030109饮用水水质与水处理技术-马军-第2节
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管网的输配是饮用水水质的另一个重要方面。一般来说，在管网这部分需要通过管网的理论计算，管网模拟，供水管网的水质，和供水管网漏失几个方面综合考虑，来强化管网的水质，来提高管网的水质，实现供水系统的优化调度，保障管网的水质。这是饮用水深度处理工艺，实际上饮用水深度处理工艺是将一系列的除污染的关键技术，和现有的常规给水工艺技术，有机地结合，形成了给水深度处理工艺技术。
主要有预氧化；在前一部分投加氧化剂，来强化分解水中的污染物，或者转变水中污染物的形态，使它在后续的工艺中，能够进一步强化去除。中间氧化主要是去除那些微量的难降解的一些污染物，由于在前处理中，将一些大分子的天然有机物，在混凝过程中去除，因此这一部分，主要是微量的有机污染物。所以这样，中间氧化能够提高对微量的有机污染物的去除效率，进一步和活性炭吸附联用，或者和生物过滤联用，强化去除这部分污染物，这部分水进一步经过消毒，然后通过供水管网供给用户。
由于饮用水中的污染物浓度很低，那么化学氧化在饮用水处理中有重要的应用潜力。可应用在饮用水中的氧化剂，主要有氯、二氧化氯，高锰酸钾 过氧化腈，臭氧，高铁酸钾，原子氧和羟基自由基，其中一部分是稳定性的氧化剂。那么有一部分需要通过一定的工艺来现场制备，或者通过一定的工艺来引发比如说像羟基自由基，
我们在前期的研究工作中，围绕着氧化方法开展了十几年时间的研究工作。首先，我们从单一的氧化剂的氧化特性入手来研究氧化剂和水中的污染物的作用规律，在此基础之上形成了一系列复合的氧化剂和复合的这样的氧化工艺，形成了一系列具有自主知识产权的这样的除污染技术。下面；我就将其中一部分的研究结果，向大家做一下简要的介绍。
首先；我想介绍一下臭氧氧化。这个是在国外比较成熟的技术，最开始是用在消毒上，后来逐渐地应用于去除水中的污染物上。臭氧的氧化，实际上有几种方法，一种是紫外激发，一种是高压放电，另一种是电解。在水处理中应用主要是高压放电，它的原理是空气或者是氧气经过一个高压的这样的间隙，在这里进行分解，变成一部分变成3原子的臭氧；具有很强的氧化性。其中一部分，转化成氧，臭氧能够具有比较强的杀菌能力，能够和水中的污染物作用，使水中污染物部分氧化。这个是臭氧的放电管，这个是高压电极，这是臭氧发生器。在这里，空气或者氧转变成臭氧，然后把这个气体通入水中进行消毒，或者是去除水中的污染物。臭氧和水中的污染物作用有两种途径，一种途径是直接氧化，就是臭氧分子和水中的污染物作用。一方面，能氧化水中的一些天然有机物，比如说腐植酸 富里酸等等。另一方面，能够氧化水中的像挥发性的污染物，还有一些无机的污染物，譬如像铁、锰，这种直接氧化，它是有选择性的。也就是说，它能够和水中的有机物不饱和的键作用，这样，形成一些产物。臭氧一部分分解产生羟基自由基，羟基自由基和水中的有机物作用。这个是间接氧化，间接氧化是非选择性的，它能够和很多的污染物作用，最后，氧化成一些产物。
臭氧预氧化在水处理中很早就应用。预氧化的目的是根据水质不同，或者是不同的使用情况，有不同的目的，臭氧预氧化可破坏有机物中的不饱和键，能够将氨氧化成硝酸盐，但是在中性PH值条件下；氧化速度极慢，它能够使有机物的分子量降低，提高有机物的可生化性。但是，臭氧和有机物作用的中间产物在毒理实验中；有一部分是阳性，当进一步提高臭氧投量，致突变活性又会下降，也就是中间产物可能具有一部分致突变活性。臭氧在较低投量下，较高的硬度下，有助于助凝，所以能提高混凝效果。臭氧预氧化能提高水中溶解性有机物DOC的浓度，而且在实验中发现臭氧预氧化会使水中；滤后水中的铝或者铁的总浓度升高。