1、安全飲用水的主要處理工藝流程周鑫根浙江省城鄉規劃設計研究院一、給水處理工藝流程概述給水處理的任務是通過必要的處理方法去除水中雜質，使之符合生活飲用或工業使用所要求的水質。水處理方法應根據水源水質和用水對象對水質的要求胡定。在給水處理中，有的處理方法除了具有某一特定的處理效果外，往往也直接或間接地兼收其它處理效果。為了達到某一處理目的，往往幾種方法結合使用。本節僅列出幾種主要給水處理方法，以便于讀者對給水處理有一概括的了解。1澄清和消毒這是以地表水為水源的生活飲用水的常用處理工藝。但工業用水也常需澄清工藝。澄清工藝通常包括混凝、沉淀和過濾。處理對象主要是水中懸浮物和膠體雜質。原水加藥后，經混凝使

2、水中懸浮物和膠體形成大顆粒絮凝體，而后通過沉淀池進行重力分離。過濾是利用粒狀濾料截留水中雜質的構筑物，常置于混凝和沉淀構筑物之后，用以進一步降低水的渾濁度。完善而有效的混凝、沉淀和過濾，不僅能有效地降低水的濁度，對水中某些有機物、細菌及病毒等的去除也是有一定效果的。根據原水水質不同，在上述澄清工藝系統中還可適當增加或減少某些處理構筑物。例如，處理高濁度原水時，往往需設置泥沙預沉池或沉沙池；原水濁度很低時，可以省去沉淀構筑物而進行原水加藥后的直接過濾。但在生活飲用水處理中，過濾是必不可少的。大多數工業用水也往往采用澄清工藝作為預處理過程。如果工業用水對澄清要求不高，可以省去過濾而僅需混凝、沉淀即

3、可。消毒是滅活水中致病微生物，通常在過濾以后進行。主要消毒方法是在水中投加消毒劑以滅致病微生物。當前我國普遍采用的消毒劑是氯，也有采用漂白粉、二氧化氯及次氯酸鈉等。臭氧消毒也是一種消毒方法。“混凝沉淀過濾消毒”可稱之為生活飲用水的常規處理工藝。我國以地表水為水源的水廠主要采用這種工藝流程。如前所述，根據水源水質不同，尚可增加或減少某些處理構筑物。2除臭、除味這是飲用水凈化中所需的特殊處理方法。當原水中臭和味嚴重而采用澄清和消毒工藝系統不能達到水質要求時方才采用。除臭、除味的方法取決于水中臭和味的來源。例如，對于水中有機物所產生的臭和味，可用活性炭吸附或氧化法去除；對于溶解性氣體或揮發性有機物所

4、產生的臭和味，可采用曝氣法去除；因藻類繁殖而產生的臭和味，可采用微濾機或氣浮法去除藻類，也可在水中投加除藻藥劑；因溶解鹽類所產生的臭和味，可采用適當的除鹽措施等等。3除鐵、除錳和除氟當地下水中的鐵、錳的含量超過生活飲用水衛生標準時，需采用除鐵、錳措施。常用的除鐵、錳方法是：自然氧化法和接觸經法。前者通常設置曝氣裝置、氧化反應池和砂濾池；后者通常設置暴氣裝置和接觸氧化濾池。工藝系統的選擇應根據是否單純除鐵還是同時除鐵、除錳，原水中鐵、錳含量及其它有關水質特點確定。還可采用藥齊氧化、生物氧化法及離子交換法等。通過上述處理方法（離子交換法除外），使溶解性二價鐵和錳分別轉變成三價鐵和四價錳沉淀物而去除

5、。當水中含氟量超1.0mg/L時，需采用除氟措施。除氟方法基本上分為成兩類，一是投入硫酸鋁、氯化鋁或堿式氯化鋁等使氟化物產生沉淀；二是利用活性氧化鋁或磷酸三鈣等進行吸附交換。目前使用活性氧化鋁除氟的較多。4軟化處理對象主要是水中鈣、鎂離子。軟化方法主要有：離子交換法和藥劑軟化法。前者在于使水中鈣、鎂離子與陽離子交換劑上的陽離子互相交換以達到去除目的；后者系在水中投入藥劑如石灰、蘇打等以使鈣、鎂離子轉變成沉淀物而從水中分離。5淡化和除鹽處理對象是水中各種溶解鹽類，包括陰、陽離子。將高含鹽量的水如海水及“苦咸水”處理到符合生活飲用或某些工業用水要求時的處理過程，一般稱為咸水“淡化”；制取純水及高純

