生活飲用水處理技術(shù)的發(fā)展歷程

隨著水污染日益嚴(yán)重，大量的污染物尤其是有機(jī)污染物通過不同的方式進(jìn)入水體，飲用水水源受到日趨廣泛的污染。傳統(tǒng)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(jī)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(zhì)”(致癌、致畸、致突變)，直接影響飲用者的身體健康。因此，大可能地去除水中的微量有機(jī)污染物、消毒副產(chǎn)物等就是飲用水深度凈化的目的。水的深度處理在國外應(yīng)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(fā)了許多技術(shù)如活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭聯(lián)用和各種膜技術(shù)等對飲用水進(jìn)行深度處理。

物理方法

活性炭

活性炭是一種多孔炭素材料，有著巨大的比表面積和很強(qiáng)的吸附能力?；钚蕴恐饕獞?yīng)用在飲用水的預(yù)處理環(huán)節(jié)中，通常使用粉狀活性炭來吸附待處理水中的有機(jī)物和異臭、異味的物質(zhì)，預(yù)處理環(huán)節(jié)可以減輕后續(xù)水處理的負(fù)擔(dān)。活性炭吸附是去除水中溶解性有機(jī)物的有效方法之一。對于季節(jié)性嚴(yán)重污染的水源，還可以設(shè)立投加粉狀炭的水源水質(zhì)惡化應(yīng)急處理系統(tǒng)。活性炭在飲用水處理中的應(yīng)用流程可以表示為：

熱力法

熱力法可分為高溫蒸餾和低溫冷凍兩類處理方式。蒸餾法以消耗熱能為代價，通過對含鹽水進(jìn)行熱力脫鹽達(dá)到淡化處理的效果，適用于含鹽量超過3000mg/L的礦井水處理。冷凍法則是利用了冷凍分離的固液相平衡原理，在冷環(huán)境中將溶液降溫到水的凝固點以下，使得部分水凍結(jié)形成冰晶，利用溶液中溶質(zhì)的凝固點遠(yuǎn)低于水的凝固點的物理特性，使水先于雜質(zhì)而以固體形態(tài)析出，將雜質(zhì)排除在外，分離固液相。然后再融化冰晶，就得到了比較純凈的水和濃縮液。在工業(yè)水污染處理中，用此方法得到的濃縮液可以提純成為工業(yè)用品或者集中處理，冰中的冷量可以用來預(yù)冷污水以及提供空調(diào)、冷庫的冷源，融化的水比較純凈，處理后可以再利用，從而降低排放甚至達(dá)到*。

化學(xué)方法

臭氧技術(shù)

臭氧是一種很強(qiáng)的氧化劑，它可以通過化學(xué)氧化作用來分解水中的有機(jī)污染物。臭氧可以分解多種有機(jī)物、除臭、除色等。但是臭氧在水處理時投加量有限，不能把有機(jī)物*分解成為水和二氧化碳，反應(yīng)中產(chǎn)生一些中間產(chǎn)物仍存在于水中。經(jīng)臭氧處理過的有機(jī)物增加了羧基等，其生物降解性大大提高，如不進(jìn)一步處理，則容易引起微生物的繁殖。另外，在對臭氧處理過的污水進(jìn)行加氯消毒時，被臭氧作用的一些中間產(chǎn)物容易和氯進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)三鹵甲烷類物質(zhì)，使污水的突變活性增強(qiáng)。因此，在飲用水處理過程中，臭氧一般不會單獨使用，可以在活性炭床前設(shè)置臭氧氧化與活性炭聯(lián)合使用，也可以用臭氧代替原有的預(yù)氯化。

石灰石中合法

針對酸性污水處理，目前常使用的方法是用石灰石、大理石、石灰等堿性物質(zhì)作為中和劑，利用化學(xué)酸堿中和方法來進(jìn)行污水處理，其中尤以石灰石中合法為普遍。石灰石中合法的處理裝置有三種形式，分別是中和滾筒法、升流膨脹過濾法及曝氣流化床處理方法。滾筒法是指將酸性礦井水裝在滾筒中，以石灰石做中和劑進(jìn)行處理的方式，滾筒出水經(jīng)沉淀后可排出。升流膨脹過濾則是以直徑小于3mm細(xì)小的石灰石顆粒為濾料，酸性水自濾池底部進(jìn)入，使濾料膨脹，從而使中和反應(yīng)沿著流線方向連續(xù)不斷地進(jìn)行，經(jīng)沉淀后排水。曝氣流床法同樣是以石灰石為填料，不同的是增加了空壓機(jī)曝氣，當(dāng)酸性污水進(jìn)入流化床，與填料石灰石反應(yīng)時，生產(chǎn)的H2CO3在曝氣的作用下分解成CO2和H2O，達(dá)到中和處理的效果。其出水經(jīng)過沉淀后可以排放。曝氣除了能溶氧和散除CO2以外，還可以避免中和反應(yīng)時產(chǎn)生的CaSO4和Fe(OH)3包在石灰石顆粒表面。

生物法

在一些污水預(yù)處理階段，通常使用生物預(yù)處理工藝，借助于微生物的新陳代謝活動，將水中的氨氮、有機(jī)污染物、亞硝酸鹽、鐵、錳等污染物進(jìn)行初步的去除，以減輕后續(xù)深度處理的負(fù)擔(dān)。