这个主要是由于臭氧预氧化使水中的有机物氧化成有机酸，一部分有机酸它和铝络合；这样使它的溶解度增高。臭氧能够灭活水中的浮游生物，比如说细菌 病毒、孢子等等一些致病微生物。臭氧预氧化能够进一步提高常规给水处理的除藻效果，而且可以去除水中的嗅味，但是对于含饱和键的嗅味去除作用有限。因此，臭氧预氧化是根据使用需要；根据不同的目的来应用。臭氧预氧化还能够破坏水中的三氯甲烷的前质；这个主要是臭氧的直接作用。比如说在水中重碳酸盐浓度含量比较高的时候，这个效果比较好，因为在这种条件下，臭氧主要以分子形式和水中的三氯甲烷的前酯进行作用。但是臭氧在氧化过程中，能够将溴离子氧化成溴酸根和次溴酸根。所以现在，在一些发达国家像欧美等国家，已经开始对溴酸盐进行限定。
由于臭氧它的成本比较高，需要基建投资、设备投资。尽管它具有比较强的氧化性，但是很难在大规模的水厂中推广应用。所以我们国家在这方面进行了20多年时间的研究工作。但是，在水厂应用还是比较有限，但基于我国水源污染的面比较广，需要研究经济有效能够在水厂中应用的一些除污染技术，这样的话我们就提出了高锰酸盐预氧化除污染技术。这个提出基于两点考虑，第一点就是国外现有的处理设备，它比较昂贵，这个比如说臭氧或者臭氧活性炭联用。第二个就是现有的一些强化常规处理，或者是粉末活性炭这样的一个除污染方法，它的处理效果不理想。由于这两个原因，所以目前，我国绝大部分水厂，仍然还沿用常规的给水处理工艺。
高锰酸钾以前主要是用于消毒、除铁、除锰、除嗅味，或者水中有机物的监测上，对于水中微量的污染物这方面的工作进行得有限。而且，主要呢前人的工作是在人工制备的有机物纯水溶液中进行实验，在这个条件下，经过实验一方面只有在酸性条件下认为有比较高的氧化效率，在通常给水处理工艺条件下，就是中性PH值条件下，它的氧化还原电位相对说比较低。所以，认为高锰酸钾一直没有被作为主要的氧化剂用于去除水中的无机污染物。我们在前期的研究工作中，发现一些现象，这些现象，就是在一定的还原性成分存在下，它除污染效率反而提高。进一步研究我们发现，一些中间态的一些成分，一些新生态的一些氧化物，能够强化去除水中的污染物，那么这样我们利用中间态的污染物来强化去除水中的利用中间态的成分来强化去除水中的污染物。这样就可以在通常的给水处理条件下，比如说中性PH值条件取得较高的除污染效果。这种方法它具有投资小，多功能，因为它是氧化和吸附组合，所以对于水中多种污染物具有明显的去除效果，已经在我们国家很多的水厂应用。
我们把高锰酸钾复合剂预氧化与臭氧预氧化进行了经济对比分析。这面是对于一个5万吨的，每日5万吨的水厂，采用臭氧预氧化，投资需要几百万元，运行费用大概4到6分钱每吨水，这个相对管理也比较复杂。另一个在30万吨水厂；利用高锰酸钾复合剂预氧化技术，它的投资仅仅几十万元，主要就是增加它的溶解和投加设备，运行费是比较低的，1到2分钱每吨水，这个管理方便，运行比较稳定。因此，从经济上应该是比较明显的。高锰酸盐复合剂预氧化技术已经在我国的几十个水厂水站推广应用，所以经济有效地提高了饮用水水质。
我们在研究高锰酸盐复合剂的同时，我们又研究了另一种无机的氧化剂，就是高铁酸盐。由于高铁酸盐具有很强的氧化性，它的氧化还原电位高达2。20，这样，在受污染水的处理中有比较大的应用潜力，这样我们就研究了一些方法，来制备高铁酸盐；使它能够规模化生产。所以这样我们系统研究了它的一些特性，由于高铁酸盐具有氧化、吸附和絮凝多种作用。因此，它具有多功能的这样的除污染效果。这个我们从实验发现它具有除有机物，强化去除水中藻类，强化助凝控制剩余铝以及去除水中重金属等多种功能。
