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饮用水深度处理工艺优劣分析

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饮用水深度处理工艺优劣分析

发布日期:2018-05-28 16:48 来源:http://www.btimt.com 点击:

  随着水污染日益严重,大量的污染物尤其是有机污染物通过不同的方式进入水体,饮用水水源受到日趋广泛的污染。传统的混凝、过滤、消毒等自来水工艺是以去除水中的悬浮物、浊度、色度为主,对溶解性有机物去除能力相对不足,而且加氯消毒本身还形成了“三致物质”(致癌、致畸、致突变),直接影响饮用者的身体健康。

  

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  因此,可能地去除水中的微量有机污染物、消毒副产物等就是饮用水深度净化的目的。水的深度处理在国外应用较为普遍,我国在饮用水深化处理方面还处于起步阶段,大部分老水厂均未采用深度处理,只有部分新水厂采用了深度处理。人们开发了许多技术如活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭联用和各种膜技术等对饮用水进行深度处理。

  

  活性炭具有良好的吸附和过滤功能,对水中的致癌物与致突变物具有良好的去除效果。但由于活性炭的再生问题使制水成本大幅度提高,在我国的使用受到一定的限制。

  

  臭氧可以破坏致病微生物,能保证彻底消毒而没有毒性副产物的产生。采用臭氧消毒取代氯气消毒可杜绝有机氯化物的生成,而且可直接去除水中有机氯化物。但有研究发现,臭氧的氧化作用具有较强的选择性,它对水中已经形成的三氯甲烷几乎没有去除作用。同时臭氧会导致水中可生物降解物质的增多,可生物降解物质增多的后果会引起供水管网中细菌的繁殖,使水厂出水的生物稳定性降低。因此臭氧很少在水处理工艺中单独使用。

  

  臭氧与活性炭滤池联用。这种方法是基于活性炭能有效去除水中小分子有机物,但对大分子有机物的去除有限。水先经臭氧氧化,使水中大分子有机物分解成小分子有机物,这样就提高了有机物进入活性炭微孔内部的可能性,可以充分利用活性炭的吸附表面,且延长了活性炭的使用周期。同时后续的活性炭可以吸附臭氧氧化过程中产生的大量中间产物,包括解决了臭氧无法去除的三氯甲烷,并保证了最后出水的生物稳定性。但是该技术设备昂贵,运行耗电量大的问题同样不容忽视。

  

  人们对膜的认识已经有200年的历史,实用膜的研究开始于上世纪初期。近三四十年间,膜技术得到了突飞猛进的发展,已经发展成为一项高新技术,被称为“二十一世纪的水处理技术”,广泛应用在能源、食品、环保等领域。其中从70年代开始研究的纳滤膜技术,以其独特的优势,已经广泛地应用在纯水制备、直饮水等水处理领域,取得了可喜的成绩。目前纳滤技术已经大规模应用在美国、日本等国家的给水行业,在我国给水行业广泛应用的条件还不成熟,尚处于尝试阶段,应用的瓶颈在于费用高且去除溶解性有机物并不理想。

  

  近年来,国内外还开展了光化学氧化法去除水中污染物的研究。这种方法采用紫外灯为光源,以二氧化钛为催化剂降解水中微量有机污染物取得了令人满意的效果。这种技术的特点是具有极强的氧化能力,且没有选择性,有机物去除效率高。上世纪80年代后应用在饮用水深度处理领域,但是该技术目前还未达到应用于生产的阶段,而且光催化氧化法处理费用较高。

  

  我国在给水深度处理的普及化程度不高,新水标增加了对有机污染物的检测项目,迫切要求水厂引入饮用水深度处理技术。

  

  臭氧活性炭过滤深度处理技术在国内尝试初显成效

  

  臭氧活性炭过滤深度处理在欧洲、日本等许多国家采用普遍,美国也在开始推广。国内在近几年,也在这项技术上做了一些探索性的尝试。据笔者了解,北京、深圳、广州、昆明、常州等城市为了改善水质,已经在一些水厂设置了臭氧活性炭过滤工艺。

  

  深圳梅林水厂、笔架山水厂已于2004年至2005年间分别上马日产60万立方米和日产52万立方米的臭氧活性炭深度处理工艺,目前运行稳定,出水水质满足优质出厂水标准,并逐步积累了一定的生产运行经验。

  

  广州南洲水厂于2006年投资26亿元增加日产100万立方米的“臭氧—生物活性炭”深度处理工艺,该技术工艺参数优化合理,工艺可靠,出水水质稳定,达到饮用净水水质标准,成为国内******的饮用净水工程。

