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飲用水深度處理工藝優劣分析

2012-03-13

  飲用水深度處理工藝優劣分析

  隨著水污染日益嚴重,大量的污染物尤其是有機污染物通過不同的方式進入水體,飲用水水源受到日趨廣泛的污染。傳統的混凝、過濾、消毒等自來水工藝是以去除水中的懸浮物、濁度、色度為主,對溶解性有機物去除能力相對不足,而且加氯消毒本身還形成了“三致物質”(致癌、致畸、致突變),直接影響飲用者的身體健康。

  因此,最大可能地去除水中的微量有機污染物、消毒副產物等就是飲用水深度凈化的目的。水的深度處理在國外應用較為普遍,我國在飲用水深化處理方面還處于起步階段,大部分老水廠均未采用深度處理,只有部分新水廠采用了深度處理。人們開發了許多技術如活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭聯用和各種膜技術等對飲用水進行深度處理。

  活性炭具有良好的吸附和過濾功能,對水中的致癌物與致突變物具有良好的去除效果。但由于活性炭的再生問題使制水成本大幅度提高,在我國的使用受到一定的限制。

  臭氧可以破壞致病微生物,能保證徹底消毒而沒有毒性副產物的產生。采用臭氧消毒取代氯氣消毒可杜絕有機氯化物的生成,而且可直接去除水中有機氯化物。但有研究發現,臭氧的氧化作用具有較強的選擇性,它對水中已經形成的三氯甲烷幾乎沒有去除作用。同時臭氧會導致水中可生物降解物質的增多,可生物降解物質增多的后果會引起供水管網中細菌的繁殖,使水廠出水的生物穩定性降低。因此臭氧很少在水處理工藝中單獨使用。

  臭氧與活性炭濾池聯用。這種方法是基于活性炭能有效去除水中小分子有機物,但對大分子有機物的去除有限。水先經臭氧氧化,使水中大分子有機物分解成小分子有機物,這樣就提高了有機物進入活性炭微孔內部的可能性,可以充分利用活性炭的吸附表面,且延長了活性炭的使用周期。同時后續的活性炭可以吸附臭氧氧化過程中產生的大量中間產物,包括解決了臭氧無法去除的三氯甲烷,并保證了最后出水的生物穩定性。但是該技術設備昂貴,運行耗電量大的問題同樣不容忽視。

  人們對膜的認識已經有200年的歷史,實用膜的研究開始于上世紀初期。近三四十年間,膜技術得到了突飛猛進的發展,已經發展成為一項高新技術,被稱為“二十一世紀的水處理技術”,廣泛應用在能源、食品、環保等領域。其中從70年代開始研究的納濾膜技術,以其獨特的優勢,已經廣泛地應用在純水制備、直飲水等水處理領域,取得了可喜的成績。目前納濾技術已經大規模應用在美國、日本等國家的給水行業,在我國給水行業廣泛應用的條件還不成熟,尚處于嘗試階段,應用的瓶頸在于費用高且去除溶解性有機物并不理想。

  近年來,國內外還開展了光化學氧化法去除水中污染物的研究。這種方法采用紫外燈為光源,以二氧化鈦為催化劑降解水中微量有機污染物取得了令人滿意的效果。這種技術的特點是具有極強的氧化能力,且沒有選擇性,有機物去除效率高。上世紀80年代后應用在飲用水深度處理領域,但是該技術目前還未達到應用于生產的階段,而且光催化氧化法處理費用較高。

  我國在給水深度處理的普及化程度不高,新水標增加了對有機污染物的檢測項目,迫切要求水廠引入飲用水深度處理技術。

飲用水

  臭氧活性炭過濾深度處理技術在國內嘗試初顯成效

  臭氧活性炭過濾深度處理在歐洲、日本等許多國家采用普遍,美國也在開始推廣。國內在近幾年,也在這項技術上做了一些探索性的嘗試。據筆者了解,北京、深圳、廣州、昆明、常州等城市為了改善水質,已經在一些水廠設置了臭氧活性炭過濾工藝。

  深圳梅林水廠、筆架山水廠已于2004年至2005年間分別上馬日產60萬立方米和日產52萬立方米的臭氧活性炭深度處理工藝,目前運行穩定,出水水質滿足優質出廠水標準,并逐步積累了一定的生產運行經驗。

  廣州南洲水廠于2006年投資26億元增加日產100萬立方米的“臭氧—生物活性炭”深度處理工藝,該技術工藝參數優化合理,工藝可靠,出水水質穩定,達到飲用凈水水質標準,成為國內最大的飲用凈水工程。

