1、饮用水深度处理技术发展趋势饮用水深度处理技术发展趋势清华大学环境学院清华大学环境学院王占生王占生 刘文君刘文君 董丽华董丽华主要内容主要内容n中国环境保护现状中国环境保护现状n我国的水源水质情况我国的水源水质情况n我国自来水厂现有工艺的欠缺我国自来水厂现有工艺的欠缺n水厂工艺改造的技术水厂工艺改造的技术n深度处理的发展趋势深度处理的发展趋势 中国环境保护现状中国环境保护现状n政府一贯重视n经济发展很快，污染程度严重n环保工作滞后 城镇污水处理一级A排放水质标准 CODcr50mg/L 地表水环境质量标准V水体 CODcr40mg/L 农村面污染：养殖业、化肥、农药 突发污染事故频发期n水体污染
2、严重n松花江水体污染松花江水体污染n无锡太湖水体污染无锡太湖水体污染 水环境生态修复必须付出代价水环境生态修复必须付出代价n日本 琵琶湖 用了25年 耗费1000亿元（人民币）（1/5太湖水体）n英国 泰晤士河 用了50年 耗费3000亿元（人民币）n欧洲 莱茵河 用了50-70年 耗费10000亿元（人民币）（沿河各国）n中国 淮河、黄河、海河n发展污染 是一对矛盾，发展快，污染大n我国还要发展，还会污染，环保形势严峻n大的水体生态修复没有30-50年是不会生效的 我国水源水质情况我国水源水质情况n工业污染：基本治理，但排放水质标准低，尚待提高n农业污染：量大面广，处理难度大，有待时日n城市
3、生活污染：污水处理厂发展很快，但管道不配套。2012年6月止，全国市县城镇污水厂3243座，日处理能力达1.39亿立方米（全世界发展最快的国家）n1、无机离子污染无机离子污染 汞水俣病 镉痛痛病 重金属离子污染土壤，通过食物链危害人类 加强厂内处理，就可缓解2、有机物污染有机物污染 合成有机物既造福人类，也祸害人类合成有机物既造福人类，也祸害人类 ！持久性有机污染物（POPS)长久存在于环境中，通过食物链，危害人类。内分泌干扰物（EDCs)类似于激素与生物体本身的激素争夺受体，影 响内分泌系统，长期作用导致野生动物减少甚至灭绝。2、有机物污染有机物污染 药品与个人护理用品（PPCPs)可溶于水
4、，但很难被降解和转化。对水生生物产生生 物毒性。地表水、地下水体都检出 污水处理厂排水与饮用水中皆有检出 传统工艺风险大，深度处理工艺基本清除3 3、微生物污染、微生物污染v 新的细菌、病毒的产生，在恶化的环境下会变异。v 微生物污染仍然是第一位要控制的。我国自来水厂现有工艺的欠缺我国自来水厂现有工艺的欠缺n我国现有的自来水厂95%以上仍然采用的是常规工艺（百年老店）：混凝沉淀过滤消毒老三套，主要是应对浊度、细菌、病毒的（可以去除悬浮物与胶体）。n对于百年后的水源中出现的溶解性小分子有机污染物、大量的氨氮、臭味物质就无能为力了。n常规工艺只能去除30%左右的CODMn。给水深度处理传统工艺的不
5、足n砂子砂子为滤料的过滤技术，可以保证去除5m的颗粒，但不能保证去除溶解性有机污染物 在水处理中在水处理中“混凝混凝沉淀沉淀过滤过滤”约可去除约可去除CODMn20-30%。给水深度处理传统工艺的不足超滤超滤：可截留分子量分子量10万以上的颗粒万以上的颗粒，可去除藻类藻类（1m）、细菌细菌、病毒病毒（0.011m），保证出厂水的微生物安全。在截留大分子有机污染物的同时，也能去除少部分小分子有机污染物。n在水处理中，在水处理中，超滤可去除超滤可去除10%CODMn，但理论上截留不了小于但理论上截留不了小于1万分子量（相当万分子量（相当粒径粒径5nm）的有机物）的有机物。水中污染物的分子量与分子尺
