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優(yōu)質(zhì)飲用水深度處理的淺談
優(yōu)質(zhì)飲用水深度處理的淺談 摘要:通過對我國飲用水深度凈化技術(shù)的分析與研究,提出“健康優(yōu)質(zhì)飲用水”的概念,以此確定處理水質(zhì)的新目標(biāo)。針對某市管網(wǎng)水有機(jī)污染嚴(yán)重,采用納膜把關(guān)處理方案,實(shí)現(xiàn)去除有毒的有害物質(zhì),保留有益健康元素的目的,使水水質(zhì)符合優(yōu)質(zhì)水的要求。
一、優(yōu)質(zhì)飲用水問題的提出
隨著工業(yè)的迅速的發(fā)展、人工合成化合物的種類已達(dá)幾千萬種,與此同時大量含有各種有毒、有害物質(zhì)的工業(yè)廢水、生活污水未經(jīng)處理或只經(jīng)簡單處理便排入天然水體,直接或間接地造成了飲用水水源的污染。目前全國大部分地表水源水質(zhì)呈惡化趨勢,水庫湖泊水富營養(yǎng)化現(xiàn)象比較嚴(yán)重,水體污染的特點(diǎn)是有機(jī)物的種類急劇增加。此外還有農(nóng)田徑流、大氣沉降等非點(diǎn)源污染,致使水源污染日益加劇,其中以有機(jī)污染最為嚴(yán)重,現(xiàn)在飲用水水質(zhì)問題已成為當(dāng)含世界面臨的普遍性問題。通過流行病學(xué)調(diào)查研究和對污染物質(zhì)毒理學(xué)的驗證,發(fā)現(xiàn)很多物質(zhì)與居民發(fā)病率具有很大的相關(guān)性,從而引起了人們對飲用水的衛(wèi)生院與安全性的極大重視。為保證飲用水質(zhì)量,世界各國不僅及時修訂了本國的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),而且制定了控制水中有毒有害物質(zhì)的對策。隨著這些調(diào)查和研究工作的不斷深入,人們逐步認(rèn)識到,常規(guī)的絮凝沉淀、過濾、消毒凈化工藝已不能有效支隊水中的病原菌、病毒等,不能保障飲用水的衛(wèi)生與安全。因此,以去除飲用水中有機(jī)污染及有毒有害物質(zhì)為目標(biāo)責(zé)任制的飲用水嘗試凈化技術(shù)得到日益廣泛的應(yīng)用。
世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家和地區(qū),開展了大量飲用水深度凈化的研究及應(yīng)用工作,對臭氧、活性炭、生物接觸氧化等多種除污染方法,及由其組成的凈化系統(tǒng)進(jìn)行了深入的應(yīng)用研究,取得了豐富的經(jīng)驗。后期隨著膜工業(yè)的興起,又將各種膜技術(shù)引入飲用水深度處理領(lǐng)域,數(shù)十年來隨著膜分離裝置的工業(yè)化和膜分離技術(shù)的發(fā)展,尤其是納膜對有機(jī)污染物的選擇性去除等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),在這一領(lǐng)域的應(yīng)用中展示了強(qiáng)大的生命力。
