当前世界环境

介绍

巴士拉是伊拉克南部最大的城市，就面积和人口密度而言，是伊拉克第三大城市，根据2014年的估计，人口约为250万。它是巴士拉省的行政和政治中心，巴士拉省是伊拉克的经济首都，也是伊拉克的主要港口。它位于伊拉克最南部的阿拉伯河西岸。阿拉伯河由底格里斯河和幼发拉底河汇合处组成。该地区的两条河流(Kermat Ali)在巴格达以南375公里的巴士拉市北部入口处汇合。它长约190公里，位于伊拉克南部最高点Fao市边缘的阿拉伯海湾。¹本研究的目的是评估巴士拉的饮用水质量和污水处理厂的效率，因为阿拉伯河是巴士拉主要和唯一的水源。安全饮用水是健康的基本要求，也是一项基本人权。在世界上许多地方，淡水已经是一种有限的资源，在下个世纪，由于人口增长、城市化和气候变化，淡水将变得更加有限。²水质取决于它的物理、化学和生物特性。除了溶解的固体外，水还含有杂质，这些杂质经常被去除或减少到一定的限度，使水可以饮用。杂质的百分比取决于水的用途。^3、4饮用水必须是健康和清洁的，因此有必要确定其中允许的杂质浓度。它必须不含污染物，不会造成损害、疾病或疼痛，而且味道好，没有异味。⁵它还必须符合卫生组织，包括世界卫生组织(卫生组织)所要求的某些标准。^6、7这些标准是一般性的，不是绝对的，可能会因当地情况和治疗费用而有所不同。水的净化过程是通过沉淀和过滤装置来去除突出的杂质。在伊拉克，一般来说，大多数饮用水净化厂都装有砂过滤器。经过沉淀和过滤后，氯化是该工艺的最后一个阶段。^8、9

饮用水的净化对消除许多细菌起着重要的作用。水是许多疾病和寄生虫传播的快速途径，也是一些疾病原因生命周期的重要组成部分，正如世卫组织报告所证实的那样，发展中国家80%的人身伤害与水污染有关。^10，11，12评估处理厂效率的兴趣不应局限于仅与家庭使用有关的传统特征，还应包括对作为人类病原体的有毒化学品的注意。^7日13任何处理厂的质量或效率低可能是由于两个原因:首先，在这些站中执行的过程及其对水进行净化和灭菌的能力存在问题;第二，在这些工厂工作的人的表现。¹⁴

这项研究是基于对一组物理和化学性质的研究;检测浊度、pH、总溶解固形物(TDS)、电导率(EC)、总悬浮固形物(TSS)、镁、硝酸盐和硫酸盐的值。这些数值与伊拉克标准和世卫组织规范进行了比较，以评估HWTP的性能和效率，该站点是巴士拉市最大的饮用水处理站之一，设计生产能力为5000米^3./小时。

以前对Gas Al-Shamal公司的水处理厂进行了一项研究。这项研究的目的是通过测试其原水和处理过的水的物理和化学特性来评价该工厂的效率，然后将结果与伊拉克饮用水标准的特性进行比较。研究表明，该装置对浊度和TSS有较好的去除效果。结果表明，TDS、总硬度(TH)、EC、氯化物(Cl)和硫酸盐的值在伊拉克饮用水原水和处理水的标准范围内。结果还表明，絮凝剂的pH值不在合适的范围内。原水和处理水的氟化物值较低，在标准范围内。¹⁵另一项研究是在Al-Qubbah净水厂项目中进行的，目的是研究其效率，然后提出建议以帮助改进它。因此，研究组在海上的饮用水净化工厂进行了此次研究，结果表明，该工厂的运行效率很高，而且正在开发操作系统。¹⁶在巴格达的Al-Wahda水处理厂进行了另一项研究，其中包括两个水处理项目。旧工程于1942年完工，新工程于1959年完工。其容量为75000米^3./天。本研究旨在通过测量新项目中沉淀和过滤池的去除效率并注意该站遇到的问题来评估Al-Wahda水处理厂的性能。¹⁷另一项研究于2016年12月至2017年7月对伊拉克巴格达市的两家饮用水处理厂进行了评估。每个工厂选择了三个地点，分别代表沉降池、过滤池和氯化后的最后阶段。对17个水质理化参数进行了分析。结果表明，两个处理厂的饮用水水质参数值存在差异。此外，细菌的数量超过允许的限度，表明在净化过程中存在缺陷。¹⁸

