《环境卫生学》课程教学资源（教案讲义）第三章给水卫生 3.4 第四节饮用水处理.pdf_大学文库

第四节饮用水处理人与其它生物一样，离开了水就不能生存下去，所以人们总是依水而集居。水是一种很好溶剂和悬浮剂，许多的物质可以溶解或是悬浮在水中，从有利的一方面看，它可将人们居住环境中和个体产生的污物清洗干净，把工矿企业生产中的某些废物清除掉，使环境卫生个人卫生得到保障。但是从不利的一方面看，各种各样的污水排入水源，其中有毒或有害物质不能迅速获得净化，人们如果直接饮用这种水源的水，势必要使健康遭受危害。所保障人们获得质好量足的饮用水，是给水工程和给水卫生工作者的首要任务。污染饮用有害物质可分为两大类。一为致病微生物的污染，另一为有毒化学物质的污染。解决前卫生保障措施是饮用水消毒，解决后者则采取饮用水净化。水处理(water treatment)包括净化和消毒。通常将改善水的物理性质和消除水中某些化学成份称为净化(purification)。常用的净化方法为沉淀、混凝、过滤。其它还有脱色、除臭味、除铁、除氟、软化、淡化等等。消毒就是利用理化方法，杀灭水中病原微生物。广义的净化也把消毒包括在内。一、一、沉淀(sedimentation) 取一杯浑浊的河水，就可以观察到许多有关给水处理的现象。首先，会发现一些粗大的泥砂颗粒迅速沉到杯底，水则逐渐澄清，杯底的下沉物将逐渐增多。但在一定时间(例如半小时)以后，水就不容易进一步澄清。有的河水甚至在放置很久以后，也达不到自来水那样的透亮程度，总带一点浑，有时还带有色度和臭味。这种浑浊、颜色和臭味则为悬浮在水中的一些很细微的钻土颗粒、微生物和有机物微粒造成的。粘土颗粒的比重和那些粗泥砂的比重一样，其难于沉淀的原因可用胶体化学的一些概念来解释。水和水里那些均匀分布的细小颗粒所构成的体系，物理化学中称为分散体系。分散体系可以按其中颗粒大小分成三类：真溶液、胶体溶液及悬浮液。真溶液中的颗粒包括小于 1nm 的分子和离子，由于这些分子或离子的尺寸很小，不能相起光线的散射，所以看起来水呈透明状；如果分散体系中的颗粒为 1nm-1000nm，则称为胶体溶液；颗粒大于 1000nm 则称为悬浮液。胶体溶液和悬浮液中颗粒能够引起光的散射，因此使水呈浑浊。胶体溶液在物理化学中也简称胶体，而其中的分散物质则称为胶体颗粒。但在一般的场合，有时也把胶体理解为胶体溶液中的颗粒。胶体颗粒具有布朗运动的特性，由于胶体不断地进行布朗运动，因此不会象大的泥砂颗粒那样，借重力的作用沉淀下来，这就是河水中的粘土颗粒保持不沉而使水浑浊的原因。水中比水比重大的悬浮物在重力作用下可逐渐下沉，称为自然沉淀。悬浮物沉降的速度与其颗粒大小、密度有关，水温也有一定关系。沉淀法一般只能去除 20～100μ以上的颗粒，胶体颗粒不能用沉淀法去除。表 3-24 水中悬物的沉降速度颗粒直径 (mm) 悬浮物的性质沉降速度 (mm/s) 每沉降 1m 所需时间 1.0 粗砂 100 10s 0.1 细砂 8 2min 0.01 细淤土 0.154 2h