我國目前在飲用水深度凈化領(lǐng)域中作了大量的應(yīng)用及研究工作,國家頒布布了《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》、《供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》等作為評價飲用水水質(zhì)的依據(jù)�，F(xiàn)在國內(nèi)已建設(shè)了一部分飲用水深度凈化工程,雖然這一領(lǐng)域的水處理技術(shù)呈良好 的發(fā)展態(tài)勢,但目前的管道優(yōu)質(zhì)飲用水及市售瓶裝飲用水幾乎都是經(jīng)反滲碳透設(shè)施的除離子水,凈化后的水雖將將有害物質(zhì)去除,但同時將人體所必需要的礦物質(zhì)和許多工作微量元素也去除殆盡,水質(zhì)甚至達(dá)到了電子、食品等特殊工業(yè)用水水質(zhì),這種去離子作為飲用水是不科學(xué)的。國內(nèi)外醫(yī)學(xué)專家通過科學(xué)論證,明確了“優(yōu)質(zhì)飲用水”的概念,即“優(yōu)質(zhì)飲用水”應(yīng)是最大程度地去除原水中的有毒有害物質(zhì),同時又保留原水中對人體有益的微量元素和礦物質(zhì)的飲用水。
人體對微量元素的需求主要從食物中獲得,但飲用水是人體攝取必需的礦物質(zhì)和微量元素的重要途徑,而且水中的溶解性礦物質(zhì)要比食物中更容易地被人體吸收。人類長期依賴水而生存,人體對這些元素在水中的比例形成了較強(qiáng)的適應(yīng)性,長期飲水中缺少這些元素,會造成嚴(yán)重營養(yǎng)失衡,對老年人、發(fā)育中的兒童、孕婦的影響尤為明顯,醫(yī)學(xué)界的生理學(xué)試驗也充分證明這一結(jié)論。
二、優(yōu)質(zhì)飲用水凈化技術(shù)的探討
按照建設(shè)部頒布發(fā)的《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》及《供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》水質(zhì)目標(biāo)(88項),從某市常規(guī)供水管網(wǎng)中取三組樣,對水質(zhì)進(jìn)行檢測分析,有六項指標(biāo)超標(biāo)準(zhǔn),重點(diǎn)反映在有機(jī)污染的問題。檢測數(shù)據(jù)見表1。
繼續(xù)從該市管網(wǎng)水取樣進(jìn)行色--質(zhì)聯(lián)機(jī)檢測及Ames試驗,對水中有機(jī)物進(jìn)行定性分析,結(jié)果從管網(wǎng)中檢測出48種有機(jī)物,其中具有生物富集性、三致作用的有機(jī)物9種。Ames試驗具有一定的致突變性。
根據(jù)檢測結(jié)果綜合分析,該市管網(wǎng)水已受到有機(jī)污染,尤其是水中具有很強(qiáng)三致作用的三氯甲烷、三氯乙烷等有機(jī)氯化合物超標(biāo)嚴(yán)重。三氯乙烷、三氯甲烷同屬有機(jī)鹵低化合物,其“前驅(qū)物質(zhì)”如某些苯酚類化合物、腐殖酸甚至某些藻類的分解或代謝產(chǎn)物,經(jīng)氧化、鹵化、水解后均能生成鹵代烴類化合物。研究認(rèn)為,即使低劑量的氯也可產(chǎn)生氯代反應(yīng),導(dǎo)致氯進(jìn)入有機(jī)化合物中。氯進(jìn)入有機(jī)化合物中增加其親脂性,難溶于水而易溶于脂肪,在人體和生物中積累性強(qiáng),潛在危害十分大,具有很強(qiáng)的三致作用,均為WHO確認(rèn)的致癌物。因此,確定該市管網(wǎng)水屬于有機(jī)微污染水。
飲用水的有機(jī)污染尤其是有機(jī)鹵代化合物首先受到世界各國的密切關(guān)注。國際經(jīng)濟(jì)合作組織(OECO)與世界衛(wèi)生組織(WHO)曾組織專家對于水中的有機(jī)鹵素化合物的存在形式、毒性、生成機(jī)制與控制方法進(jìn)行了探討與研究,國內(nèi)在給水處理中對去除鹵代烴三氯甲烷的研究也有一定程度的進(jìn)展,而對1,1,2-三氯乙烷的去除還比較陌生。目前我國去除水中有機(jī)污染較重,且含鹵代烴類化合物(化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、難降解)的有效處理工藝為臭氧化、活性炭吸附+反滲透(RO)把關(guān)工藝,處理工藝流程如下
