专利名称：一种高效安全的水处理预氧化杀菌方法
技术领域：
本发明涉及一种水处理预氧化方法，特别是指，一种针对饮用水源水、城市污水厂处理排放水及用于回用目的的中水的氧化杀菌方法。
背景技术：
目前，氧化杀菌是水处理过程必不可少的单元操作过程，是保障处理水生物安全性的重要屏障。饮用水处理中通常须进行预氧化灭活水源水中细菌等微生物以避免其在输水管道及处理构筑物内滋生；滤池过滤出水须进行二次氧化杀菌以确保水中病原细菌等微生物完全灭活并抑制其在输配水管网内滋生从而有效地保障饮用水的生物安全性。此外，城市污水厂处理水进行回用或排放至受纳水体前也必须杀灭细菌以避免危及人民身体健康及破坏生态环境。事实上，《国家生活饮用水标准(GB 5749-1985)》、卫生部《生活饮用水卫生规范》(卫法监发 161号)、《污水综合排放标准(GB8978-88)》及《生活杂用水水质标准(CJ25.1-89)》等相关标准、规范及法规中均对水中微生物学指标作了明确要求。
水处理预氧化杀菌方法通常从杀菌效能及氧化副产物生成两方面进行评价。
杀菌效能主要考察其对细菌等微生物的灭活能力，杀菌效能越强，其保障处理水生物安全性的能力越强。反应副产物生成主要考察杀灭细菌过程中产生的对环境生物体、人体有害的致癌、致畸、致突变等“三致性”氧化副产物的生成情况。反应副产物生成量越少，处理水的化学安全性越能得到保证。
目前，水处理中氧化杀菌方法中通常采用氯气、氯氨、二氧化氯、臭氧、高锰酸钾、漂白粉及紫外线等。各种方法各有其优缺点氯气杀菌效果好、持续时间长，但会产生大量卤代氧化副产物；氯氨杀菌持续时间长、生成的副产物较少，但杀菌效果较差；二氧化氯杀菌效果较好且生成的有机副产物少，但会生成对人体有害的无机亚氯酸盐等；此外，二氧化氯化学性质不稳定，必须现场制备即时投加，成本高且使用不方便；必须现场制备；臭氧瞬时杀菌效果好、生成的卤代副产物少，但会生成甲醛、溴酸盐等副产物；臭氧杀菌效果持续时间短且往往导致处理水生物稳定性下降，管道内微生物再次滋生繁殖的可能性大；臭氧必须现场制备发生，一次性投资大，处理成本高，使用不方便；高锰酸钾不会产生对人体有害的副产物，但消毒效果差，且不能作为二次消毒剂使用；漂白粉使用量较大，通常仅在乡镇小型水厂或农村无完善净水设施的情况下使用；紫外线处理杀菌效果好且不产生氧化副产物，但杀菌效果持续时间短不能保持持续杀菌效力；紫外线由现场高压放电而得，能耗高一次性投资大；此外，紫外线杀菌穿透力受水中浑浊度等因素限制，通常不能在污水处理及饮用水处理预氧化中使用。
本发明人之一曾就高锰酸钾与有效氯同时投加联用工艺的消毒效能作过研究并将研究成果公开发表(发表于《中国给水排水》2003年7月第七期，论文名称“高锰酸钾强化预氯化消毒技术研究”)。已公开的成果存在如下不足1、高锰酸钾与有效氯同时投加未能充分发挥两种氧化剂各自优势，因而难以达到最优处理效果；2、高锰酸钾与有效氯投量范围小，投加量配比单一，适应范围小；3、高锰酸钾与有效氯同时投加工艺未考虑生产运行实际情况，工艺简单，难以根据各地不同水厂实际工艺特点进行调整，难以大规模推广应用；4、仅仅针对饮用水预氧化消毒，而对城市污水厂处理排放水及用于回用目的的中水的杀菌效能未作研究。
发明内容
本发明针对上述各种杀菌方法的优缺点，提出一种针对饮用水源水、城市污水厂出厂排放水或用于回用目的的中水的高效安全的氧化杀菌方法，经该处理方法处理后，对于饮用水处理，出水相关指标达到国家生活饮用水标准GB5749-1985，也符合卫生部《生活饮用水卫生规范》(卫法监发 161号)；对于城市污水厂出厂排放水，出水相关指标达到《污水综合排放标准》(GB8978-88)；对于用于回用的中水，出水相关指标达到国家现行的中水水质标准《生活杂用水水质标准》(CJ25.1-89)。
为实现上述目的，本发明采取以下方案将待处理水在充分搅拌条件下按以下投加顺序中之一加入高锰酸钾及有效氯，之后混合20秒～60秒、接触反应10分钟～120分钟投加顺序A先加入高锰酸钾，后加入有效氯；投加顺序B先加入有效氯，后加入高锰酸钾。
