摘要 摘要 本論文以地處長三角區(qū)域的上海市、杭州市和鎮(zhèn)江市的原水、處理流程中各 工藝過程的出水和城市管網(wǎng)水為研究對象，深入研究了原水和飲用水中可同化有 機(jī)碳( a 0 c ) 的測定方法、長三角區(qū)域內(nèi)飲用水水源的生物穩(wěn)定性、凈水技術(shù)與工 藝對a o c 的去除特性、a o c 在供水管網(wǎng)中的變化規(guī)律和管網(wǎng)水質(zhì)污染評價新方法 的建立與驗(yàn)證。 在熟練掌握和運(yùn)用a o c 生物修訂法的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行了簡化和改進(jìn)，以 1 0 0m l 具塞玻璃錐形瓶代替4 5m l 硅硼酸鹽管形瓶，將測試水樣量由4 0m l 增 加到1 0 0m l ，將9 個平行水樣減少為6 個，降低了a o c 測定工作強(qiáng)度，有利于 推廣應(yīng)用。 長江( 鎮(zhèn)江段) 和錢塘江( 杭州段) 原水d o c 含量相對較低，平均值分別 為1 7 4 和2 1 8m g l ；a o c 平均值分別為1 0 2 和1 1 3 肛g l ，屬生物穩(wěn)定性臨界 區(qū)間。黃浦江上游原水d o g 含量較高，平均值為5 8 3m g l ，a o c 含量相對較 高，平均值為1 8 8u l ，生物穩(wěn)定性較差。長三角區(qū)域飲用水水源中a o c 與d o c 的濃度呈一定的正相關(guān)性。系統(tǒng)研究了長三角區(qū)域常規(guī)工藝、臭氧生物活性炭深 度處理工藝和膜處理工藝對a o c 的去除特性。研究結(jié)果對自來水廠生產(chǎn)生物穩(wěn) 定性水、開發(fā)新工藝和改造現(xiàn)有工藝有很重要的參考價值。 研究并得出了管網(wǎng)任一點(diǎn)a o c 濃度的理論計(jì)算公式，提出了游離氯消毒型 和氯胺消毒型供水管網(wǎng)中a o c 變化規(guī)律的修正模型。研究分析上海市、杭州市 和鎮(zhèn)江市供水管網(wǎng)中余氯和a o c 濃度變化的現(xiàn)狀后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)出廠水a(chǎn) o c 濃度 大于1 0 0u g l 時，出廠水游離氯濃度應(yīng)控制在1 0m g l 以上，化合氯濃度控制 在1 5m g l 以上，才能有效抑制管網(wǎng)中微生物再生長的問題。 首次提出并建立了一種新的管網(wǎng)水質(zhì)污染評價方法一管網(wǎng)水質(zhì)污染指數(shù)法 ( d s w p i ) 。d s w p i 是一個反映管網(wǎng)水質(zhì)物理化學(xué)變化的綜合性指標(biāo)。d s w p i 評 價法是對管網(wǎng)水質(zhì)單因子評價法的補(bǔ)充租完善，為研究管網(wǎng)水質(zhì)污染變化規(guī)律提 供一種新的評價方法。該方法計(jì)算簡單，概念直觀，具有推廣應(yīng)用價值。 采用單因子評價法和d s w p i 評價法對鎮(zhèn)江市供水管網(wǎng)水質(zhì)參數(shù)作為實(shí)例進(jìn) 行評價，結(jié)果表明，鎮(zhèn)江市出廠水水質(zhì)具有不穩(wěn)定性和嚴(yán)重腐蝕性；管網(wǎng)水主要 污染指標(biāo)為鐵和鋅；鎮(zhèn)江市管網(wǎng)水質(zhì)污染分布規(guī)律為以金西水廠為起點(diǎn)，管網(wǎng)水 質(zhì)污染隨供水距離的增加而逐漸加劇，東北部供水區(qū)域水質(zhì)污染嚴(yán)重。 綜上所述，本文改進(jìn)了a o c 測定方法，在此基礎(chǔ)上對長三角區(qū)域飲用水從 源頭到龍頭的生物穩(wěn)定性變化規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提出了抑制管網(wǎng)水中微生 摘要 物再生長的出廠水余氯控制濃度；建立了新的管網(wǎng)水質(zhì)污染評價方法，并以鎮(zhèn)江 市管網(wǎng)水質(zhì)污染為實(shí)例進(jìn)行了評價驗(yàn)證。 關(guān)鍵詞：飲用水，水質(zhì)，生物穩(wěn)定性，可同化有機(jī)碳，管網(wǎng)水質(zhì)污染指數(shù) i i a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nr e s e a r c ht h eb i o l o g i c a ls t a b i l i t yo fr a ww a t e r e m u e n tf r o me a c hw a t e rt r e a t m e n tu n i t sa n dd i s t r i b u t i o ns y s t e mw a t e r , a n dw a t e r p o l l u t i o ni n d i s t r i b u t i o ns y s t e ma td i f f e r e n tc i t i e so fy a n g t z ed e l t a ，i n c l u d i n g s h a n g h a i ，h a n g z h o ua n dz h e n j i a n g t h ef o l l o w i n gc o n t e n t sh a v eb e e ns t u d i e d c o m p r e h e n s i v e l y ：t h em e t h o do fa s s i m i l a b l eo r g a n i cc a r b o n ( a o c ) m e a s u r e ；t h e b i o l o g i c a ls t a b i l i t yo fr a ww a t e ri ny a n g t z ed e l t a ；t h er e m o v a lc h a r a c t e r i s t i c so fa o c b yp u r i f i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dp r o c e s s ；t h ev a r i a b i l i t yo fa o cc o n c e n