太湖水强化混凝脱浊中试研究报告.docx

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太湖水强化混凝脱浊中试研究报告

太湖水强化混凝脱浊中试研究

姓名：

付韬

1．1太湖水环境简况

太湖湖泊面积为2428km2，平均深度为1．86m。

在该地区的城市供水、养殖、灌溉和航运中，太湖起着非常重要的作用。

由于环太湖大堤的修建和入湖河道的人为控制，实际上太湖已接近封闭，湖泊的水量交换约需一年时间。

同时，太湖流域水资源开发程度很高，流域本地水资源量为162×108m3（其中河川径流量为136．7×108m3>，年均从长江调入水量为45×108m3，但流域2000年总用水量已达293×108m3，流域耗水量高达104×108m3，流域工业、生活年排放污水量为50×108m3，污径比（污水量与河川径流量之比>为1：

2．7。

在过去的20多年中太湖流域经济保持高速增长，工业化水平迅速提高，城市化速度加快，人民生活水平提高，对流域水资源进行了高度开发和利用，但在开发利用同时，由于对水资源保护重视不够，水污染治理措施尚未跟上，大量未经处理的城市污水直接入水体，农田化肥、农药的大量使用以及水产养殖规模的不断扩大，导致太湖流域河湖水污染状况日趋严重。

20世纪50年代至80年代，太湖水质较好，以II类为主，完全符合饮用水源地标准，水体以中营养和轻度富营养为主。

据记录，1980年以前，太湖很少出现大面积的蓝藻。

从20世纪80年代初到90年代中期，因受有机污染影响，太湖水质的类别下降了1个等级，全湖平均由原来的以II类水为主变到以Ⅲ类水为主，Ⅳ、V类污染水域不断扩大。

太湖水体营养状况上升了2个等级，上升到目前以中度富营养为主，个别水域已达重富营养化。

1987年太湖水质高锰酸盐指数（CODMn>、总磷（TP>、总氮（1如平均质量浓度分别为3．30mg/L、O．029mg/L、1．54mg/L，至2000年分别上升为5．28mg/L、O．10mg／L、2．14mg/L，短短13年间分别上升了60％、248％、65％。

由于持续的污染及部分自然因素的影响，2007年太湖发生了“蓝藻危机”：

无锡市两个水源地一度受到太湖蓝藻严重污染，水质变腥变臭，丧失饮用水功能，影响到100多万市民饮水；另一方面，有机污染物对水中胶体颗粒产生很强的保护作用，给以去除浊度为主要目标的常规水处理带来了极大困难，水源的污染对饮用水常规处理工艺提出了严峻的挑战，威胁着城市供水的水质安全。

1．2饮用水水质标准

1．2．1我国饮用水水质标准发展状况

由于水与人类健康密切相关，因此，饮水的每个环节其安全质量要素都必须严格控制。

1955年卫生部发布实施《自来水水质标准暂行标准》，在北京、天津、上海、旅顺（大连>等12个城市试行，这是新中国成立后最早的一部管理生活饮用水的技术法规；

1956年由国家建设委员会和卫生部发布实施《饮用水水质标准》，共15项指标；1959年由建筑工程部和卫生部发布实施《生活饮用水卫生规范》是对《饮用水水质标准》和《集中式生活饮用水水源选择及水质评价暂行规则》进行修订，并将其合并而成的，共17项指标；1976年国家卫生部组织制定了我国第一个国家饮用水标准，共有23项指标，定名为《生活饮用水卫生标准》（编号为TJ20一76>；经国家基本建设委员会和卫生部联合批准，1985年卫生部对《生活饮用水卫生标准》进行了修订，指标增加至35项，编号改为GB5749—1985，于1986年10月起在全国实施。

2001年6月，卫生部颁布了《生活饮用水水质卫生规范》（2001>，建设部也于2005年6月颁布实施《城市供水水质标准》（CJ厂r206-2005>，2007年7月1日，由国家标准委和卫生部联合发布了《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006>强制性国家标准。

该规范规定了34项常规检验工程，62项非常规检验。

我国的饮用水水质标准经过五十多年的发展，在检测工程的修订以和限值上获得了很大的进步。

水质检测工程的数量从1956年的15项指标发展到目前的106项指标；部分指标的限值逐渐严格；指标分类更为合理，将水质检测工程分为常规检验工程于非常规检验工程，以供各地区根据当地水质特点自行选择。

