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自来水的浊度及其相关问题

编辑:jierde  来源:  时间:2016-01-31

浅谈自来水的浊度和相关问题:
城市自来水厂以河流、湖泊、水库等为供水水源时,自来水处理普遍采用的是常规水处理工艺:混凝→沉淀→过滤→消毒。混凝处理就是通过混凝剂的作用将水中胶体和悬浮物等杂质聚结成矾花。这里所说的杂质包括泥沙等无机物,腐殖质和植物残体等有机物,还包括细菌、病毒、致病性原生动物和藻类等微生物。沉淀和过滤的作用是将上述矾花从所处理的水中分离出去,最终澄清处理效果用滤池出水的浊度表示。氯消毒就是用氯消毒剂将残留于滤池出水中的病原微生物杀死。本文重点谈谈滤池出水的浊度问题。
一.两种浊度
水的浊度有透射光浊度和散射光浊度两种,下面分别述之。
1.     透射光浊度
在比浊用玻璃管中倒入蒸馏水,从管顶俯视管底下报纸上的字或其他图像可以看得清清楚楚。原因是管中的水十分透明。倒入管中的如果不是蒸馏水,而是含有泥沙的河水,因为这是浑水,不透明,从管顶俯视管底下报纸上的字就不清楚了。浑浊和透明表达的是同一水样的两个相反的视觉概念,水的浊度越高,该水的透明度便越低。人们日常所说的水是否浑浊和浊度高低,讲的都是透射光浊度。
水的透射光浊度用比浊法测定:将所测水样与标准浑浊液按规定方法比浊,当两者浑浊度相同时,用标准浑浊液的浊度表示所测水样的浊度。在前苏联国家标准中,标准浑浊液的配制方法如下。首先将高岭土(或硅藻土)用孔径0.1mm的筛子筛过,筛上的土弃去。称取筛过的土25~30g放入3~4L蒸馏水中,混合均匀后静置24小时。(1)用虹吸汲取沉淀物上的浑水,汲取时不能扰动底部的沉淀物。在汲取浑水后的剩余部分加些蒸馏水,混合均匀后静置24小时,用虹吸汲取沉淀物上的浑水,如此重复进行,直至在沉淀物上取不到浑水为止。(2)将取得的浑水集中在一容器中,静置沉淀3昼夜后,将沉淀物上含有极细颗粒的水用虹吸吸吸出弃去,用所得沉淀物配制成一定浓度的储备液,再利用此储备液配制不同浓度的标准浑浊液。标准浑浊液1度等于1mg/L高岭土(或硅藻土).
测定透射光浊度的方法有多种,用光电浊度计最方便并且准确。
透射光浊度表达的是一种光学效应,表示光线通过浑水层时受到水中颗粒物阻碍的程度。可见光的波长范围为0.4~0.76μm。浑水层被可见光照射时,只有一部分光线能通过,通过浑水层的这部分光线称为透射光,其余的光线被水中的胶体微粒和悬浮物颗粒吸取和反射失去了。胶体微粒的粒径范围为1nm至0.1μm,远小于可见光的波长,被可见光照射时不会发生光的反射,但会吸取光线(吸取的光线被转变成向各个方向发射的散射光),但吸取的光线很弱,所以对透射光强度影响甚微。阻碍光线通过浑水层的主要是粒径大于可见光波长的悬浮物颗粒,这些颗粒被可见光照射时会发生光的反射。概言之,透射光浊度表达的是水中粒径大于可见光波长的悬浮物颗粒的浓度。悬浮物颗粒的浓度越高,水的透明度便越低,透射光浊度便越高。
2.     散射光浊度
光波是电磁波。胶体微粒是多分子聚集体,在暗室内被一束强光(例如弧光)照射时,微粒内原子中的电子便发生强迫振动而成了新的发光体,往各方向发射电磁波,这就是散射光。无数个发光体的综合便产生丁铎尔现象或丁铎尔效应,用超显微镜可观察到此现象。水中胶体微粒浓度越高,散射光越强。悬浮物颗粒和真溶液中的小分子被可见光照射时所发射的散射光非常微弱,可不计。所以散射光浊度表达的是水中胶体微粒的浓度。散射光浊度的单位是NTU。
由此可见,同一水样的透射光浊度和散射光浊度之间没有相关性和对应关系。