6、水的處理過程稱為水的“除鹽”。淡化和除鹽主要方法有：蒸餾法、離子交換法、電滲析法及反滲透法等。離子交換法需經過陽離子和陰離子交換劑兩種交換過程；電滲析法系利用陰、陽離子交換膜能夠分別透過陰、陽離子的特性，在外加直流電場作用下使水中陰、陽離子被分離出去；反滲透法系利用高于滲透壓的壓力施于含鹽水以使水通過半滲透膜而鹽類離子被阻留下來。電滲析法和反滲透法屬于膜分離法，通常用于高含鹽量水的淡化或離子交換法的前處理工藝。6水的冷卻這是工業生產中循環冷卻水系統所需的處理工藝。在生產過程中產生的熱量往往會使設備或產品溫度升高從而影響生產甚至發生事故，故常用水作為冷卻介質對設備進行降溫，因水的熱容量大，是吸收

7、和傳遞熱量的良好介質。作為冷卻介質的水通過換熱器等設備以后溫度升高，必須經過冷卻處理使水再恢復原先溫度后，才能循環使用。水的冷卻一般采用冷卻塔。在條件和冷卻要求許可下，也有采用噴水冷卻池或水面冷卻池的。7水的腐蝕和結垢控制在某些情況下，水在使用過程中會對金屬管道或容器材質產生腐蝕和結垢作用，在循環冷卻水系統中尤其突出。因此，對這類用水的水質必須加以改善，并進行水質調理，以控制腐蝕和結垢的發生。水質調理往往是通過在水中投加化學藥劑來完成。控制腐蝕的藥劑稱緩蝕劑，控制結垢的藥劑稱阻垢劑。有時也通過去除水中產生腐蝕和沉積物的成分來達到水質調理目的。8生活飲用水對于不受污染的天然地表水源而言，飲用水的

8、處理對象主要是去除水中懸浮物、膠體和致病微生物；對此，常規處理工藝（即混凝、沉淀、過濾、消毒）是十分有效的。但對于污染水源而言，水中溶解性的有毒有害物質，特別是具有致癌、致畸、致突變的有機污染物（簡稱“三致物質”）或“三致”前體物（如腐植酸等）是常規處理方法難以解決的。于是，便在常規處理基礎上增加預處理和深度處理。前者置于常規處理前，后者置于常規處理后，即：預處理+常規處理或 常規處理+深度處理預處理和深度處理的主要對象是水中有機污染物，主要用于飲用水處理廠。預處理方法主要有：粉末活性炭吸附法；臭氧或高錳酸鉀氧化法；生物氧化法等等。以上各種預處理法除了水中有機污染物外，同時也具有除味、除臭及除

9、色作用。當然，不同方法在除污染能力上有所差別。同時，各種方法均各有優缺點。除了上述預處理方法外，還有其它一些方法，如曝氣法，水庫蓄存法等不一一介紹。此外，新的預處理法正在繼續探索中。深度處理主要有以下幾種方法：粒狀活性炭吸附法；臭氧-粒狀活性炭聯用法或生物活性炭法；化學氧化法；光化學氧化法及超聲波-紫外線聯用法等物理化學氧化法；膜濾法等等。在以上幾種方法中，活性炭吸附及臭氧-活性炭聯用法已用于生產，歐洲國家應用較廣泛，我國少數水廠也有應用。生產實踐表明，采用臭氧-活性炭聯用技術去除水中微量有機污染物十分有效，但基建投資和運行費用較高，故我國目前尚未廣泛應用。同濟大學嚴煦世教授等在光化學氧化法的

10、研究方面已取得重要成果，超聲-紫外聯用法也開始研究并取得一定成效，但這些技術尚難在城市水廠應用，宜用于小型飲水凈化裝置。超濾法及納濾法也具有應用前景，但不能去除水中小分子有機物，且納濾和超濾裝置成本及運行費用較高。以上各種預處理及深度處理方法的基本作用原理概括起來，無非是吸附、氧化、生物降解、膜濾等4種作用，即：或者利用吸附劑的吸附能力去除水中有機物；或者利用氧化劑及物理化學氧化法的強氧化能力分解有機物；或者利用生物氧化法降解有機物；或者以膜濾法濾除大分子有機物。有時兩種作用可同時發揮，如臭氧-活性炭聯用技術即發揮了氧化和吸附兩種作用。在粒狀活性炭上滋生的微生物，同時還有生物降解作用。污染水源

11、的飲用水預處理和深度處理自80年代開始受到廣泛重視，有些技術或方法當前正處于研究發展階段。不同方法的組合應用往往會取得協同作用效果，故近年來水處理技術人員針對不同原水水質和水質處理要求，往往會采用兩種以上方法組合應用。二、混凝混凝機理簡而言之，“混凝”就是水中膠體粒子以及微小懸浮物的聚集過程。這一過程涉及三方面問題：水中膠體粒子（包括微小懸浮物）的性質；混凝劑在水中的水解物種以及膠體粒子與混凝劑之間的相互作用。關于“混凝”一詞的概念， 目前尚無統一規范化的定義。“混凝”有時與“凝聚”和“絮凝”相互通用。不過，現在較多的專家學者一般認為水中膠體“脫穩”膠體失去穩定性的過程稱“凝聚”；脫穩膠體相互

