微污染水源净水技术及工程实例

水是生命之源，没有水就没有生命，人类的生存和社会的发展都离不开水。随着社会的发展和人口的增加，用水量和排水量都不断上升，缺水和水源污染成为当今社会的严重问题。缺水问题表现在地球上的淡水资源只占总储量的25%, 可利用的淡水只占地球总储量的026%。根据国际资源管理学会的研究，到2025年全球将有1/4的人口严重缺水。我国是联合国列出的世界上最缺水的13个国家之一，全国600多座城市中有一半缺水，100多座城市严重缺水。
水源也在遭受着愈来愈严重的污染。全国的7大水系中，不适合作饮用水源的河段为40%左右，尤其在人口密集、工业较发达的地区更加严重。例如上海地处长江下游，临近大海，黄浦江﹑苏州河从城中流过，地表水非常丰富，但完全符合饮用水源标准的河段极少。
水源污染主要来自排入的工业废水和生活污水，使原水的有机物﹑氨氮﹑铁﹑锰﹑洗涤剂﹑农药等含量升高。近年来由于检测技术和仪器的发展，水质监测的项目越来越多，发现了新的对人体有害的物质，如内分泌干扰物等。对我国部分河流的基因突变试验(Ames试验)表明，从上游到下游沿途的污染已经使河水的致突变性由阴性转变为阳性或强阳性。水源的微污染化给传统自来水厂带来严重的挑战。
传统自来水厂通常采用絮凝沉淀过滤消毒处理工艺。对于微污染水源，传统工艺处理主要存在以下问题：（1）自来水的感官性指标差，主要表现在色度高，嗅味差；（2）有机物指标的去除率低，例如TOC、COD一般仅为20%～40%；（3）由于生产过程采用氯消毒，容易形成不利于人体健康的氯消毒副产物；（4）致突变性不但不会减弱，有时还会增强；（5）对内分泌干扰物质的去除率不高；（6）管网水的稳定性差，管网水质易产生变化。
近年来，我们结合“九五”国家重点科技攻关项目以及上海市科技攻关项目对传统处理工艺技术的改进进行了大量的研究和实践工作。这些工作主要包括：（1）强化常规水处理工艺；（2）采用其他氧化剂及消毒剂替代氯消毒；（3）生物预处理工艺；（4）活性炭吸附；（5）臭氧生物活性炭深度处理；（6）膜处理技术；（7）排泥水处置。
本书在已有的基本理论以及大量的国内外文献基础之上，结合自己的研究成果与工程实践，由上海交通大学和上海市水务局合作编撰而成。本书共分12章, 由周云、何义亮编写第1、2、11、12章；周云、张三林编写第3、6、9、10章；何义亮、张小丽编写第4、5、7、8章。全书由周云、何义亮统稿，岳舜琳主审。
限于水平和时间，错误在所难免，敬请读者批评指正。

周云何义亮
2003年3月于上海

本书在总结了传统给水处理理论和工艺的基础上，针对微污染水源，重点介绍了加强常规处理工艺、生物处理技术、活性炭处理技术、臭氧生物活性炭技术、膜处理技术及水厂排泥水处理和污染处理问题。最后从现代企业管理的角度出发，探讨了制水企业，特别是我国制水企业的经营管理模式。在叙述的同时相应介绍了一些工程实例。

第1章给水处理技术的发展1
11我国给水事业的发展1
111中国古代的给水工程1
112近代及现代的给水工程1
12国外给水事业的发展3
121欧美3
122日本4
13给水处理面临的主要问题6
131水源水质污染6
132水质目标的提高7
133氯的消毒副产物7
134微生物指标7
135内分泌干扰物质9
136水厂的排泥水处理10
14给水技术发展的趋势10
141强化常规处理10
142改善氧化和消毒10
143采用生物预处理工艺11
144推广臭氧活性炭深度处理工艺11
145排泥水处理和污泥处置的普及11
146膜处理技术的研究11
147关于净水技术发展趋势的几点讨论11
参考文献14
第2章水质卫生标准16
21饮用水水质与人体健康16
211常量元素对健康的影响16
212微量元素的生理功能16
213水中有害无机物质17
214水中的有机污染物18
215水中的微生物对健康的影响19
216水中放射性对健康的影响19
217饮用水的健康评判尺度19