材料与方法

研究领域

研究区域位于北纬30°38′53.71”至东经47°44′51.98”之间，如图1所示。哈塔市位于巴士拉省北部，阿拉伯河东岸。在北部，它与古尔纳区接壤，在南部，它与巴士拉省的中心接壤。阿拉伯河是世界上最大的河流系统之一。它起源于底格里斯河和幼发拉底河在克尔马特-阿里的交汇处(巴士拉省以北约70公里)，它也构成了一个三角洲，最后流入粮农市附近的阿拉伯湾(巴士拉市以南约90公里)。^1日19哈尔塔市的人口普查显示，2009年有80,875名居民。地理面积为418公里²。统一巴士拉水项目是Hartha镇最大的饮用水分配项目之一。1973年奠基，1976年开始实施运行。该工厂的水处理采用传统方法，该工厂的预计总容量为5000立方米。该工厂的水源是阿拉伯河，该项目为市中心和几个街区提供水源。

图1:研究区地图(HWTP) 点击此处查看图

植物的各个部分：

HWTP由几个阶段组成，如图2所示:

1. 进口:这是该站的第一部分，水从阿拉伯河直接进入工厂。入口包含一个次要部分，在此期间添加明矾以进行灭菌。
2. 添加明矾:明矾按水浊度的比例添加:如果浊度为20ppm，每25立方米水添加100-150公斤明矾，但如果浊度比增加到60ppm，则添加300公斤明矾。
3. 沉积盆地:该站有4个大小形状相同的沉淀池，每个沉淀池高9米，每个沉淀池直径30米，底座15米。每个水池的容量为1000立方米。根据项目维护计划，这些水池要么使用潜水器进行清洁，要么由工人用小型撇油器进行人工清洁，要么进行机械清洁。它们应该每六个月清洗一次，但每次清洗都是根据什么时候可以清洗。
4. 明矾发酵盆:明矾发酵罐的存在是必要的，以确保突出的沉积物沉积在盆地的底部，然后丢弃。每个水池的容量为27立方米，明矾根据水的浑浊度按比例添加。
5. 过滤器:该工厂有20个过滤器。有必要定期清洗过滤器，以获得更多的水纯度和更少的浑浊。过滤器每天清洗10次;每个过滤器需要30分钟，每天总共需要清洗5个小时。Hartha工厂的砂过滤器在十年前(2004-2014)关闭，这也对站的效率产生了影响。
6. 过滤网络:使用混凝土过滤器。这些网格存在于过滤器中。一个过滤器包含80个管道的过滤网络，这意味着一面包含20个管道。它在过滤器内部的作用是压缩空气，使沙子的孔隙移动，使空气沿着管道从两侧的小孔出来，从而使沙子破碎并通过小孔移动。大孔直径为7mm，与空气一起流出，孔与其他30m的距离为流出的清水。
7. 盆地后的特殊通道:有一个特殊的渠道，水通过消毒池和过滤器，导致溢出。
8. 溢出:在车站末端的一条小水渠，多余的水通过它流出车站。
9. 泵:该站有12台水泵:其中6台用于巴士拉市中心，3台用于哈塔市，3台用于清洗过滤器(反向抽水)。

图2:显示HWTP的部分 点击此处查看图

样本收集

用于化学和物理检查的水样是在2017年12月至2018年3月期间用容量为500毫升的聚乙烯材料制成的塑料瓶收集的。样品是从工厂的每个净化阶段收集的，从原水(河水)到站的水(自来水)。分别在不同深度(1.5 m、3 m、4.5 m、6 m、7.5m)和特定时间(上午8:00)，在加入明矾前的沉淀池中采集样品。这被认为是关键时刻。然后，在水中加入明矾，并在不同的时间从相同的深度采集样本:从零点开始的一小时、两小时和三小时。12月15-17°C、1月14-16°C、2月15-17°C、3月17-20°C采集样本，在深色塑料瓶中进行实验室检测，每月3个样本，每个样本重复3次。采用标准抽样方法。使用国际公司生产的设备和材料对样品进行保存、分析和测试。^20.pH和TDS采用pH计(EXTECH - EC500)测量，浊度计(Turbi Direct - Lovibond)测量，EC采用电导率计(WTW - Cond 3110)测量，TSS采用重量法(SMEWW5520D)测量，镁、硫酸盐和硝酸盐采用分光光度计(BIOTECH - UV-2601)测量。

沉积盆地的效率

沉积理论被用来解释一般沉降盆的效率，即当一个粒子被置于小于其密度的液体中时，它会加速到一个正常的速度，从而使被淹没物体的重量与摩擦力相等，从而导致沉积。²¹从理论上讲，沉积速度取决于球形颗粒的直径，可以用斯托克斯定律来计算。在实际应用方面，很难确定球形颗粒的大小、重量和形状。因此，沉降度计算如下:

得到原水悬浮物的浓度(C₀)，在一定时间内从沉淀柱装置中取样品，计算悬浮物的浓度(C₁C₂,……C_n)在不同深度的沉积盆地(H₁H₂,……H_n)(见图3)。因此，沉淀速度大于(V₁= H₁/ T₁)，其余粒子的速度均小于V₁。因此，颗粒物的百分比(X₁)，其沉降速度小于V₁可以由方程(X₁= C₁/ C₀）.通过对不同时间段的重新采样，可以绘制出悬浮物的特性图(见图4)。^21日,22日沉淀池的去除效率计算公式如下:

地点:

Q:输入沉降池的流量。

A:沉积盆地的横截面积。

VS0:沉降速度，单位:mm/sec。

X₀:为速度()对应曲线上的值。VS0）.