0.001 细粘土 0.00154 7 天 0.0001 胶体粘土 0.0000154 2 年从上表可看出，小于 0.001mm 的颗粒，需要很长时间才能沉淀，单靠自然沉淀难以澄清。根据试验，沉淀 2～3h 后，即使再加长沉淀时间，悬浮物沉降的量增加很微小，如沉降 3h 悬浮物可沉降 90.2%，沉降 7h 悬浮物亦不过沉降 91.7%，因此延长沉淀时间以提高沉淀效果是不合理的。由于自然沉淀需要时间较长，在行军、野营或战时是不适用的。当长期驻扎或固定营房在修建集中式给水时可用作初步处理，但多与混凝联用。常用沉淀设备为各式沉淀池。二、混凝(coagulation) 雨水冲刷和流经地表，将许多的泥沙、腐殖土和有机污物带入江河和湖塘地表水源之中，这是造成天然水浑浊的主要原因。然而，工矿企业产生的废水和生活污水排入地表水源之中，更是导致天然水浑浊而有碍健康的祸害。大家都亲身感受到，饮用浑浊水，不但使感观和心理上产生不舒服感，而且由于其中含的微生物和其它杂质多，容易使饮用者感染上疾病。所以，澄清浑水受益饮用者，这是一项重要而受人们欢迎的卫生措施。水中含有的杂质可分为两大类：一类是不溶解而是混悬在水中的，称为浑浊物或悬浊物另一类是溶解在水中肉眼看不见的，称为溶解物。水中含有这些杂质，除了少数溶解在水中对人体有益的矿物盐类以外，大都是些不合乎饮用卫生要求的污染物，应该加以去除。去除饮水中污染物的措施叫做饮水净化。去除水中胶体和其他微小悬浮物质的方法，在一般的自来水处理过程中主要有两种途径。一种是在水中加入一些药剂(主要的药剂称混凝剂)，让细小颗拉互相吸附结成较大的颗粒，从水中沉淀出来，这叫做混凝沉淀法，其中加药结成大颗粒的过程叫做混凝，也称凝聚。这种方法一般可以把水的浑浊度降低到 25 度以下。另一种方法是在水中加入混凝剂后，使这些细小的颗粒直接吸附在一些相对巨大的颗粒 (如砂子)表面而去除掉，这就是过滤的方法，过滤往往设在混凝沉淀的后面。过滤可以把水的浑浊度降低到生活饮用水的标准，即在 5 度以下。混凝沉淀的效果很好，可去除浊度 98%，去除色度 80%，去除细菌和病毒 80～ 98%。此外，还有除铁、除氟、去除水中某些毒物及水中核、化学、生物战剂的作用。 (一)混凝机理混凝的机理比较复杂，至今尚未完全解决。因为影响混凝的因素很多，且不同的混凝剂，其作用机理亦不尽相同。混凝的原理比较复杂，至今尚未完全解决。混悬在水中的微细颗粒所以能够长期保持分散而不沉，是因它们带有相同的电荷，如粘土、腐殖质、微生物等都带有负电荷，互相排斥，因而不能粘附在一起形成大的聚集体而下沉。目前，混凝的原理多用压缩双电层或化学架桥作用来解释。压缩双电层作用就是在水中加入电解质（混凝剂），使水中异离子增加。一些异离子由胶团的扩散层进入吸附层，同时减少了扩散层厚度，好象扩散层受到压缩，使各胶团的胶粒之间距离缩短，增加了碰撞机会而凝聚。化学架桥作用则是因混凝剂为高分子物质，一般具有链状结构，当它的某一链节上的基团吸附某一颗粒后，另一链节上基团可伸展于水中吸附另一胶粒，形成胶粒——高分子物质——胶粒聚集体，就如架桥一样。这两种作用都不是独立的，而往往是同时存在

最常用的铝盐和铁盐在水中的反应，可简单的表示如下： AL2(SO4)3+3Ca(HCO3)2→2AL(OH)3+3CaSO4+6CO2↑ 铁盐的反应一般表示为： FeSO4+Ca(HCO3)2→Fe(OH)2+CaSO4+CO2↑ 4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3 (二)混凝剂(coagulant) 植物用药物来澄清浑水已有悠久的历史。人们在生活实践中早已会用明矾和带粘性的野生等来处理浑水以供饮用。然而把用药物来澄清浑水作为一项水处理的技术，并且用科学的方法进行研究，那是在二十世纪初才开始的。用药物来澄清浑水称为混凝沉淀。所加入的药物称为混凝剂。也有叫做凝集剂、凝聚剂或絮凝剂，名称尚未统一。