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常見的幾種水處理技術
編輯:上海熙姚環保設備有限公司 來源:http://www.yytrz.cn

常見的幾種水處理技術

[摘要]:介紹了幾種常用的純凈水的處理方法和應用范圍,闡述了各種處理方法的原理和應用。

[關鍵詞]:水處理;活性炭吸附;臭氧氧化;臭氧生物活性炭;膜分離技術;離子交換

l 引言

水是生命之源,人類的生產、生活一刻也離不開水。而人們的飲用水從來都是具有生存和致病兩重性的。上世紀70年代人們注意到飲用水水源中的污染物種類繁多,主要含有微量的有機物、農藥、重金屬離子、氨氮及放射性物質等有害污染物。隨著科技和工農業生產的發展以及人類活動的頻繁,新的污染物質如農藥、增塑劑、洗滌劑、消毒劑的不斷出現使全球使用的化學品超過60000種,其中70%可能對健康有害。由于純凈水是不允許添加任何防腐劑和抑菌劑,故可從工藝、技術、系列凈水設備等方面對受污染的水或自來水進行深度凈化,把水中的重金屬、三鹵甲烷、有機物、放射性物質、微生物等有害、有毒、有異味物大部分去掉,消除這些污染物質對人體健康的直接和潛在危害,消除消費者對飲用水被污染的恐慌,滿足消費者對“干凈水” 的要求,以其沒有細菌、病毒,干凈、衛生,口感好深受廣大消費者的信賴。
2 純凈水生產工藝
純凈水的生產大多使用自來水和地下水作為原水,其原水中或多或少含有各種各樣懸浮物質(細菌、藻類及原生物、泥沙、粘土、及其它不溶物質)、膠體物質(溶膠,如硅酸及鐵、鋁的某些化合物,腐植膠體等)、無機鹽類和一些有機物及氣體。生產飲用純凈水就是要將上述物質盡可能全部去除,使之成為高純度的飲用水。自1988年我國第一家純凈水廠在廣東省建成投產至今, 已經出現了多種純凈水的生產工藝,一般來說,純凈水的生產工藝采用石英砂濾、活性炭吸附、離子交換、精濾、反滲透、臭氧殺菌等多級凈化,灌裝采用1000級以上空氣凈化裝置、紫外線、臭氧三重殺菌,以及全自動洗桶、消毒、灌裝、封口一體機。




