張韜

摘要：生活飲用水是與我們每個(gè)人都息息相關(guān)的話題。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，人們對于飲用水水質(zhì)的要求也越來越高。國家在2007年頒布了最新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，也對凈水廠的飲用水處理工藝提出了更高的要求。文章是針對生活飲用水處理技術(shù)的探討，分析飲用水處理技術(shù)的發(fā)展歷程，從常規(guī)的處理工藝逐步深化，分析飲用水深化處理技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：生活飲用水；飲用水處理；深化處理

中圖分類號：R123 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）23-0006-03

生活飲用水主要是指人們的生活用水和食用水，通過飲水和食物經(jīng)口攝入體內(nèi)，并可以通過洗漱、洗滌物品或沐浴等生活用水接觸皮膚或呼吸攝入人體。生活飲用水的處理則是指采用一定的物理、化學(xué)及生物方法，除去水中的懸浮物、膠體物和病原微生物等，以滿足生活飲用水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。在20世紀(jì)初期，關(guān)于飲用水的處理就已經(jīng)形成了基本的常規(guī)工藝，即混凝→沉淀或澄清→過濾→消毒，它組成了飲用水處理技術(shù)的主要系統(tǒng)構(gòu)架。在20世紀(jì)60年代以前，人類的生存活動(dòng)對于自然環(huán)境的影響還不太明顯，水中的污染物主要是懸浮物、膠體雜質(zhì)和細(xì)菌等。因此該工藝作為常規(guī)的處理方法，在各類案例中幾乎都可以滿足凈化水質(zhì)達(dá)到飲用水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。但隨著人類文明的進(jìn)步以及工業(yè)化的不斷發(fā)展，人類生活、生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污水其受污染程度越來越嚴(yán)重，以至于常規(guī)的處理方法遠(yuǎn)不能達(dá)到飲用水處理的效果。因此，從20世紀(jì)七八十年代開始，可以說是水污染的嚴(yán)重性和污染物的復(fù)雜性加速了飲用水處理技術(shù)的進(jìn)步。人們?yōu)榱双@得干凈、衛(wèi)生的飲用水，針對污染水源中不同類型的污染物展開了深入的研究和技術(shù)探索。目前，關(guān)于飲用水的處理技術(shù)或者處理環(huán)節(jié)，可以歸納為三個(gè)方面，即：強(qiáng)化常規(guī)處理、原水預(yù)處理和深度處理技術(shù)。其中強(qiáng)化常規(guī)處理工藝是指在原有的常規(guī)處理工藝上予以加強(qiáng)，減輕后續(xù)深化處理步驟的負(fù)擔(dān)。

1 飲用水常規(guī)及預(yù)處理技術(shù)介紹

目前國內(nèi)常規(guī)的處理工藝有混凝、沉淀、過濾和消毒等。除此之外，針對特殊的污染物還有不同的強(qiáng)化處理技術(shù)?；炷碇饕抢没炷齽┑耐都樱顾胁蝗菀壮恋淼膽腋∥锖湍z體顆粒相互聚集，形成絮體礬花。常用到的混凝劑有硫酸鋁和聚合氯化鋁，尤其是在礦井水質(zhì)中，根據(jù)對多組礦井水質(zhì)做的實(shí)驗(yàn)表明，這種無機(jī)高分子混凝劑對于礦井水的水溫及pH變化適應(yīng)性很強(qiáng)，其去除濁度的效果相比于硫酸鋁有顯著的優(yōu)勢。沉淀則是指將混凝過程中形成的大顆粒礬花通過重力沉降的作用從水中分離出去。過濾是指利用顆粒狀的濾料如石英砂等，將沉淀后水中的殘留顆粒物進(jìn)行截留，從而進(jìn)一步去除水中的雜質(zhì)，降低水的濁度。最后一個(gè)環(huán)節(jié)是消毒，它通過向水中加入液氯等消毒劑，來消滅水中的病原微生物。針對具體的處理方法，生活飲用水處理又可以分為化學(xué)方法、物理方法、生物方法和氣體膜分離法等。

1.1 物理方法

1.1.1 活性炭是一種多孔炭素材料，有著巨大的比表面積和很強(qiáng)的吸附能力?；钚蕴恐饕獞?yīng)用在飲用水的預(yù)處理環(huán)節(jié)中，通常使用粉狀活性炭來吸附待處理水中的有機(jī)物和異臭、異味的物質(zhì)，預(yù)處理環(huán)節(jié)可以減輕后續(xù)水處理的負(fù)擔(dān)。活性炭吸附是去除水中溶解性有機(jī)物的有效方法之一。對于季節(jié)性嚴(yán)重污染的水源，還可以設(shè)立投加粉狀炭的水源水質(zhì)惡化應(yīng)急處理系統(tǒng)。活性炭在飲用水處理中的應(yīng)用流程可以表示為：