t r a t i o n si n w a t e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m ( w d s ) ；t h ee s t a b l i s h m e n ta n dt e s t i f yo ft h en e wm e t h o dt o e v a l u a t et h ew a t e rp o l l u t i o ni nw d s d u r i n gt h er e s e a r c h ，t h em e t h o do fa o cm e a s u r eh a sb e e ni m p r o v e d t h e 1 0 0 m le r l e n m e y e rf l a s kw i t hg r o u n d - g l a s ss t o p p e ra r ei n t r o d u c e dt oi n s t e a do f u s i n g 4 5 m lb o r o s i l i c a t eg l a s sv i a l sw i t ht f e 1 i n e ds i l i c o n es e p t a m o r e o v e r , t h ev o l u m eo f s a m p l i n gw a t e ri si n c r e a s e df r o m4 0 m lt o1 0 0 m l t h en u m b e ro fw a t e rs a m p l e s r e d u c e df r o m9t o6c o r r e s p o n d i n g l y t h ei m p r o v e dm e t h o do f a o cm e a s u r ed e c r e a s e t h et e s tw o r k i n gi n t e n s i t yw h i c hw i l lb ei nf a v o ro ff u r t h e ra p p l i c a t i o n t h ed o ca v e r a g ec o n c e n t r a t i o n si nr a ww a t e rf r o my a n g t z er i v e r ( z h e n j i a n g ) a n dq i a n t a n g j i a n gr i v e r ( h a n g z h o u ) w e r ea b o u t1 7 4a n d2 18 m g lr e s p e c t i v e l y n l e a o ca v e r a g ec o n c e n t r a t i o n sw e r e10 2a n d1 13 u g l w h i c hs h o w si t sb i o l o g i c a l s t a b i l i t yw a sa tc r i t i c a lz o n e h o w e v e lt h ed o ca n da o ca v e r a g ec o n c e n t r a t i o n si n r a ww a t e rf r o mh u a n g p u j i a n gr i v e rw e r ea b o u t5 8 3 m g la n d18 8 u g l ，w h i c hs h o w s i t sb i o l o g i c a ls t a b i l i t yw a s1 l o r es e r i o u s a1 0 to fe x p e r i m e n tr e s u l t sh a v et e s t i f i e d t h e r ea r ec l o s er e l a t i o n s h i p sb e t w e e na o ca n dd o cc o n c e n t r a t i o n si nr a ww a t e rf r o m y a n g t z ed e l t a t h er e m o v a lc h a r a c t e r i s t i e so f a o cb vc o n v e n t i o n a lt r e a t m e n tp r o c e s s 0 3 b a ca d v a n c e dt r e a t m e n tp r o c e s sa n dm e m b r a n es e p a r a t i o nt r e a t m e n tp r o c e s s w e r es y s t e ms t u d i e d ，w h i c hp r o v i d e st h ei m p o r t a n tr e f e r e n c et op r o d u c eb i o l o g i c a l s t a b i l i t yd r i n k i n gw a t e r , d e v e l o pn e ww a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sa n dr e n o v a t ep r e s e n t w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s i tw o r k e do u tt h et l l e o r e t i c a lt a l c u l a t i o nf o r m u l ao fa o cc o n c e n t r a t i o ni n d i s t r i b u t i o ns y s t e mw a t e r , a n dp r o p o s e dt h ec o r r e c t e dm o d e l sf o r d e t e c t i n gt h e v a i l a b i l i t yo fa o ci nd i s t r i b u t i o ns y s t e mw a t e ri na c c o r d a n c ew i mf r e ec h l o r i n eo r c h l o r a m i n e sd i s i n f e c t i o na sw e l l b