3生產過程中的重要工藝
3.1 活性炭吸附分離
純凈水在灌裝前都必須經過過濾,以除去水中的泥渣、懸浮物、藻類、細菌、霉菌等雜質。在水處理工藝中,活性炭處理是必需的。活性炭具有很多微孔和巨大的比表面積,憑借這些微孔對有機物的吸附作用來去除水中的致突變物質,它可降低水中TOC和THMs等,同時可去除水中色、嗅、味、有機氯化物、放射性有機物及其他人工合成有機物,活性炭對分子量在500—3000的有機物有十分明顯的去除效果,去除率一般為70%—86.7%[1]。不足之處是由于水中天然有機物(NOM)的競爭吸附,導致對農藥吸附效率下降以及活性炭的使用壽命不長。
3.2 臭氧氧化分離
O3是一種很強的氧化劑和消毒劑,它在水中發生氧化還原反應,產生氧化能力極強的單原子氧(O)和羥基自由基(OH),瞬間殺滅水中微生物,殺菌能力是氯的600~3000倍[2];將溶解和膠體狀有機物轉化為較易生物降解的有機物;將水中溶解性的鐵、錳氧化成高價沉淀物使之易于去除;可將氰化物等有毒有害物質氧化成無害物質;可改善嗅味、降低色度等:有些藻類的代謝物由于水體富營養化的影響,會使水有霉味或魚腥味、或產生藻毒素,若濾池之前投加少量O3,可以防止藻類和浮游植物在濾池中生長繁殖。然而,氧化法將農藥大分子氧化成小分子后則會促進水中細菌的再繁衍,某些分子量較高的物質如蛋白質、氨基酸和腐殖質經O3氧化后產生甲醛、丙酮酸、乙酸,其中甲醛毒性強,致病、遺傳、變異。而且當水中存在Br-時,經O3氧化為BrO2-、BrO3-、CHBr3、二溴乙晴以及一些尚未確定的溴化有機副產物。BrO3-被國際癌癥研究機構列為有可能對人體致癌的化合物。WHO建議飲用水中最大BrO3-含量為25ug / L。例如:美國給水中BrO3,一的含量要求不大于10ug/ L。不僅如此,O3對水中已形成的三鹵甲烷幾乎沒有去除作用,O3氧化還可導致水中可生物降解物質的增多,使出廠水的生物穩定性降低,容易引起細菌繁殖。這些因素的存在,使得O3很少在水處理工藝中單獨使用。
3.3臭氧生物活性炭:包括預氧化和后氧化。
預氧化:①臭氧作為一種強氧化劑,能氧化分解水中的高分子有機物,如:腐植酸等,分解后的小分子有機物容易被活性炭吸附。②臭氧——同時氧化水中溶解性的錳和鐵,生成難溶性的氧化物,提高砂過濾的效果,使錳、鐵的去除率增加。③臭氧氧化后生成的氧氣無毒、無害,而且為后面活性炭上附著的好氧菌和硝化菌提供生長的營養源,防止水體發臭。
后氧化:主要與生物活性炭聯用,即O3—BAC法—一種有效的可去除各種有機物和持久性化合物的“深度處理技術”:由臭氧氧化、砂濾、活性炭吸附和生物降解等結合在一起的水處理工藝。用該工藝處理水可去除用傳統的絮凝、沉淀、砂濾等方法不可能去除的可溶解成分。如:氨氮、酚、農藥以及其他有毒有害的有機物。通過生物硝化作用,將NH4+—N轉化為NO3-;用臭氧處理酚,逐步氧化最終產物為CO2和H2O;預氧化產生的小分子有機物易進入活性炭微孔內部,大量中間產物(包括THMs及其前驅物)也被活性炭吸附,微生物生長在炭粒表面的大孔中,通過細胞酶的作用將某些溶解性有機物降解,可去除DOC
30%—70%,所以有機物的去除是吸附和生物降解的雙重作用。還可使活性炭部分再生,明顯延長了工作周期,保證了最后出水的生物穩定性。O3—BAC法的發展較為成熟,在歐洲已被廣泛應用,并被公認為處理污染原水、減少飲用水中有機物濃度的最有效技術。該項技術在我國正在逐步推廣應用。目前仍有一些問題尚未解決,如臭氧氧化機理、利用臭氧更有效去除飲用水中有機物、臭氧副產物、無法去除NH4+—N硝化作用的產物NO3-,且活性炭的再生也較麻煩。
3.4膜分離技術
以壓力差為推動力的膜分離技術有反滲透(RO)、納濾(NF)、超濾(UF)和微孔過濾(MF)。其分離機理為:在一定的壓力作用下,分子質量不同的混和溶質的溶液流過膜表面時,溶劑和低分子溶質將透過薄膜,作為透過物被收集起來,高分子溶質則被薄膜截留而作為濃溶液被回收。
(1)反滲透(RO)
在純凈水生產工藝流程中,不論哪一種工藝,都有一種關鍵的反滲透技術。反滲透最早來源于美國的太空科技,這是一種薄膜分離技術,依靠反滲透膜在一定的壓力下,使溶液中的溶劑與溶質分離。如果在有鹽份的水中(如自來水)施加比自然滲透壓力更大的壓力,使水由濃度高的一方滲透到濃度低的一方,就能把原水中的水分子和其他的物質分離。由于反滲透膜上的微孔極小,其孔隙僅為0.0001um,是細菌、病毒體積的幾千分之一,能去除濾液中的離子和分子量很小的有機物,如細菌和病毒,尤其是有機污染物的去除率也很高。采用該技術制備的水即為純凈水,由于是太空技術民用化的產物,也可叫做太空水。反滲透法的技術效果與其它水處理技術的效果相比,有明顯的優異性,有關參數見表1。從表1可清楚地看出,反滲透法制備的純凈水,不含有任何礦物質和微量元素,甚至尿經它過濾后都可以直接飲用。
表1  多種水處理技術效果比較一覽表