1.1.2 熱力法。熱力法可分為高溫蒸餾和低溫冷凍兩類處理方式。蒸餾法以消耗熱能為代價(jià)，通過對含鹽水進(jìn)行熱力脫鹽達(dá)到淡化處理的效果，適用于含鹽量超過3000mg/L的礦井水處理。冷凍法則是利用了冷凍分離的固液相平衡原理，在冷環(huán)境中將溶液降溫到水的凝固點(diǎn)以下，使得部分水凍結(jié)形成冰晶，利用溶液中溶質(zhì)的凝固點(diǎn)遠(yuǎn)低于水的凝固點(diǎn)的物理特性，使水先于雜質(zhì)而以固體形態(tài)析出，將雜質(zhì)排除在外，分離固液相。然后再融化冰晶，就得到了比較純凈的水和濃縮液。在工業(yè)水污染處理中，用此方法得到的濃縮液可以提純成為工業(yè)用品或者集中處理，冰中的冷量可以用來預(yù)冷污水以及提供空調(diào)、冷庫的冷源，融化的水比較純凈，處理后可以再利用，從而降低排放甚至達(dá)到零排放。

1.2 化學(xué)方法——臭氧技術(shù)

1.2.1 臭氧是一種很強(qiáng)的氧化劑，它可以通過化學(xué)氧化作用來分解水中的有機(jī)污染物。臭氧可以分解多種有機(jī)物、除臭、除色等。但是臭氧在水處理時(shí)投加量有限，不能把有機(jī)物完全分解成為水和二氧化碳，反應(yīng)中產(chǎn)生一些中間產(chǎn)物仍存在于水中。經(jīng)臭氧處理過的有機(jī)物增加了羧基等，其生物降解性大大提高，如不進(jìn)一步處理，則容易引起微生物的繁殖。另外，在對臭氧處理過的污水進(jìn)行加氯消毒時(shí)，被臭氧作用的一些中間產(chǎn)物容易和氯進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)三鹵甲烷類物質(zhì)，使污水的突變活性增強(qiáng)。因此，在飲用水處理過程中，臭氧一般不會單獨(dú)使用，可以在活性炭床前設(shè)置臭氧氧化與活性炭聯(lián)合使用，也可以用臭氧代替原有的預(yù)氯化。

1.2.2 針對酸性污水處理，目前最常使用的方法是用石灰石、大理石、石灰等堿性物質(zhì)作為中和劑，利用化學(xué)酸堿中和方法來進(jìn)行污水處理，其中尤以石灰石中合法最為普遍。石灰石中合法的處理裝置有三種形式，分別是中和滾筒法、升流膨脹過濾法及曝氣流化床處理方法。滾筒法是指將酸性礦井水裝在滾筒中，以石灰石做中和劑進(jìn)行處理的方式，滾筒出水經(jīng)沉淀后可排出。升流膨脹過濾則是以直徑小于3mm細(xì)小的石灰石顆粒為濾料，酸性水自濾池底部進(jìn)入，使濾料膨脹，從而使中和反應(yīng)沿著流線方向連續(xù)不斷地進(jìn)行，經(jīng)沉淀后排水。曝氣流床法同樣是以石灰石為填料，不同的是增加了空壓機(jī)曝氣，當(dāng)酸性污水進(jìn)入流化床，與填料石灰石反應(yīng)時(shí)，生產(chǎn)的H2CO3在曝氣的作用下分解成CO2和H2O，達(dá)到中和處理的效果。其出水經(jīng)過沉淀后可以排放。曝氣除了能溶氧和散除CO2以外，還可以避免中和反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的CaSO4和Fe（OH）3包在石灰石顆粒表面。

1.3 生物法

在一些污水預(yù)處理階段，通常使用生物預(yù)處理工藝，借助于微生物的新陳代謝活動(dòng)，將水中的氨氮、有機(jī)污染物、亞硝酸鹽、鐵、錳等污染物進(jìn)行初步的去除，以減輕后續(xù)深度處理的負(fù)擔(dān)。