6、寸给水水源中的主要污染物n当前我国环境污染形势已经严重影响给水水源，主要污染物是溶解性有机污染物（杀虫剂、除草剂、塑化剂、药与个人防护用品等）。n根据陶氏公司的资料与蒋仁甫研究员的整理，水中污染物的分子量大都在10000Da以下，尺寸小于小于50，即5nm，要去除这些有机污染物，就要具有去除小于具有去除小于5nm的技术的技术。我国地表水源中有机污染物分子量分析 我国地表水水源中形成我国地表水水源中形成TOC（总有机碳）的污染（总有机碳）的污染物物分子量大都在分子量大都在5000以下！以下！给水深度处理传统工艺的不足n综合以上图表，针对当前水源水中主要污染物溶解性有机污染物（尺寸在5nm），传统
7、工艺传统工艺是无能为力无能为力的；n去除有机污染物的主要技术是是氧化、吸氧化、吸附、膜滤（纳滤与反渗透）附、膜滤（纳滤与反渗透）技术。水厂工艺改造的技术水厂工艺改造的技术n在水源水质不断恶化的条件下，要使自来水达到新的水质标准要求，必须将常规工将常规工艺改造成深度处理工艺艺改造成深度处理工艺，增加去除溶解性有机污染、臭味与氨氮的能力：n水厂工艺的改造首先应是强化常规处理强化常规处理，不用增加构筑物；n在强化常规处理还不能达到要求时，可增设其他深度处理深度处理技术。深度处理技术分为以下几类n投加氧化剂n活性炭吸附n生物预处理n臭氧-生物炭n膜技术投加氧化剂n加氯或投加高锰酸钾、臭氧、过氧化氢、二
8、氧化氯等氧化剂取代氯，使氯的消毒副产物减少，可以改善水的混凝条件，将粘附在胶体表面的有机物氧化，使胶体容易凝聚下沉。活性炭吸附n以往采用的活性炭以微孔占绝大多数，属于气相炭，而水处理用炭要吸附水中一定分子量的有机污染物，就要求炭的次微孔发达，平均孔径1.2nm3.2nm。n原有的活性炭炭源只选择一种煤，因此它的孔径分布就有一定的局限性。应选择不同孔径的煤作炭源，混合、磨粉、压块成型、进炉炭化、活化，然后再破碎筛分，此类炭称为压块破碎炭，它具有合理的孔径（大孔、中孔、微孔）分布，将能高效地吸附水中污染物。活性炭吸附n按蒋仁甫研究员研究结果，建议最能有效去污染物的活性炭孔径（活性炭孔径（D）与污染
9、物）与污染物粒径（粒径（d）之比）之比 D/d=36，n以去除5nm的污染物的 6 倍计，则炭孔炭孔径需径需30nm为宜为宜。活性炭孔隙功能图n从图可见，活性炭的从图可见，活性炭的中孔（中孔（2nm-50nm）最适最适宜吸附有机污染物。宜吸附有机污染物。活性炭吸附n我们实验结果活性炭对我们实验结果活性炭对分子量分子量10003000的污染物去除效果最好。的污染物去除效果最好。n活性炭吸附活性炭吸附可作为去除有机污染物去除有机污染物的把把关技术。关技术。生物预处理n如原水中氨氮高，则采用生物预处理去除。n水中氨氮可在混凝沉淀过程中去除20%左右，在砂滤池中去除3050%（不预加氯时），在生物炭池
10、中去除3050%，最后加氯过程还可部分去除。n一般情况下，如有臭氧生物炭技术，即使氨氮23mg/L时，也可不设生物预处理。臭氧-生物炭n臭氧的作用臭氧的作用n投加臭氧的问题投加臭氧的问题n生物炭的作用生物炭的作用n生物炭的问题生物炭的问题n臭氧臭氧-生物炭存在问题的解决方法生物炭存在问题的解决方法臭氧的作用臭氧的作用n能将较大分子有机物降解到较小分子较大分子有机物降解到较小分子，更易被后续活性炭吸附，还可将小分子有机物直接降解至H2O与CO2；n可使难生物降解有机物（难生物降解有机物（NBDOC）转化为易）转化为易生物降解有机物（生物降解有机物（BDOC），），便于活性炭上生物膜进一步降解；n