式(1)中的积分极限表示图4中图表的阴影区域，可以使用Simpson理论或Newton-Raphson定理计算，也可以对图进行近似计算。^21日,22日

图3:显示了沉降柱的不同深度 点击此处查看图

图4:悬浮物的曲线分布 点击此处查看图

过滤器的效率

工厂使用的过滤器是流沙过滤器。上层过滤层(砂质粗糙)的孔隙类型较大，有利于颗粒和杂质进入过滤器。因此，过滤效率提高了滤除杂质的能力，有利于高浊度水的过滤。

水的灭菌(消毒)过程的效率

在估计水消毒过程的效率时，我们知道过滤不能有效地去除小于一微米的细菌和小型病毒。因此，流沙过滤器在减少细菌方面不能产生好的水。因此，需要添加氯来去除细菌。²¹杀菌的程度取决于最初鉴定的细菌数量。因此，清洁的效率是以已经存在的细菌数量中被杀死的细菌数量的百分比来提供的。细菌的杀灭取决于几个相互关联的因素:例如，消毒剂渗透活细胞的效率，消毒剂的数量和细菌的数量和类型。美国水标准规定，如果在琼脂环境中以培养皿的方式估计每毫升水含有的细菌总数少于100个微生物，则可以安全饮用，而世界卫生组织建议每100毫升水不超过50个细胞。

结果

沉积效率

不同深度、不同时间的沉淀池样品及各样品中悬浮物残留量见表1。然后计算悬浮物的去除速度和百分比，如表2所示。

表1:沉积物盆地样品TSS浓度

深度(米)	TSS(毫克/升)
	沉淀时间(小时)
	0	1	2	3.
1.5	145	71	81	91
3.	145	55	61	66
４．５	145	47	42	46
6	145	31	36	39
7.5	145	21	27	33

表2显示了流速，并计算了悬浮固体的去除百分比

深度(毫米)	时间(秒)	速度(毫米/秒)	去除固体	去除率(%)
1500	3600	0.417	0.49	51
1500	7200	0.208	0.55	45
1500	10800	0.139	0.62	38
3000	3600	0.833	0.38	62
3000	7200	0.417	0.42	58
3000	10800	0.278	0．45	55
4500	3600	1.25	0.32	68
4500	7200	0.625	0.29	71
4500	10800	0.417	0.32	68
6000	3600	1.667	0.21	79
6000	7200	0.833	0．25	75
6000	10800	0.556	0.27	73
7500	3600	2.083	0.14	86
7500	7200	1.042	0.18	82
7500	10800	0.694	0.22	78

_(一盆)=总流量/流量沉积盆地

Q = 5000/4= 1250 m^3./人力资源

Q = 0.347 m^3./秒

图5:剩余悬浮物质的曲线分布 点击此处查看图

过滤器的效率

为了计算滤波器的效率，我们使用公式3如下:

灭菌效率

计算灭菌池的效率，使用公式4:

图6为研究期间原水的细菌制备、进入过滤器的水和处理后的水。我们发现所有情况下的细菌数量都很大，这意味着灭菌池中加氯的过程没有正确进行，所以我们发现灭菌池的效率很低，在27-50%之间。

图6:显示细菌总数 点击此处查看图

水的质量

以下是河水(沙特阿拉伯河)、饮用水(处理)的实验室结果，以及物理、化学和细菌水质评价值。

图7表示pH值。原水pH值为6.9，处理水pH值为6.95。我们注意到，pH值几乎是恒定的，在伊拉克和世界卫生组织允许的范围内(见表3)，注意到pH值受到向水中添加明矾和氯的影响。

图7:显示HWTP中pH值的变化 点击此处查看图

图8为研究期间原水和处理水的浊度。原水的浊度值为54.5 NTU，该值在通过工厂的过程中下降，直到处理后的水达到12.8 NTU。然而，浊度值高于伊拉克和世界卫生组织允许的限值(见表3)。

图8:显示了HWTP中浊度值的变化 点击此处查看图

图9为研究期间原水和处理水的TDS。原水和处理水的TDS均高于伊拉克标准和世界卫生组织的允许限值(小于500毫克/升)，见表3。我们由此得出结论，TDS值与来自河流的水的浑浊度成正比。