我想进一步介绍另一个技术，就是改性滤料的一个除污染技术。这个技术是在前期的研究工作基础上提出的一种除污染方法，它主要是利用滤料来强化对污染物的吸附。研究这样的技术，主要的考虑是利用现有的常规给水处理工艺流程，因为可以不改变现有处理工艺流程，不增加大的基建的投资，或者设备投资，所以它投资很小。这种方法既适合于现有水厂的改造，也适合于新水厂的建设。这是现行的石英砂的滤料，这个我们是通过一定的改性，使它表面具有比较高的吸附性能，对水中的多种污染物具有强化去除作用。
最后我想对饮用水除污染技术做一下展望，由于我国饮用水源受污染率是比较高的，而且由于污水处理率比较低。因此在较长的时期内，强化生活污染水的处理将会是给水处理的主要问题，随着非点源污染日益突出，非点源污染可能是将成为主要的污染源。所以，在加强对水资源保护的同时，要增加受污染水处理的研究力度，提高饮用水水质，需要采用多级屏障的这个思想，在强化混凝沉淀过滤消毒的同时，利用化学生物吸附等过程强化水质净化，从全过程控制水质，好谢谢。
马老师你好，我想向您请教一下我们都知道煮沸过程会去除水中部分的三氯甲烷，那您认为煮沸过程会对水质产生什么样的影响呢？
煮沸过程对水质的影响应该是多方面的，最关键呢煮沸过程能够灭活水中的一些致病微生物，由于二次污染会造成一些细菌的再度繁殖，煮沸过程应该是灭活水中致病微生物的一个最关键的屏障。煮沸过程，能够有效去除或者说能够去除相当一部分三氯甲烷，挥发性的。所以曾经利用煮沸这个过程来强化去除三氯甲烷，但是随着人们研究的深入，发现煮沸过程一方面能够去除水中的三氯甲烷，另一方面呢，它会使水中一些其他的成分升高，比如说含有一定余度的水在有机物存在下，煮沸过程能够使水的致突变活性增加。所以目前已经有人在进行这方面的研究，所以煮沸过程能够去除挥发性的这部分成分。但同时，也能够使一些难挥发性的卤代有机物增加。实际上煮沸的过程对水中的其它的微量污染物它是不能去除的，因为煮沸的过程主要还是对细菌和病毒等致病微生物的灭活过程对水中的污染物应该是通过良好的处理方法，在处理过程中从水中去除。
提问： 马老师您好，刚才在您的讲述中我们知道您现在正致力于高价态的铁锰复合药剂的研究。我想请问您一下，在使用这种高价态的复合铁锰药剂的过程中，是否会使水中的铁锰的浓度升高？谢谢您。
答： 铁锰氧化剂它是高价态的，加入到水中之后它会变成二氧化锰，或者是氧化铁，它实际上变成了不溶物或者是胶体的成分。胶体的成分在混凝、沉淀、过滤这样的常规处理工艺过程中，能够被有效地去除。此外，水中就是原水可能也会含有一部分铁锰的成分。这些成分有些是游离态的，有些是络合态的。和这样一些高价态氧化剂作用，能够把水中的铁锰也转化成四价态的不溶性的胶体成分，这样的话在生产实践中铁锰的浓度不但不高，而且原水中铁锰浓度会进一步降低。所以在生产应用中，我们发现应用高价态铁锰复合剂，不但使它的有机物浓度或者其他的藻类物降低，而且铁锰的浓度也明显降低，明显低于不加这样药剂的现行的常规处理工艺。
提问： 我想请问马老师这样一个问题，就是说您所研究的臭氧催化氧化除污染技术，与其他的高级氧化技术相比有什么样的特点？谢谢马老师。
答： 高级氧化技术是强化分解水中高稳定性有机污染物，例如农药和卤代有机物这样一种有效的方法。最近，在高级氧化这个方法方面，开展了大量的研究工作。但是，能够在生产中应用，这样的高级氧化方法还是比较少。比如说像以紫外为主的一些方法，还有一些研究各种光催化氧化方法，在生产中应用，特别是在大规模生产中应用，还有相当的难度。我们在前期的研究工作中，研究了发现一些新的现象，就是在一定条件下，能够产生羟基自由基。这种方法它的主要特点就是催化剂相对来说比较廉价，可以在大型的水厂中使用，所以这样我们在催化氧化方法方面，我们已经进行了�
