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摘要：通過(guò)對(duì)我國(guó)飲用水深度凈化技術(shù)的分析與研究，提出“健康優(yōu)質(zhì)飲用水”的概念，以此確定處理水質(zhì)的新目標(biāo)。針對(duì)某市管網(wǎng)水有機(jī)污染嚴(yán)重，采用納膜把關(guān)處理方案，實(shí)現(xiàn)去除有毒的有害物質(zhì)，保留有益健康元素的目的，使水水質(zhì)符合優(yōu)質(zhì)水的要求。

一、優(yōu)質(zhì)飲用水問(wèn)題的提出

隨著工業(yè)的迅速的發(fā)展、人工合成化合物的種類已達(dá)幾千萬(wàn)種，與此同時(shí)大量含有各種有毒、有害物質(zhì)的工業(yè)廢水、生活污水未經(jīng)處理或只經(jīng)簡(jiǎn)單處理便排入天然水體，直接或間接地造成了飲用水水源的污染。目前全國(guó)大部分地表水源水質(zhì)呈惡化趨勢(shì)，水庫(kù)湖泊水富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，水體污染的特點(diǎn)是有機(jī)物的種類急劇增加。此外還有農(nóng)田徑流、大氣沉降等非點(diǎn)源污染，致使水源污染日益加劇，其中以有機(jī)污染最為嚴(yán)重，現(xiàn)在飲用水水質(zhì)問(wèn)題已成為當(dāng)含世界面臨的普遍性問(wèn)題。通過(guò)流行病學(xué)調(diào)查研究和對(duì)污染物質(zhì)毒理學(xué)的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)很多物質(zhì)與居民發(fā)病率具有很大的相關(guān)性，從而引起了人們對(duì)飲用水的衛(wèi)生院與安全性的極大重視。為保證飲用水質(zhì)量，世界各國(guó)不僅及時(shí)修訂了本國(guó)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而且制定了控制水中有毒有害物質(zhì)的對(duì)策。隨著這些調(diào)查和研究工作的不斷深入，人們逐步認(rèn)識(shí)到，常規(guī)的絮凝沉淀、過(guò)濾、消毒凈化工藝已不能有效支隊(duì)水中的病原菌、病毒等，不能保障飲用水的衛(wèi)生與安全。因此，以去除飲用水中有機(jī)污染及有毒有害物質(zhì)為目標(biāo)責(zé)任制的飲用水嘗試凈化技術(shù)得到日益廣泛的應(yīng)用。

世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，開展了大量飲用水深度凈化的研究及應(yīng)用工作，對(duì)臭氧、活性炭、生物接觸氧化等多種除污染方法，及由其組成的凈化系統(tǒng)進(jìn)行了深入的應(yīng)用研究，取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)。后期隨著膜工業(yè)的興起，又將各種膜技術(shù)引入飲用水深度處理領(lǐng)域，數(shù)十年來(lái)隨著膜分離裝置的工業(yè)化和膜分離技術(shù)的發(fā)展，尤其是納膜對(duì)有機(jī)污染物的選擇性去除等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在這一領(lǐng)域的應(yīng)用中展示了強(qiáng)大的生命力。

我國(guó)目前在飲用水深度凈化領(lǐng)域中作了大量的應(yīng)用及研究工作，國(guó)家頒布布了《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》、《供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》等作為評(píng)價(jià)飲用水水質(zhì)的依據(jù)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)已建設(shè)了一部分飲用水深度凈化工程，雖然這一領(lǐng)域的水處理技術(shù)呈良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，但目前的管道優(yōu)質(zhì)飲用水及市售瓶裝飲用水幾乎都是經(jīng)反滲碳透設(shè)施的除離子水，凈化后的水雖將將有害物質(zhì)去除，但同時(shí)將人體所必需要的礦物質(zhì)和許多工作微量元素也去除殆盡，水質(zhì)甚至達(dá)到了電子、食品等特殊工業(yè)用水水質(zhì)，這種去離子作為飲用水是不科學(xué)的。國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)專家通過(guò)科學(xué)論證，明確了“優(yōu)質(zhì)飲用水”的概念，即“優(yōu)質(zhì)飲用水”應(yīng)是最大程度地去除原水中的有毒有害物質(zhì)，同時(shí)又保留原水中對(duì)人體有益的微量元素和礦物質(zhì)的飲用水。

人體對(duì)微量元素的需求主要從食物中獲得，但飲用水是人體攝取必需的礦物質(zhì)和微量元素的重要途徑，而且水中的溶解性礦物質(zhì)要比食物中更容易地被人體吸收。人類長(zhǎng)期依賴水而生存，人體對(duì)這些元素在水中的比例形成了較強(qiáng)的適應(yīng)性，長(zhǎng)期飲水中缺少這些元素，會(huì)造成嚴(yán)重營(yíng)養(yǎng)失衡，對(duì)老年人、發(fā)育中的兒童、孕婦的影響尤為明顯，醫(yī)學(xué)界的生理學(xué)試驗(yàn)也充分證明這一結(jié)論。

二、優(yōu)質(zhì)飲用水凈化技術(shù)的探討

按照建設(shè)部頒布發(fā)的《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》及《供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》水質(zhì)目標(biāo)（88項(xiàng)），從某市常規(guī)供水管網(wǎng)中取三組樣，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)分析，有六項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)反映在有機(jī)污染的問(wèn)題。檢測(cè)數(shù)據(jù)見表1。

繼續(xù)從該市管網(wǎng)水取樣進(jìn)行色--質(zhì)聯(lián)機(jī)檢測(cè)及Ames試驗(yàn)，對(duì)水中有機(jī)物進(jìn)行定性分析，結(jié)果從管網(wǎng)中檢測(cè)出48種有機(jī)物，其中具有生物富集性、三致作用的有機(jī)物9種。Ames試驗(yàn)具有一定的致突變性。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果綜合分析，該市管網(wǎng)水已受到有機(jī)污染，尤其是水中具有很強(qiáng)三致作用的三氯甲烷、三氯乙烷等有機(jī)氯化合物超標(biāo)嚴(yán)重。三氯乙烷、三氯甲烷同屬有機(jī)鹵低化合物，其“前驅(qū)物質(zhì)”如某些苯酚類化合物、腐殖酸甚至某些藻類的分解或代謝產(chǎn)物，經(jīng)氧化、鹵化、水解后均能生成鹵代烴類化合物。研究認(rèn)為，即使低劑量的氯也可產(chǎn)生氯代反應(yīng)，導(dǎo)致氯進(jìn)入有機(jī)化合物中。氯進(jìn)入有機(jī)化合物中增加其親脂性，難溶于水而易溶于脂肪，在人體和生物中積累性強(qiáng)，潛在危害十分大，具有很強(qiáng)的三致作用，均為WHO確認(rèn)的致癌物。因此，確定該市管網(wǎng)水屬于有機(jī)微污染水。

飲用水的有機(jī)污染尤其是有機(jī)鹵代化合物首先受到世界各國(guó)的密切關(guān)注。國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作組織（OECO）與世界衛(wèi)生組織（WHO）曾組織專家對(duì)于水中的有機(jī)鹵素化合物的存在形式、毒性、生成機(jī)制與控制方法進(jìn)行了探討與研究，國(guó)內(nèi)在給水處理中對(duì)去除鹵代烴三氯甲烷的研究也有一定程度的進(jìn)展，而對(duì)1,1,2-三氯乙烷的去除還比較陌生。目前我國(guó)去除水中有機(jī)污染較重，且含鹵代烴類化合物（化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、難降解）的有效處理工藝為臭氧化、活性炭吸附+反滲透（RO）把關(guān)工藝，處理工藝流程如下

該工藝將水中包括有機(jī)污染物在內(nèi)的全部物質(zhì)去除貽盡，只有采取后加生理鹽或礦化過(guò)濾等附加措施，水質(zhì)方可基本達(dá)到優(yōu)質(zhì)水的要求，但反滲碳透所需工作壓力大，電耗大。后補(bǔ)充微量元素和礦物質(zhì)的過(guò)程復(fù)雜，而且不理想，工程造價(jià)與運(yùn)行費(fèi)用較高，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)不盡合理。不是理想的處理工藝。

近幾年美國(guó)和日本開始應(yīng)用臭氧活性炭--納膜技術(shù)處理有機(jī)污染水取得良好的效果，國(guó)內(nèi)第二炮兵設(shè)計(jì)院對(duì)該技術(shù)也進(jìn)行了試驗(yàn)，但由于臭氧活性炭---納膜處理有機(jī)污染水目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)應(yīng)用實(shí)例，而且無(wú)規(guī)范可循，鑒于此種情況，我們對(duì)臭氧活性炭--納膜技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可實(shí)施性，我們組裝了兩套設(shè)備進(jìn)行了全過(guò)程的生產(chǎn)性試驗(yàn)。試驗(yàn)在本工程所在地進(jìn)行原水為管網(wǎng)水。

（一）試驗(yàn)工藝流程：

（二）試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行的參數(shù)：（1）進(jìn)水量為540L/h,出水量為410L/h,濃縮水排放量130L/h。（2）砂濾濾速：6.5--7m.h。(3)O3反應(yīng)時(shí)間10--13min。（4）O3投量3--5mg/L。（5）活性炭濾速：6.5--7m/h。試驗(yàn)時(shí)，為了驗(yàn)證各階段的處理效果，確定有關(guān)的工藝參數(shù)，我們對(duì)各階段的出水及相應(yīng)參數(shù)的變化，做了水質(zhì)分析。

1、砂濾單元：

砂濾單元采用微絮凝過(guò)濾，主要去除20-50μm的雜質(zhì)，如原水中較大顆粒的懸浮物、鐵化物沉淀等，使其不進(jìn)入后續(xù)單元，確保其凈化效果。

試驗(yàn)證明：砂濾單元對(duì)色度、濁度的去除效果較好，出水的色度、濁度分別由原水的12度、4.5NTU降至5度、1NTU，達(dá)到水質(zhì)要求。砂濾對(duì)三氯甲烷的去除率15%左右，對(duì)總有機(jī)碳、1,1,2-三氯乙烷的去除效果甚微。

表2砂濾去除效果表序號(hào)項(xiàng)目名稱單位原水砂濾出水去除率88項(xiàng)指標(biāo)飲用凈水標(biāo)準(zhǔn)

1色度度12558.3%<=15<=5

2濁度NTU4.51.077.8%<=3<=1

31,1,2三氯乙烷μg/l36.635.23.8%總量<=1

4耗氧量Mg/l1.71.7<=5<=2

5總有機(jī)碳（TOC）Mg/l4.34.026.5%<=4

6三氯甲烷μg/l48.540.316.9%<=60<=30

2、臭氧活性炭單元

活性炭出水的水質(zhì)分析結(jié)果（表3）表明：（1）臭氧活性炭水中有機(jī)物的綜合指標(biāo)大幅度降低，微污染物的種類和數(shù)量大大減少，大幅度減輕了后續(xù)膜濾的負(fù)擔(dān)。（2）臭氧活性炭單元對(duì)有機(jī)鹵代化合物的去除效果顯著，出水中三氯甲烷的含量為0.5μg/l，遠(yuǎn)低于準(zhǔn)中規(guī)定的30μg/l，去除率在90%以上；1,1,2-三氯乙烷被完全去除。此單元對(duì)COD、TOC的去除效果不高。（3）臭氧活性炭對(duì)堿度、總硬度及鈣鎂離子的去除沒有效果。（4）試驗(yàn)得出臭氧投加量3--4mg/L時(shí)效果最佳。

表3活性炭去除效果表序號(hào)項(xiàng)目名稱單位砂濾出水活性炭出水去除率88項(xiàng)指標(biāo)飲用凈水標(biāo)準(zhǔn)

1色度度55<=15<=5

2濁度NTU1.00.280<=3<=1

31,1,2三氯乙烷μg/l35.2未檢出100總量<=1

4耗氧量Mg/l1.70.852.9<=5<=2

5總有機(jī)碳（TOC）Mg/l4.023.912.7<=4

6三氯甲烷μg/l40.30.598.8<=60<=30

3、納濾單元

（1）納膜的組合方式：

第一套設(shè)備選定的NF膜為Hydranautics生產(chǎn)的RO4Z1M40-V1-25V膜，此種膜是根據(jù)原水水質(zhì)特定的，膜孔徑為0.005um。第二套設(shè)備選定的NF膜為Hydranautics生產(chǎn)的ESNAl膜。膜排列詳見下圖。

（2）試驗(yàn)結(jié)果：

兩套系統(tǒng)對(duì)水中剩余有機(jī)物的去除效果均很好，出水總有機(jī)碳的含量為0.6mg/L，去除率為85%，其它種有機(jī)物指標(biāo)均能達(dá)到飲用水水質(zhì)要求。但對(duì)有益離子的保留方面，則有很大的差別。第一套系統(tǒng)對(duì)有益離子的保留率：總硬度40--50%，鈣50%，鎂0%，電導(dǎo)率6%；因此第一套系統(tǒng)的出水水質(zhì)能夠滿足優(yōu)質(zhì)飲用水的水質(zhì)目標(biāo)，其處理效果詳見下表。

表4納濾去除效果表序號(hào)項(xiàng)目名稱單位活性炭出水第一套設(shè)備第二套設(shè)備88項(xiàng)指標(biāo)飲用凈水標(biāo)準(zhǔn)

出水去除率出水去除率

1耗氧量Mg/l0.80.6≤5≤2

2總有機(jī)碳Mg/l3.910.684.7%0.06498.3%≤4

3三氯甲烷μg/l0.50.30.2≤60≤30

41,1,2-三氯乙烷μg/l未檢出未檢出未檢出總量≤1

5鈉Mg/l35.20020.47741.8%2.995991.5%≤200

6鉀Mg/l1.7001.01240.5%0.144391.5%

7鈣Mg/l25.65112.42551.6%0.80296.9%≤100

8鎂Mg/l6.082.18964.0%0.00100%≤50

9堿度Mg/l55.04432.52640.9%5.00490.9%>30

10總硬度Mg/l89.07140.03255.1%2.00297.7%≤450≤300

11電導(dǎo)率μs/cm31614653.8%1994.0%≤400

四、結(jié)論：

1、從納濾的各種分離性能的有關(guān)資料和初步研究可以看出，膜材質(zhì)不同，其性能不同，反應(yīng)在電荷性與極性上，對(duì)脫除對(duì)象也有所不同，納濾過(guò)程部分受壓力控制，部分受孔徑控制，還部分受電荷排斥及極性的影響，這是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。

2、試驗(yàn)表明：臭氧活性炭、納濾處理工藝對(duì)微污染水的處理是行之有效的，只要納膜選擇適宜，完全可以達(dá)到優(yōu)質(zhì)飲用水的水質(zhì)目標(biāo)。

主要參考文獻(xiàn)：

1徐平等大型納濾裝置的設(shè)計(jì)及其性能

2吳舜澤等飲用水深度凈化工藝現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)給水排水VO1.25No.1219993