常用的飲用水生物預(yù)處理方法有生物接觸氧化法和淹沒式生物濾池法。生物接觸氧化法采用彈性填料或纖維束填料，微生物依附在填料表面，池子設(shè)置穿孔曝氣管以供生物處理所需的氧氣。淹沒式生物濾池法則是采用陶粒填料作為生物生長的載體，在濾料下增加穿孔曝氣系統(tǒng)供氧。水的流向多采用升流式，濾池定期進(jìn)行氣水反沖洗，洗去截留的懸浮物和多余的生物膜。淹沒式生物濾池的優(yōu)勢在于填料的比表面積大、生物量高，對氨氮和有機(jī)物有著較好的處理效果，同時(shí)有過濾作用和較好的除藻功能，可承受一定的進(jìn)水懸浮物濃度等，其不足之處在于建設(shè)費(fèi)用要高于生物接觸氧化法。

2 飲用水深度凈化處理技術(shù)

2.1 膜分離法

膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用有電滲析和反滲透技術(shù)，尤其是電滲法在我國煤礦系統(tǒng)中有較多的應(yīng)用案例。電滲法主要依靠外加直流電場，利用離子交換膜對溶液中離子的選擇透過性，使溶質(zhì)和溶劑分離的一種物理化學(xué)過程。針對于含鹽量較高的污染水源，在通過電滲析分析器處理后，可得到濃縮液和淡化水。其淡化水的量通常為污染水進(jìn)水總量的50%～70%之間，可見其回收率不是很高。當(dāng)進(jìn)水含鹽量小于4000mg/L時(shí)用此法較為經(jīng)濟(jì)。

反滲透法則是借助于半透膜在壓力作用下進(jìn)行物質(zhì)分離。該方法可以有效去除污水中的低分子有機(jī)物、無機(jī)鹽、病毒以及細(xì)菌等。同電滲析法比較，反滲透法的優(yōu)勢在于產(chǎn)品水回收率高、脫鹽率和水的純度高、投資費(fèi)用低、無污染等，缺點(diǎn)是操作壓力高、能耗大、設(shè)備較復(fù)雜、對進(jìn)水水質(zhì)要求高等。此外，膜分離技術(shù)還可以與其他處理工藝聯(lián)合使用，現(xiàn)行的許多水處理工藝都是通過膜技術(shù)發(fā)展起來的。因此，膜分離技術(shù)在21世紀(jì)的發(fā)展中被業(yè)界廣為看好。

2.2 臭氧活性炭和生物活性炭

臭氧活性炭技術(shù)是將活性炭與臭氧結(jié)合在一起加以應(yīng)用?；钚蕴恐饕怯糜谌コ械男》肿佑袡C(jī)物，但受污染水源中通常是大分子有機(jī)物較多，這樣就導(dǎo)致活性炭孔的表面積不能得到充分利用。所以在碳層中加入臭氧的氧化作用，主要作用就是將水中的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子，改變其分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)，從而為活性炭吸附小分子有機(jī)物提供可能性。通常在處理過程中，對來水先進(jìn)行臭氧氧化，然后使用活性炭吸附，在吸附的過程中繼續(xù)對其氧化，這樣可以有效提高活性炭的吸附效果。相對于單獨(dú)的活性炭吸附處理工藝，臭氧活性炭技術(shù)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）增加水中溶解性有機(jī)物的去除效率，提高出水水質(zhì)；（2）臭氧氧化使得大孔內(nèi)與炭表面的有機(jī)物得到氧化分解，減輕了活性炭的負(fù)擔(dān)，從而延遲活性炭的再生周期，節(jié)約成本；（3）污水中的氨氮可以被生物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。從而減少了后續(xù)氯化的投氯量，降低了三鹵甲烷的生成量。目前，臭氧活性炭處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于我國一些水廠和工業(yè)水處理工藝中。

2.3 超聲技術(shù)

超聲技術(shù)是指利用空化能量加快和控制化學(xué)反應(yīng)，提高反應(yīng)效率的一種水處理工藝。超聲波能加快反應(yīng)進(jìn)場的作用原理主要有空化效應(yīng)、機(jī)械剪切效應(yīng)和自由基效應(yīng)等。反應(yīng)中，超聲能夠破壞顆粒雙電層的球形對稱，使顆粒之間更易于凝聚；超聲技術(shù)的高頻振動(dòng)特性在溶液中空穴附近形成熱點(diǎn)，使進(jìn)入空化泡中的水蒸氣發(fā)生了分裂及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，形成H和-OH自由基。同時(shí)，強(qiáng)大的剪切力又可使大分子主鏈上的碳鍵斷裂，從而起到降解高分子的作用，自由基進(jìn)入溶液促使物質(zhì)氧化分解。在實(shí)踐中，超聲技術(shù)與一些高級氧化技術(shù)通常一起應(yīng)用，在降解污染水中有機(jī)物方面是一門新的應(yīng)用技術(shù)。其特點(diǎn)在于反應(yīng)時(shí)間短、去除效果好、提高廢水的可生化性、工藝設(shè)施簡單等。

