饮用水深度净化技术的现状与发展方向

第35卷　第6期2003年6月　

哈　尔　滨　工　业　大　学　学　报

JOURNAL OF HARBIN INS TITUTE OF TECHNOLOGY

Vol .35No .6

June ,2003

饮用水深度净化技术的现状与发展方向

刘淑彦,王秀蘅

(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090)

摘　要:常规的给水处理工艺以去除浊度和细菌为主要目的,对有机物尤其是溶解性有机物的去除能力很低,因此有必要对饮用水进行深度净化.通过对目前饮用水深度净化技术的分析,提出采用臭氧、活性炭和膜联用深度处理技术,供给管道直饮水是目前我国城镇供水的必然趋势.关键词:饮用水;深度净化;臭氧;活性炭;膜中图分类号:T U991.2

文献标识码:A

文章编号:0367-6234(2003)06-0711-04

S tatus an d develo pment trend of ad vanced d rinking water treatment tech nolo gies

LI U Shu -yan ,WANG Xiu -heng

(School of M unicipal and Enviro nmental Eng ineering ,Harbin Institute of T echnolog y ,Harbin 150090,China )

A bstract :The aim of the no rmal treatment of drinking w ater is to remove turbidity and bacteria ,but it is

not efficient to remove o rganism ,especially to dissolve organism .The necessity to advance treatment of drinking w ater throug h analyzing the recent w ater quality status of municipal w ater supply in China .Ac -co rding to application and study actuality of advanced treatment technology ,imperative to treat drinking w ater w ith activated carbon ,ozone and membrane through dual system .Key words :drinking water ;advanced treatment ;ozone ;activ ated carbon ;membrane 收稿日期:2002-04-29.

作者简介:刘淑彦(1956-),女,高级工程师.

我国自来水处理工艺90%以上仍采用20世纪初形成的混凝、沉淀、过滤和加氯消毒的常规工艺.这种工艺是建立在有合格水源的基础上,以去除浊度和细菌为主要目标,对有机物尤其是溶解性有机物的去除能力很低(20%～30%).2000年,我国7大重点流域地表水普遍存在有机污染,各流域干流仅有57.7%的断面满足我国供水水源Ⅲ类水质的标准[1];新的病原微生物隐孢子虫、微孢子虫尺寸小(1～5μm ),很难用常规过滤技术去除,而且对加氯消毒有很强的抗性[2]

;含有机污染物的水经加氯消毒后还会产生有机卤化物等“三致”物质.供水水质的下降严重危害健康,已引起供水行业和居民的极大关注.

1　饮用水深度净化的目的与对策

改善饮用水水质有两条途径:一是控制污水

的排放量及提高污水处理率,保护饮用水源[4];

二是强化处理工艺对受污染水源进行深度处理.经过深度净化后的饮用水应去除三卤甲烷等有机污染物,不危害健康;去除病原菌和病毒,不引起传染性疾病;硬度和矿质元素含量适当,有益健康

[5]

.

我国不宜将深度净化工艺设于自来水厂,因

为要在所有水厂加设深度处理工艺,改造和运行费用相当可观.如加设臭氧活性炭工艺会使自来

水厂的基建费用增加50%[4]

,且市政供水中只有

2%用于生活饮用,其余为工业和消防等用水,全面提高市政供水水质是不经济的.再者,我国中小城市陈旧的铸铁供水管网和二次供水设施也会对深度处理的出厂水造成二次污染.在小区设置集中净化装置供给管道直饮水具有良好的经济性,取用便利,卫生可靠,已在哈尔滨、上海和深圳等地推广应用

[6]

.广州市政府明文规定新建小区和

公共场所必须配套分质供水系统[7].

我国目前的分质供水方式是在厨房设置一根深度净化水管,供给烹饪和饮用水.其余生活用水

仍使用市政自来水.但水中有害化学物质通过消化系统进入人体并不是最主要的途径,通过皮肤和呼吸也能摄入.研究表明当用含三氯苯乙烷的水淋浴时,通过呼吸吸入的化学物质比口腔进入的要多6～80倍.只在水龙头上安一个水过滤器还不足以保证人体免受水中有害化学物质的损害[8].因此分质供水时应在卫生间也留一个深度净化水的供水管,使有经济条件的家庭在淋浴时也能使用保证健康的水.