12、聚集稱“絮凝”；“混凝”是凝聚和絮凝的總稱。在概念上可以這樣理解，但在實際生產中很難截然劃分。水處理中的混凝現象比較復雜。不同種類混凝齊以及不同的水質條件，混凝劑作用機理都有所不同。許多年來，水處理專家們從鋁鹽和鐵鹽混凝現象開始，對混凝劑作用機理進行了不斷研究，理論也獲得不斷發展。DLVO理論的提出，使膠體穩定性及在一定條件下的膠體凝聚的研究取得了巨大進展。但DLVO理論并不能全面解釋水處理中的一切混凝現象。當前，看法比較一致的是，混凝劑對水中膠體粒子的混凝作用有3種：電性中和、吸附架橋和卷掃作用。這3種作用究意以何者為主，取決于混凝劑種類和投加量、水中膠體粒子性質、含量以及水的pH值等。這3

13、種作用有時會同時發生，有時僅其中12種機理起作用。目前，這三種作用機理尚限于定性描述，今后的研究目標將以定量計算為主。實際上，定量描述的研究近年來也已開始。概括以上幾種混凝機理，可作如下分析判斷：1對鋁鹽混凝劑（鐵鹽類似）而言，當pH3時，簡單水合鋁離子Al（H2O6）63+可起壓縮膠體雙電層作用，但在給水處理中，這種情況少見；在pH=4.56.0范圍內（視混凝劑投量不同而異），主要是多核羥基配合物對負荷膠體起電性中和作用，凝聚體比較密實；在pH=77.5范圍內，電中性氫氧化鋁聚合物Al（OH）3n可起7.8之間，鋁鹽的混凝作用主要是吸附架橋和電性中和，兩者以何為主，決定于鋁鹽投加量；當鋁鹽投

14、加量超過一定限度時，會產生“膠體保護”作用，使脫稱膠粒電荷變號或使膠粒被包卷而重新穩定（常稱“再稱”現象）；當鋁鹽投加量再次增大、超過氫氧化鋁溶解度而產生大量氫氧化名沉淀物時，則起網捕和卷掃作用。實際上，在一定的pH值下，幾種作用都可能同時存在，只是程度不同，這與鋁鹽投加量和水中膠粒含量有關。如果水中膠粒含量過低，往往需投加大量鋁鹽混凝劑使之產生卷掃作用才能發生混凝作用。2陽離子型高分子混凝劑可對負電荷膠粒起電性中和與吸附架橋雙重作用，始凝體一般比較密實。非離子型和陰離子型高分子混凝劑只能起吸附架橋作用。當高分子物質投量過多時，也產生“膠體保護”作用使顆粒重新懸浮。2.2 混凝劑和助凝劑 混凝

15、劑應用于飲用水處理的混凝劑應符合以下基本要求：混凝效果好；對人體健康無害；使用方便；貨源充足，價格低廉。混凝劑各類很多，據目前所知，不少于200300種。按化學成分可分為無機和有機兩大類。無機混凝劑品種較少，目前主要是鐵鹽和鋁鹽及其聚合物，在水處理中用的最多。有機混凝劑品種很多，主要是高分子物質，但在水處理中的應用比無機的少。本節僅介紹常用的幾種混凝劑。（1）無機混凝劑常用的無機混凝劑列于下表，這里僅簡要介紹幾種。常用的無機混凝劑名稱化學式鋁系硫酸鋁 明礬 聚合氯化鋁（PAC）聚合硫酸鋁（PAS）Al2（SO4）3·18H2OAl2（SO4）3·14H2OKAl（SO4）2

16、·12H2O（鉀礬）NH4·Al（SO4）2·12H2O（銨礬）Al2（OH）nCl6-nmAl2（OH）nSO4）3-m鐵系三氯化鐵硫酸亞鐵聚合硫酸鐵（PFS）聚合氯化鐵（PFC）FeCl3·6H2OFeSO4·7H2OFe2（OH）nSO4）3-mFe2（OH）nCl6-nm（2）有機高分子混凝劑有機高分子混凝劑又分天然和人工合成兩類。在給水處理中，人工合成的日益增多并居主要地位。這類混凝劑均為巨大的線性分子。每一大分子由許多鏈節組成且常含帶電基團，故又被稱為聚合電解質。按基團帶電情況，又可分以下4種：凡基團離解后帶正電荷者稱陽離子型，帶負