該工藝將水中包括有機(jī)污染物在內(nèi)的全部物質(zhì)去除貽盡,只有采取后加生理鹽或礦化過濾等附加措施,水質(zhì)方可基本達(dá)到優(yōu)質(zhì)水的要求,但反滲碳透所需工作壓力大,電耗大。后補(bǔ)充微量元素和礦物質(zhì)的過程復(fù)雜,而且不理想,工程造價與運(yùn)行費(fèi)用較高,技術(shù)、經(jīng)濟(jì)不盡合理。不是理想的處理工藝。
近幾年美國和日本開始應(yīng)用臭氧活性炭--納膜技術(shù)處理有機(jī)污染水取得良好的效果,國內(nèi)第二炮兵設(shè)計院對該技術(shù)也進(jìn)行了試驗,但由于臭氧活性炭---納膜處理有機(jī)污染水目前在國內(nèi)尚無應(yīng)用實(shí)例,而且無規(guī)范可循,鑒于此種情況,我們對臭氧活性炭--納膜技術(shù)進(jìn)行了試驗。
三、實(shí)驗結(jié)果與分析
為確保試驗數(shù)據(jù)的可實(shí)施性,我們組裝了兩套設(shè)備進(jìn)行了全過程的生產(chǎn)性試驗。試驗在本工程所在地進(jìn)行原水為管網(wǎng)水。
(一)試驗工藝流程:
(二)試驗設(shè)備的運(yùn)行的參數(shù):(1)進(jìn)水量為540L/h,出水量為410L/h,濃縮水排放量130L/h。(2)砂濾濾速:6.5--7m.h。(3)O3反應(yīng)時間10--13min。(4)O3投量3--5mg/L。(5)活性炭濾速:6.5--7m/h。試驗時,為了驗證各階段的處理效果,確定有關(guān)的工藝參數(shù),我們對各階段的出水及相應(yīng)參數(shù)的變化,做了水質(zhì)分析。
1、砂濾單元:
砂濾單元采用微絮凝過濾,主要去除20-50μm的雜質(zhì),如原水中較大顆粒的懸浮物、鐵化物沉淀等,使其不進(jìn)入后續(xù)單元,確保其凈化效果。
試驗證明:砂濾單元對色度、濁度的去除效果較好,出水的色度、濁度分別由原水的12度、4.5NTU降至5度、1NTU,達(dá)到水質(zhì)要求。砂濾對三氯甲烷的去除率15%左右,對總有機(jī)碳、1,1,2-三氯乙烷的去除效果甚微。
表2 砂濾去除效果表 序號 項目名稱 單位 原水 砂濾出水 去除率 88項指標(biāo) 飲用凈水標(biāo)準(zhǔn)
1 色度 度 12 5 58.3% <=15 <=5
2 濁度 NTU 4.5 1.0 77.8% <=3 <=1
3 1,1,2三氯乙烷 μg/l 36.6 35.2 3.8% 總量<=1
4 耗氧量 Mg/l 1.7 1.7 <=5 <=2
5 總有機(jī)碳(TOC) Mg/l 4.3 4.02 6.5% <=4
6 三氯甲烷 μg/l 48.5 40.3 16.9% <=60 <=30
2、臭氧活性炭單元
活性炭出水的水質(zhì)分析結(jié)果(表3)表明:(1)臭氧活性炭水中有機(jī)物的綜合指標(biāo)大幅度降低,微污染物的種類和數(shù)量大大減少,大幅度減輕了后續(xù)膜濾的負(fù)擔(dān)。(2)臭氧活性炭單元對有機(jī)鹵代化合物的去除效果顯著,出水中三氯甲烷的含量為0.5μg/l,遠(yuǎn)低于準(zhǔn)中規(guī)定的30μg/l,去除率在90%以上;1,1,2-三氯乙烷被完全去除。此單元對COD、TOC的去除效果不高。(3)臭氧活性炭對堿度、總硬度及鈣鎂離子的去除沒有效果。(4)試驗得出臭氧投加量3--4mg/L時效果最佳。