本发明的技术关键在于1、往待处理水加入高锰酸钾及有效氯进行混合(20秒～60秒)、接触反应(10分钟～120分钟)；2、高锰酸钾与有效氯的投加先后顺序根据实际工艺可先投加高锰酸钾后投加有效氯或先投加有效氯后投加高锰酸钾；3、高锰酸钾及有效氯的投加量与待处理水水质及实际水处理工艺有关高锰酸钾的投加量为0.15～12mg/L，有效氯的投加量为0.3～15mg/L，且高锰酸钾与有效氯的质量配比在15∶1到1∶20之间；4、混合、接触反应的水力条件与常规饮用水处理工艺条件相同。
高锰酸钾与有效氯的投加先后顺序确定原则如下对于饮用水源水，若水中还原性无机污染物(如Fe2+、Mn2+、S2-等)较多，或源水藻类大量繁殖，或水源地与水厂距离相对较远，采用先投加高锰酸钾后投加有效氯的投加方式；若源水受生活污水等污染较严重，水中大肠杆菌、粪大肠杆菌、病原细菌等微生物污染严重，则采用先投加有效氯后投加高锰酸钾的投加方式；对于城市污水厂排放水或用于回用目的的中水，一般情况下采用先投加高锰酸钾后投加有效氯的投加方式；其中，高锰酸钾投加点必须在过滤单元(如砂滤、膜滤等)前，而有效氯投加点则置于过滤单元之后。
高锰酸钾与有效氯的投加量确定原则如下对于城市污水厂排放水或回用中水的处理，其有效氯投加量高于饮用水源水中有效氯投加量；对于饮用水源水、城市污水厂排放水或用于回用目的的中水，高锰酸钾先投加较高锰酸钾后投加其投加量大；对于饮用水源水，若受污染较为严重，有机污染物及无机污染物(包括Fe2+、Mn2+等还原性无机物及Pb2+、Hg2+等重金属等)较多，或藻类大量繁殖，高锰酸钾投加量取较大值(1.0～10mg/L)，有效氯投加量则取1.0～4.0mg/L；若源水保护较好，未受人为工业及生活污水污染，高锰酸钾投加量取较小值(0.15～1.50mg/L)，有效氯投加量则取0.3～1.5mg/L；对于城市污水厂出水，若处理水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准，高锰酸钾投量取0.5～6.0mg/L，氯投量取4.0～8mg/L；若处理水达到一级B排放标准，高锰酸钾投量取1.0～8.0mg/L，氯投量取6.0～10mg/L；若处理水达到二级排放标准，高锰酸钾投量取1.5～12.0mg/L，氯投量取8.0～12mg/L；对于用于回用目的的中水，若处理水回用作为冲厕等生活杂用水，高锰酸钾投量取0.5～2.0mg/L，氯投量取3～6mg/L；若处理水回用作为浇洒绿地等景观用水，高锰酸钾投量取0.4～1.5mg/L，氯投量取2～4mg/L；若处理水回用作为循环冷却水等工业生产用水，高锰酸钾投量取0.25～1.0mg/L，氯投量取0.5～2.0mg/L。此外，中水处理工艺过滤工艺若采用砂滤、膜滤串级过滤方式，其氯投量低于仅采用砂滤过滤的情况。
与现有杀菌方法比较，本发明具有如下优点1、具有优异杀菌效力，对水中大肠杆菌、粪大肠杆菌、细菌总数等不同种属微生物均表现出良好的灭活效能，能有效保障处理水的生物安全性；2、杀菌持续时间长，能有效抑制细菌再生长，有效保证水处理构筑物正常运行；3、反应副产物生成量少，能有效保障处理水的化学安全性；4、本方法兼具有强化混凝、氧化助凝等作用效能；5、工艺简单，操作简便，无须大幅增加水厂基建投资和运行费用。
具体实施例方式
以下通过实例对本发明作详细说明。
实施例1某水厂以受一定污染的水库水为水源，细菌、藻类等微生物大量繁殖。经采样测定大肠菌群数为1.45×107个/L，细菌总数为2.95×104个/mL，藻类总数为8.2×107个/L。在水厂一级泵站处投加0.8mg/L高锰酸钾，在输水管道内反应1.2小时后进入厂内，再在进厂配水井处投加0.4mg/L有效氯。经常规饮用水处理工艺混合、反应、沉淀后取样进行检测，91.8％大肠菌群被灭活，95.7％细菌总数被灭活，藻类去除率达到87.6％；反应副产物总三卤甲烷(TTHMs)生成量为12.7μg/L；取出厂水进行相关指标检测，大肠菌群、藻类未检出，细菌总数为18个/mL，TTHMs生成量为24.8μg/L。上述各指标均达到国家生活饮用水标准。此外，未发现水处理构筑物内微生物、原生动物滋生的异常现象。