  

  膜技术在城市饮用水深度处理应用前景看好

  

  膜技术在美国、日本等国家的供水行业中已经得到大规模的推广,但在我国,将膜技术广泛地应用于给水处理还处于尝试阶段。

  

  新水标的发布是否会为膜技术在国内的应用开拓新的领域?膜技术对于国内水厂改进工艺应对新水标的可行性如何?是否可以完全代替现有的供水老三段工艺?日前召开的第九届水业技术沙龙上,业内专家为我们一一揭开了上述问题的谜底。据相关媒体报道,与会专家与嘉宾经过热烈的讨论,一致认为膜技术是解决水问题的有效方法,膜滤技术与传统工艺技术相辅相成,并且膜技术与活性炭、高级氧化工艺等技术也不对立。随着膜成本的降低,膜技术正迅速的替代传统过滤技术。但是膜技术在饮用水厂的任务仍然很艰巨,如在微生物的去除上,膜技术比传统砂滤占有优势,但价格比同样能去除微生物的紫外+砂滤高,另外国外大规模的应用膜技术的背景与中国的现状并不一致。中国目前的微污染源水是主要关注点,而膜法对溶解性污染物并不是十分有效。此外,还需考虑压力式膜的占地问题以及运行的一些问题。

  

  最后,傅涛博士在总结中指出膜技术在自来水厂的大规模应用取决于五个条件:水源污染问题能否很快得到解决、水质新标准颁布、膜成本降低、投资主体多元化、土地成本。对于膜技术,应该用一种前瞻的眼光来看待,并有务实的操作。行业专家的这些意见对水务市场的发展将起到风向标的作用。

  

  如何选择饮用水深度处理工艺,原水水质是依据

  

  面对众多的饮用水深度处理工艺,就我国目前的经济技术水平状况下,选择哪一种工艺最经济可行呢?笔者走访了有关业内人士,他认为原水水质是选择饮用水深度处理工艺的基本依据,根据水源地水质的不同,选择不同的处理工艺,有时还需组合不同的工艺来实现出水水质的达标。

  

  专家分析,各种深度处理方法的基本作用原理,一般认为无非是吸附、氧化、生物降解和膜滤等,即利用吸附剂的吸附能力可去除水中溶解性有机物(如活性炭技术);利用氧化剂的强氧化能力可分解水中有机物(如臭氧技术);利用生物氧化法降解水中有机物(如生物活性炭技术);利用滤膜的筛分作用滤除有机物(如膜分离技术)。每种方法都各有利弊,有时需要同时发挥两种方法的作用,共同去除有机物,如臭氧活性炭联用技术即发挥了氧化和吸附两种作用。目前去除水中有机物的两种典型饮用水深度净化工艺是臭氧-生物活性炭和膜技术。

  

  他介绍说,大量的试验研究表明,臭氧-生物活性炭(O3-BAC组合工艺)深度是目前世界上去除有机污染物的最通用和行之有效的深度净化工艺之一。利用臭氧的强氧化能力,在适宜的臭氧投量下,将水中的大分子难降解有机物分解成小分子的易于生物降解的和易于吸附的有机物,利用生物活性炭上的生物降解和同化作用及活性炭的吸附作用将其去除。这种工艺具有优良、稳定的去除有机污染物功能。

  

  近年来膜技术在饮用水深度净化方面的应用发展迅速,应用膜法的水厂的运行效果表明,它们优于臭氧-生物活性炭工艺的优点有出水水质更好、较低的基建和运行费用和易于运行。对于取用严重污染水源水的小规模水厂,采用微滤—纳滤组合处理工艺,能保证生产高质量的饮用水,即使在不投氯消毒的情况下,也可防止在配水管网细菌增殖后造成的二次污染,它还能非常有效地去除致病微生物,如阴胞子虫和贾第虫。但是也存在一个问题,超滤膜去除有机物效率不高,而反渗、纳滤膜在较好地去除水中有机物的同时,也去除了水中绝大部分无机物,出水有机物和无机物浓度都比较低。

  

  经相关学者在对各项技术进行技术经济比较和分析论证,处理工艺上主要控制的水质指标是颗粒物和有机物,经济指标包括基建费和运行费等。通过国外和国内不同类型和流程的饮用水深度净化水厂的技术经济比较后,认为对于小型水厂,采用膜法(微滤—纳滤组合/纳滤)比采用臭氧-生物活性炭法经济可行,而对于较大、中型水厂,采用臭氧-生物活性炭工艺比较经济,并建议在臭氧-生物活性炭工艺之后加超滤系统和紫外线消毒。


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