表3 活性炭去除效果表 序號 項目名稱 單位 砂濾出水 活性炭出水 去除率 88項指標(biāo) 飲用凈水標(biāo)準(zhǔn)
1 色度 度 5 5 <=15 <=5
2 濁度 NTU 1.0 0.2 80 <=3 <=1
3 1,1,2三氯乙烷 μg/l 35.2 未檢出 100 總量<=1
4 耗氧量 Mg/l 1.7 0.8 52.9 <=5 <=2
5 總有機(jī)碳(TOC) Mg/l 4.02 3.91 2.7 <=4
6 三氯甲烷 μg/l 40.3 0.5 98.8 <=60 <=30
3、納濾單元
(1)納膜的組合方式:
第一套設(shè)備選定的NF膜為Hydranautics生產(chǎn)的RO4Z1M40-V1-25V膜,此種膜是根據(jù)原水水質(zhì)特定的,膜孔徑為0.005um。第二套設(shè)備選定的NF膜為Hydranautics生產(chǎn)的ESNAl膜。膜排列詳見下圖。
(2)試驗結(jié)果:
優(yōu)質(zhì)飲用水深度處理的淺談 兩套系統(tǒng)對水中剩余有機(jī)物的去除效果均很好,出水總有機(jī)碳的含量為0.6mg/L,去除率為85%,其它種有機(jī)物指標(biāo)均能達(dá)到飲用水水質(zhì)要求。但對有益離子的保留方面,則有很大的差別。第一套系統(tǒng)對有益離子的保留率:總硬度40--50%,鈣50%,鎂0%,電導(dǎo)率6%;因此第一套系統(tǒng)的出水水質(zhì)能夠滿足優(yōu)質(zhì)飲用水的水質(zhì)目標(biāo),其處理效果詳見下表。
表4 納濾去除效果表 序號 項目名稱 單位 活性炭出水 第一套設(shè)備 第二套設(shè)備 88項指標(biāo) 飲用凈水標(biāo)準(zhǔn)
出水 去除率 出水 去除率
1 耗氧量 Mg/l 0.8 0.6 ≤5 ≤2
2 總有機(jī)碳 Mg/l 3.91 0.6 84.7% 0.064 98.3% ≤4
3 三氯甲烷 μg/l 0.5 0.3 0.2 ≤60 ≤30
4 1,1,2-三氯乙烷 μg/l 未檢出 未檢出 未檢出 總量≤1
5 鈉 Mg/l 35.200 20.477 41.8% 2.9959 91.5% ≤200
6 鉀 Mg/l 1.700 1.012 40.5% 0.1443 91.5%
7 鈣 Mg/l 25.651 12.425 51.6% 0.802 96.9% ≤100
8 鎂 Mg/l 6.08 2.189 64.0% 0.00 100% ≤50
9 堿度 Mg/l 55.044 32.526 40.9% 5.004 90.9% >30
10 總硬度 Mg/l 89.071 40.032 55.1% 2.002 97.7% ≤450 ≤300
11 電導(dǎo)率 μs/cm 316 146 53.8% 19 94.0% ≤400
四、結(jié)論:
1、從納濾的各種分離性能的有關(guān)資料和初步研究可以看出,膜材質(zhì)不同,其性能不同,反應(yīng)在電荷性與極性上,對脫除對象也有所不同,納濾過程部分受壓力控制,部分受孔徑控制,還部分受電荷排斥及極性的影響,這是一個復(fù)雜的過程。
2、試驗表明:臭氧活性炭、納濾處理工藝對微污染水的處理是行之有效的,只要納膜選擇適宜,完全可以達(dá)到優(yōu)質(zhì)飲用水的水質(zhì)目標(biāo)。
主要參考文獻(xiàn):
1 徐平等 大型納濾裝置的設(shè)計及其性能
2 吳舜澤等 飲用水深度凈化工藝現(xiàn)場對比試驗 給水排水 VO1.25 No.12 1999 3
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