图9:显示了HWTP中TDS浓度的变化 点击此处查看图

图10为研究期间原水和处理水的EC值。原水和处理水的EC均高于伊拉克标准和世界卫生组织的允许限值(小于1000µS/cm)，见表3。

图10:显示HWTP中EC值的变化 点击此处查看图

图11为研究期间原水和处理水的TSS。原水的TSS值为145 mg/l，在通过植物的过程中，该值开始下降，直到处理后的水达到65 mg/l。然而，TSS值高于伊拉克和世界卫生组织允许的限值(见表3)。

图12为研究期间镁、硝酸盐和硫酸盐的浓度。对原水、处理水进行了测定，并计算了去除率。原水镁浓度为145 mg/l，处理水镁浓度为34 mg/l;原水硝酸盐浓度为3.4 mg/l，处理水硝酸盐浓度为3.1 mg/l;原水的硫酸盐浓度为375 mg/l，处理水的硫酸盐浓度为368 mg/l。所有这些数值都低于伊拉克和世界卫生组织允许的限值(见表3)。

图11:显示了HWTP中TSS浓度的变化 点击此处查看图

图12水参数去除效率示意图 点击此处查看图

表3:根据世界卫生组织和伊拉克标准对饮用水进行鉴定⁶

材料	谁	伊拉克的标准	经HWTP处理的水	单位
pH值	6.5 - 8.5	6.5 - 8.6	6.95	---
浊度	5	5	12.8	南大
TDS	500 - 1000	1500	5200	毫克/升
电子商务	1000	1000	7750	µs /厘米
TSS	0	0	65	毫克/升
镁	150	150	34	毫克/升
硫酸	200 - 400	400	368	毫克/升
硝酸	50	50	3.1	毫克/升

讨论

结果表明:处理后的水具有与原水相同的性能;换句话说，所研究的台站单元在去除污染物方面没有显示出预期的效率。这证实了不同的电台单位表现不佳。基于这个事实，空间站看起来就像一系列的水路单元。处理后的水的质量与进入该站的水没有变化。沉积盆地的效率为57%，非常低。假设沉降池的去除率在70-90%之间，而柱沉降实验的去除率为57%。这是由于不同单元的维护没有定期进行，好像要进行维护，这就需要停站。还观察到一些故障，如洗涤器在沉积盆地中停止。性能差的另一个原因是未能以4 g/m的速率调整明矾溶液加入快速混合池的剂量^3.浊度小于等于5ntu时不加明矾液，或只在晨操时加明矾液。因此，进入过滤器的水带有高浓度的悬浮污染物，导致过滤器的效率下降。除此之外，过滤介质(砂)在过去三年中没有更换过，过滤器的洗涤也没有得到规范。此外，可以看到灭菌池的杀菌过程没有起作用，因为从过滤器出来的水细菌总数很高(见图6)，因此灭菌池的效率很低，应该在90%到100%之间，但在27%到50%之间。该站的不同单元表现不佳。因此，该装置去除悬浮物的整体效率为55.1%(见图12)，这是非常低的，因为仅在沉积物盆地中，它就应该去除70-90%的悬浮物。

此外，由于对混凝和絮凝的机理缺乏准确的认识，对化学混凝的重要性认识不足，导致加入化学品的过程不能有效地进行。这很可能增加对悬浮物过滤的阻力;换句话说，过滤器去除和保留悬浮固体的能力较差。其他问题包括缺乏对通风和沉降池的长期维护，在那里观察到地衣漂浮在沉降池中。

结论

众所周知，任何水处理厂的目的都是生产可安全饮用、美味可口并适合家庭使用的健康水，例如用于烹饪和准备食物。在这项研究中，通过计算沉淀池、过滤池和消毒池的效率以及从工厂(处理)出来的水的质量，并将其与世界卫生组织和伊拉克的标准限制进行比较，发现HWTP不能有效地处理水。

建议

• 工厂各阶段的一般技术维护，不定期维护，最迟不超过一个月，并确保供应给工厂的明矾和氯的有效性，清洁沉淀池。
• 为工厂提供实验室进行物理、化学和生物测试，并每天对水处理的各个阶段进行测试，以确保生产符合国际卫生标准的水。以及为该站提供确定明矾剂量的装置(罐子测试)，以确定评估的明矾剂量和河水的浑浊程度。
• 测量本文未测量的其他水质参数的浓度，如铜、化学需氧量(COD)和总有机碳浓度(TOC)。
• 更换过滤机组的砂，使砂粒直径、均匀系数、层厚的颗粒梯度符合标准设计参数。
• 研究人员建议对水进行细菌学测试。

鸣谢

作者非常感谢南方工业大学、巴士拉工程技术学院和环境与污染工程系在研究过程中提供了必要的设施和帮助。

资金

作者在研究、撰写和/或发表本文时未获得任何资金支持。

利益冲突

作者没有任何利益冲突。

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