22水质标准20
221饮用水国际标准概况20
222美国饮用水水质标准21
223我国生活饮用水水质卫生标准及水质目标25
参考文献29
第3章絮凝理论和絮凝剂30
31絮凝理论30
311DLVO理论30
312压缩双电层作用32
313吸附电荷中和作用32
314卷扫作用33
315吸附架桥作用33
32絮凝剂发展状况34
321无机絮凝剂34
322有机高分子絮凝剂35
323复合絮凝剂35
324微生物絮凝剂36
33铝盐系絮凝剂36
331硫酸铝和明矾36
332氯化铝和聚合氯化铝37
333聚合硫酸铝38
334高分子无机复合铝盐39
335无机有机高分子的复配使用42
336铝盐系絮凝剂的优缺点42
34铁盐系絮凝剂43
341三氯化铁43
342硫酸亚铁43
343聚亚铁43
344聚铁43
345聚合铝铁44
35复合型无机高分子絮凝剂44
351单一型无机高分子絮凝剂的改性产品44
352聚硅酸金属盐类絮凝剂45
36有机高分子絮凝剂46
361合成有机高分子絮凝剂46
362天然有机高分子絮凝剂47
37微生物絮凝剂48
371微生物絮凝剂的研究进展48
372微生物絮凝剂的结构性质与分类50
373微生物絮凝剂的絮凝机理及其影响因素50
374微生物絮凝剂的发展趋势51
38活化硅胶助凝剂52
381活化硅胶的制备52
382生产性应用52
参考文献53
第4章氧化和消毒55
41氯55
411氯消毒原理56
412加氯量57
413氯的消毒副产物57
42氯胺59
43次氯酸钠60
44二氧化氯60
441二氧化氯氧化消毒机理61
442二氧化氯的优点61
443二氧化氯的生产62
444二氧化氯的消毒副产物65
45臭氧65
451臭氧的性质65
452臭氧的生成66
453臭氧氧化消毒67
454臭氧消毒的副产物68
455臭氧浓度及测定方法69
456水厂中臭氧浓度的监控71
46小结73
参考文献73
第5章加强常规处理工艺75
51加强混凝75
511混凝动力学75
512影响混凝效果的主要因素77
513混合方式78
514絮凝设备79
52沉淀82
521平流沉淀池83
522斜管（板）沉淀池84
523澄清池84
53提高混凝沉淀效果86
531提高混凝效果86
532强化沉淀工艺去除水中有机污染物88
54强化过滤89
541过滤水力学89
542滤料91
543滤池冲洗92
544滤池形式93
545滤池研究状况96
参考文献97
第6章生物处理技术99
61生物膜法99
611生物膜净化水质机理99
612生物膜的组成102
613处理效果及影响因素103
614生物处理设备的运行特性103
62生物接触氧化法103
621生物接触氧化法的发展过程103
622生物接触氧化处理的动力学过程和机理104
623去除污染物效果分析106
624生物填料108
625完全混合式生物接触氧化池110
626生物接触氧化工艺的局限性及其解决途径111
63生物塔滤112
631工作原理112
632技术特点112
633处理实例113
64生物滤池114
641生物陶粒预处理技术114
642生物沸石预处理技术116
643曝气生物滤池117
65生物转盘121
651生物转盘上的生物膜特点121
652生物转盘设备构成121
66生物流化床123
661主要参数123
662连续运行的处理效果124
67生物活性炭预处理技术124
671BAC工艺的净水原理125
672BAC工艺的优点及局限性126
673应用现状及前景127
参考文献127
第7章活性炭处理技术128
71活性炭简介128
711活性炭的种类128
712活性炭的吸附特性129
713活性炭吸附的影响因素131
72吸附能力的评价132
721吸附平衡试验132
722吸附速度试验135
73活性炭在饮用水处理中的应用137
731活性炭的选定137
732活性炭处理流程137