a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o n sa n da n a l y s i so fr e s i d u a l c h l o r i n ea n da o cc o n c e n t r a t i o n si nd i s t r i b u t i o ns y s t e mw a t e r , i ts u g g e s t e dt h a t i n o r d e rt oe r i e c t i v ec o n t r o lt h er e g r o w t ho fm i c r o o r g a n i s mi nw d s ，t h ec o n c e n t r a t i o n s o ff r e ec h l o r i n es h o u l db eh i g h e r 血a n1 0 m g l a n dt h ec h l o r a m i n e ss h o u l db eh i g h e r t h a n 1 5 m g lw h e nt h ea o cc o n c e n t r a t i o n si nf i n i s h e dw a t e rw a sh i g h e rt h a n 10 0 u g l i t st h ef i r s tt i m et h a tt h en e we v a l u a t i o nm e t h o do nw a t e rp o l l u t i o ni n d i s t r i b u t i o ns y s t e mw a sp r o p o s e da n de s t a b l i s h e d ，w h i c hn a m e dd i s t r i b u t i o ns y s t e m w a t e rp o l l u t i o ni n d e x ( d s w p i ) a sag e n e r a lc r i t e r i o nf o re v a l u a t i n gw a t e rq u a l i t y , i i i a b s t r a c t d s w p ir e f e r sr e f l e c tt h ev a r i a b i l i t yo fc h e m i c a la n dp h y s i c a li nd i s t r i b u t i o ns y s t e m w a t e r d s w p im e t h o di sas u p p l e m e n ta n di m p r o v e m e n tt ot h es i n g l ep a r a m e t e r e v a l u a t i o nm e t h o d i ti se a s yt oc a l c u l a t ea n du n d e r s t a n d w h i c hw i l lb ea p p l i e d e x t e n d e d l y a sa ne x a m p l e ，i te v a l u a t et h ed i s t r i b u t i o ns y s t e mw a t e ri nz h e n g j i a n gu s i n g b o t hs i n g l ep a r a m e t e rm e t h o da n dd s w p i t h er e s u l t ss h o wt h eg r e a tc h e m i c a l i n s t a b i l i t ya n ds e r i o u sc o r r o s i v i t yi nf i n i s h e dw a t e r t h em a i np o l l u t i o ns u b s t a n c e s w e r ei r o na n dz i n ci nw d s a l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n gd i s t a n c e ，t h ed i s t r i b u t i o n s y s t e mw a t e rp o l l u t i o nt u r n sw o r s eg r a d u a l l yf r o mj i n x iw a t e r w o r k st ow d se n d ， w a t e rq u a l i t yw e r es e r i o u sp o l l u t e di nt h en o r t h - e a s t e mr e g i o no fw d si nz h e n j i a n g c i t v i ng e n e r a l t h ea r t i c l es t a t e dt h em e t h o do fi m p r o v e da o cm e a s u r e b a s e do nt h e m e t h o d ，as e r i e sr e s e a r c hh a sb e e nd o n eo nt h ev a r i a b i l i t yo fb i o l o g i c a ls t a b i l i t yo f d r i n k i n g w a t e ri n y a n g t z ed e l t a ，as u g g e s t i o ni sp r o p o s e dt oc o n t r o lt h e c o n c e n t r a t i o n so fr e s i d u a lc h l o r i n ef o rr e s t r a i n i n gt h er e g r o w t ho fm i c r o o r g a n i s mi n w d s i na d d i t i o n a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c h an e wm e t h o di se s t a b l i s h e df o r e v a l u a t i n gw a t e rq u a l i t yp o l l u t e di nw d s ，a ne x a m p l eo