此外，有些混凝剂它本身在澄清浑水中只起辅助作用,为了与前者加以区别，另叫它助凝剂或助沉剂。目前各国所使用的混凝剂种类繁多，有无机的和有机的，有天然的和人工合成的；尤其是合成高分子混疑剂种类特别多。其中有些已试用于自来水厂处理浑浊水，初步观察到在使用过程中未发现该药剂对饮用者产生生理上的影响。伴繁雄也介绍日本 41 家公司所生产的 264 种高分子混凝剂和助凝剂，其中 80％以上是聚丙烯酰胺类的产品。混凝剂的分类大概如下表所示。表 3-25 混凝剂的分类举例类别品名举例性能低分子铝盐铁盐镁盐明矾、硫酸铝、氯化铝、铝酸钠硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁碳酸镁、碳酸氢镁混凝剂混凝剂混凝剂无机类高分子聚合铝硅酸活性碱式氯化铝、碱式硫酸铝硅酸混凝剂助凝剂天然高分子淀粉蛋白质藻类玉米份、土豆粉、糊精动物胶、骨胶、乳胶海藻酸钠、琼胶助凝剂两性，助凝剂阴性，助凝剂纤维素衍生物羧甲基纤维素羧乙基纤维素阴性，助凝剂中性，助凝剂有机类改性或合成高分子改性淀粉及其衍生物碱性淀粉、羧甲基淀粉淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物阴性，助凝剂阳性，助凝剂

方法以确定较合适的混凝剂用量，以保证混凝效果和节约混凝剂用量。常用试验方法为三杯法，具体方法见实习讲义。在野外情况下，也可用三桶法，即在三个盛有浑水桶内(容量 20L)，各加入 5%明矾溶液 20、30、40ml，先快后慢搅拌 3～ 5min，放置 5～10min，以出现絮状物大，形成速度快，澄清效果好的一桶为适量，以此作为单位剂量计算。如三桶在 10min 后仍无絮状物形成或絮状物很微小，则须增加明矾溶液量再作试验。如加入足量的铝盐混凝效果仍不好，可投加石灰或其它碱性物质。铝盐的主要缺点是:影响因素多，适用水的 pH 范围较窄，反应澄清时间较长等。 2.聚合氯化铝(polyaluminium chloride,羟基氯化铝、碱式氯化铝): 聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，早在本世纪初即开始研究，但在五十年代后才开始在给水中应用。我军自六十年代以来对其制作工艺及在水处理应用上进行了大量研究，并在军内推广使用。 (1)聚合氯化铝性质与混凝机理:聚合氯化铝是由铝灰或其它含铝物质如铝矾土、煤矸石、煤渣等与盐酸反应而成。产品成分比较复杂，其组成不是单一某一种固定分子结构，而是各种形式的铝的络合离子与氯离子结合的混合体。由于原料和制造方法不一致。成分结构有所变动，但基本上没有很大差别，一般化学通式为［Al2(OH)nCl6-n］m，其中n为 1～5 任何整数，m为≤10 整数。聚合氯化铝是无机高分子络合物，由于羟基的架桥作用而起缩合反应，生成多核络合物，由于核大量增加，构成了巨大聚合物。聚合氯化铝本质上与铝盐并无不同，但由于其本身为电荷适度、聚合度大的无机高分子电解质，中和电荷、粘接架桥能力较强，即以最优形态投入水中立即发挥混凝作用，而能以较少剂量取得较好混凝效果，这是聚合氯化铝优于其它铝盐的原因。 (2)聚合氯化铝的优缺点:经我军对各类水源水广泛试验、自来水厂实践和实验室试验证明聚合氯化铝有很多优点。 ①用量少。在同样剂量时，其混凝效果较硫酸铝、三氯化铁好。军队野外常用剂量为 30～60mg/L，剂量过大效果反而降低。