17、荷者稱陰離子型，分子中既含正電基團又含負電荷基團者稱兩性型，若分子中不含可離解基團者稱非離子型。水處理中常用的是陽離子型、陰離子型和非離子型3種高分子混凝劑，兩性型使用極少。三、沉淀和澄清 懸浮顆粒在靜水中的沉淀水中懸浮顆粒依靠重力作用，從水中分離出來的過程稱為沉淀。顆粒比重大于1時，表現為下沉；小于1時，表現為上浮。在給水處理中，常遇到兩種沉淀，一種是顆粒沉淀過程中，彼此沒有干擾，只受到顆粒本身在水中的重力和水流阻力的作用，稱為自由沉淀；另一種是顆粒在沉淀過程中，彼此相互干擾，或者受到容器壁的干擾，雖然其粒度和第一種相同，但沉淀速度卻較小，稱為擁擠沉淀。分述如下。懸浮顆粒在靜水中的自由沉淀顆

18、粒在靜水中的沉淀速度取決于：顆粒在水中的重力F1和顆粒下沉時所受水的阻力F2；直徑為d的球形顆粒在靜水中所受的重力F1為F1=d3（p-1）g （16-1）式中 p及1顆粒及水的密度；g重力加速度。懸浮顆粒在靜水中的擁擠沉淀嚴格而言，自由沉淀是單個顆粒在無邊際的水體中的沉淀。此時顆粒排擠開同體積的水，被排擠的水將以無限小的速度上升。當大量顆粒在有限的水體中下沉時，被排擠的水便有一定的速度，使顆粒所受到的水阻力有所增加，顆粒處于相互干擾狀態，此過程稱為擁擠沉淀，此時的沉速稱為擁擠沉速。擁擠沉速可以用實驗方法測定。當水中含砂量很大時，泥砂即處于擁擠沉淀狀態。常見的擁擠沉淀過程有明顯的清水和渾水分界

19、面，稱為渾液面，渾液面緩慢下沉，直到泥砂最后完全壓實為止。水中凝聚性顆粒的濃度達到一定數量亦產生擁擠沉淀。由于凝聚性顆粒的比重遠小于砂粒的比重，所以凝聚性顆粒從自由沉淀過渡到擁擠沉淀的臨界濃度遠小于非凝聚性顆粒的臨界濃度。四、過濾過濾概述在常規水處理過程中，過濾一般是指以石英砂等粒狀濾料層截留水中懸浮雜質，從而使水獲得澄清的工藝過程。濾池通常置于沉淀池或澄清池之后。進水濁度一般在10度以下。濾出水濁度必須達到飲用水標準。當原水濁度較低(般在100度以下)，且水質較好時，也可采用原水直接過濾。過濾的功效，不僅在于進一步降低水的濁度，而且水中有機物、細菌乃至病毒等將隨水的濁度降低而被部分去除。至于

20、殘留于濾后水中的細菌、病毒等在失去渾濁物的保護或依附時，在濾后消毒過程中也將容易被殺滅，這就為濾后消毒創造了良好條件。在飲用水的凈化工藝中，有時沉淀池或澄清池可省略，但過濾是不可缺少的，它是保證飲用水衛生安全的重要措施。濾池有多種形式。以石英砂作為濾料的普通快濾池使用歷史最久。在此基礎上，人們從不同的工藝角度發展了其它型式快濾池。為充分發揮濾料層截留雜質能力，出現廠濾料粒徑循水流方向減小或不變的過濾層，例如，雙層、多層及均質濾料濾地，上向流和雙向流濾池等。為了減少濾池閥門， 出現了虹吸濾池、無閥濾池、移動沖洗罩濾池以及其它水力自動沖洗濾池等。在沖洗方式上，有單純水沖洗和氣水反沖洗兩種。各種形式

21、濾池，過濾原理基本一樣，基本工作過程也相同，即過濾和沖洗交錯進行。茲以普通快濾池為例，介紹快濾池工作過程。過濾 過濾時，開啟進水支管2與清水支管3的閥門。關閉沖洗水支管4閥門與排水閥5。渾水就經進水總管1、支管2從渾水渠6進入濾池。經過濾料層7、承托層8后， 由配水系統的配水支管9匯集起來再經配水系統干管渠10、清水支管、清水總管12流往清水池。渾水流經濾料層時，水中雜質即被截留。隨著濾層中雜質截留量的逐漸增加，濾料層中水頭損失也相應增加。一般當水頭損失增至一定程度以致濾池產水量減少，或由于濾過水質不符合要求時，濾池便須停止過濾進行沖洗。沖洗 沖洗時，關閉進水支管2與清水支管3閥門。開啟排水閥