虽然，水质检测工程从15项发展到目前的106项指标，但浊度始终是饮水水质中的主要指标。

随着我国制定标准能力的增强，水质标准中对于浊度相应的规范也逐渐严格，我国水质标准中对浊度的要求从起初的小于5NTU改为目前的小于1NTU，从国家相关部门对浊度标准控制的严格程度可看出浊度在各水质指标中的重要地位。

1．2．2浊度与水质的联系

在自然界的天然水体和水处理流程中的工艺水体内，都含有形形色色的颗粒物。

一般说来，它是指比溶解的低分子更大的各种高分子或多分布的实体。

在环境水质学范畴内，颗粒物的概念相当广泛。

它把无机和有机的胶体、高分子、矿物微粒，有生命的细茵、藻类等等都归类为颗粒物，实际上包括了粒度大于1nm的所有微粒实体，其粒度上限可达数十到上百微M。

由于水中含有悬浮及胶体状态的微粒，使得原来无色透明的水产生浑浊的现象，其浑浊的程度称为浊度。

浊度的单位是用”度”来表示的，就是相当于lL的水中含有lmg的Si02（或是非曲直mg白陶土、硅藻土>时，所产生的浑浊程度为1度浊度单位为JTU，lJTU=1mg／L的白陶土悬浮体于1L水中产生的浑浊度。

现代仪器显示的浊度是散射浊度单位NTU，1NTU=1JTU。

最近，国际上认为，以乌洛托品一硫酸肼配制浊度标准重现性较好，选作各国统一标准FTU，1FTU=lJTU，而在我国，目前普遍以NTU为浊度单位。

浊度是一种光学效应，是光线透过水层时受到阻碍的程度表示水层对于光线散射和吸收的能力。

它不仅与悬浮物的含量有关，而且还与水中杂质的成分、颗粒大小、形状及其表面的反射性能有关。

虽然浊度从表面上看仅仅是一种光学效应，但是从环境水质的角度来讲，水体浊度的意义远远不仅仅于此。

由于颗粒物群体广阔的表面和大量的活性基团，水体中各种微污染物和营养物的大部分都吸附在它们的表面上，以它们为载体，随水流运动迁移，扩大存在空间，更大范围地发挥其环境效应。

在相对静止的水体中，颗粒物会沉降及沉积到水体底层，把微污染物蓄积起来成为它们的暂时归宿。

当环境条件有所变化或污染物发生化学转化时，它们还可能更新释放出来，再次造成环境污染。

因此，蓄积着污染物的水体沉积物，可能成为潜在的二次污染源，在很长时期内发挥环境效应。

这是国际上染治理后期得到普遍关注而难以解决的环境问题。

以本次研究中的太湖为例，太湖是一个大型浅水湖泊，湖面开阔，在一般天气时浪高在50cm左右，5～6级风时，浪高可达1m，再加上太湖水浅底平，风浪对湖底表层3～5cm的底泥具有扰动侵蚀作用，在风浪作用下底泥极易再悬浮，从而使湖水中悬浮物增加，湖水混浊。

有文献报道，太湖悬浮物中主要以无机颗粒为主，但有机物的比例也不小，达30％。

如此高的有机质含量一方面是由于蓝藻等动植物残体增加所致，另一方面高的有机质含量常常伴随着由于人类生产活动所带来的有机污染物。

大量研究表明，悬浮颗粒去除率越高，自来水越安全、卫生。

有文献报道，降低饮用水浊度，有利于降低水中的藻密度，有机物含量，降低Ames致突变率MR，降低病毒传染病的发病病例，提高变形虫、贾第氏虫的去除率，对保障饮用水安全有重大作用。

由于介水致病微生物主要附生在悬浮颗粒表面或近表面；在有悬浮颗粒存在的情况下，大多数重金属和有机物的固一液相分配以固体表面吸附为主；因此，悬浮颗粒往往积聚了相当量的化学污染物及致病微生物，如果在净化过程中不能被有效去除，进入人体后会产生毒副作用。

而悬浮颗粒去除量大时，水体中吸附在悬浮颗粒上的污染物都将随之而去除，自来水的化学安全性显著提高。

浊度本是悬浮物造成的光学感官指标，在我国最初的饮用水水质标准中规定不超过5NTU。

由于发现微污染物吸附在悬浮物上，指标日趋严格，现已有要求达到1NTU以下。

种种事实表明：

饮用水的浊度不仅仅是一个感官上的指标，在饮用水水处理中，浊度的去除与水质的好坏有着密切的联系。

1．3给水处理技术发展简况

1．3．1常规处理技术

以混凝、沉淀、过滤、消毒为主组成的水处理工艺是我国应用最广也是最基本的处理手段，整套工艺以去除浊度为主要目标。

1．3．1．1混凝

水的混凝处理是常规给水处理系统中最常用的一种工艺。

广义而言，混凝泛指自然界与人工强化条件下所有分散体系（水与非水或混合体系>中颗粒物失稳聚集生长的过程，通常其主要作用是去除水中悬浮颗粒和胶体微粒，同时也可以去除水中一部分有机物。