11、可充氧，使炭池水中溶解氧（溶解氧（DO）达过饱和）达过饱和状态（达12mg/L），给炭表面微生物创造良好的生长环境，充分发挥生物降解作用；n宏观上，可以加强脱色脱色、脱臭脱臭、杀菌杀菌等作用。投加臭氧的问题投加臭氧的问题n产生某些有毒有害副产物，如溴酸盐、甲醛；n氧化有机氮成无机氮，氨氮会增高；n氧化后小分子有机物增加，使生物可同化有机碳（AOC）增加。如臭氧单独使用，则会增加管网水生物不稳定性。生物炭的作用生物炭的作用n活性炭活性炭不仅具有物理吸附功能，由于臭氧的作用，炭表面的微生物生长迅速，形成生物膜生物膜对易生物降解的有机物起生物降解作用，因此，称为生物炭生物炭。n物理吸附物理吸附与生物
12、降解生物降解两种作用的相加，可以延长活性延长活性炭的工作周期，减少再生次数，降低运转费用炭的工作周期，减少再生次数，降低运转费用。n实践证明 臭氧臭氧生物炭生物炭中的活性炭可运转可运转34年，长期去除CODMn2025%；生物炭的问题生物炭的问题n由于活性炭吸附污染物的容量有限制吸附污染物的容量有限制，去除有机污染物效果会随着使用时间的增长而下降，到一定时限，需及时再生；n活性炭如单独使用，其工作周期约0.5年1年，就需再生，再生活性炭的费用约是新活性炭的1/3。n由于炭粒径较大，且有微生物膜微生物膜生长在炭表面，炭池出水中携带微生物。n炭上的微生物因冬季水温低冬季水温低而生物作用下降，去除有
13、机物效率会有所降低。臭氧臭氧-生物炭存在问题的解决方法生物炭存在问题的解决方法n溴酸盐的控制溴酸盐的控制：原水中Br-浓度过高（100g/L）时投加臭氧会引起出水中消毒副产物溴酸盐（BrO3-）超标（10g/L）。控制BrO3-的产生有多种方法，如：n减少臭氧投加量；n调低pH；n投加氨氮、FeSO4、投碱、投加H2O2等。臭氧臭氧-生物炭存在问题的解决方法生物炭存在问题的解决方法n微生物泄漏的控制微生物泄漏的控制 可采用如下办法：n 滤池、炭池加盖，防止摇蚊下卵，防止日光照射、水蚤生长。n将滤池置于炭池后，炭池出水可加助滤剂、消毒剂，滤池滤料采用细滤料（d=0.51.2mm）截留微生物。n适
14、当增加炭池反冲洗次数。n生物炭池出水处设不锈钢网（200目）截留微生物。n如有一定泄漏，也可改成紫外线紫外线与氯联用消毒，紫外线能有效杀灭两虫与细菌、病毒，氯可维持管网的消毒剂余量。膜技术n微滤（孔径约0.1m）和超滤（孔径约0.01m，可截留分子量5万100万）在给水厂可取代砂滤。n超滤可去除细菌、病毒等颗粒污染物，但对溶解性小分子有机污染物和臭味物质不能去除，可去除CODMn约10%（主要去除1万以上万以上分子量）。膜技术n超滤的优点超滤的优点n浊度可降至0.1NTU（低温低浊水适宜），可去除两虫、细菌和病毒，保证管网水的生物安全性；n不加任何化学药剂，纯物理作用；n只需维持管网水的沿途消
15、毒，消毒剂量可降低。膜技术n纳滤纳滤可去除大于300分子量、反渗透反渗透可去除大于200分子量的有机物，所以基本上有机物的污染都能去除。n但，纳滤、反渗透膜价贵膜价贵、使用年限短使用年限短（约3年）、运转要求高、使用压力高、浓缩水处置难等原因，暂时尚不适用。深度处理的发展趋势深度处理的发展趋势n地表水深度处理发展趋势n地下水深度处理发展趋势地表水深度处理发展趋势n从我国目前经济发展状况分析，针对水源受有机污染物的危害，应采用：n活性炭作为把关技术；n臭氧-生物炭可作为主导推广技术，必要时，可设紫外消毒。n当经济发展到一定条件时，可将砂滤改成超滤，或在臭氧-生物炭后增设超滤以保管网水生物安全。地