fp o l l u t e dw a t e rd u r i n g d i s t r i b u t i o ns y s t e mi nz h e n j i a n gc i t yh a sb e e nt e s t i f i e d k e y w o r d s ：d r i n k i n gw a t e r , w a t e rq u a l i t y , b i o l o g i c a ls t a b i l i t y , a s s i m i l a b l eo r g a n i c c a r b o n ( a o c ) ，d i s t r i b u t i o ns y s t e mw a t e rp o l l u t i o ni n d e x ( d s w p i ) i v 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意如下各項(xiàng)內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版 本；學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、 掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供 本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有 關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前 提下，學(xué)?？梢赃m當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部內(nèi)容用于學(xué)術(shù)活動。 學(xué)位論文作者簽名：。積易 秒6 年只訂日 經(jīng)指導(dǎo)教師同意，本學(xué)位論文屬于保密，在年解密后適用 本授權(quán)書。 指導(dǎo)教師簽名：學(xué)位論文作者簽名： 年月日年月日 同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，進(jìn)行 研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文 的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的 作品的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個人和集 體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任 由本人承擔(dān)。 簽名：瓢參 加年月z 4 日 第l 章緒論 1 1 研究目的和意義 第1 章緒論 當(dāng)前，我國大多數(shù)的城市供水企業(yè)把提高飲用水水質(zhì)的大量工作用于水源保 護(hù)、凈水廠的水處理工藝和消毒技術(shù)等方面，往往忽略了供水的最后一個環(huán)節(jié)即 供水管阿。飲用水供水過程中，水在凈水廠經(jīng)過嚴(yán)格處理后，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到 國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)飲用水經(jīng)過供水管網(wǎng)被輸送到用戶終端時，龐大的 地下管網(wǎng)就如同一個大型的反應(yīng)器，出廠水在管網(wǎng)中均有一定的停留時間，水在 這樣的反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生著復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物變化，從而導(dǎo)致飲用水水質(zhì)發(fā)生 變化，造成管網(wǎng)水質(zhì)二次污染。 我國飲用水衛(wèi)生專家分析近年來的飲用水二次污染后發(fā)現(xiàn)，出廠水經(jīng)供水管 網(wǎng)和二次供水設(shè)施后水質(zhì)合格率下降了近2 0 。據(jù)相關(guān)資料報(bào)道i t 4 ，對國內(nèi)4 5 個城市( 其中回函3 6 個) 的調(diào)研函件結(jié)果( 平均值) 分析，管網(wǎng)水渾濁度比出 廠水增加0 3 8n t u ，色度增加0 4 5c u ，鐵濃度增加0 0 4m g l ，錳濃度增加0 0 2 m g l ，細(xì)菌總數(shù)增加1 8c f u l ，大腸桿菌增加0 4 個l ，這些數(shù)據(jù)表明我國城 市供水已經(jīng)存在管網(wǎng)水質(zhì)惡化、二次污染的問題，降低了居民飲用水的質(zhì)量，影 響了居民的身體健康。由此可見，在保證出廠水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，防止管網(wǎng)水 質(zhì)惡化，并將優(yōu)質(zhì)飲用水安全輸送到終端用戶，是城鎮(zhèn)供水企業(yè)急需解決的問題。 管網(wǎng)水質(zhì)二次污染的問題是多因素共同作用的結(jié)果，其中化學(xué)穩(wěn)定性和生物 穩(wěn)定性是導(dǎo)致管網(wǎng)水質(zhì)理化污染和微生物污染的兩個重要參數(shù)。目前，國內(nèi)外在 管網(wǎng)水質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性方面的研究成果較多，但在提出反映管網(wǎng)水質(zhì)理化污染的綜 合性評價指標(biāo)方面的研究工作還未展開，而且，我國對飲用水生物穩(wěn)定性的研究 工作尚處于起步階段。因此，本論文的研究目的就是為了深入開展長三角區(qū)域飲 用水生物穩(wěn)定性的變化規(guī)律及其相關(guān)方面的研究工作，同時提出一個反映管網(wǎng)水 質(zhì)化學(xué)物理變化的綜合性評價指標(biāo)，初步建立管網(wǎng)水質(zhì)污染指數(shù)( d s w p i ) 評價 方法并進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。 