建立数学模拟法的关键是要建立实用可靠的数学模型和采用多种准确可靠的连续传感器与投加设备。由于国内连续检测仪表与投加设备质量不过关以及在建立数学模型方面所需原始资料准确程度的差异和内容的短缺,使该项技术实施比较困难,不能得到广泛的应用。2 p$ S8 i& n' ?6 |9 w* o1 F2tech.cn
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  目前国外投药控制发展趋势已由多参数控制向单因子控制方向发展,因为单因子控制不要求建立较复杂的数学模型,连续检测传感器单一,管理维护方便。近几年来这一技术发展很快,出现了流动电流投药控制系统和絮凝控制在线检测仪(也称Eloo-nate连续探测器)。
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, ~0 g: M$ y5 T8 o, X6 A  流动电流(SCD)投药控制系统是国际上八十年代开始应用的一项新技术,它是传统技术上的一个发展,是混凝投药控制技术的重大突破。该技术是依据混凝理论而产生的。混凝理论认为向原水中投加絮凝剂,使水中胶体杂质脱稳,调节混凝剂的投加量改变胶体的脱稳程度,使之利于后续沉淀。而描述胶体脱稳程度的重要指标是ζ电位,以ζ电位为因子控制混凝剂则成为一种根本性的控制方法。而投药后水体剩余絮凝颗粒的流动电流与ζ电位呈线性相关,因此测其流动电流能克服测ζ电位的困难,并能反映水体中胶体的脱稳程度。此项技术是由美国的Gerdes于1966年发明的,并开始了对流动电流控制混凝投药的研究。直至1982年在美国将超声波技术应用于流动电流检测器,成功地解决了传感器表面的清洗和微粒“膜”及时更换问题,使该技术趋于完善与实用化。! G- b4 a: y. ^2 f+ G& v2tech.cn

2 h  w; n  I! Y  q4 \! y目前美国、英国已有数百家水厂应用流动电流技术控制混凝收到良好效果。从美国对该技术的一项调查表明,原水浊度在10~5000ntu变化,水量变化范围最低为10%,最高达100%时应用该技术收到良好的混凝效果,平均节约药剂15~30%,证明该技术是成功的。流动电流(SCD)探测器的使用方法是按生产要求的沉淀水浊度确定一个流动电流值。称为控制系统给定值,计算机控制中心将流动电流的实测值与给定值比较,据此调整投药装置的运行工况,从而改变混凝剂的投量,最终取得具有理想沉后浊度的水。但该仪器在取样系统的可靠性上存在较多的问题。主要是由于取样管堵塞造成的,此外需要定期检查与调整SCD控制给定值,使之始终处于最佳状态。其次该方法对于采用有机阴离子高分子絮凝剂时是不适用的。$ ~, y2 M) Z) C$ K  t3 K2tech.cn

2 }; T. {3 ~3 b9 X3 y$ {( b  流动电流给定值抓住了影响混凝的主要因素,其它水质、水量、药剂、效能等因素的变化都可体现流动电流单一因子的变化上,从而实现了混凝投药的单因子自动控制。该方法尤其对旧水厂的改造更具有实用价值,它不仅解决了水厂投药自动控制问题,而且对提高水厂的社会经济效益起到主要作用,同时将对水处理工艺技术的进步和现代化进程起积极的推动作用。目前我国已开始研制该种仪器的工作。) n( i0 f. t8 Y  _2tech.cn

8 ]& f) J9 P, S- |( z/ B  最近英国水研究中心和伦敦大学研究人员联合研制了一种新的絮凝控制在线检测仪器(FIOC mate探测器)。该仪器根据水中流动悬浮胶体产生的浊度波动,极灵敏地显示絮体形成状态,可在实验室或现场条件下确定最佳投药量。该方法认为絮凝剂投入水中后在水解生成的氢氧化物沉速至最大时,投药量为最佳。投药后氢氧化物生成时,初始浊度会升高,但随着絮凝体的形成浊度又下降,初始浊度为最大值时的投药量可认为是絮凝最佳投药量,因此该仪器把光学方法和微讯息处理计结合使用,连续测定加药后水中絮体的实际情况,同时直接调节混凝剂的投量和调整PH值,从而获得最佳混凝效果。该仪器还特别适合于投药闭路控制系统。根据检测器输出的信号,利用微机内的优选公式,逐步调整混凝剂投加量,直到最佳值为止。正确选择混凝剂投加量和PH值将大幅度节省药剂用量,几个月内即可偿还投资费用,同时对提高出水水质,减少供水干管的污垢有很大的社会效益和经济效益。预计该种仪器将有广阔的应用前景。2 b5 H/ a, n9 E9 v* z; X2tech.cn

2 |" h; [' q- ^6 {/ ~1 o  上述两种单因子自动控制絮凝检测仪是国外先进技术,我国正起步研究,尚未有应用实例。因此今后应上述技术进行积极的引进和研究,根据我国国情和水质因素,提出可靠的控制方法,以缩小我国在混凝控制方面与国外先进水平的差距。
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消毒杀菌技术和水的深度处理
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( J- `+ K7 N, M  消毒杀菌技术已成为给水处理中不可缺少的处理手段之一。随着工农业的发展,自80年代起,由于部分地区的地面水源水质逐渐变差和饮用水水质要求的提高,水厂的处理工艺在常规处理基础上向深度处理的趋势发展。4 w: x1 w; d/ p1 Z( ~2tech.cn