当原水浊度在 500mg/L 以下时，按固体投加量计，其效果为硫酸铝 3.75～6 倍，原水浊度为 7500mg/L 时，为 6～ 15 倍，可减少药剂成本 40～75%。 ②絮状物形成快，大而细密，沉淀速度快。一般搅拌 1min，静置 5～10min 即可应用，因反应沉淀时间缩短，在相同条件下可提高处理能力 1.5～3 倍。 ③影响因素少。如对原水浊度、碱度、温度、有机物含量等变化适应性强。适应原水 pH 范围比硫酸铝宽在 6～9。适宜投加量宽，过量投加也不会如硫酸铝造成水浑浊。 ④混凝效果好。在除浊、除铁、除氟、除有毒金属、除菌等方面都较硫酸铝好。但在实际使用中发现使用聚合氯化铝混凝时，处理水表面常有浮沫、沉淀物容积较大，水的碱度较低时，混凝效果较差。为克服这些缺点，我军曾研制带有硫酸根、聚丙烯酰胺或植物助凝剂的聚合氯化铝。 3.铁盐:常用铁盐有硫酸亚铁(绿矾)FeSO4·7H2Ｏ、三氯化铁FeCl3·6H2Ｏ和硫酸铁Fe2(SO4)3·2H2Ｏ。铁盐的混凝机理与铝盐基本相同，简单的可用下列公式表示 2FeCl3+3Ca(HCO3) 2→2Fe(OH) 3+3CaCl2+6CO2 Fe2(SO4)3+3Ca(HCO3) 2→2Fe(OH) 3+3CaSO4+6CO2 硫酸亚铁为二价铁盐，只有转变成三价铁才能形成Fe(OH) 3。FeSO４先水解成

Fe(OH)2再氧化成Fe(OH) 3。为促进更快形成Fe(OH) 2常同时投加石灰。 FeSO4+Ca(HCO3) 2→Fe(OH) 2+CaCO4+2CO2 FeSO4+Ca(OH) 2→Fe(OH) 2+CaSO4 ２Fe(OH) 2+2O+H2Ｏ→2Fe(OH) 3 由于靠水中溶解氧来氧化二价铁速度较慢，可以加入漂白粉来氧化二价铁。漂白粉的用量(按有效氯计算)与硫酸亚铁之比，按理论计算为 1∶7.8，实际上漂白粉用量可多算一些，以同时用于水的消毒。 2FeSO4+3Ca(HCO3)2+Cl2→2Fe(OH) 3+2CaSO4+CaCl2+6CO2 聚合硫酸铁是一种新型高分子无机净水剂，它是以硫酸亚铁为主要原料，经反应在常压下化合而成。聚合硫酸铁具有许多优点，如净水效果比其它铁盐好，影响因素少，原料来源可靠价廉，余留的铁比铝安全等等，是一种有前途，日益应用广泛的净水剂。铁盐的优点为:絮状物比重大，沉降较快；适应水的 pH 值宽(pH3.5～6.5，或 8～11)；在低温时效果亦好；去除砷、含砷军用毒剂及肉毒杆菌毒素效果较好。铁盐的缺点是处理后的水易产生色、味；具有强酸性，对设备有腐蚀作用；使用时亚铁盐要投加石灰或氯。 4.镁盐:用铝盐或铁盐处理混水，会产生大量污泥，且污泥含水量高，脱水亦困难，处理也麻烦。用碳酸镁混凝水可循环使用，解决了这个难题，目前美国很多水厂都采用这种方法。用碳酸镁来混凝沉淀浑水，需先投加石灰将水的 pH 值提高到 11 以上，使其形成氢氧化镁絮状物而沉淀。沉淀下来的污泥集中于浓缩池，通入二氧化碳使生成易溶于水的碳酸氢镁，后者经曝气后再转化为碳酸镁供循环使用。我国我军尚未应用此项技术。 5. 净水植物: 公元前 2000 年已有使用某些植物汁液净水的记载，我国古代医学文献中也有使用桃杏仁、贯众净水记载。六、七十年代我军对净水植物进行了大量筛选、试验研究，发现有混凝、助凝作用的植物有数十种。其中有混凝作用的有量天尺、仙人掌、木棉树与木瓜，有助凝作用的有榆树、土肉桂、钝叶樟、木芙蓉、刨花楠、梧桐树等等。