|
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。針對某市管網(wǎng)水有機污染嚴重,采用納膜把關(guān)處理方案,實現(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)象比較嚴重,水體污染的特點是有機物的種類急劇增加。此外還有農(nóng)田徑流、大氣沉降等非點源污染,致使水源污染日益加劇,其中以有機污染最為嚴重,現(xiàn)在飲用水水質(zhì)問題已成為當含世界面臨的普遍性問題。通過流行病學調(diào)查研究和對污染物質(zhì)毒理學的驗證,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)標準,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污染及有毒有害物質(zhì)為目標責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)濟發(fā)達國家和地區(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,尤其是納膜對有機污染物的選擇性去除等獨特優(yōu)點,在這一領(lǐng)域的應(yīng)用中展示了強大的生命力。
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)標準》、《供水行業(yè)2000年技術(shù)進步發(fā)展規(guī)劃》等作為評價飲用水水質(zhì)的依據(jù)。現(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的。國內(nèi)外醫(yī)學專家通過科學論證,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的適應(yīng)性,長期飲水中缺少這些元素,會造成嚴重營養(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)學界的生理學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)標準》及《供水行業(yè)2000年技術(shù)進步發(fā)展規(guī)劃》水質(zhì)目標(88項),從某市常規(guī)供水管網(wǎng)中取三組樣,對水質(zhì)進行檢測分析,有六項指標超標準,重點反映在有機污染的問題。檢測數(shù)據(jù)見表1。
繼續(xù)從該市管網(wǎng)水取樣進行色--質(zhì)聯(lián)機檢測及Ames試驗,對水中有機物進行定性分析,結(jié)果從管網(wǎng)中檢測出48種有機物,其中具有生物富集性、三致作用的有機物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)水已受到有機污染,尤其是水中具有很強三致作用的三氯甲烷、三氯乙烷等有機氯化合物超標嚴重。三氯乙烷、三氯甲烷同屬有機鹵低化合物,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。研究認為,即使低劑量的氯也可產(chǎn)生氯代反應(yīng),導致氯進入有機化合物中。氯進入有機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,潛在危害十分大,具有很強的三致作用,均為WHO確認的致癌物。因此,確定該市管網(wǎng)水屬于有機微污染水。
飲用水的有機污染尤其是有機鹵代化合物首先受到世界各國的密切關(guān)注。國際經(jīng)濟合作組織(OECO)與世界衛(wèi)生組織(WHO)曾組織專家對于水中的有機鹵素化合物的存在形式、毒性、生成機制與控制方法進行了探討與研究,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污染較重,且含鹵代烴類化合物(化學穩(wěn)定性強、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。后補充微量元素和礦物質(zhì)的過程復雜,而且不理想,工程造價與運行費用較高,技術(shù)、經(jīng)濟不盡合理。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)也進行了試驗,但由于臭氧活性炭---納膜處理有機污染水目前在國內(nèi)尚無應(yīng)用實例,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)進行了試驗。
三、實驗結(jié)果與分析
為確保試驗數(shù)據(jù)的可實施性,我們組裝了兩套設(shè)備進行了全過程的生產(chǎn)性試驗。試驗在本工程所在地進行原水為管網(wǎng)水。
(一)試驗工藝流程:
(二)試驗設(shè)備的運行的參數(shù):(1)進水量為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,達到水質(zhì)要求。砂濾對三氯甲烷的去除率15%左右,對總有機碳、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 飲用凈水標準
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物的綜合指標大幅度降低,微污染物的種類和數(shù)量大大減少,大幅度減輕了后續(xù)膜濾的負擔。(2)臭氧活性炭單元對有機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,遠低于準中規(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 飲用凈水標準
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)對水中剩余有機物的去除效果均很好,出水總有機碳的含量為0.6mg/L,去除率為85%,其它種有機物指標均能達到飲用水水質(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,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 飲用凈水標準
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,完全可以達到優(yōu)質(zhì)飲用水的水質(zhì)目標。
主要參考文獻:
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
|