3 水處理技術(shù)應(yīng)用案例分析

據(jù)了解在山西省某化工企業(yè)經(jīng)營的項(xiàng)目中，針對工業(yè)生產(chǎn)污水，企業(yè)在2007年建立了一套簡單的污水處理系統(tǒng)，對企業(yè)生產(chǎn)中的工業(yè)廢水進(jìn)行處理，經(jīng)有關(guān)部門對出水進(jìn)行指標(biāo)檢測，合格之后出水排入了市政管網(wǎng)中。但從2010年開始，企業(yè)周圍的村民反映，該地區(qū)地下水位不斷下降，且水質(zhì)較以前有明顯的惡化現(xiàn)象。對此，該化工企業(yè)在聘請了專家檢驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)工廠的用水量過大，污水處理系統(tǒng)有漏水的地方，導(dǎo)致地下水位下降并且部分水源受到污染。后經(jīng)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)決定，在原有的污水處理設(shè)備上進(jìn)一步改造，對出水的礦化度和一些離子進(jìn)行深化處理，以滿足國家飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，從而解決生活飲用水資源緊張的問題。

工廠中原有的水處理系統(tǒng)為典型的常規(guī)處理，即混

凝→沉淀→過濾→出水。經(jīng)檢測出水水質(zhì)中CL-、SO42-以及溶解性總固體（TDS）、總污染指數(shù)（SDI）指標(biāo)超出飲用水規(guī)定。后經(jīng)專家學(xué)者研究決定，污水深化處理工藝采用反滲透處理技術(shù)。反滲透水處理技術(shù)主要是利用高于溶液滲透壓的作用，根據(jù)其他物質(zhì)不能透過半透膜的特點(diǎn)而將其分離出來。反滲透技術(shù)中的膜孔非常小，僅為10A左右，反滲透膜元件在選擇透過淡水的同時(shí)，其濃水側(cè)溶解固形物濃縮，出現(xiàn)因濃度積大于溶解度平衡常數(shù)而在膜表面結(jié)晶析出。反滲透技術(shù)主要依靠壓力來作為處理的動(dòng)力，系統(tǒng)中其外界壓力來自兩臺并聯(lián)著的高壓離心泵。在反應(yīng)進(jìn)行前，為了確保反滲透工藝穩(wěn)定進(jìn)行，要在原水進(jìn)入前增加多介質(zhì)過濾器裝置，并且采用過濾精度為5μm的精密過濾器進(jìn)行保安過濾，以保證待處理的水質(zhì)符合反滲透膜的進(jìn)水要求。經(jīng)試驗(yàn)得出，待深化處理的污水原SDI值在15左右，經(jīng)過多介質(zhì)過濾器以及精密過濾器的處理之后，出水水質(zhì)可滿足反滲透進(jìn)水≤5的要求。同時(shí)設(shè)備運(yùn)行期間，為了延緩污堵和延長膜元件的使用壽命，在反滲透裝置前設(shè)置阻垢劑加藥裝。其整個(gè)工藝流程步驟如下：

在污水進(jìn)行深化處理前，其水中各項(xiàng)指標(biāo)濃度依

次為：

在經(jīng)過反滲透深化處理之后，出水的各項(xiàng)指標(biāo)濃度依次為：

該系統(tǒng)在試運(yùn)行3個(gè)月之后開始正式運(yùn)行，其處理效果不僅提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)不用像之前那樣花取高成本抽地下水使用，而且更為有價(jià)值的是處理過的水滿足國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，可以為周圍居民提供生活飲用水，解決了地區(qū)用水緊張的問題，提高了水資源的利用效率，符合國家提倡的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

4 結(jié)語

目前我國的生活飲用水處理已經(jīng)得到了足夠的重視。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，各城市也加大了生活飲用水處理工藝上的經(jīng)濟(jì)投資，重點(diǎn)是能夠全面提高水質(zhì)的集成化成套安全優(yōu)質(zhì)飲用水凈化處理工藝技術(shù)。城市生活飲用水處理工藝在今后的發(fā)展中，應(yīng)將重點(diǎn)放在低能耗、綠色環(huán)保、多功能凈水作用以及可顯著提高飲用水水質(zhì)的除微污染成套工藝技術(shù)上，同時(shí)重點(diǎn)發(fā)展高效優(yōu)質(zhì)除污染技術(shù)，強(qiáng)調(diào)技術(shù)與設(shè)備的系列化、成套化、標(biāo)準(zhǔn)化。

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