16、表水深度处理发展趋势n如果原水氨氮高，有机污染高氨氮高，有机污染高，可考虑采用嘉兴贯泾港二期的工艺：原水混凝沉淀生物滤池生物滤池臭氧臭氧-生物炭生物炭砂滤消毒出水 该工艺中去除氨氮采用生物预处理，但置于沉淀池后，这样可以充分发挥沉淀池的作用，不致“越俎代庖”，只需去除有机物与氨氮；砂滤放在最后，可以截留生物炭池泄露的微生物。地表水深度处理发展趋势n具有经济条件的城市，则可考虑北京郭公庄水厂北京郭公庄水厂的工艺 原水原水混凝沉淀混凝沉淀臭氧臭氧-生物炭生物炭超滤超滤紫外紫外出水出水n其中，臭氧臭氧-生物炭生物炭：投资约350元/m3/d，运行费用小于0.2元/m3；超滤超滤：投资约350元/m3
17、/d，运行费用小于0.15元/m3；紫外紫外：投资约30元/m3/d，运行费用约0.03元/m3。地表水深度处理发展趋势n国外深度处理发展情况：国外深度处理发展情况：n高级氧化荷兰阿姆斯特丹PWN水厂工艺n膜滤（纳滤）法国Mery-sur-ise水厂高级氧化荷兰阿姆斯特丹PWN水厂工艺n工艺流程：湖水湖水混凝混凝上向流过滤上向流过滤UV/HUV/H2 2O O2 2活性炭滤活性炭滤池池活性炭滤池活性炭滤池出水出水nUV：0.9KWH/m3，H2O2投加量：4mg/L。n采用了“高级氧化-活性炭吸附”，使农药去除率大于80%；n减少消毒副产物，整个系统运行良好，全面提高了水质。膜滤（纳滤）法国M
18、ery-sur-ise水厂法国Mery-sur-ise水厂n由于杀虫剂浓度较高，臭氧-生物炭还不能完全去除，所以采用纳滤纳滤去除。n出水水质：Actiflo沉淀出口浊度为1.1NTU；滤池出口浊度为0.05NTU。纳滤后TOC平均含量为0.18mg/L，杀虫剂低于分析仪器的下限50ng/L，钙离子的平均含量40mg/L。n工艺去除95%有机物，100%硫酸盐，95%杀虫剂，50%矿物质。n投资1100欧元/(m3/d)10000元/(m3/d)，处理成本1.07欧元/m310元/m3。地下水深度处理发展趋势n我国地下水普遍受到化肥、农药污染与工业废水污染，致使耗氧量增加、溶解性总固体升高（硬度
19、、硝酸盐增高）。一些地区水中含砷、含氟较高。砷、氟、含盐量都较难去除。这些县城大都在经济欠发达地区。n一般情况下要用离子交换、电渗析、纳滤或反渗透等高投资技术。各地可根据当地水质情况、经济条件，选择价格适宜价格适宜的可靠可靠技术。n可以采取不同的膜法。有的含盐量超标不高的地区，可以处理部分原水，然后与其他部分勾兑勾兑，使之达到标准限值以下（处理1m3/d水约需1000元投资，每m3水成本约1.0元）。本PPT为可编辑版本，您看到以下内容请删除后使用，谢谢您的理解【解析】【解答】（1）氯化钠是由钠离子和氯离子构成的；金刚石是由碳原子构成的；干冰是由二氧化碳分子构成的；（2）质子数为11的是钠元素
20、，钠元素原子的最外层电子数1，在化学反应中容易失去一个电子形成阳离子；（3）化学变化是生成新分子的变化，其实质是分子分解成原子，原子重新组合形成新的分子，故该反应中没有变的是碳原子和氧原子。故答案为：氯化钠；失去；D。【分析】物质有微粒构成，构成物质的微粒有原子、分子、离子是那种，金属、稀有气体由原子构成；常见气体由分子构成；碱和盐由离子构成。在化学变化中，原子种类、质量、数目保持不变。26.用微粒的观点解释下列现象：（1）今年我国要求“公共场所全面禁烟”非吸烟者往往因别人吸烟而造成被动吸烟。（2）夏天钢轨间的缝隙变小。【答案】（1）分子是在不断的运动的.（2）夏天温度高，铁原子间的间隔变小.