本論文的研究為國家“8 6 3 ”計(jì)劃重大科技專項(xiàng)太湖流域安全飲用水保障 技術(shù)( 課題編號：2 0 0 2 a a 6 0 1 1 3 0 ) 的研究內(nèi)容之一，以位于長三角區(qū)域內(nèi)的上 海市，杭州市和鎮(zhèn)江市的飲用水為研究對象，主要開展了管網(wǎng)水質(zhì)污染的綜合性 評價方法、生物穩(wěn)定性指標(biāo)一可同化有機(jī)碳( a o c ) 的測定方法和從源頭到龍頭的 飲用水生物穩(wěn)定性變化規(guī)律等方面的研究內(nèi)容，為推動國內(nèi)供水行業(yè)全面開展這 方面的工作奠定基礎(chǔ)，對保護(hù)水源，改造現(xiàn)有常規(guī)處理工藝，開發(fā)新技術(shù)與新工 第1 章緒論 藝，控制管網(wǎng)水質(zhì)二次污染，提供安全優(yōu)質(zhì)飲用水具有重要的理論意義。也希望 本研究成果可以為全國城市給水行業(yè)技術(shù)水平的提高，管網(wǎng)水質(zhì)二次污染防治提 供些科學(xué)依據(jù)與經(jīng)驗(yàn)借鑒，使居民飲用水水質(zhì)得至普遍提高。 1 2 管網(wǎng)水質(zhì)二次污染的研究進(jìn)展 管網(wǎng)配水作為供水的最后一個環(huán)節(jié)，受水源污染狀況、城市供水目標(biāo)、供水 管網(wǎng)及二次供水設(shè)施建設(shè)時間不長等原因，一直被供水單位和管理部門忽視，但 隨著人們對水質(zhì)要求的提高和管道腐蝕等問題的出現(xiàn)，管網(wǎng)水質(zhì)二次污染問題近 年來日益突出，因此，研究管網(wǎng)水質(zhì)二次污染及防治對策逐漸成為供水領(lǐng)域中的 重要內(nèi)容。國內(nèi)外專家、學(xué)者對以下幾個方面主要包括供水管網(wǎng)水質(zhì)污染狀況調(diào) 查、原因分析及控制措施等研究領(lǐng)域已作了大量工作，并取得了較大的進(jìn)展。飲 用水二次污染問題可歸結(jié)為微生物，化學(xué)物理和感官三個方面：微生物污染包括 微生物再生長( 尤其是附著生物膜的生長) 、硝化作用和水媒病等；化學(xué)物理污 染包括消毒副產(chǎn)物、鉛、銅、鐵、鋅、溫度、腐蝕、p h 穩(wěn)定性與結(jié)垢、管道涂 層與襯里滲出物，消毒物殘留濃度的維持和管道沉積物；感官污染包括味道、氣 味、渾濁度和色度的變化。此外，飲用水二次污染還包括因管道滲漏和其他因素 帶來的外源性污染。 1 2 1腐蝕、結(jié)垢和沉積物對水質(zhì)的污染 金屬管道、配件、水箱和水塔等輸配水設(shè)施本身含有雜質(zhì)，金屬與雜質(zhì)之間 存在著不同的電極電位，這樣，在水的作用下會形成無數(shù)微腐蝕原電池，由于化 學(xué)和電化學(xué)作用往往會對管道內(nèi)壁造成較嚴(yán)重腐蝕，產(chǎn)生大量鐵、錳、鉛、鋅等 金屬銹蝕物。其過程如下：首先，由于電化學(xué)的作用，在管壁附近形成氫氧化亞 鐵，然后被水中溶解氧氧化，生成氫氧化鐵，形成鈍化保護(hù)膜。氫氧化鐵一般質(zhì) 地疏松，一方面對金屬表面有一定的保護(hù)作用，另一方面部分氫氧化鐵脫水形成 鐵銹三氧化二鐵，沉積于管道的內(nèi)表面，形成結(jié)垢。由于它質(zhì)地疏松，并不能起 到保護(hù)作用。當(dāng)供水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變，如檢修閥門、更換管道或當(dāng)流速突 然增大時，氫氧化鐵就會從管道內(nèi)壁脫落而進(jìn)入水中，產(chǎn)生紅色的銹水，從而使 水質(zhì)惡化。 管道更新改造研討會研究表明，對于未作防腐處理的金屬管道，當(dāng)年限超過 5 1 0 年時，污垢就己達(dá)到了惡化水質(zhì)的程度，對于防腐處理較低的金屬管道， 3 5 年就開始出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，管道使用年限越長，腐蝕越嚴(yán)重，水質(zhì)狀況越差。 對于飽和指數(shù)( l s i ) 0 和穩(wěn)定指數(shù)( r s i ) 6 0 的不穩(wěn)定水質(zhì)，往往會 2 第1 章緒論 在供水管網(wǎng)中產(chǎn)生鈣垢或鎂垢，并沉積在管道內(nèi)壁上，形成水垢物。我國生活飲 用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，出廠水渾濁度不超過1n t u ，特殊情況不超過5n t u 。即 使在這樣的水質(zhì)條件下，出廠水中還是含有一定量的致濁物，在低流速時，可能 導(dǎo)致沉積，同時管道中生物凝聚粘附性有可能使水中懸浮物沉積，形成沉積物。 腐蝕物和水垢物是管網(wǎng)中形成的新的污染源，沉積物是潛在污染源。當(dāng)供水 系統(tǒng)內(nèi)水流速度、方向或水壓發(fā)生波動和突變時，就會將上述污染物帶入水中， 造成短時間的水質(zhì)惡化，出現(xiàn)色度、渾濁度、鐵、錳等多項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)。腐蝕物及 水垢物對水質(zhì)危害程度與系統(tǒng)投入使用年限有關(guān)，年限越長對水質(zhì)污染也越嚴(yán) 重。對于有些城市，部分管道或水池( 箱) 甚至超過了3 0 年，有的管道斷面不 及原來的一半，銹蝕問題非常嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)“紅水”、“黑水”等水質(zhì)事故。法 國的b m i l a p p e n z e l l e r 等人于2 0 0 1 年做了一項(xiàng)在飲用水中添加磷酸鹽后對供水 管網(wǎng)腐蝕和細(xì)菌生長影響的試驗(yàn)【4 】，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鐵管水中磷酸鹽的加入不僅 減少了氧化鐵的釋放，而且因腐蝕的減少而間接限制了異養(yǎng)菌的生長和繁殖。美 國c h r i s t i a nv o l k 等人對城市供水管網(wǎng)中的鐵管腐蝕進(jìn)行了研究和評估，發(fā)現(xiàn)腐 蝕速率與水溫和季節(jié)密切相關(guān)，當(dāng)水溫較高時，緩蝕劑磷酸鹽劑量加大 ( 1 5 2 0m gp 0 4 幾) ，腐蝕速率可以保持在較低水平；當(dāng)冬季溫度下降時，緩 蝕劑的劑量可以稍微降低1 5 1 。