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常见的几种水处理技术
编辑:上海熙姚环保设备有限公司 来源:www.xiyaogl.com
 
常见的几种水处理技术
[摘要]:介绍了几种常用的纯净水的处理方法和应用范围,阐述了各种处理方法的原理和应用。
[关键词]:水处理;活性炭吸附;臭氧氧化;臭氧生物活性炭;膜分离技术;离子交换
l 引言
水是生命之源,人类的生产、生活一刻也离不开水。而人们的饮用水从来都是具有生存和致病两重性的。上世纪70年代人们注意到饮用水水源中的污染物种类繁多,主要含有微量的有机物、农药、重金属离子、氨氮及放射性物质等有害污染物。随着科技和工农业生产的发展以及人类活动的频繁,新的污染物质如农药、增塑剂、洗涤剂、消毒剂的不断出现使全球使用的化学品超过60000种,其中70%可能对健康有害。由于纯净水是不允许添加任何防腐剂和抑菌剂,故可从工艺、技术、系列净水设备等方面对受污染的水或自来水进行深度净化,把水中的重金属、三卤甲烷、有机物、放射性物质、微生物等有害、有毒、有异味物大部分去掉,消除这些污染物质对人体健康的直接和潜在危害,消除消费者对饮用水被污染的恐慌,满足消费者对“干净水” 的要求,以其没有细菌、病毒,干净、卫生,口感好深受广大消费者的信赖。
2 纯净水生产工艺
纯净水的生产大多使用自来水和地下水作为原水,其原水中或多或少含有各种各样悬浮物质(细菌、藻类及原生物、泥沙、粘土、及其它不溶物质)、胶体物质(溶胶,如硅酸及铁、铝的某些化合物,腐植胶体等)、无机盐类和一些有机物及气体。生产饮用纯净水就是要将上述物质尽可能全部去除,使之成为高纯度的饮用水。自1988年我国第一家纯净水厂在广东省建成投产至今, 已经出现了多种纯净水的生产工艺,一般来说,纯净水的生产工艺采用石英砂滤、活性炭吸附、离子交换、精滤、反渗透、臭氧杀菌等多级净化,灌装采用1000级以上空气净化装置、紫外线、臭氧三重杀菌,以及全自动洗桶、消毒、灌装、封口一体机。




3生产过程中的重要工艺
3.1 活性炭吸附分离
纯净水在灌装前都必须经过过滤,以除去水中的泥渣、悬浮物、藻类、细菌、霉菌等杂质。在水处理工艺中,活性炭处理是必需的。活性炭具有很多微孔和巨大的比表面积,凭借这些微孔对有机物的吸附作用来去除水中的致突变物质,它可降低水中TOC和THMs等,同时可去除水中色、嗅、味、有机氯化物、放射性有机物及其他人工合成有机物,活性炭对分子量在500—3000的有机物有十分明显的去除效果,去除率一般为70%—86.7%[1]。不足之处是由于水中天然有机物(NOM)的竞争吸附,导致对农药吸附效率下降以及活性炭的使用寿命不长。
3.2 臭氧氧化分离
O3是一种很强的氧化剂和消毒剂,它在水中发生氧化还原反应,产生氧化能力极强的单原子氧(O)和羟基自由基(OH),瞬间杀灭水中微生物,杀菌能力是氯的600~3000倍[2];将溶解和胶体状有机物转化为较易生物降解的有机物;将水中溶解性的铁、锰氧化成高价沉淀物使之易于去除;可将氰化物等有毒有害物质氧化成无害物质;可改善嗅味、降低色度等:有些藻类的代谢物由于水体富营养化的影响,会使水有霉味或鱼腥味、或产生藻毒素,若滤池之前投加少量O3,可以防止藻类和浮游植物在滤池中生长繁殖。然而,氧化法将农药大分子氧化成小分子后则会促进水中细菌的再繁衍,某些分子量较高的物质如蛋白质、氨基酸和腐殖质经O3氧化后产生甲醛、丙酮酸、乙酸,其中甲醛毒性强,致病、遗传、变异。而且当水中存在Br-时,经O3氧化为BrO2-、BrO3-、CHBr3、二溴乙晴以及一些尚未确定的溴化有机副产物。BrO3-被国际癌症研究机构列为有可能对人体致癌的化合物。WHO建议饮用水中最大BrO3-含量为25ug / L。例如:美国给水中BrO3,一的含量要求不大于10ug/ L。不仅如此,O3对水中已形成的三卤甲烷几乎没有去除作用,O3氧化还可导致水中可生物降解物质的增多,使出厂水的生物稳定性降低,容易引起细菌繁殖。这些因素的存在,使得O3很少在水处理工艺中单独使用。