2　饮用水深度净化技术

2.1　预氧化

预氧化技术是一种提高常规混凝工艺效率的方法,由于氧化剂破坏无机颗粒表面的有机涂层,可降低其稳定性.氯是最早的水处理预氧化剂,但其危害健康的氯化副产物限制了其推广;高锰酸钾可用于受污染污水处理,生产性试验结果表明可以在一定条件下去除微量有机污染物,能有效地破坏水中某些氯化消毒副产物前驱物质,水的致突变活性显著下降,除臭、藻类,并有良好的助凝效能[9].由于高锰酸钾可使杂环类有机物发生某些结构或性质的改变,将其与活性炭联用处理微污染原水,对水中微量有机物具有优良的去除效能,尤其是对人体危害较大的苯类、硝基苯类、卤代烃和多环芳烃类等有机物,可明显地去除或降低其含量[10].高铁酸盐是一种强氧化剂,其标准状态下氧化势高达2.2V,对低温低浊水有显著的助凝作用和优良的除污染和藻类作用[11];臭氧也可以用于预氧化,尤其能有效地去除腐植质引起的色、嗅、味等,对还原状态的锰、硫的去除能力也强于氯.

2.2　活性炭吸附法

以活性炭为代表的多孔介质吸附工艺可有效地去除色度、浊度和有机污染物.在美国1/3的活性炭用于给水净化,活性炭在我国给水处理工艺中的应用也较广[12].当有机物的尺寸特性与活性炭的孔径分布协调一致时,活性炭才具有较高的吸附性能及有机物去除率.具有较发达中孔的颗粒活性炭(GAC)非常适合于水处理;活性炭纤维(ACF)只有单一的微孔,孔径5～14μm,水中大部分有机物很难进入ACF的有效吸附面积中,对有机物的去除仅在20%左右;由细炭粉压缩而成的压缩活性炭卫生条件比粉末活性炭好,对有机物的去除效率在30%～57%[13],还具有对进水进行亚微滤和去除原生动物的作用[4].

由于GAC去除有机物的寿命仅3～6个月,再生困难,更换价格昂贵,生物活性炭(BAC)技术应运而生.BAC是以活性炭为载体,利用自然吸附生长的微生物,在水处理中同时发挥活性炭的物理吸附和微生物的生物降解作用.依靠长期通水自然形成的BAC菌种复杂,生物降解速率不高,通过投加高活性工程菌人工固化形成的BAC 则具有高效、长效、运行稳定和出水无病原微生物等优点[14].

2.3　臭氧氧化

臭氧溶解在水中会自行分解成羟基自由基,间接地氧化有机物、微生物和氨,反应速度快且没有选择性.在任何pH条件均能将水中多种有机物氧化为无机物,如造成水体色、臭和味的腐植质,酚、氨氮、铁、锰和硫等还原物质.此外,臭氧具有很高的氧化电位,容易通过微生物细胞膜扩散,并能氧化微生物细胞的有机体或破坏有机体链状结构而导致细胞死亡,因此能够杀死藻类和灭菌,对一些顽强的微生物如病毒、芽孢等有强大的杀伤力.臭氧代替氯作为消毒剂效果更佳,剂量小、作用快,不产生三卤甲烷等有害物质,也可使水的口感和观感大为改观.

2.4　膜　法

膜法是在压差推动下的物理分离过程.采用膜过滤技术是去除致癌原生动物的有效方法.随着膜价格的逐年降低,其在未来水处理中具有广泛的应用前景[15].S tates研究表明:只要膜设备运行正常,即使进水水质发生变化,出水中的细菌数量一般都在检出限以下[16].

超滤(UF)、微滤(M F)对胶体和细菌的去除效果较好,但对有机物和盐类的去除效果一般.由于不需要昂贵的预处理去除颗粒,处理能力低于2×104m3的小型膜工艺水厂的制水成本与常规工艺相当或较低[17].处理单元体积小,易于自动化控制;纳滤(NF)能有效地去除水中致突变物质和色度,TOC去除率90%,AOC去除率80%. NF对细菌有很好的去除效果,可以作为物理消毒取代常规化学消毒[18].但进入纳滤膜的水需经酸化、加防垢剂等预处理防止离子沉淀,预过滤防止颗粒对膜污染,控制操作压力为0.8～1.0 MPa,操作较麻烦.由于超滤膜在去除有机物和病原菌的同时,也去除了80%阴阳离子,长期饮用不利健康;反渗透膜孔径<2nm,对有机物、金属氧化物、微生物及胶体物质有较高的去除能力,可用于水的纯化,尤其是半咸水脱盐和半导体工业超纯水[19].但反渗透膜对无机物去除的“良莠不分”,使水中的有益矿物质和微量元素也同时去

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