(2)納濾(NF)
納濾膜是在反滲透膜的基礎上發展起來的,其表面由一層非對稱性結構的高分子與微孔支撐體結合而成,具有納米級的孔徑,故名納濾。與反滲透系統相比,納濾膜在低壓(通常為0.5—1.0Mpa)下具有較高的通量、出水水質好、能耗低、濃縮水排放少等優點,在國際上已得到廣泛的應用。納濾膜對一價離子的截留率可低至40%,對二價離子的截留率可高至90%以上,且截留分子量約為200~l000Da的中性溶質。因此,納濾在水的軟化、低分子有機物的分級、除鹽等方面具有獨特的優勢。水的總硬度為水中Ca2+、Mg2+離子的總含量。對于飲用水的軟化,先經過二步NF分離過程(用Film--teeh公司的NF—70膜,操作壓力為0.5—0.7Mpa,脫除85%—95%的硬度以及70%的一價離子),水質硬度降低了10—20倍。然后進行氯處理,就可制成標準純凈水。從而避免了由于采用傳統工藝氯氧化消毒工藝生成的多種對人類健康產生危害的、具有三致作用的揮發性氯代有機物(THMs)如CHCl3、CCl4等。以及非揮發性氯代有機物(HAAs)如CH3COOCl,且毒性HAAs>THMs。納濾膜在飲用水領域主要脫除三氯甲烷中間體、低分子有機物(特別是環境荷爾蒙物質[3])、農藥、合成洗滌劑、微生物、異味、色度、硫酸鹽、碳酸鹽、氟化物、砷、細菌、重金屬污染物(大多來源于工業廢棄物泄露和工業廢水排放等)鎘、鉻(六價)、銅、鉛、錳、汞、鎳等有害物質、降低TDS濃度,且對無機鹽有一定的脫除率(氯化鈉的脫除率大約在80%左右),而保留了原水中的部分鹽類和微量元素。
納濾膜在給水處理中遇到的最大問題是膜污染,是由于在納濾過程中無機物、有機物、微生物等在膜上結垢引起的。因此,絮凝過濾、砂濾、過濾柱和納濾膜結合起來處理飲用水,可預防膜污染。
(3)超濾(UF)
在純凈水生產所需水處理設備的目的主要是除去水中的雜質、懸浮物、部分有害細菌、霉菌、異味等。超濾是采用0.2um孔徑的真空絲膜組件,結合絮凝、炭濾和精濾技術,可以效降低有機物及微生物的含量,以避免在后道工序中造成管道的污染,導致產品衛生指標超標、口感異常的水處理方法,其最終目的是保證產品質量。
(4)微孔過濾(MF)
微孔過濾膜通常是由特種纖維素脂或高分子聚合物以及無機材質制成,它的孔徑一般在0.1 m之間。微孔過濾膜的截留機理大體可以分為以下幾種:第一是機械截留,指膜可以截留比它孔徑大或與孔徑相等的微粒;第二是物理作用或吸附截留,包括吸附和電性質等各種因素的影響;第三是架橋截留,在孔的人口處微粒因架橋作用同樣可以被截留。
微孔膜的孔徑十分均勻,孔隙率很高(一般為80%),通常比具有同等截留能力的濾紙至少快40倍。由于空隙率高、材料薄,因而阻力小,一般只需較低的壓力就可以驅動。微孔膜的主要性能指標有厚度、過濾速度、空隙率、孔徑及其分布。
3.5離子交換法
含有較高硬度的地下水通過強酸型離子樹脂交換層時,硬度離子Ca2+、Mg2+與鈉型強酸陽離子樹脂進行化學反應[4],如下:
Ca2++2RNa →R2Ca+2Na+
Mg2++2RNa→R2Mg+2 Na+
當地下水通過鈉型強酸陽離子樹脂交換層時全部Ca2+、Mg2+吸附在樹脂上,使出水硬度降至≤0.3mmol/ L。
4 純凈水生產工藝的優異性
目前,城市飲用水水源主要來自地下水和地表水,而現在全國地下水已普遍受到污染。若水源不幸來自礦區,又受到重金屬污染,則如汞、鎘、鉻、砷、鉛等,是無法在現有水處理工藝里被除去的。而純凈水以其比較完善的水處理工藝和無可爭議的品質贏得了人們對飲用水的信賴,經過多道生產工藝和消毒處理后,水中沒有細菌和有害物質,大大降低了消費者飲用后的患病機率。
5結語
面臨全球性水資源短缺、水環境污染嚴重、城市和工業發展對水質水量要求不斷提高的挑戰,我們已進入一個極其緊迫、相當復雜、全球性的生態與經濟相互依賴的時期。這就要求水處理技術要不斷提高與完善,推陳出新,以滿足快速發展的環境變化需要。而在我們的生活當中,了解一些常用的水處理的方法也有利于我們的生活和我們的健康。
6參考文獻
[1]宋文濤等.深度處理在給水處理工程中的應用[J].工業安全與環保,2005,31(3).7a.
[2]聞瑞梅,王在忠.高純水的制備及檢測技術[M].北京:科學出版社,1999:174~175.
[3]史紅文等.膜生物反應器處理生活污水的研究[J].過濾與分離,2004,14(1).
[4]王方.反滲透—電去離子脫鹽系統[J].工業水處理,2002,30(4):244


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