以净水植物作混凝剂或助凝剂，是利用植物的全草(如贯众、马齿苑)、根茎 ( 如仙人掌、量天尺)、叶(如钝叶樟)、花(如木芙蓉花)、果汁(如木瓜)，其中多含有多糖类高分子物质，含有-CONH2、-COOH、-OH、-NH2等基团，带负电荷，可能与水中铁、铝、钙等两价以上阳离子形成多糖类金属盐絮凝体。此外，还有电荷中和及粘附架桥作用。净水植物作为混凝剂时，可取量天尺或仙人掌一块，在一端划几条口子，稍加挤压，在浑水中搅 2～3min 至出现蛋花状絮状物为止，沉淀 5min，取上面清水或经布滤后使用。也可将仙人掌捣烂，取一定量粘稠物加入水中，搅拌至出现絮状物，静置澄清备用。净水植物作助凝剂用时，先向水中加入明矾。快速搅拌 2～3min 至出现微小絮状物时，再加入砸烂植物 1～2g/10L 或 10%植物水浸液 2～5ml/10L。慢搅 1～ 2min 到出现大絮状物时，即用布滤或沉淀 3～5min 后，取上清水使用。此法可使混凝时间加快，明矾用量节约 1/3。净水植物在干燥后或水浸液放置过久，净水作用即消失。一般均使用新鲜植物或现配水溶液，但也有个别植物干燥后仍有净水效果，净水植物多只用于野外

少量水处理。 (三)助凝剂助凝剂本身可起混凝作用，也可不起混凝作用，但与混凝剂一起作用时，能促进混凝的作用。助凝剂一般可分二类:一是调节或改善混凝条件药剂，如原水碱度不足可投加石灰，又如硫酸亚铁氧化为高铁需加氯气等；二是加大絮状物粒度、比重和结实性的药剂，如在水中加粘土可起到加重，加大絮状物的作用，在水中加无机或有机高分子物质如活化硅酸、骨胶、聚丙烯酰胺，可加强粘附架桥作用，使胶体脱稳，加大絮状物。 1.活化硅酸:活化硅酸的原料为硅酸钠(钠水玻璃)，其成份为Na2O·XSiO2·YH2 Ｏ。使用硫酸或硫酸铵等活化剂，将硅酸钠中碱中和，使二氧化硅分解出来产生胶体。活化硅酸实质上属于一种阴离子型高分子电解质，常作为铝盐或铁盐的助凝剂，一般采用 1～1.5%SiO2，使用少量即可大大增强混凝过程，可减少混凝剂用量，改善低温、低碱度条件下混凝效果。有时单用活化硅酸也可起到混凝作用。硅酸溶液不能久存，放置一段时间便变成冻胶失去作用。因此，只能现场调配，即日使用。 2.聚丙烯酰胺(polyacrylamide PAA):聚丙烯酰胺是一种人工合成水溶性非离子型有机高分子物质，无色无味呈透明胶状体，分子式为［CH2＝CHCONNH2］n，分子量有数百万至数千万。聚丙烯酰胺在水中可分散成巨大数量的长链状高分子，单用可以作为混凝剂，如加入聚丙烯酰胺重量 1～5%的氢氧化钠，碱化后变成一种阴离子型的高分子物质聚丙烯酸钠，用来处理高浊度水，混凝效果可提高数倍。聚丙烯酰胺与混凝剂配合使用可大大提高混凝效果。使用时溶解成 0.1～1%溶液，可与混凝剂同时或加混凝剂后 1～5min 加入。用量为 0.1～1mg/L,量过多反会降低效果。聚丙烯酰胺的单体丙烯酰胺有毒，故规定聚丙烯酰胺含游离的丙烯酰胺不得超过 0.2%。国内有的研究建议，聚丙烯酰胺和丙烯酰胺在饮用水中最高容许浓度，经常使用时(指每年使用时间超过 1 个月)分别为 1.0mg/L 和 0.01mg/L，非经常使用时(每年使用少于 1 个月)为 2.0mg/L 和 0.1mg/L。聚丙烯酰胺适用于高浊度，高色度或有特殊嗅味的水，高浓度有机废水，含有毒有害物质的水，放射物质污染的水及含有大量致病菌和病毒的水。 (四)影响混凝的因素影响混凝效果的因素很多，且较复杂，主要有以下 5 个因素： 1.水的pH值和碱度:水的pH值对混凝的影响程度，随混凝剂种类的不同而异。