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石家莊飛鴻（水處理）設(shè)備技術(shù)有限公司

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飲用水處理新技術(shù)

閱讀：1024發(fā)布時間：2013-7-12

聯(lián)合國把飲用水的安全保障和基本衛(wèi)生設(shè)施的擴大，作為千年計劃目標（MDGs）之一。這說明，保證飲用水安全是聯(lián)合國實現(xiàn)MDGs其他目標——諸如削減貧窮和饑餓、保障衛(wèi)生保健、普及教育、性別平等和可持續(xù)發(fā)展等目標，所必須具備的重要條件。因為目前世界上還有11億人口不能使用安全的飲用水，特別是在撒哈拉沙漠以南的非洲地區(qū)，這方面的設(shè)備投入進展緩慢，但是人口卻激增，實現(xiàn)飲用水安全保障目標非常困難。
目前我國飲用水處理工藝大多仍然采用常規(guī)處理工藝——混凝、沉淀、過濾和消毒，該工藝處理的主要目標污染物是懸浮物和細菌等，但對病原微生物（如隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲，常稱為兩蟲）不能可靠去除。而微濾（MF）∕超濾（UF）可以可靠分離賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲等耐氯性生物和浮游生物，是混凝沉淀砂濾工藝的理想替代工藝，目前利用者在迅速增加。砂濾工藝在分離隱孢子蟲時3log是分離極限，但是MF/UF分離可以達到5-6log的高去除率，已經(jīng)可作為通用水處理技術(shù)進行推廣。但不論是砂濾還是MF/UF分離都屬于固液分離工藝，并不能期待利用它們可以有效地去除水中的有機物（包括新興污染物）。
不過與鋁系混凝劑相比，鐵系混凝劑具有更高的有機物去除率，因此，在強化常規(guī)飲用水處理工藝處理有機物時，考慮用鐵系混凝劑替代鋁系混凝劑是一個很好的選擇。
為了有效地去除飲用水水源中的各種有機污染物（包括新興污染物），特別是那些對人類健康具有現(xiàn)實或潛在危害的有機物，以及可以產(chǎn)生有毒有害消毒副產(chǎn)物的有機物，研究人員已經(jīng)開展了大量的研究，并開發(fā)出很多處理技術(shù)，其中氧化技術(shù)，以及臭氧/生物活性碳工藝就是這些飲用水深度處理技術(shù)的代表。目前由于臭氧/生物活性炭工藝在去除水源中消毒副產(chǎn)物前質(zhì)、降解水中各種穩(wěn)定化學(xué)污染物、破壞產(chǎn)生異嗅異味物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)以及有效滅活水中各類病原微生物等方面具有較好的效果，再加上其工藝相對比較簡單、經(jīng)濟，所以在飲用水深度處理中得到比較廣泛的應(yīng)用。不過需要指出的是，臭氧—生物活性炭工藝也存在明顯的不足。單獨的臭氧氧化對一些穩(wěn)定性的農(nóng)藥類物質(zhì)、有機鹵代物的分解效率很低，這時，往往需要使用氧化技術(shù)（如臭氧/過氧化氫技術(shù)）等。另外，當(dāng)原水中存在一定濃度溴離子時，臭氧處理會產(chǎn)生具有強致癌性的溴酸鹽。溴酸鹽生成控制及降解技術(shù)的研究，目前是飲用水處理領(lǐng)域的熱點。除此之外，由于臭氧/生物活性炭工藝中，炭池中微生物及水生動物的生存環(huán)境好，導(dǎo)致炭池中的微生物、微型水生動物，特別是病原微生物（如病毒、病原菌、“兩蟲”、攜帶寄生蟲的后生動物等）數(shù)量的過度孳生，并代謝產(chǎn)生有毒物質(zhì)。由于微型水生動物是某些病原微生物的寄主，其大量增殖，會進一步導(dǎo)致病原微生物的增加，從而增加了病原微生物從炭池泄漏的可能性。另外，由于目前臭氧/生物活性炭通常是置于砂濾池之后，故炭池中的生物活性炭顆粒容易泄漏到出廠水中，而該炭粒包裹的微生物，對消毒劑的滅活起保護作用，將大幅度降低處理水的消毒效果。因此，臭氧/生物活性炭的處理水存在生物安全風(fēng)險。