滤池出水浊度也有透射光浊度和散射光浊度之分。其散射光浊度低,表明源水中的胶体和混凝剂水解生成的水不溶物胶体在澄清处理中已充分完全地聚结到絮凝体中去了,但并不能据此判断和确定透射光浊度的高低。
在1995年以前,我国给水处理中和生活饮用水卫生标准中采用的是透射光浊度,此后改用散射光浊度。
二.滤池出水浊度与氯消毒处理的关系
地表水源水中有病原菌、病毒、致病性原生动物等病原微生物。上已述及,它们都是混凝处理的对象,在混凝处理中不同程度地被结合到矾花中去了。贾第虫和隐孢子虫等致病性原生动物的个体大,用常规氯消毒法是杀不死的,全得依靠用混凝、沉淀、过滤等所组成的澄清处理法去除。病毒不具有细胞结构和酶系统,是一种近于无生物的微生物,对常规氯消毒处理的抵抗能力也强,也是主要依靠澄清处理法去除。只有病原菌用常规氯消毒法处理较可靠。由此,水的消毒处理效果在很大程度上有赖于澄清处理效果。所以,欲搞好消毒处理,必须首先搞好澄清处理,滤池出水中的悬浮物微粒或微絮凝体的浓度要低,即滤池出水的透射光浊度要低。可是现在在自来水处理中只检测滤池出水的散射光浊度,对与消毒处理有密切关系的透射光浊度反而不加检测,这便成了问题。滤池出水的透射光浊度降低到怎样的程度才能满足氯消毒对澄清处理效果的要求,这更是一个有待解决的重要问题。
美国环境保护局2006年修订的《饮用水水质标准》中,“浑浊度”是“微生物水质指标”之一。就感官性状的要求而言,自来水透射光浊度只要不超过5度即可,因为用肉眼观察,符合这一要求的自来水都是清澈透明的。消毒处理对滤池出水浊度的要求要高得多,严得多,其透射光浊度若能满足消毒处理的要求,满足感官性状的要求就更没有问题了。所以将浑浊度列入微生物水质指标范畴是合乎情理的。在上述美国的《饮用水水质标准》中,“浑浊度”这一水质项目中未标具体数值,只是说在自来水处理中滤池出水的散射光浊度任何时候都不得超过5NTU。这表明,滤池出水的散射光浊对消毒处理的影响不大,关键是透射光浊度要小,但是具体数值也尚未确定。
《实践论》中说“感觉到了的东西大家不能立即理解它,只有理解了的东西才更深刻的感觉它。感觉只解决现象问题,理论才能解决本质问题。”在自来水处理中,硫酸铝和氯化铁、硫酸铁都是耳熟能详的传统混凝剂。但是,迄今为止,对这两类混凝剂的认识尚停留在感性阶段,是经验性的,所以各家看法不一。在化学元素周期表中,铝属两性元素,铁属成碱元素,微具两性,所以铝混凝剂和三价铁混凝剂的本质和水处理特性很不相同。铝混凝剂的特性之一是生成的矾花结构疏松、结合力弱,易破碎,破碎后难于重新絮凝,所以滤池出水中的悬浮物颗粒浓度和相应的透射光浊度高。严重影响消毒处理效果。我国自来水不能直接饮用,水烧开了才能喝,原因即在于此。三价铁混凝剂优点很多,其中之一是生成的矾花结构较密实,结合力强,不易破碎,即使遭到破碎,也易于重新絮凝,所以滤池出水中的透射光浊度低,这对消毒处理效果和自来水卫生质量的提高十分有利。以美国为首的西方发达国家近二十年来在自来水处理中淘汰铝混凝剂,改用三价铁混凝剂,这是一个重要原因。
三.建议
1.在自来水处理中对滤池出水水质的测定增加一个检测项目:透射光浊度的测定。在这基础上,以后经过资料的积累和分析研究,便可总结出滤池出水的透射光浊度降低到怎样的程度,才能满足消毒处理的要求。
2. 《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)中的“感官性状和一般化学指标”中,浑浊度的限值为1NTU(散射浊度单位)。肉眼不能感觉散射光浊,只能感觉透射光浊度。建议将浑浊度的限值改为1度(透射光浊度),特殊情况下为3度。

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