铝盐在水中水解后，要在一定的pH值范围内才能形成氢氧化铝。氢氧化铝为两性化合物，当pH值大于 8.5 时，氢氧化铝产生明显溶解，生成铝酸离子AlO2-，pH 值小于 3 时，氢氧化铝又可离解为三价铝离子。一般认为水的pH在 5.7～7.8 范围内混凝效果较好。铁盐同样受水的 pH 值影响，但较铝盐好些。因铁盐水解性能较铝盐好，水解产物不易溶解。三价铁盐适宜的 pH 值为 6.0～8.4，而二价铁盐只有当 pH 值大于 8.5 时，才可被氧化为三价铁，因此需投加碱。高分子混凝剂尤其是有机高分子混凝剂，混凝效果受 pH 值影响较小。水的碱度主要是指水中的碳酸盐、重碳酸盐和氢氧化物，一般水源水都含有一定的碱度。铝盐和铁盐在水中水解时，每步产生的H+ 都将导致水的pH值下降，需有碱性物产生将之中和使水解能进行完全，如Al（SO 2 ４）3+3Ca(HCO3) 2→2Al(OH)

3+CaSO４。但当水中碱度不足或混凝剂投加量很高时，水中 pH 值将大幅度下降，就必须投加碱性物质才能获得良好混凝效果。一般 1g 硫酸铝加熟石灰 0.33g,1g 硫酸亚铁加热石灰 0.26g。 Al2（SO４）3+3Ca(OH) 2→2Al(OH) 3+3CaSO４ 2.水温:水温对混凝效果有明显影响。水温低时，铝盐在水中水解缓慢，反应进行慢，絮状物形成也慢且颗粒细小松疏，即使增加剂量效果亦不大。此外水温低时，水的粘度增大，絮状物亦不易下沉。为提高低温时混凝效果，常用增大剂量，延长沉淀时间，投加高分子助凝剂或改用聚合氯化铝、聚合硫酸铁等方法。 3.水中杂质:水中悬浮物的成分，如不同的粘土种类、浓度，腐殖酸等都对混凝有影响。据试验，膨润土形成的浊度消耗的铝盐量较高岭土高 20 倍之多。水中悬浮物的多少能影响絮状物的形成，浑浊或稍浑浊的水较透明的水更易凝聚，一般水中悬浮物多少与混凝剂投加量成正比，但如悬浮物极少时，反而要增加剂量或投加粘土或助凝剂。当水中存有腐殖质、单宁等化合物时，使水具有很高色度，用铝盐或铁盐混凝除色须在低 pH 值下进行，才能取得较好的效果。 4.搅拌:搅拌对混凝的效果也有很大影响。搅抖的速度和时间如果不适当，亦不能获得最佳混凝效果。混凝剂加入水中后，应迅速充分搅动使混凝剂得以快速混和均匀，形成微细絮状物，然后慢速搅拌，以增加絮状物碰撞机会形成较大的絮状物下沉。剧烈长时间搅拌或经常改变搅拌方向，都可导致絮状物不可逆的破坏。合适的搅拌可以提高混凝效果，减少混凝剂的用量。三、过滤(filtration) 浑水经砂层过滤后就会变清一些，但水太浑就容易使砂层堵塞，这个概念是从生活经验中得来的。最早的滤池就是根据这样的概念建立起来的。自然沉淀可能使水的浑浊度降到 50 度以下，把自然沉淀以后的原水通过滤池过滤，就可以防止滤池过早地堵塞。过滤后的水质可以好到什么程度呢?通过不断的实践，发现不仅水质浑浊度可以接近于 0，而且能起很好地去除细菌、嗅味以及色度的作用。过滤可以改善水的感官性质，直接过滤可去除浑浊度 90%，对除铁锰也有一定效果，去除微生物效果则不佳，慢砂滤去除微生物效果则很好，大肠杆菌、病毒、病毒、阿米巴包囊、贾第鞭毛虫包囊去除率均在 99%以上。混凝沉淀后经快砂滤，可以提高去除金属效果，对去除农药滴滴涕、有机磷有较好效果，对去除大肠杆菌、病毒、阿米巴包囊均比直接过滤有较大提高。如直接过滤去除脊髓灰质炎病毒仅 1～50%，加明矾，沉淀过滤则去除率大于 99.7%。 (一)过滤原理 1.