! v% C8 a9 u- x5 Z  1、消毒杀菌技术2 n+ v( W; A/ m  }0 V; j5 n; ~2 Q+ ]2tech.cn
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  很长一个时期以来,传统的消毒杀菌剂主要是采用氯及其化合物。该方法操作技术简单、价格低、杀菌效果好。在国外至今仍为主要杀菌方法之一,我国应用更为普遍。使用氯气消毒我国与国外的主要差距在于投加的控制手段上,目前一般采用容量分析比色法测量投氯后的余氯值,依据其余氯值采用浮子加氯机或真空加氯机调节投加量,靠人工操作。该方法不能提供准确的投加量,只是靠经验控制,检验投加效果又具有滞后性。而国外则采用自动余氯检测仪检测,根据余氯量反馈给自动加氯机自动调节投加量。这套设施由于国内的余氯检测仪以及氯氨加注自动化设施有待提高,目前尚不普及。7 b5 U$ v* R# X/ D, ~2tech.cn

+ h, P7 S+ A8 [( q8 \" c  作为新的消毒剂二氧化氯和臭氧是具有发展前途的。# n; u( t  `' p) z* |, T3 T3 m2tech.cn

- N0 J: g9 g  Z1 U1 \  二氧化氯用于给水处理消毒,近年来受到广泛的注意,主要是由于它不会与水中的腐殖质反应产生卤代烃。一般二氧化氯在水中主要起氧化作用,而不是氯化作用,因此不容易产生潜在的致突变物——有机氯化合物。针对我国大多数水厂采用加氯消毒系统,改用二氧化氯在原系统基础上加以改造是简易可行的。但由于气态二氧化氯在超过四个大气压的压力时会发生爆炸,因而不易压缩储存,只能在使用现场制造,因此安全问题应引起注意。二氧化氯最普遍的使用方法是用它来代替预氯处理或(混凝沉淀)前加氯。即作为第一次消毒及氧化,滤后水中加氯,保持管网余氯可有效地降低三卤甲烷的生成和保证杀菌效果。
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  臭氧消毒被认为是在水处理过程中替代加氯的一种行之有效的消毒方法。因为臭氧首先是具有很强的杀菌力,其次是氧化分解有机物的速度快,使消毒后水的致突变性降为最低。经臭氧消毒的水中病毒可在瞬间失去活性,细菌和病原菌也会被消灭,游动的壳体幼虫在很短时间内也会被彻底消除。因此国际上已普遍应用,特别是法国普及率很高。近年来,臭氧还作为深度处理的方法在国外被采用。
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但是臭氧的发生和应用是一个高能耗技术,目前国外每产生1公斤臭氧约需4000美元。而电耗高达22度电/每公斤臭氧。这使广泛应用受到限制,并且臭氧对细菌有显著的后增长效果。因此近来人们注意将臭氧与其它净水技术结合使用。如臭氧一氯,臭氧—紫外线消毒。不仅能获得满意的杀菌效果,还能有效地去除饮用水中挥发性有机物。据有关资料介绍,通过臭氧与其它消毒剂比较研究后得出以下结论:从消毒效果后,臭氧?gt;二氧化氯>氯>氯胺。而从消毒后水的致突变性看则氯>氯胺>二氧化氯>臭氧。由此可显示出采用臭氧消毒的优点。6 m4 Z! r) _* m% t7 K: Q0 Q3 c2tech.cn
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  2、水的深度处理
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  水的深度处理主要在于去除原水中的微量有机污染物,国外采用深化处理较为普遍,我国在水的深化处理方面还处于起步阶段,大部分老水厂均未采用深度处理,只是部分新水厂采用了活性炭吸附处理。8 \9 `8 ]; C! T4 L! e/ ]6 J6 w+ a2 V2tech.cn
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  目前水的深度处理主要包括:活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭联用和生物活性炭。# Q: Q2 f" P8 `2tech.cn
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  由于活性炭具有良好的吸附和过滤性能,所以被广泛用于水的深度处理。活性炭的品种除粉末状和颗粒状外,近几年又发展了球状活性炭,浸透型活性炭和高分子涂层活性炭等新的品种。粉末活性炭多用于预处理,粒状、球状等活性炭多用于生物活性炭滤池起深度处理作用。活性炭对水中的致癌物与致突变物及其含酚化合物均有良好的去除效果。但由于活性炭的再生问题使制水成本大幅度增高,在我国的使用受到一定的限制。
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  除利用臭氧的增氯化能力与活性炭滤池联用外,目前国外还致力于用臭氧与生物活性炭(O3·BAC)对水做深度净化处理的研究。它是当前去除水中有机物质的较为有效的一种深度处理方法,在日本引起极大的重视。试验和生产实践表明,该技术具有如下特点:①能去除水中溶解性有机物;②能降低TOC,COC及氨;③能降低进水中三卤甲烷母体;④对色度、铁、锰酚都有去除效果;⑤能使Ames试验为阳性的水成阴性。但由于该技术耗电量较大,使用尚不普及。; ~0 U  D9 Y' [2tech.cn

, H2 G- U! e. o6 B  近年来,国内外还开展了光化学氧化法去除水中优先污染物的研究。1987年同济大学进行了紫外线——臭氧(UV——O3)进行深度处理的研究获得令人满意的效果,与此同时还进行了采用低压汞灯为光源,以二氧化钛为催化剂的光催化氧化处理有机优先污染物的试验,获得良好的效果。但这些研究目前还未达到应用于生产的阶段。  ~0 Q4 A  j5 [9 o/ c* N( o4 J2tech.cn

( W  c- h6 u7 K7 U# C  \  我国在这方面的差距主要表现在采用深度处理的普及程度低。随着我国改革开放的深化,国力的增强,相信定会逐步缩小这一差距。
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