22、5與沖洗水支管4閥門。沖洗水即由沖洗水總管11、支管4，經配水系統的干管、支管及支管上的許多孔眼流出，由下而上穿過承托層及濾料層，均勻地分布于整個濾池平面上。濾料層在由下而上均勻分布的水流中處于懸浮狀態，濾料得到清洗。沖洗廢水流入沖洗排水槽13，再經渾水渠6、排水管和廢水渠14進入下水道。沖洗一直進行到濾料基本洗干凈為止。沖洗結束后，過濾重新開始。從過濾開始到沖洗結束的一段時間稱為快濾池工作周期。從過濾開始至過濾結束稱為過濾周期。快濾池的產水量決定于濾速(以m/h計)。濾速相當于濾池負荷。濾池負荷以單位時間，單位過濾面積上的過濾水量計，單位為m3/(m2·h)。按沒計規范，單層砂濾池

23、的濾速約810m/h，雙層濾料濾速約1014m/h，多層濾料濾速一般可用1820m/h。工作周期也直接影響濾池產水量。因為工作周期長短涉及濾池實際工作時間和沖洗水量的消耗。周期過短，濾池日產水量減少。一般，工作周期為1224h。過濾理論過濾機理首先以單層砂濾池為例，其濾料粒徑通常為0.5mm至1.2mm，濾層厚度一般為70cm。經反沖洗水力分選后，濾料粒徑自上而下大致按由細到粗依次排列，稱濾料的水力分級，濾層中孔隙尺寸也因此由上而下逐漸增大。設表層細砂粒徑為0.5mm，以球體計，濾料顆粒之間的孔隙尺寸約80m。但是，進入濾池的懸浮物顆粒尺寸大部分小于30m，仍然能被濾層截留下來，而且在濾層深處

24、（孔隙大于80m）也會被截留，說明過濾顯然不是機械篩濾作用的結果。經過眾多研究者的研究，認為過濾主要是懸浮顆粒與濾料顆粒之間粘附作用的結果。水流中的懸浮顆粒能夠粘附于濾料顆粒表面上，涉及兩個問題。首先，被水流挾帶的顆粒如何與濾料顆粒表面接近或接觸，這就涉及顆粒脫離水流流線而向濾料顆粒表面靠近的遷移機理；第二，當顆粒與濾粒表面接觸或接近時，依靠哪些力的作用使得他們粘附于濾粒表面上。這就涉及粘附機理。（1）顆粒遷移在過濾過程中，濾層孔隙中的水流一般屬層流狀態。被水流挾帶的顆粒將隨著水流流線運動。它之所以會脫離流線而與濾粒表面接近，完全是一種物理-力學作用。一般認為由以下幾種作用引起：攔截、沉淀、慣

25、性、擴散和水動力作用等。顆粒尺寸較大時，處于流線中的顆粒會直接碰到濾料表面產生攔截作用；顆粒沉速較大時會在重力作用下脫離流線，產生沉淀作用；顆粒具有較大慣性時也可以脫離流線與濾料表面接觸（慣性作用）；顆粒較小、布朗運動較劇烈時會擴散至濾粒表面（擴散作用）；在濾粒表面附近存在速度梯度，非球體顆粒由于在速度梯度作用下，會產生轉動而脫離流線與顆粒表面接觸（水動力作用）。對于上述遷移機理，目前只能定性描述，其相對作用大小尚無法定量估算。雖然也有某些數學模式，但還不能解決實際問題。可能幾種機理同時存在，也可能只有其中某些機理起作用。例如，進入濾池的凝聚顆粒尺寸一般較大，擴散作用幾乎無足輕重。這些遷移機理

26、所受影響因素較復雜，如濾料尺寸、形狀、濾速、水溫、水中顆粒尺寸、形狀和密度等。（2）顆粒粘附粘附作用是一種物理化學作用。當水中雜質顆粒遷移到濾料表面上時，則在范德華引力和靜電相互作用下，以及某些化學鍵和某些特殊的化學吸附力下，被粘附于濾料顆粒表面上，或者粘附在濾粒表面上原先粘附的顆粒上。此外，絮凝顆粒的架橋作用也會存在。粘附過程與澄清池中的泥渣所起的粘附作用基本類似，不同的是濾料的固定介質，排列緊密，效果更好。因此，粘附作用主要決定于濾料和水中顆粒的表面物理化學性質。未經脫稱的懸浮物顆粒，過濾效果很差，這就是證明。不過，在過濾過程中，特別是過濾后期，當濾層中孔隙尺寸逐漸減小時，表層濾料的篩濾作

27、用也不能完全排除，但這種現象并不希望發生。（3）直接過濾原水不經沉淀而直接進入濾池過濾稱“直接過濾”。直接過濾充分體現了濾層中特別是深層濾料中的接觸絮凝的作用。直接過濾有兩種方式：1）原水經加藥后直接進入濾池過濾，濾前不設任何絮凝設備。這種過濾方式一般稱“接觸過濾”。2）濾池前設一簡易微絮凝池，原水加藥混合后先經微絮凝池，形成粒徑相近的微絮粒后（粒徑大致在4060m左右）即刻進入濾池過濾。這種過濾方式稱“微絮凝過濾”。上棕兩種過濾方式，過濾機理基本相同，即通過脫稱顆粒或微絮粒與濾料的充分碰撞接觸和粘附，被濾層截留下來，濾料也是接觸凝聚介質。不過前者往往因投藥點和混合條件不同而不易控制進入濾層的