机械筛滤:筛滤能去除大于滤层孔隙的悬浮物，随着过滤的进行，截留杂质增多滤层孔隙愈来愈小，使微小的颗粒物和微生物也被截留下来。 2.沉淀:水中悬浮物由于重力作用，在过滤时沉积在滤料的表面上，而小于滤层孔隙的悬浮物进入滤层时，也会在重力作用下脱离流线而沉淀在空隙中，滤层实际起到一个有巨大表面积多层的沉淀池作用。 3.吸附:由于水流通过孔隙，不断与滤材发生碰撞，破坏了水中胶体保护层，悬浮物、胶体和溶解杂质被滤材所吸附。产生吸附作用是包围在滤料周围的胶体物质或是范德华力和静电引力。 4.生物滤膜:被截留在滤料表面的微生物利用粘附在滤料表面和水中有机物

为养料不断繁殖，形成一薄层粘液生物膜(biomembrane)。生物膜可以截留最细小的颗粒和微生物，分泌生活性酶，吸附和杀灭微生物，促进氨和亚硝酸盐的氧化。 (二)滤料的种类滤料是过滤水用的，且长期浸泡水中，因此其理化性质必然对水质产生影响，也就可能影响人体健康。因此，滤料应合乎一定的卫生要求，即本身无毒，亦不会与水中任何化学物质结合产生有毒物质，不会被微生物利用和分解；有良好机械强度，不易磨损破碎。 1.颗粒状滤料:最常用的有石英砂、无烟煤、磁铁矿、锰矿、木炭、活性炭。近年发展的有陶粒、陶瓷料、石墨、聚苯乙烯发泡塑料珠等。就地取材还可利用煤渣、蚌壳等。 2.纤维状滤料:如石棉纤维、金属纤维、聚丙烯纤维、纤维活性炭、纤维离子交换树脂、α纤维素、布、棉花、羊毛等。各种纤维可织成布或编成绳状绕缠在支架或多孔园筒上，也可成团置于过滤器内进行过滤。 3.多孔成型滤料:多孔成型滤料可用陶瓷、硅藻土、活性炭、金属、塑料等原料制成管状或板状。陶土滤器早在二次世界大战中就曾应用，可隔滤细菌，但因笨重、易碎、易堵塞、清洗困难、出水量小等缺点在军队已不再使用。近年研制有变孔烧结活性炭管，弹性变孔隙率过滤材料部分克服了这些缺点。 4.薄膜型滤料:有各种类型的微滤膜和超滤膜，微滤膜孔径约在 20～0.1μ，超滤膜孔径约在 0.1～0.01μ，主要用于去除微细悬浮颗料、细菌、病毒和胶体等。这种滤料由于孔径很小，极易堵塞，因此水需先径有效的预处理，一般只用于对净化度要求较高的小量水处理。 (三)影响过滤的因素影响过滤效果的因素很多，较重要的有: 1.滤料的粒径与级配:滤料粒径是指一个刚好能把滤料包围在内的假想球面直径。滤料粒径大，滤料间孔隙也大，筛滤、沉淀悬浮物作用就小，微小悬浮物易于穿过。滤料粒径小，悬浮物多被筛滤阻于表层，使水流阻力增大，易于堵塞。因此，滤料的粒径应适宜，才能得到较好过滤效果。滤料级配是指滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例。在集中式给水的过滤池只有具有适当级配的滤料层，才能取得良好过滤效果。通常用有效粒径 (effective size)和不均匀系数(diversity factor)作为滤料级配的指标。常用有效直径d10，是指能通过滤料 10%的筛孔孔径。d10反映了滤料中小颗粒的大小。d80则表示通过滤料重量 80%的筛孔孔径。d10与d80之比称为不均匀系数 k80(k80＝d80/d10)。k80反映滤料大小不均匀程度。k80愈大表示滤料中颗粒大小相差愈大。不同型式的滤池要求有效粒径和不均匀系数亦不一样。但非每种滤料都能满足要求，因此应将滤料进行筛分试验。最简的筛分方法是取规定最大和最小两种粒径相应的筛子来筛分，截留于小孔筛上的滤料都合使用。 2.