常用的飲用水生物預(yù)處理方法有生物接觸氧化法和淹沒式生物濾池法。生物接觸氧化法采用彈性填料或纖維束填料，微生物依附在填料表面，池子設(shè)置穿孔曝氣管以供生物處理所需的氧氣。淹沒式生物濾池法則是采用陶粒填料作為生物生長的載體，在濾料下增加穿孔曝氣系統(tǒng)供氧。水的流向多采用升流式，濾池定期進(jìn)行氣水反沖洗，洗去截留的懸浮物和多余的生物膜。淹沒式生物濾池的優(yōu)勢在于填料的比表面積大、生物量高，對氨氮和有機(jī)物有著較好的處理效果，同時有過濾作用和較好的除藻功能，可承受一定的進(jìn)水懸浮物濃度等，其不足之處在于建設(shè)費用要高于生物接觸氧化法。

飲用水深度凈化處理技術(shù)

膜分離法

膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用有電滲析和反滲透技術(shù)，尤其是電滲法在我國煤礦系統(tǒng)中有較多的應(yīng)用案例。電滲法主要依靠外加直流電場，利用離子交換膜對溶液中離子的選擇透過性，使溶質(zhì)和溶劑分離的一種物理化學(xué)過程。針對于含鹽量較高的污染水源，在通過電滲析分析器處理后，可得到濃縮液和淡化水。其淡化水的量通常為污染水進(jìn)水總量的50%~70%之間，可見其回收率不是很高。當(dāng)進(jìn)水含鹽量小于4000mg/L時用此法較為經(jīng)濟(jì)。

反滲透法則是借助于半透膜在壓力作用下進(jìn)行物質(zhì)分離。該方法可以有效去除污水中的低分子有機(jī)物、無機(jī)鹽、病毒以及細(xì)菌等。同電滲析法比較，反滲透法的優(yōu)勢在于產(chǎn)品水回收率高、脫鹽率和水的純度高、投資費用低、無污染等，缺點是操作壓力高、能耗大、設(shè)備較復(fù)雜、對進(jìn)水水質(zhì)要求高等。此外，膜分離技術(shù)還可以與其他處理工藝聯(lián)合使用，現(xiàn)行的許多水處理工藝都是通過膜技術(shù)發(fā)展起來的。因此，膜分離技術(shù)在21世紀(jì)的發(fā)展中被業(yè)界廣為看好。

臭氧活性炭和生物活性炭

臭氧活性炭技術(shù)是將活性炭與臭氧結(jié)合在一起加以應(yīng)用。活性炭主要是用于去除水中的小分子有機(jī)物，但受污染水源中通常是大分子有機(jī)物較多，這樣就導(dǎo)致活性炭孔的表面積不能得到充分利用。所以在碳層中加入臭氧的氧化作用，主要作用就是將水中的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子，改變其分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)，從而為活性炭吸附小分子有機(jī)物提供可能性。通常在處理過程中，對來水行臭氧氧化，然后使用活性炭吸附，在吸附的過程中繼續(xù)對其氧化，這樣可以有效提高活性炭的吸附效果。相對于單獨的活性炭吸附處理工藝，臭氧活性炭技術(shù)主要有以下優(yōu)點：

（1）增加水中溶解性有機(jī)物的去除效率，提高出水水質(zhì)；

（2）臭氧氧化使得大孔內(nèi)與炭表面的有機(jī)物得到氧化分解，減輕了活性炭的負(fù)擔(dān)，從而延遲活性炭的再生周期，節(jié)約成本；

（3）污水中的氨氮可以被生物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。從而減少了后續(xù)氯化的投氯量，降低了三鹵甲烷的生成量。目前，臭氧活性炭處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于我國一些水廠和工業(yè)水處理工藝中。

超聲技術(shù)

超聲技術(shù)是指利用空化能量加快和控制化學(xué)反應(yīng)，提高反應(yīng)效率的一種水處理工藝。超聲波能加快反應(yīng)進(jìn)場的作用原理主要有空化效應(yīng)、機(jī)械剪切效應(yīng)和自由基效應(yīng)等。反應(yīng)中，超聲能夠破壞顆粒雙電層的球形對稱，使顆粒之間更易于凝聚；超聲技術(shù)的高頻振動特性在溶液中空穴附近形成熱點，使進(jìn)入空化泡中的水蒸氣發(fā)生了分裂及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，形成H和-OH自由基。同時，強(qiáng)大的剪切力又可使大分子主鏈上的碳鍵斷裂，從而起到降解高分子的作用，自由基進(jìn)入溶液促使物質(zhì)氧化分解。在實踐中，超聲技術(shù)與一些氧化技術(shù)通常一起應(yīng)用，在降解污染水中有機(jī)物方面是一門新的應(yīng)用技術(shù)。其特點在于反應(yīng)時間短、去除效果好、提高廢水的可生化性、工藝設(shè)施簡單等。

結(jié)語

目前我國的生活飲用水處理已經(jīng)得到了足夠的重視。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，各城市也加大了生活飲用水處理工藝上的經(jīng)濟(jì)投資，重點是能夠全面提高水質(zhì)的集成化成套安全飲用水凈化處理工藝技術(shù)。城市生活飲用水處理工藝在今后的發(fā)展中，應(yīng)將重點放在低能耗、綠色環(huán)保、多功能凈水作用以及可顯著提高飲用水水質(zhì)的除微污染成套工藝技術(shù)上，同時重點發(fā)展除污染技術(shù)，強(qiáng)調(diào)技術(shù)與設(shè)備的系列化、成套化、標(biāo)準(zhǔn)化。