納濾（NF）膜是20世紀80年代末期發(fā)展起來的一種新型分離膜，其特點主要有兩個：一是它的截留分子量（MWCO）介于反滲透膜和超濾膜之間，約為200-1000Da（孔徑0.5-1.0nm），兼有反滲透（RO）和UF的特點；二是因其表面分離層由聚電解質(zhì)構(gòu)成（帶電荷），而使得它對無機電解質(zhì)具有一定的截留率。即納濾膜是一種具有納米級帶電微孔結(jié)構(gòu)的分離膜，其在應(yīng)用過程中具有兩個顯著特性：一是篩分效應(yīng)，可以截留小分子量的中性溶質(zhì)——有機物和病毒；二是對于不同價態(tài)的陰離子具有篩分和電荷雙重效應(yīng)（電荷效應(yīng)又稱為Donnan效應(yīng)，即離子與膜所帶電荷的靜電相互作用），這就是納濾膜在很低壓力下（相對反滲透的高壓）仍對離子型無機物具有一定截留率的重要原因。由于納濾分離兼有RO和UF的特點，可以同時去除水中有機物和無機離子，所以將納濾膜用于飲用水深度處理，可以將水中的有機物（包括溶解性有機物和新興有機污染物）和有害無機物等一次性同時去除，但保留對人體有益的礦物質(zhì)；而且運行管理和MF/UF膜分離一樣可以簡單地實現(xiàn)自動控制，既可用于人力資源缺乏的小型水廠，又可作為臭氧/生物活性炭的替代工藝在大型水廠應(yīng)用；并且納濾分離是一種“清潔”的分離技術(shù)（沒有副產(chǎn)物）。所以，以納濾膜為基礎(chǔ)的飲用水處理工藝，可能是臭氧/生物活性炭的理想替代工藝。事實上，目前在以河流為水源的歐洲國家，為了應(yīng)對由蒸發(fā)殘留物等問題引發(fā)的諸多水處理問題，已經(jīng)開始實施由臭氧/生物活性炭工藝向以納濾分離為基礎(chǔ)的飲用水處理工藝轉(zhuǎn)換。
納濾膜在大型飲用水深度處理中應(yīng)用存在的主要問題，首先是現(xiàn)有納濾膜的操作壓力大（0.5-1.0MPa），電耗高；其次納濾膜的通量低（10-30L/m2.h），膜設(shè)備的投資大；納濾膜的有機和無機污染嚴重，運行費用高，操作管理復(fù)雜；并且納濾膜的預(yù)處理要求高，預(yù)處理工藝組成復(fù)雜。
降低納濾膜的操作壓力主要有三種途徑：一是制備多層復(fù)合膜，并使用親水性的支撐層；二是采用超薄的、高親水性的膜皮層（分離層）；三是通過引入功能性的化學(xué)基團，達到既能降低膜壓力，又能保證膜通量及污染物截留率的目的。
降低納濾膜的成本，包括降低膜設(shè)備投資和運行費用。納濾膜設(shè)備的價格主要與制備膜的原料及膜通量有關(guān)，通過開發(fā)廉價的新型膜材料，并制備高通量的納濾膜組件，可以降低納濾膜設(shè)備的投資；運行費用主要決定于膜的操作壓力（電費）和膜的壽命（換膜周期）。
納濾膜污染一方面會使膜通量降低（恒壓運行），導(dǎo)致設(shè)計的膜設(shè)備數(shù)量增加；另一方面膜污染會使納濾膜操作壓力增大（恒流量運行），運行費用（電費）提高?？刂萍{濾膜污染的方法，一是將膜與其他處理工藝組合，去除可以對膜產(chǎn)生污染，特別是不可逆污染的污染物；二是優(yōu)化膜系統(tǒng)的運行參數(shù)；三是研究各種有效的清洗方法（包括物理清洗和化學(xué)清洗），恢復(fù)污染膜通量；四是開發(fā)新型抗污染膜材料。

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