28、微絮粒尺寸，后者可加以控制。之所以稱“微絮凝池”，系指絮凝條件和要求不同于一般絮凝池。前者要求形成的絮凝體尺寸較小，便于深入濾層深處以提高濾層含污能力；后者要求絮凝體尺寸愈大愈好，以后果于在沉淀池內下沉。故微絮凝時間一般較短，通常在幾分鐘之內。采用直接過濾工藝必須注意以下幾點：1）原水瀑度和色度較低且水質變化較小。一般要求常年原水濁度低于50度。若對原水水質變化及今后發展趨勢無充分把握，不應輕易采用直接過濾方案。2）通常采用雙層、三層或均質濾料。濾料粒徑和厚度適當增大，否則濾層表面孔隙易被堵塞。3）原水進入濾池前，無論是接觸過濾或微絮凝過濾，均不應形成大的絮凝體以免很快堵塞濾層表面孔隙。為提高

29、微絮粒強度和粘附力，有時需投加高分子助凝劑（如活化硅酸及聚丙烯酰胺等）以發揮高分子在濾層中吸附架橋作用，使粘附在濾料上的雜質不易脫落而穿透濾層。助凝劑應投加在混凝劑投加點之后，濾池進口附近。4）濾速應根據原水水質決定。濁度偏高時應采用較低濾速，反之亦然。由于濾前無混凝沉淀的緩沖作用，設計濾速應偏于安全。原水濁度通常在50度以上時，濾速一般在5m/h左右。最好通過試驗決定濾速。直接過濾工藝簡單，混凝劑用量較少。在處理湖泊、水加等低濁度原水方面已有較多應用，也適宜于處理低溫低濁水。至于濾前是否需設置微絮凝池，目前還有不同看法，應根據具體水質條件決定。五、消毒為防止通過飲用水傳播疾病，在生活飲用水處

30、理中，消毒是必不可少的。消毒并非要把水中微生物全部消滅，只是要消除水中致病微生物的致病作用。致病微生物包括病菌、病毒及原生動物胞囊等。水中微生物往往會粘附在懸浮顆粒上，因此，給水處理中的混凝沉淀和過濾在去除懸浮物、降低水的濁度的同時，也去除了大部分微生物（也包括病原微生物）。但盡管如此，消毒仍必不可少，它是生活飲用水安全、衛生的最后保障。水的消毒方法很多，包括氯及氯化物消毒，臭氧消毒、紫外線消毒及某些重金屬離子消毒等。氯消毒經濟有效，使用方便，應用歷史最久也最為廣泛。但自20世紀70年代發現受污染水原經氯消毒后往往會產生一些有害健康的副產物，例如三鹵甲烷等后，人們便重視了其它消毒劑或消毒方法的

31、研究，例如，近年來人們對二氧化氯消毒日益重視。但不能就此認為氯消毒會被淘汰。 一方面，對于不受有機物污染的水源或在消毒前通過前處理把形成氯消毒副產物的前期物（如腐殖酸和富里酸等）預先去除，氯消毒仍是安全、經濟、有效的消毒方法；另方面，除氯以外其它各種消毒劑的副產物以及殘留于水中的消毒劑本身對人體健康的影響，仍需進行全面、深入的研究。因此，就目前情況而言，氯消毒仍是應用最廣泛的一種消毒方法。5.1 氯消毒5 氯消毒原理氯容易溶解于水（20和95kPa時，溶解度7160mg/L）。當氯溶解在清水中時，下列兩個反應幾乎瞬時發生： Cl2+H2O HOCl+HCl （18-1）次氯酸HOCl部分離解為

32、氫子和次氯酸根： HOCl H+OCl- （18-2）其平衡常數為： Ki= （18-3）在不同溫度下次氯酸離解平衡常數見表4-1。次氯酸離解平衡常數表5-1溫度0510152025Ki×10-8（mol/L）5 加氯量水中加氯量，可以分為兩部分，即需氯量和余氯。需氯量指用于滅活水中微生物、氧化有機物和還原性物質等所消耗的部分。為了抑制水中殘余病原微生物的再度繁殖，管網中尚需維持少量剩余氯。我國飲用水標準規定出廠水游離性余氯在接觸30min后不應低于0.3mg/L，在管網末梢不應低于0.05mg/L。后者的余氯量雖仍具有消毒能力，但對再次污染的消毒尚嫌不夠，而可作為預示再次受到污染的