法國v m e a n tg a u t h i e r 等人研究了m o s e l l e 河畔 c o m m u n a u t e a u r b a i n e d u g r a n d n a n c y 供水管網(wǎng)中松軟沉積物中c 、n 、c n 、異養(yǎng) 菌( h e t e r o t r o p h i ep l a t ec o u n t s ，h p c ) 等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)沒有一項(xiàng)指標(biāo)與水廠距離有 關(guān)，有機(jī)物提供了細(xì)菌的生長營養(yǎng)物質(zhì)和生存的小環(huán)境，有機(jī)碳和氮的比例約為 7 ，與沉積物中有機(jī)碳的濃度無關(guān)，有機(jī)物與h p c 存在正相關(guān)，即1 的有機(jī)碳對 應(yīng)1 2 x 1 0 sc f u 【6 】。 1 2 2 微生物再生長對水質(zhì)的污染 從過去幾十年大量發(fā)表的文獻(xiàn)中可以看出，人們對管網(wǎng)系統(tǒng)中微生物再生長 的問題引起了極大的關(guān)注。盡管出廠水通過加氯消毒，大量微生物已經(jīng)被殺死， 甚至維持管網(wǎng)水含有一定余氯量以繼續(xù)保持消毒作用，用水終端還是會出現(xiàn)細(xì)菌 學(xué)指標(biāo)合格率明顯下降的問題。b o n d e 等人研究結(jié)果表明，飲用水可能隱含了大 量細(xì)菌，包含的種類主要有不動桿菌屬，氣單胞菌屬，節(jié)桿菌屬，芽孢桿菌屬， 柄桿菌屬，黃桿菌屬，假單胞菌屬，螺旋菌屬等等【7 4 1 。k o o i j 教授從各種不同 類型的飲用水中分離出來的典型細(xì)菌中如熒光假單胞菌屬至少有3 1 種生物型， 惡臭假單胞菌屬至少有1 4 種生物型，這進(jìn)一步證明了飲用水中異養(yǎng)菌的復(fù)雜性 和多樣性。采用標(biāo)準(zhǔn)平板菌落計(jì)數(shù)發(fā)現(xiàn)，這些熒光假單胞菌僅占異養(yǎng)菌總數(shù)的1 1 0 【l ”。在美國，管網(wǎng)水中出現(xiàn)大腸桿菌生長的問題引起了更多學(xué)者們的關(guān)注 第1 章緒論 1 1 8 2 2 1 。同時，b a r m a n 等學(xué)者從管網(wǎng)水中分離出了放射菌、酵母菌和霉菌 2 3 , 2 4 1 。 我國學(xué)者岳舜琳報(bào)道某城市發(fā)現(xiàn)部分管道內(nèi)管垢厚度達(dá)1 6 2 0i t l i n ，赤色，有土 腥味，并檢出鐵細(xì)菌、埃希氏大腸桿菌等6 種微生物1 2 5 1 。賀北平博士對南方某市 自來水管網(wǎng)的3 0 0m i r l 管道內(nèi)壁進(jìn)行取樣觀察，發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁有黃色銹瘤，利用 掃描電鏡檢測發(fā)現(xiàn)，銹瘤含有桿菌、球菌、絲狀菌等微生物，經(jīng)菌種鑒定后發(fā)現(xiàn) 了2 種優(yōu)勢異養(yǎng)菌：粘質(zhì)沙雷氏菌和乙酸鈣不動桿菌產(chǎn)堿亞種，其中粘質(zhì)沙雷氏 菌為條件致病菌瞄l 。袁一星對某市供水管道內(nèi)壁上的銹垢進(jìn)行檢驗(yàn)，共檢出1 3 種細(xì)菌，除了絲狀鐵細(xì)菌外還有腸道細(xì)菌、棲居菌等 2 7 1 。 借助電子顯微鏡觀察，一些形態(tài)特征不尋常的細(xì)菌可以被檢測出來，如柄桿 菌屬，生絲微菌屬，嘉利翁氏菌等 2 8 小l 。這些細(xì)菌有許多種類都不能通過普通平 板計(jì)數(shù)法檢測出來。顯微鏡觀測結(jié)果和培養(yǎng)方法顯示，這些細(xì)菌可能附著在管材 表面或顆粒物上生長。已有文獻(xiàn)報(bào)道，采用菌落計(jì)數(shù)發(fā)現(xiàn)，生物膜每平方厘米上 含有幾百至一百萬個之多的細(xì)菌 2 4 , 3 2 。多數(shù)情況下，生物膜可以生長繁殖細(xì)菌并 釋放到管網(wǎng)水中，增加了水中游離細(xì)菌的數(shù)量【3 0 ，3 3 - 3 5 1 。 芬蘭國家公共健康研究所o u t i m z a c h e u s 等人研究了取自全國8 個不同地方 供水管網(wǎng)沖洗下來的松軟沉積物【3 6 】，發(fā)現(xiàn)這些沉積物中微生物濃度很高，包括異 養(yǎng)菌、大腸桿菌、放射菌和真菌。英國的s r p a r k 等人在蘇格蘭東北部的供水鑄 鐵管網(wǎng)的維護(hù)工作中，對其內(nèi)部的生物膜層分析后，發(fā)現(xiàn)了螺旋菌的d n a 的存在， 從而證實(shí)了在供水系統(tǒng)中螺旋菌的廣泛存在【3 7 1 。 我國學(xué)者傅金祥研究發(fā)現(xiàn)，管網(wǎng)水中存在耐氯微生物的滋生現(xiàn)象，例如耐氯 的藻類( 直鏈藻屬、脆桿藻屬、麗管螺屬和小球藻屬等) 。這些藻類一方面由凝 膠藻膜包裹著細(xì)菌和病毒，保護(hù)其免受氯的氧化，另一方面藻類的分泌物及死亡 體產(chǎn)生新的有機(jī)污染物，除耗氯外，也為細(xì)菌等微生物生長提供了營養(yǎng)源，創(chuàng)造 了有利于微生物生長的條件l 。 微生物再生長會引起管網(wǎng)水質(zhì)二次污染，所產(chǎn)生的負(fù)面影響主要取決于細(xì)菌 的數(shù)量和特性。國內(nèi)外大量研究結(jié)果認(rèn)為微生物再生長所產(chǎn)生的不利影響主要體 現(xiàn)在以下幾個方面： 1 當(dāng)管網(wǎng)水中大量異養(yǎng)菌繁殖，細(xì)菌學(xué)水質(zhì)監(jiān)測將受到制約，因?yàn)榇罅慨?養(yǎng)菌生長會妨礙大腸桿菌的檢出。這就說明，即使在某些情況下檢測不出大腸桿 菌的存在，水質(zhì)也有可能已經(jīng)受到污染 3 9 1 。同時，部分異養(yǎng)茵的生長會使飲用水 產(chǎn)生異味和異嗅 3 0 , 4 0 。 2 在一定條件下，機(jī)會致病菌會在管網(wǎng)水中生長，嚴(yán)重威脅人類健康 4 1 , 4 2 j 。 