其作用机理主要分三个方面：

带正电的金属离子和带负电的胶体物胶体发生电中和而脱稳凝聚；二是金属离子与溶解性有机物分子形成不溶性复合物而沉淀；三是胶体颗粒在絮体表面的物理化学吸附。

影响混凝效果的因素很多：

混凝剂的种类、混凝剂的投加量、原水水质、混凝pH值、碱度、混凝搅拌程度以及混凝剂与助凝剂的投加顺序等。

作为水处理的重要方法之一，混凝技术得以广泛地应用于各种水处理工艺流程之中，决定着后续流程的运行工况，以及最终出水质量与成本费用，因而成为环境工程的重要科技研究开发领域，在我国水处理高新技术的发展中占有重要地位。

1．3．1．2沉淀

给水处理中的沉淀工艺是指在重力作用下悬浮固体从水中的分离过程。

在常规处理工艺中，沉淀工艺为混凝工艺的后续工艺，在该工艺段原水经混凝过后水中悬浮颗粒集聚成的絮团通过重力作用逐渐沉淀，达到固液分离的效果。

沉淀池根据具体布置可设计成多种形式：

竖流式沉淀池、幅流式沉淀池、平流式沉淀池以及斜管式沉淀池，但其原理均为通过悬浮固体重力沉降以达到固液分离。

沉淀工艺之所以被广泛采用主要是由于沉淀截留的污泥量大，而且构造简单，管理方便以及经营费用低。

对于悬浮物质含量较多的原水，沉淀则是净水中必不可少的手段。

在一般情况下，沉淀池在整个净水系统中担负着去除80％～90％的悬浮固体。

1．3．1．3过滤

常规给水处理中的过滤工艺段有着去除混凝沉淀后未能去除的微细颗粒和胶体物质，提高出水水质的作用。

过滤工艺的基本原理为截留以及吸附，在饮用水处理中，滤池常置于沉淀池之后，消毒与膜滤之前，不可或缺。

1．3．1．4消毒

消毒作用主要是杀死绝大多数病原微生物，防止水致传染病危害。

加氧化性消毒剂可同时氧化水中有机物和还原性污染物，降低CODMn，给水处理中，原水经混凝、沉淀和过滤，能去除大量悬浮物和粘附的细菌，但过滤出水还远远不能达到饮用水的细菌指标。

以大肠菌为例，一般水质较好的河水约含大肠菌10000个／L。

混凝沉淀可以去除50—90％的大肠菌，过滤后可去除水中90％的大肠菌，但出水中还会含有大肠菌100个／L。

我国饮用水水质标准为大肠菌小于3个／L，所以最后必须进行消毒。

但由于消毒工艺并没有固液分离的过程，故消毒工艺段基本没有除浊的作用。

1．3．2预处理技术

预处理技术是采用适当物理、化学和生物的处理方法，对水中的污染物进行初级去除，使常规处理能更好地发挥作用，减轻常规处理和深度处理的负担，改善和提高饮用水水质。

按对污染物的去除途径，常见预处理技术可分为氧化法和吸附法，氧化法又可分为化学氧化法和生物氧化法。

1．3．2．1氧化法

化学氧化法主要依靠氧化剂的氧化能力，破坏水中污染物的结构，转化或分解污染物，有效降低水中的有机物含量，杀灭影响给水处理工艺的藻类，改善混凝效果，降低混凝剂的用量。

化学氧化预处理一般有三种方法：

预氯氧化、高锰酸钾及其复合剂预氧化、臭氧氧化。

生物氧化法主要借助微生物群体的新陈代谢活动，去除水中的污染物。

目前生物氧化法主要有：

接触氧化法、塔式生物滤池、生物转盘、淹没式生物滤池、生物流化床等。

与化学氧化处理工艺相比，生物预处理技术可以有效改善混凝沉淀性能，减少混凝剂用量，能去除传统工艺不能去除的污染物，同时能使后续工艺简单易行，减少了水处理中氯的消耗量，出水水质明显改善。

1．3．2．2吸附法

吸附预处理技术往往是利用吸附剂强大的吸附性能、交换作用或改善混凝沉淀效果来去除水中污染物，主要有粉末活性炭吸附和沸石吸附等。

该技术对氨氮