3.3臭氧生物活性炭:包括预氧化和后氧化。
预氧化:①臭氧作为一种强氧化剂,能氧化分解水中的高分子有机物,如:腐植酸等,分解后的小分子有机物容易被活性炭吸附。②臭氧——同时氧化水中溶解性的锰和铁,生成难溶性的氧化物,提高砂过滤的效果,使锰、铁的去除率增加。③臭氧氧化后生成的氧气无毒、无害,而且为后面活性炭上附着的好氧菌和硝化菌提供生长的营养源,防止水体发臭。
后氧化:主要与生物活性炭联用,即O3—BAC法—一种有效的可去除各种有机物和持久性化合物的“深度处理技术”:由臭氧氧化、砂滤、活性炭吸附和生物降解等结合在一起的水处理工艺。用该工艺处理水可去除用传统的絮凝、沉淀、砂滤等方法不可能去除的可溶解成分。如:氨氮、酚、农药以及其他有毒有害的有机物。通过生物硝化作用,将NH4+—N转化为NO3-;用臭氧处理酚,逐步氧化最终产物为CO2和H2O;预氧化产生的小分子有机物易进入活性炭微孔内部,大量中间产物(包括THMs及其前驱物)也被活性炭吸附,微生物生长在炭粒表面的大孔中,通过细胞酶的作用将某些溶解性有机物降解,可去除DOC
30%—70%,所以有机物的去除是吸附和生物降解的双重作用。还可使活性炭部分再生,明显延长了工作周期,保证了最后出水的生物稳定性。O3—BAC法的发展较为成熟,在欧洲已被广泛应用,并被公认为处理污染原水、减少饮用水中有机物浓度的最有效技术。该项技术在我国正在逐步推广应用。目前仍有一些问题尚未解决,如臭氧氧化机理、利用臭氧更有效去除饮用水中有机物、臭氧副产物、无法去除NH4+—N硝化作用的产物NO3-,且活性炭的再生也较麻烦。
3.4膜分离技术
以压力差为推动力的膜分离技术有反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)和微孔过滤(MF)。其分离机理为:在一定的压力作用下,分子质量不同的混和溶质的溶液流过膜表面时,溶剂和低分子溶质将透过薄膜,作为透过物被收集起来,高分子溶质则被薄膜截留而作为浓溶液被回收。
(1)反渗透(RO)
在纯净水生产工艺流程中,不论哪一种工艺,都有一种关键的反渗透技术。反渗透最早来源于美国的太空科技,这是一种薄膜分离技术,依靠反渗透膜在一定的压力下,使溶液中的溶剂与溶质分离。如果在有盐份的水中(如自来水)施加比自然渗透压力更大的压力,使水由浓度高的一方渗透到浓度低的一方,就能把原水中的水分子和其他的物质分离。由于反渗透膜上的微孔极小,其孔隙仅为0.0001um,是细菌、病毒体积的几千分之一,能去除滤液中的离子和分子量很小的有机物,如细菌和病毒,尤其是有机污染物的去除率也很高。采用该技术制备的水即为纯净水,由于是太空技术民用化的产物,也可叫做太空水。反渗透法的技术效果与其它水处理技术的效果相比,有明显的优异性,有关参数见表1。从表1可清楚地看出,反渗透法制备的纯净水,不含有任何矿物质和微量元素,甚至尿经它过滤后都可以直接饮用。
表1  多种水处理技术效果比较一览表



(2)纳滤(NF)
纳滤膜是在反渗透膜的基础上发展起来的,其表面由一层非对称性结构的高分子与微孔支撑体结合而成,具有纳米级的孔径,故名纳滤。与反渗透系统相比,纳滤膜在低压(通常为0.5—1.0Mpa)下具有较高的通量、出水水质好、能耗低、浓缩水排放少等优点,在国际上已得到广泛的应用。纳滤膜对一价离子的截留率可低至40%,对二价离子的截留率可高至90%以上,且截留分子量约为200~l000Da的中性溶质。因此,纳滤在水的软化、低分子有机物的分级、除盐等方面具有独特的优势。水的总硬度为水中Ca2+、Mg2+离子的总含量。