实施例2某水厂以受一定污染的水库水为水源，细菌、藻类等微生物大量繁殖。经采样测定大肠菌群数为1.45×107个/L，细菌总数为2.95×104个/mL，藻类总数为8.2×107个/L。在水厂一级泵站处投加0.75mg/L有效氯，在输水管道内反应1.2小时后进入厂内，再在进厂配水井处投加0.3mg/L高锰酸钾。经常规饮用水处理工艺混合、反应、沉淀后取样进行检测，94.5％大肠菌群被灭活，97.2％细菌总数被灭活，藻类去除率达到85.4％；反应副产物总三卤甲烷(TTHMs)生成量为34.5μg/L；取出厂水进行相关指标检测，大肠菌群、藻类未检出，细菌总数为11个/mL，TTHMs生成量为46.8μg/L。上述各指标均达到国家生活饮用水标准。此外，未发现水处理构筑物内微生物、原生动物滋生的异常现象。
实施例3某水厂以受生活污水及工业废水污染的地表河流水为水源。大肠杆菌、粪大肠杆菌、细菌总数等微生物学指标严重超标，还原性Fe2+、Mn2+等无机物含量高。经采样测定大肠菌群数为5.6×108个/L，细菌总数为6.8×105个/mL，Fe2+为2.47mg/L，Mn2+为1.06mg/L，CODMn为10.6mg/L。在水厂一级泵站前投加8mg/L高锰酸钾，经水泵混合后在输水管道内反应15分钟后进入厂内，再在进厂配水井处投加1.2mg/L有效氯。经常规饮用水处理工艺混合及机械加速澄清池后取澄清池出水进行检测，96.7％大肠菌群被灭活，98.9％细菌总数被灭活；反应副产物总三卤甲烷(TTHMs)生成量为24.2μg/L；取出厂水进行相关指标检测，大肠菌群未检出，细菌总数为11个/mL，TTHMs生成量为32.8μg/L。上述各指标均达到国家生活饮用水标准。此外，未发现水处理构筑物内微生物、原生动物滋生的异常现象。
实施例4取某污水处理厂出水1.0L(该厂处理水达到一级A排放标准)，在快速搅拌条件下加入2.0mg/L高锰酸钾依次经混合反应(1分钟)、接触反应(5分钟)后过滤，取滤后水加入5mg/L有效氯反应10分钟后取样进行检测，出水相关指标达到《污水综合排放标准》(GB8978-88)。
实施例5取某污水处理厂出水1.0L(该厂处理水达到一级B排放标准)，在快速搅拌条件下加入4.0mg/L高锰酸钾依次经混合反应(1分钟)、接触反应(5分钟)后过滤，取滤后水加入6mg/L有效氯反应10分钟后取样进行检测，出水相关指标达到《污水综合排放标准》(GB8978-88)。
实施例6取某污水处理厂出水1.0L(该厂处理水达到二级排放标准)，在快速搅拌条件下加入8.0mg/L高锰酸钾依次经混合反应(1分钟)、接触反应(5分钟)后过滤，取滤后水加入10mg/L有效氯反应10分钟后取样进行检测，出水相关指标达到《污水综合排放标准》(GB8978-88)。
实施例7某小区中水处理系统处理后回用作居民冲厕等生活杂用。取处理系统中过滤前水样1.0L，在快速搅拌条件下加入1.5mg/L高锰酸钾依次经混合反应(1分钟)、接触反应(5分钟)后过滤，取滤后水加入4mg/L有效氯反应10分钟后取样进行检测，出水相关指标达到《生活杂用水水质标准》(CJ25.1-89)。
实施例8某城市污水处理厂出厂水作为浇洒城市绿地及补给城市生态湖泊等景观用水源水。取回用中水处理系统中过滤前水样1.0L，在快速搅拌条件下加入0.8mg/L高锰酸钾依次经混合反应(1分钟)、接触反应(5分钟)后过滤，取滤后水加入3mg/L有效氯反应10分钟后取样进行检测，出水相关指标达到《生活杂用水水质标准为(CJ25.1-89)。
实施例9某污水处理厂出厂水作为某发电厂循环冷却水水源。快速搅拌条件下于中水处理系统石英砂滤池前加入0.8mg/L高锰酸钾依次经混合反应(1分钟)、接触反应(5分钟)后依次经过石英砂滤池、反渗透膜过滤，加入0.3mg/L有效氯反应5分钟取样进行检测，出水相关指标达到循环冷却水水质要求。