21、【考点】物质的微粒性 【解析】【解答】（1）吸烟生成烟雾，烟雾分子因为运动，扩散到空气中，使非吸烟者被动吸入烟雾分子，造成被动吸烟；（2）钢轨由铁原子构成.每两根钢轨间都有一定的间隙，夏天由于气温高，使得钢轨中铁原子的间隔变大，表现为钢轨的体积膨胀，则钢轨间的间隙变小.故答案为：（1）分子是在不断运动的；（2）夏天高温，铁原子间的间隔变小.【分析】微粒观点的主要内容：物质是由分子（或原子构成），分子间有间隔，分子处于永停息的运动状态中.（1）烟雾分子属气体分子，在空气中扩散较快，使非吸烟者被动吸烟；（2）铁原子间有一定的间隔，温度升高，则铁原子间间隔变大，反之则变小，夏天高温状态下，铁原子间间
22、隔变大，使得钢轨体积膨胀，则钢轨间的缝隙变小.【考点】物质的微粒性 【解析】【解答】（1）铁属于金属单质，是由铁原子直接构成；氯化钠是由钠离子和氯离子构成的；二氧化碳是由二氧化碳分子构成的（2）当质子数=核外电子数，为原子，a=2+8=10，该粒子是原子原子序数=质子数=10当a=8时，质子数=8，核外电子数=10，质子数核外电子数，为阴离子。故答案为：原子；离子；分子；10；10；阴离子。【分析】物质有微粒构成，构成物质的微粒有原子、分子、离子是那种，金属、稀有气体由原子构成；常见气体由分子构成；碱和盐由离子构成。当核电荷数等于核外电子数，表示原子，小于时表示阴离子，大于时表示阳离子。25.
23、初中化学学习中，我们初步认识了物质的微观结构。（3）升高温度分子运动速度就加快，只要能说明温度高了运动速度快了的例子都可以，例如阳光下或者温度高衣服干得快，温度高水蒸发的快，糖在热水里比在冷水里溶解的快等；（4）由于注射器装入的药品少，现象明显，又是封闭状态，所以可以控制体积节省药品、可以减少气体挥发造成的污染等故答案为：（1）固体；（2）分子的质量大小或者相对分子质量大小（合理即给分）；（3）阳光下或者温度高衣服干得快，温度高水蒸发的快，糖在热水里比在冷水里溶解的快等；（4）可以控制体积节省药品、可以减少气体挥发造成的污染等【分析】（1）根据实验现象判断氯化铵的状态；（2）根据它们的相对分子
24、质量的区别考虑；（3）根据温度与运动速度的关系考虑；（4）根据注射器的特点考虑【解析】【解答】A、向一定质量的盐酸和氯化钙的混合溶液中逐滴加入碳酸钠溶液至过量的过程中，生成氯化钠的质量不断增大，当碳酸钠与盐酸和氯化钙完全反应时，氯化钠的质量不再增大，A符合题意；B、向稀硫酸中加水，溶液的pH逐渐增大至接近于7，B不符合题意；C、向一定质量的稀硫酸中逐滴加入氢氧化钡溶液至过量的过程中，氢氧化钡不断和硫酸反应生成硫酸钡沉淀和水，溶质的质量减小，质量分数也减小，当氢氧化钡和稀硫酸完全反应时，继续滴加氢氧化钡溶液时，质量分数应该由小变大，C不符合题意；D、加热高锰酸钾时，当温度达到一定程度时，高锰酸钾
25、开始分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，随着反应的进行，剩余固体的质量不断减少，当高锰酸钾完全反应时，剩余固体的质量不再变化，D符合题意。【解析】【解答】A、可燃物的在着火点是一定的，不会降低，故说法错误，可选；B、爆炸是物质在有限的空间内，发生急剧燃烧，短时间内聚集大量的热，使周围的气体的体积膨胀造成的可见爆炸需要氧气的参与，可使燃烧处于暂时缺氧状态，达到灭火的目的故说法正确，不可选；【解析】【解答】燃烧需要同时满足三个条件：一是要有可燃物，二是可燃物要与氧气接触，三是温度要达到可燃物的着火点；以上三个条件都能满足时，可燃物才能发生燃烧。灭火的原理就是破坏燃烧的条件。根据描述，自动灭火陶瓷砖会喷