733粉末活性炭的应用138
734粒状炭的应用139
735活性炭再生140
74活性炭应用试验140
741粉末活性炭应用试验140
742颗粒活性炭模型试验141
743空气活性炭处理模型试验143
参考文献146
第8章臭氧生物活性炭技术147
81臭氧生物活性炭技术的发展概况147
811国外概况147
812国内概况147
82臭氧生物活性炭工艺148
821工艺特征148
822净水原理148
823生物活性炭的生物活动149
83臭氧生物活性炭技术的应用151
831臭氧生物活性炭净水工艺流程的选择151
832设计参数的确定152
833国外的应用实例152
84周家渡水厂生产性试验研究153
841周家渡水厂深度处理工程概况153
842周家渡水厂臭氧系统流程和主要特点154
843生物活性炭处理工艺162
844周家渡水厂各工艺单元生物作用163
参考文献165
第9章膜处理技术166
91膜处理技术的发展过程和研究方向166
911膜处理技术的发展过程166
912膜处理技术的研究方向167
92膜处理技术的基本性能及应用特点169
921基本性能169
922应用特点171
93工艺设计和膜组件选择174
931工艺选择174
932纳滤与反渗透系统的设计与运行174
933膜处理工艺的设计176
934膜材料及组件177
94复合纳滤膜及其应用180
941复合钠滤膜及其性能181
942纳滤膜的应用183
943纳滤膜在国外水厂的应用实例185
95黄浦江原水的超滤膜分离试验185
951试验背景185
952试验成果和讨论186
953小结189
96总结190
参考文献190
第10章水厂排泥水处理和污泥处置192
101水厂污泥量的计算192
1011排泥水总量确定192
1012干污泥产量确定193
102排泥水的处理工艺196
1021调节池196
1022浓缩池196
1023污泥预处理196
1024脱水197
103污泥浓缩198
1031污泥浓缩池的设计参数199
1032排泥水污泥浓缩池固体通量计算200
1033污泥浓缩池运行试验201
104板框压滤202
1041压滤机工作原理202
1042板框压滤机203
1043带式压滤机205
105离心机脱水206
1051离心机的工作原理206
1052影响污泥离心脱水效果的因素207
106工程设计实例207
1061临江水厂污泥处理工程实例207
1062闵行一水厂污泥处理工程实例208
107污泥的处置209
1071水厂脱水污泥的性质209
1072水厂污泥代替部分水泥原料煅烧水泥熟料的探索研究213
1073给水厂污泥替代黏土烧结普通砖的研究216
1074给水厂污泥烧结陶粒研究217
参考文献219
第11章水厂设计实例220
111周家渡水厂深度处理设计220
1111概述220
1112工程设计221
1113附图230
112临江水厂排泥水处理工程初步设计230
1121概述230
1122工程规模231
1123污泥处理工程设计234
1124附图238
第12章现代水厂经营管理240
121自来水的商品特征240
1211商品的定义240
1212自来水的商品特性240
1213国外自来水商品性定义242
1214国内对于自来水商品性的理解243
122制水企业经营管理模式243
1221企业经营管理思想243
1222国外制水企业的经营管理模式243
1223城市供水价格定位248
122４部分城市水价比较249
123企业管理的现代化特点250
1231水源水质标准与水源保护250
1232水质保障现代化技术与工艺251
1233人力资源管理模式254
1234经济结构和财务管理255
124制水企业本土管理模式256
1241我国制水企业经营管理模式发展256
1242上海市临江水厂257
1243深圳市净水工艺的发展规划260
附录262