33、信號，此點對于管網較長而有死水端和設備陳舊的情況，尤為重要。以下分析不同情況下加氯量與剩余氯量之間的關系：（1）如水中無微生物、有機物和還原性物質等，則需氯量為零，加氯量等于剩余氯量。（2）事實上天然水特別是地表水源多少已受到有機物和細菌等污染，氧化這些有機物和殺滅細菌要消耗一定的氯量，即需氯量。加氯量必須超過需氯量，才能保證一定的剩余氯。當水中有機物較少，而且主要不是游離氨和含氮化合物時，需氯量0M滿足以后就會出現余氯。其原因為：1）水中有機物與氯作用的速度有快慢。有測定余氯時，有一部分有機物尚在繼續與氯作用中。2）水中余氯有一部分會自行分解，如次氯酸由于受水中某些雜質或光線的作用，產生如下

34、的催化分解： 2HOCl 2HCl+O2 （18-8）3）當水中的有機物主要是氨和氮化合物時，情況比較復雜。當起始的需氯量0A滿足以后，加氯量增加，剩余氯也增加（曲線AH段），但后者增長得慢一些。超過H點加氯量后，雖然加氯量增加，余氯量反而下降，如HB段，H點稱為峰點。此后隨著加氯量的增加，剩余氯又上升，如BC段，B點稱為折點。缺乏試驗資料時，一般的地面水經混凝、沉淀和過濾后或清潔的地下水，加氯1.5mg/L；一般的地面水經2.5mg/L。當原水受到嚴重污染，采用普通的混凝沉淀和過濾加上一般加氯量的消毒方法都不能解決問題時，折點加氯法可取得明顯效果，它能降低水的色度，去除惡臭，降低水中有機物含

35、量；還能提高混凝效果。折點加氯法過去常常應用，但自從發現水中有機污染物可能與氯生三鹵甲烷（THMs）后，采用折點加氯來處理受污染水源已引起人們擔心，因而尋找去除有機污染物的預處理或深度處理方法和其它消毒法。5.2 其它消毒法5 二氧化氯消毒二氧化氯（ClO2）在常溫常壓下是一種黃綠色氣體，沸點11，凝固點-59，極不穩定，氣態和液態ClO2均易爆炸，故必須以水溶液形式現場制取，即時使用。ClO2易溶于水，其溶解度約為氯的5倍。ClO2水溶液的顏色隨濃度增加而由黃綠色轉為橙色。ClO2在水中以溶解氣體存在，不發生水解反應。ClO2水溶液在較高溫度與光照下會生成ClO2-與ClO3-，在水處理中C

36、lO2參與氧化還原反應也會生成ClO2-。ClO2深液濃度在10g/L以下時沒有爆炸危險，水處理中ClO2濃度遠低于10g/L。制取ClO2的方法較多。在給水處理中，制取ClO2的方法主要有：（1）用亞氯酸鈉（NaClO2）和氯（Cl2）制取，反應如下：Cl2+H2OHOCl+HCl （18-10）根據反應式（18-10），理論上1mol氯和2mol亞氯酸鈉反應可生成2mol二氧化氯。但實際應用時，為了加快反應速度，投氯量往往超過化學計量的理論值，這樣，產品中就往往含有部分自由氯Cl2。作為受污染水的消毒劑，多余的自由氯存在就存在產生THMs之慮，雖然不會像氯消毒那樣嚴重。二氧化氯的制取是在1

37、個內填瓷環的圓柱形發生器中進行。由加氯機出來的氯溶液和用泵抽出的亞氯酸鈉稀溶液共同進入ClO2發生器，經過約1min的反應，便得ClO2水溶液，像加氯一樣直接投入水中。發生器上設置1個透明管，通過觀察，出水若呈黃綠色即表明ClO2生成。反應時應控制混合液的pH值和濃度。（2）用酸與亞氯酸鈉反應制取，反應如下：5NaClO2+4HCl 4ClO2+5NaCl+2H2O （18-11）10NaClO2+5H2SO4 8ClO2+5Na2SO4+4H2O （18-12）在用硫酸制備時，需注意硫酸不能與固態NaClO2接觸，否則會發生爆炸。此外，尚需注意兩種反應物（NaClO2和HCl或H2SO4）的

38、濃度控制，濃度過高，化合時會發生爆炸。這種制取方法不會存在自由氯，故投入水中不存在產生THMs之慮。制取方法也是在1個圓柱形ClO2發生器中進行。先在2個溶液槽中分別配制一定濃度（注意濃度不可過高，一般HCl濃度8.5%，亞氯酸鈉濃度7%）的HCl和NaClO2溶液，分別用泵打入ClO2發生器，經過約20min反應后便形成ClO2溶液。酸用量一般超過化學計量34倍。以上兩種ClO2制取方法各有優缺點。采用強酸與亞氯酸鈉制取ClO2，方法簡便，產品中無自由氯，但NaClO2轉化成ClO2的理論轉化率僅為80%，即5mol的NaClO2產生4mol的ClO2。采用氯與亞氯酸鈉制取ClO2，1mol

39、的NaClO2可產生1mol的ClO2，理論轉化率100%。由于NaClO2價格高，采用氯制取ClO2在經濟上應占有優勢。當然，在選用生產設備時，還應考慮其它各種因素，如設備的性能、價格等。二氧化氯既是消毒劑，又是氧化能力很強的氧化劑。作為消毒劑，據有關專家研究，ClO2對細菌的細胞壁有較強的吸附和穿透能力，從而有效地破壞細菌內含巰基的酶，Bermard也證實，ClO2可快速控制微生物蛋白質的合成，故ClO2對細菌、病毒等有很強的滅活能力。ClO2的最大優點是不會與水中有機物作用生成三鹵甲烷。這正是ClO2在當前水處理中受到重視的主要原因。此外，ClO2消毒還有以下優點：消毒能力比氯強，故在相

40、同條件下，投中量比Cl2少；ClO2余量能在管網中保持很長時間，即衰減速度比Cl2慢；由于ClO2不水解，故消毒效果受水的pH值影響極小。作為氧化劑，ClO2能有效地去除或降低水的色、嗅及鐵、錳、酚等物質。它與酚起氧化反應，不會生成氯酚。不過，采用ClO2消毒或作為氧化劑還存在以下值得注意的問題：ClO2本身和副產物ClO2-對人體血紅細胞有損害，有報導認為，還對人的神經系統及生殖系統有損害。因此，近年來美國EPA規定：水中剩余ClO2和ClO2-等總量不得超過1.0mg/L。目前我國還沒有這方面的規定或限定標準。不過，作為消毒劑，一般ClO2投加2.0mg/L范圍內，不會產生副作用，但作為氧

41、化劑，ClO2投加量變化較大，就應注意水中剩余ClO2和ClO2-的副作用。另外，由于制取ClO2的NaClO2價格很高（約為Cl2的10倍左右），因而限制了ClO2消毒的廣泛應用。不過，歐美等一些國家應用ClO2消毒或作為氧化劑用于給水處理已日益增多。近年來，我國也重視了ClO2在給水處理中的應用。5 氯胺消毒在本章第一節中提到，氯胺消毒作用緩慢，殺菌能力比自由氯弱。但氯胺消毒的優點是：當水中含有有機物和酚時，氯胺消毒不會產生氯臭和氯酚臭，同時大大減少THMs產生的可能；能保持水中余氯較久，適用于供水管網較長的情況。不過，因殺菌力弱，單獨采用氯胺消毒的水廠很少，通常作為輔助消毒劑以抑制管網中

42、細菌再繁殖。人工投中的氨可以是液氯、硫酸氨（NH4）2SO4或氯化銨NH4Cl。水中原有的氨也可利用。硫酸銨或氯化銨應先配成溶液，然后再投中到水中。液氨投加方法與液氯相似，化學反應見反應式（18-4）至式（18-6）。氯和氨的投加量視水質不同而有不同比例。一般采用氯：氨=3：16：1。當以防止氯臭為主要的目的時，氯和氨之比小些；當以殺菌和維持余氯為主要目的時，氯和氨之比應大些。采用氯胺消毒時，一般先加氨，待其與水充分混合后再中氯，這樣可減少氯臭，特別當水占含酚時，這種投加順序可避免產生氯酚惡臭。但當管網較長，主要目的是為了維持余氯較為持久，可先加氯后加氨。有的以地下水為水源的水廠，可采用進廠水

43、加氯消毒，出廠水加氨減臭并和穩定余氯。氧和氨也可同時投加。有資料認為，氯和氨同時投加比先加氨后加氯，可減少有害副產物（如三鹵甲烷、鹵乙酸等）的生成。5 漂白粉消毒漂白粉由氯氣和石灰加工而成，分子式可簡單表示為CaOCl2，有效氯約30%。漂白精分子式為Ca（OCl）2，有效氯約達60%左右。兩者均為白色粉末，有氯的氣味，易受光、熱和潮氣作用而分解使有效氯降低，故必須放在陰涼干燥和通風良好的地方。漂白粉加入水中反應如下：2CaOCl2+2H2O 2HOCl+Ca（OH）2+CaCl2 （18-13）反應后生成HOCl，因此消毒原理與氯氣相同。漂白粉需配成溶液加注，溶解時先調成糊狀物，然后再加水配成1.0%2.0%（以有效氯計）濃度的溶液。當投加在濾后水中時，溶液必須經過約424h澄清，以免雜質帶進清水中；若加入渾水中，則配制后可立即使用。漂白粉消毒一般用于小水廠或臨時性給水。5 次氯酸鈉消毒次氯酸鈉（NaOCl）是用發生器的鈦陽極電解食鹽水而制得，反應如下：NaCl+H2O NaOCl+H2 （18-14）次氯