滤层厚度:滤料除有合适的粒径和级配外，还必须有一定的厚度，才能保证过水的水质。在过滤时，悬浮物或絮状物开始在滤层表层积聚，以后逐渐向深处移动，悬浮物穿透的深度和滤料的粒径、滤速及混凝效果有关。粒度大、滤速快、混凝效果差的，其穿透深度就较大。因此，滤料粒径大，需要滤层厚；滤料粒径小、需要滤层薄。如快砂滤池一般穿透深度约为 40cm，加上保护层厚度约 20～30cm，则滤层总厚度应为 60～70cm。又如双层滤池，在砂上加一层煤粒，煤粒孔隙较大，絮状物可穿透得更深些，煤和砂的总厚度要求为 80～100cm

3.滤速:滤速对过滤的效果影响很大。滤速过快，悬浮物难以粘附、沉淀，随水流而出使过滤破坏。有效的滤速是由滤料大小、形状、厚度、水质条件及混凝效果而定的。慢砂滤砂粒粒径小，原水未经混凝处理故滤速较慢，只有 0.1～ 0.3m/h，否则很快堵塞。而快滤池滤料粒径大，原水经过混凝处理，滤速就可提高到 8～12m/h。 4.水的性质:水的性质对过滤效果影响也很大，如水的浑浊度、色度、有机物、藻类等。其中影响最大的是原水的浊度。原水浊度大时，滤过时间缩短，出水量减少。据试验，单层滤料原水未经混凝沉淀出水浊度将随原水浊度升高而升高。水中藻类对过滤也有较大影响，小量藻类即可使滤层水头损失增加，量大时很快将滤料孔隙堵塞。因此，对滤池进水浊度有一定要求，如快滤池进水一般应小于 20 度。除此外影响过滤的因素还有滤料形状和孔隙度，过滤方式，投加混凝剂、助滤剂的剂量、方式等等。 (四)过滤方式: 过滤方法分为两大类:即表面过滤，就是将悬浮物截留在滤料表面，滤层过滤就是悬浮物能进入滤层深处并被截留。表面过滤如金属筛网、陶瓷过滤管、活性炭烧结管、石棉滤板、滤膜等。滤层过滤有慢滤池、快滤池、砂滤桶、压力过滤器等。四、消毒(disinfection) 污染饮用水有害物质可分为两大类。一为致病微生物的污染，另一为有毒化学物质的污染。解决前者卫生保障措施是饮用水消毒。据调查，引起人类发病的传染病总共约有 148 种，其中有 15 种是经水传播的，其中尚没有包括可能经水传播的以下几种传染病：耶氏菌(Yersinia)小肠结肠炎，沙园病，葡萄球菌食物中毒，肉毒中毒，蓝氏贾第鞭毛虫病，蛔虫病和肺吸虫病等。它们在整个传染病中的发病率和死亡率也是比较高的，它们对部队战斗力的影响甚为严重。例如：1817 年英国远征军 18，000 人侵略印度，在几个月里饮用未经任何消毒的河水，死于霍乱者达 13，000 人。1859 年法军在阿尔及利亚作战，15000 军人中患霍乱者 12，000 人，因而不得不停止战争。第一次世界大战中，因饮用水水质污染严重，法军中患伤寒者 124，000 人，德军中 116， 000 人，俄军中也有 70，000 人。美军在越南战场上(1967 年)，因饮用了污染阿米巴包囊的水，患阿米巴痢疾及其并发症的士兵有数千人之多。所以饮用水的消毒问题，特别要引起部队给水卫生工作者的重视。表 3-27 水传播的传染病病名传染源死亡率分布阿米巴痢疾溶组织阿米巴低全球急性腹泻致病性大肠茵、肠道病毒等低全球霍乱霍乱弧菌 24 小时内 10— 80％死亡印度、东南亚等麦地拉丝虫病麦地拉丝虫无死亡印度、中东、非洲等棘球虫病纫粒棘球绦虫可致死分布广传染性肝炎肝炎病毒甲型 0.2％死亡全球

《环境卫生学》课程教学资源（教案讲义）第三章 给水卫生 3.4 第四节 饮用水处理

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