這些細(xì)菌有軍團(tuán)菌屬 4 3 4 5 1 ，分支桿菌屬 4 6 a 7 ，銅綠假單胞菌屬，黃桿菌屬，氣單 胞菌屬等。如在過去的十幾年中氣單胞菌屬引起了學(xué)者們很大的研究興趣，因?yàn)?4 第1 章緒論 這種細(xì)菌被認(rèn)為是潛在腸道致病菌 4 s a g 。 3 鐵細(xì)菌能在它們細(xì)胞或外殼上聚積鐵，并形成絮狀物。這些絮狀物通過 管網(wǎng)輸送到用戶龍頭，導(dǎo)致渾濁度或色度升高，會引起消費(fèi)者對水質(zhì)的抱怨【5 0 1 。 4 放射菌或微型真菌的生長能引起水質(zhì)嗅和味的惡化【5 1 1 ，特定的放射菌還 能破壞管材聯(lián)結(jié)點(diǎn)的橡膠圈【5 2 1 。 5 管網(wǎng)系統(tǒng)中的細(xì)菌生物量可以作為動物的食物來源。肉眼可見的原生動 物的生長繁殖會導(dǎo)致消費(fèi)者的抱怨 5 3 - 5 5 l 。 6 管材表面的細(xì)菌增殖會形成生物膜，生物膜能傳導(dǎo)氫離子和氧，形成電 位梯度，加速管道腐蝕【5 6 1 。 7 當(dāng)水中含有還原性硫時，就會造成硫磺和硫化細(xì)菌的繁殖，將還原性硫 氧化成硫磺和硫酸( 硫化作用) ，產(chǎn)生腐蝕作用；當(dāng)水中含有氧化態(tài)硫時，就會 造成硫酸還原菌的繁殖，把硫酸鹽還原成硫化物，也會加快管道腐蝕結(jié)垢速度【5 7 】。 8 硝化細(xì)菌是自養(yǎng)型細(xì)菌，當(dāng)水中有氨氮和氧存在時，亞硝化細(xì)菌把氨氮 氧化成亞硝酸氮，再通過硝化細(xì)菌進(jìn)一步氧化成硝酸氮。反硝化細(xì)菌多為兼性的 厭氧菌，當(dāng)水中存在硝酸鹽且缺氧( d o 0 時：水中所溶解的c a c 0 3 超過飽和量，傾向于產(chǎn)生c a c 0 3 沉淀，為 結(jié)垢型水。 l s i 0 時：水中所溶解的c a c 0 3 低于飽和量，傾向于溶解固相c a c 0 3 ，為 腐蝕型水。 7 第1 章緒論 l s i - - - - - 0 時：水中所溶解的c a c 0 3 與固相c a c 0 3 處于平衡狀態(tài)，為穩(wěn)定型水。 r s i 的水質(zhì)穩(wěn)定性解釋如表1 1 所列。 表1 1r s i 的水質(zhì)穩(wěn)定性解釋 t a b 1 1e x p l a n a t i o n a b o u t w a t e r q u a l i t ys t a b i l i t y f o r r s i r s i 值 水的傾向性附注 4 o 5 0 嚴(yán)重結(jié)垢 5 o 6 0輕微結(jié)垢 6 o 7 0輕微結(jié)垢或腐蝕 當(dāng)采用聚磷酸鹽處理時，r s i 7 o 7 5 腐蝕明顯 可 l o ，0 0 0d a t t o m 的有機(jī)物，而a o c 主要與分子量小于1 0 0 0 的有機(jī)物有 關(guān)1 1 2 1 1 ，因此，常規(guī)處理工藝出水難以確保達(dá)到水質(zhì)生物穩(wěn)定性。 1 4 4 2 生物處理對a o c 去除特性的研究 生物處理對有機(jī)物的去除機(jī)理包括：微生物對小分子有機(jī)物的分解利用；微 生物胞外酶對大分子有機(jī)物的分解作用；生物吸附絮凝作用等。h u 研究了生物 處理對有機(jī)物去除特性，發(fā)現(xiàn)生物預(yù)處理對烷烴類有機(jī)物有較好的去除效果，而 對芳香烴和羧基化合物處理效果較低，生物處理對a o c 的去除率為4 5 左右 【1 2 2 j 。王占生等人研究發(fā)現(xiàn)，生物處理對分子量 1 0 0 ，0 0 0d a l t o n s 的有機(jī)物 減少最多【1 2 6 。 大量研究表明，臭氧氧化能提高水中a o c 濃度 1 17 1 2 7 以3 0 1 。這種增加與o o c 的比率關(guān)系密切 1 3 1 1 。此外，水中天然有機(jī)物的特性也會影響臭氧氧化后 0 e 的 產(chǎn)量。同時，臭氧氧化后a o c 的產(chǎn)量與u v 2 5 4 的減少有直接的關(guān)系t 1 3 2 l 。臭氧氧 化產(chǎn)生的a o c 主要以羧基酸為主。臭氧氧化后，a o c 濃度增加是水處理工藝中 的一個不利影響因素。a o c 的測定能幫助人們判斷臭氧在水處理中的運(yùn)行狀況。 由此可知，臭氧必須和其它的處理技術(shù)相結(jié)合才能對a o c 有較好的去除效果。 第1 章緒論 1 4 4 4 膜處理技術(shù)對a o c 去除特性的研究 膜處理技術(shù)多數(shù)用在直飲水生產(chǎn)上，主要有納濾( n a n o f i l t r a t i o n ，n f ) 、超 濾( u l t r a f i l t r a t i o n ，u f ) 、微濾( m i c r o f i l t r a t i o n ，m f ) 和反滲透( r e v e r s eo s m o s i s ， r o ) 等技術(shù)。m f 和u f 一般不適用于去除有機(jī)物，除非與氧化技術(shù)或粉末活性 炭技術(shù)聯(lián)用 1 3 3 , 1 3 4 。研究表明，n f 對d o c 有較高去除率【1 3 5 。3 7 1 。 e s c o b a r 研究報(bào)道，飲用水經(jīng)納濾膜處理后，a o c 濃度無明顯變化，且略有 升高趨判”引，這一現(xiàn)象可能是向水中添加的化學(xué)試劑引起的a o c 濃度增加。 k o o i j 和h i e m s t r a 等人研究認(rèn)為，化學(xué)試劑也可以增加a o c 的濃度【1 3 9 1 4 0 l 。 m f 可以去除o 1 o 2 岫的粒子，能將絕大部分形成渾濁度的粒子去除。 j a c a n g e l o 研究得出m f 僅能去除2 2 的d o c 。u f 可去除0 0 0 5 p m 含分子量1 0 0 0 d a l t o n s 以上的粒子，包括細(xì)菌和病毒，同時，他認(rèn)為n f 對d o c 的去除率為5 5 8 3 ，n f 對大于截留分子量( 2 0 0 4 0 0d a i t o n s ) 的有機(jī)物基本能全部去除，而 小于截留分子量的物質(zhì)的去除率與它們的尺寸、離子電荷和膜的親和力有關(guān)【1 4 ”。 