  膜技術在城市飲用水深度處理應用前景看好

  膜技術在美國、日本等國家的供水行業中已經得到大規模的推廣,但在我國,將膜技術廣泛地應用于給水處理還處于嘗試階段。

  新水標的發布是否會為膜技術在國內的應用開拓新的領域?膜技術對于國內水廠改進工藝應對新水標的可行性如何?是否可以完全代替現有的供水老三段工藝?日前召開的第九屆水業技術沙龍上,業內專家為我們一一揭開了上述問題的謎底。據相關媒體報道,與會專家與嘉賓經過熱烈的討論,一致認為膜技術是解決水問題的有效方法,膜濾技術與傳統工藝技術相輔相成,并且膜技術與活性炭、高級氧化工藝等技術也不對立。隨著膜成本的降低,膜技術正迅速的替代傳統過濾技術。但是膜技術在飲用水廠的任務仍然很艱巨,如在微生物的去除上,膜技術比傳統砂濾占有絕對優勢,但價格比同樣能去除微生物的紫外+砂濾高,另外國外大規模的應用膜技術的背景與中國的現狀并不一致。中國目前的微污染源水是主要關注點,而膜法對溶解性污染物并不是十分有效。此外,還需考慮壓力式膜的占地問題以及運行的一些問題。

  最后,傅濤博士在總結中指出膜技術在自來水廠的大規模應用取決于五個條件:水源污染問題能否很快得到解決、水質新標準頒布、膜成本降低、投資主體多元化、土地成本。對于膜技術,應該用一種前瞻的眼光來看待,并有務實的操作。行業專家的這些意見對水務市場的發展將起到風向標的作用。

  如何選擇飲用水深度處理工藝,原水水質是依據

  面對眾多的飲用水深度處理工藝,就我國目前的經濟技術水平狀況下,選擇哪一種工藝最經濟可行呢?筆者走訪了有關業內人士,他認為原水水質是選擇飲用水深度處理工藝的基本依據,根據水源地水質的不同,選擇不同的處理工藝,有時還需組合不同的工藝來實現出水水質的達標。

  專家分析,各種深度處理方法的基本作用原理,一般認為無非是吸附、氧化、生物降解和膜濾等,即利用吸附劑的吸附能力可去除水中溶解性有機物(如活性炭技術);利用氧化劑的強氧化能力可分解水中有機物(如臭氧技術),利用生物氧化法降解水中有機物(如生物活性炭技術),利用濾膜的篩分作用濾除有機物(如膜分離技術)。每種方法都各有利弊,有時需要同時發揮兩種方法的作用,共同去除有機物,如臭氧活性炭聯用技術即發揮了氧化和吸附兩種作用。目前去除水中有機物的兩種典型飲用水深度凈化工藝是臭氧-生物活性炭和膜技術。

  他介紹說,大量的試驗研究表明,臭氧-生物活性炭(O3-BAC組合工藝)深度是目前世界上去除有機污染物的最通用和行之有效的深度凈化工藝之一。利用臭氧的強氧化能力,在適宜的臭氧投量下,將水中的大分子難降解有機物分解成小分子的易于生物降解的和易于吸附的有機物,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將其去除。這種工藝具有優良、穩定的去除有機污染物功能。

  近年來膜技術在飲用水深度凈化方面的應用發展迅速,應用膜法的水廠的運行效果表明,它們優于臭氧-生物活性炭工藝的優點有出水水質更好、較低的基建和運行費用和易于運行。對于取用嚴重污染水源水的小規模水廠,采用微濾—納濾組合處理工藝,能保證生產高質量的飲用水,即使在不投氯消毒的情況下,也可防止在配水管網細菌增殖后造成的二次污染,它還能非常有效地去除致病微生物,如陰胞子蟲和賈第蟲。但是也存在一個問題,超濾膜去除有機物效率不高,而反滲、納濾膜在較好地去除水中有機物的同時,也去除了水中絕大部分無機物,出水有機物和無機物濃度都比較低。

  經相關學者在對各項技術進行技術經濟比較和分析論證,處理工藝上主要控制的水質指標是顆粒物和有機物,經濟指標包括基建費和運行費等。通過國外和國內不同類型和流程的飲用水深度凈化水廠的技術經濟比較后,認為對于小型水廠,采用膜法(微濾—納濾組合/納濾)比采用臭氧-生物活性炭法經濟可行,而對于較大、中型水廠,采用臭氧-生物活性炭工藝比較經濟,并建議在臭氧-生物活性炭工藝之后加超濾系統和紫外線消毒。

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