对于饮用水的软化,先经过二步NF分离过程(用Film--teeh公司的NF—70膜,操作压力为0.5—0.7Mpa,脱除85%—95%的硬度以及70%的一价离子),水质硬度降低了10—20倍。然后进行氯处理,就可制成标准纯净水。从而避免了由于采用传统工艺氯氧化消毒工艺生成的多种对人类健康产生危害的、具有三致作用的挥发性氯代有机物(THMs)如CHCl3、CCl4等。以及非挥发性氯代有机物(HAAs)如CH3COOCl,且毒性HAAs>THMs。纳滤膜在饮用水领域主要脱除三氯甲烷中间体、低分子有机物(特别是环境荷尔蒙物质[3])、农药、合成洗涤剂、微生物、异味、色度、硫酸盐、碳酸盐、氟化物、砷、细菌、重金属污染物(大多来源于工业废弃物泄露和工业废水排放等)镉、铬(六价)、铜、铅、锰、汞、镍等有害物质、降低TDS浓度,且对无机盐有一定的脱除率(氯化钠的脱除率大约在80%左右),而保留了原水中的部分盐类和微量元素。
纳滤膜在给水处理中遇到的最大问题是膜污染,是由于在纳滤过程中无机物、有机物、微生物等在膜上结垢引起的。因此,絮凝过滤、砂滤、过滤柱和纳滤膜结合起来处理饮用水,可预防膜污染。
(3)超滤(UF)
在纯净水生产所需水处理设备的目的主要是除去水中的杂质、悬浮物、部分有害细菌、霉菌、异味等。超滤是采用0.2um孔径的真空丝膜组件,结合絮凝、炭滤和精滤技术,可以效降低有机物及微生物的含量,以避免在后道工序中造成管道的污染,导致产品卫生指标超标、口感异常的水处理方法,其最终目的是保证产品质量。
(4)微孔过滤(MF)
微孔过滤膜通常是由特种纤维素脂或高分子聚合物以及无机材质制成,它的孔径一般在0.1 m之间。微孔过滤膜的截留机理大体可以分为以下几种:第一是机械截留,指膜可以截留比它孔径大或与孔径相等的微粒;第二是物理作用或吸附截留,包括吸附和电性质等各种因素的影响;第三是架桥截留,在孔的人口处微粒因架桥作用同样可以被截留。
微孔膜的孔径十分均匀,孔隙率很高(一般为80%),通常比具有同等截留能力的滤纸至少快40倍。由于空隙率高、材料薄,因而阻力小,一般只需较低的压力就可以驱动。微孔膜的主要性能指标有厚度、过滤速度、空隙率、孔径及其分布。
3.5离子交换法
含有较高硬度的地下水通过强酸型离子树脂交换层时,硬度离子Ca2+、Mg2+与钠型强酸阳离子树脂进行化学反应[4],如下:
Ca2++2RNa →R2Ca+2Na+
Mg2++2RNa→R2Mg+2 Na+
当地下水通过钠型强酸阳离子树脂交换层时全部Ca2+、Mg2+吸附在树脂上,使出水硬度降至≤0.3mmol/ L。
4 纯净水生产工艺的优异性
目前,城市饮用水水源主要来自地下水和地表水,而现在全国地下水已普遍受到污染。若水源不幸来自矿区,又受到重金属污染,则如汞、镉、铬、砷、铅等,是无法在现有水处理工艺里被除去的。而纯净水以其比较完善的水处理工艺和无可争议的品质赢得了人们对饮用水的信赖,经过多道生产工艺和消毒处理后,水中没有细菌和有害物质,大大降低了消费者饮用后的患病机率。
5结语
面临全球性水资源短缺、水环境污染严重、城市和工业发展对水质水量要求不断提高的挑战,我们已进入一个极其紧迫、相当复杂、全球性的生态与经济相互依赖的时期。这就要求水处理技术要不断提高与完善,推陈出新,以满足快速发展的环境变化需要。而在我们的生活当中,了解一些常用的水处理的方法也有利于我们的生活和我们的健康。
6参考文献
[1]宋文涛等.深度处理在给水处理工程中的应用[J].工业安全与环保,2005,31(3).7a.
[2]闻瑞梅,王在忠.高纯水的制备及检测技术[M].北京:科学出版社,1999:174~175.
[3]史红文等.膜生物反应器处理生活污水的研究[J].过滤与分离,2004,14(1).
[4]王方.反渗透—电去离子脱盐系统[J].工业水处理,2002,30(4):244

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