26、出氦气和二氧化碳，故灭火的原理是隔绝氧气。【解析】【解答】解：A、从题目中表格知，H2体积分数为10%70%的H2和空气混合气体，点燃时会发生爆炸，故A正确；B、收集的H2能安静燃烧，说明H2的纯度大于等于80%，故B项错误；C、用向下排空气法收集H2 ，保持试管倒置移近火焰，如果没有听到任何声音，表示收集的H2纯度大于等于80%，故C项错误；D、氢气和空气的混合气体点燃不一定发生爆炸，只有在爆炸极限范围内才会发生爆炸，故D项错误故选A【分析】可燃物质（可燃气体、蒸气和粉尘）与空气（或氧气）在一定的浓度范围内均匀混合，遇着火源可能会发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限可燃性混合物能够发生爆炸的最
27、低浓度和最高浓度，分别称为爆炸下限和爆炸上限，在低于爆炸下限时不爆炸也不着火，在高于爆炸上限同样不燃不爆因此可燃性气体在点燃前需要先检验气体的纯度，以防发生爆炸【解析】【解答】A、通过实验可以知道烧杯中的白磷没有燃烧，说明烧杯中的白磷虽然温度达到着火点，但没有与氧气接触，所以不能燃烧，从而可以判断烧杯中的热水不仅仅是只起到加热的作用，故A说法正确；B、铜片上白磷燃烧是温度达到了着火点且与氧气接触，满足燃烧的条件，故B说法正确；C、铜片上的红磷没有燃烧是温度过低没有达到其着火点，没有满足燃烧的条件，故C说法正确；D、烧杯中的白磷通入空气（氧气）就会燃烧，出现“水火相容”的奇观，故D说法错误故选D
28、24.能源、环境、安全已成为人们日益关注的问题 （1）三大化石燃料包括煤、_、天然气等；它们都是_（填“可再生”或“不可再生”）能源 （2）控制反应的条件可使燃料充分燃烧燃煤发电时，将煤块粉碎成煤粉的目的是_ （3）天然气主要成分为甲烷，写出甲烷充分燃烧的化学方程式_ 下列有关天然气（或甲烷）的说法正确的是_（填字母）A沼气中的主要成分是甲烷B甲烷气体不会产生温室效应C用天然气代替煤作燃料，有利于减少酸雨形成 You and your friends are leaving a concert on a Friday night.When you get outside,your ears a
29、re ringing.You have to shout to be heard.36 So no harm doneright?Not quite.Temporary buzzing may be easy to ignore,but repeated exposure to loud noise will eventually cause serious-and irreversible(无法治愈的)-hearing loss.A new study conducted by researchers at Brigham and Womens Hospital in Boston show
30、s that one in five people between the ages of 12 and 19 are experiencing slight hearing loss,and one in 20 have mild hearing loss.37 But the good news is that there plenty of ways you can protect your ears from further damage and still listen to the music you love:Ask around.Ask around.Put your earb
31、uds in or your headphones on,and then ask a friend next to you whether or not he or she can hear what youre listening to.38 Turn it down.Buy noise-canceling headphones.Buy noise-canceling headphones.A pair of earbuds or headphones that fits comfortably will limit outside noise so that you can hear your music better at lower volumes.