l e c h e v a l l i e r 研究發(fā)現(xiàn)u f 對d o c 的去除率為6 2 5 6 7 8 ，而對a o c 的去除 效果不明顯，同時，他認(rèn)為n f 對a o c 的去除效果不明顯，反而會使a o c 濃度 升高【1 4 2 】。龍小慶研究認(rèn)為n f 對a o c 的去除率為7 9 8 9 5 7 t 1 4 3 】。 r o 可去除o 3 1 2n m 的有機(jī)物與無機(jī)離子。李靈芝試驗(yàn)表明，r o 能有效 去除有機(jī)物，對d o c 和a o c 的去除率分別達(dá)9 3 和7 6 【1 4 4 1 。 膜處理可以提高水的生物穩(wěn)定性，因?yàn)樗梢匀コ蟛糠钟袡C(jī)炭，增強(qiáng)余氯 的穩(wěn)定性，并且可以降低向a o c 轉(zhuǎn)化的慢速降解有機(jī)物的濃度 1 ”。 綜上所述，由于原水中有機(jī)物濃度及其相關(guān)特性的差異，凈水工藝對不同原 水中a o c 的去除特性既有同一性，也有差異性，因此，以長三角區(qū)域內(nèi)水源水 為研究對象，開展凈水技術(shù)與工藝對a o c 去除特性的研究，對提高飲用水生物 穩(wěn)定性，防治管網(wǎng)微生物污染具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。 1 4 5 飲用水a(chǎn) o c 控制標(biāo)準(zhǔn)的研究 k o o i j 在調(diào)查了2 0 個水廠后認(rèn)為當(dāng)a o c 1 0p g l 時，異養(yǎng)菌幾乎不能生長， 飲用水生物穩(wěn)定性很好【1 4 5 j 。l e c h e v a l l i e r 研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)a o c 1 0 0i i g l 后，大 腸桿菌爆發(fā)的可能性顯著增加【l 。因此，國際上普遍認(rèn)為：在不加氯時，a o c 1 0 p g l 的飲用水為生物穩(wěn)定水；在加氯時，維持a o c 在5 0 1 0 0 肛g 幾時的飲用水 生物穩(wěn)定性好。我國學(xué)者劉文君等以北京市水源水、自來水廠、給水管網(wǎng)為主要 研究對象，提出了我國近期出廠水a(chǎn) o c 控制目標(biāo)為2 0 0 肛g l ，遠(yuǎn)期控制目標(biāo)為 1 0 0 “g ，l u ”j 。根據(jù)國內(nèi)外a o c 的控制標(biāo)準(zhǔn)，可以推斷當(dāng)水中a o c 濃度小于1 0 0 嶇幾時，飲用水生物穩(wěn)定性較好；當(dāng)水中a o c 濃度大于1 0 0 雌皿時，飲用水生 物穩(wěn)定性較差；當(dāng)水中a o c 濃度為1 0 0 2 0 0i _ , g l 時，飲用水處于生物穩(wěn)定性 臨界區(qū)間。 k a p l a n 等人對美國的7 9 個水廠研究表明，9 5 的地表水源水廠和5 0 的地 下水源水廠的飲用水達(dá)不到a o c 5 0p g l 的標(biāo)準(zhǔn)，而所有的水廠出廠水均達(dá)不 到a o c 1 0 鷴，l 的標(biāo)準(zhǔn)【l ”j 。k o o i j 比較了三個實(shí)際給水系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)a o c 在管網(wǎng)中 是逐漸下降的，a o c 下降最多時細(xì)菌數(shù)量也最多【1 4 5 1 。國內(nèi)的研究者對a o c 在 管網(wǎng)中變化的研究也得到了類似的結(jié)果，a o c 在管網(wǎng)中受余氯和微生物活性的 影響，其濃度一般隨管網(wǎng)延伸而先增加后減少，水源水質(zhì)較好的水廠出廠水和管 網(wǎng)水中a o c 濃度相對較低，反之則高【”9 1 。 1 5 研究內(nèi)容 從上面的文獻(xiàn)綜述中可以看出，國內(nèi)外學(xué)者對飲用水水質(zhì)穩(wěn)定性的研究比較 關(guān)注，相關(guān)研究己取得了一定的研究成果，并提出了較好的防治對策，但是國內(nèi) 對飲用水生物穩(wěn)定性的研究工作尚處于初級階段，缺少全面的系統(tǒng)的凈水技術(shù)與 工藝去除a o c 特性以及a o c 在供水管網(wǎng)中變化規(guī)律的基礎(chǔ)理論研究，特別是 以長三角區(qū)域的飲用水為研究對象的生物穩(wěn)定性變化規(guī)律的研究工作仍未開展。 同時，對于建立管網(wǎng)水質(zhì)污染綜合性指標(biāo)，以評價管網(wǎng)水質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性變化，預(yù) 測管網(wǎng)水質(zhì)理化污染規(guī)律方面的研究尚屬空白。 因此針對這些問題，本論文的研究內(nèi)容主要從以下幾個方面進(jìn)行： 1 a o c 測定方法簡化和改進(jìn)的研究。 2 不同水源水中a o c 濃度的比較。 3 小試和中試凈水工藝對a o c 去除特性的試驗(yàn)研究 4 自來水廠的常規(guī)和深度處理工藝對a o c 去除特性的分析與研究。 5 a o c 在供水管網(wǎng)中變化規(guī)律的研究。 1 7 第1 章緒論 6 管網(wǎng)水質(zhì)污染指數(shù)評價方法的建立理論與驗(yàn)證。 以上研究內(nèi)容絕大部分為國內(nèi)首次開展，其中部分內(nèi)容如管網(wǎng)水質(zhì)污染指數(shù) 評價方法的建立與應(yīng)用，長三角區(qū)域內(nèi)從源頭到龍頭的飲用水生物穩(wěn)定性變化規(guī) 律的系統(tǒng)研究等內(nèi)容在國內(nèi)外未見報(bào)道。本研究工作將為推動我國進(jìn)一步開展飲 用水化學(xué)穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性，深入開展管網(wǎng)水質(zhì)二次污染變化規(guī)律及其防治， 提高居民飲用水水質(zhì)奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 第2 章水處理工藝流程和水質(zhì)測定方法 第2 章水處理工藝流程和水質(zhì)測定方法 2 1 試驗(yàn)設(shè)備與工藝流程 2 1 1 燒杯混凝試驗(yàn)設(shè)