对比例1某水厂以受一定污染的水库水为水源，细菌、藻类等微生物大量繁殖。经采样测定大肠菌群数为1.45×107个/L，细菌总数为2.95×104个/mL，藻类总数为8.2×107个/L。在水厂一级泵站处不投加预氧化剂，在进厂配水井处投加1.5mg/L有效氯。经常规饮用水处理工艺混合、反应、沉淀后取样进行检测，96.7％大肠菌群被灭活，98.2％细菌总数被灭活，藻类去除率86.4％；反应副产物总三卤甲烷(TTHMs)生成量为47.4μg/L；取出厂水进行相关指标检测，大肠菌群未检出，藻类总数9.51万个/L，细菌总数为9个/mL，TTHMs生成量为72.8μg/L。上述各微生物学指标达到国家生活饮用水相关标准，但TTHMs生成量超出国家生活饮用水相关标准(60μg/L)。未发现水处理构筑物内微生物、原生动物滋生的异常现象。
对比例2某水厂以受一定污染的水库水为水源，细菌、藻类等微生物大量繁殖。经采样测定大肠菌群数为1.45×107个/L，细菌总数为2.95×104个/mL，藻类总数为8.2×107个/L。在水厂一级泵站处投加1.25mg/L高锰酸钾，在输水管道内反应1.2小时后进入厂内，进厂配水井处不投加药剂。经常规饮用水处理工艺混合、反应、沉淀后取样进行检测，68.4％大肠菌群被灭活，72.5％细菌总数被灭活，藻类去除率达到74.3％；反应副产物总三卤甲烷(TTHMs)未检出；取出厂水进行相关指标检测，大肠菌群5个/L，藻类9.29万个/L，细菌总数为122个/mL，TTHMs生成量为19.6μg/L。TTHMs生成量达到国家生活饮用水标准，但大肠菌群、细菌总数超出国家生活饮用水标准。此外，发现反应、沉淀等处理构筑物内微生物、藻类、原生动物及鱼类等动物大量滋生繁殖，反应池网格、沉淀池斜管上布满较厚的藻类细菌等形成生物膜，滤池过滤周期明显缩短。
对比例3某水厂以受一定污染的水库水为水源，细菌、藻类等微生物大量繁殖。经采样测定大肠菌群数为1.45×107个/L，细菌总数为2.95×104个/mL，藻类总数为8.2×107个/L。在水厂一级泵站处不投加预氧化剂，在进厂配水井处投加0.6mg/L有效氯及0.4mg/L高锰酸钾。经常规饮用水处理工艺混合、反应、沉淀后取样进行检测，78.6％大肠菌群被灭活，82.9％细菌总数被灭活，藻类去除率为81.5％；反应副产物总三卤甲烷(TTHMs)生成量为39.5μg/L；取出厂水进行相关指标检测，大肠菌群未检出，细菌总数为83个/mL，藻类10.8万个/L，TTHMs生成量为65.7μg/L。TTHMs生成量超出国家生活饮用水标准(60μg/L)。此外，反应池网格、沉淀池斜管上藻类等在一定程度上滋生，滤池过滤周期有一定程度缩短。
权利要求
1.一种水处理预氧化杀菌方法，其特征在于将待处理水在充分搅拌条件下按以下投加顺序中之一加入高锰酸钾及有效氯，之后混合20秒～60秒、接触反应10分钟～120分钟投加顺序A先加入高锰酸钾，后加入有效氯；投加顺序B先加入有效氯，后加入高锰酸钾。
2.根据权利要求1所述的水处理预氧化杀菌方法，其特征在于所述的高锰酸钾的投加量为0.15～12mg/L，有效氯的投加量为0.3～15mg/L，且高锰酸钾与有效氯的质量配比在15∶1到1∶20之间。
全文摘要
本发明公开了一种高效安全的水处理氧化杀菌灭藻方法。将待处理水在充分搅拌条件下按以下投加顺序中之一加入高锰酸钾及有效氯，之后混合20秒～60秒、接触反应10分钟～120分钟投加顺序A是先加入高锰酸钾，后加入有效氯；投加顺序B是先加入有效氯，后加入高锰酸钾。处理后水中大肠杆菌、粪大肠杆菌、细菌总数、藻类总数等指标大大降低，而三卤甲烷等副产物生成量能得到有效控制。采用该氧化杀菌灭藻工艺并不明显提高综合水处理成本。
文档编号C02F1/72GK1754831SQ20041008025
公开日2006年4月5日 申请日期2004年9月28日 优先权日2004年9月28日
发明者李圭白, 刘锐平, 李虹, 李星, 杨艳玲 申请人:北京精密单因子水工程技术有限公司