自來水廠深度處理工藝探討

何浩為　趙雪鋒

摘要：隨著現(xiàn)代社會的飛速發(fā)展，人們對于水的需求量呈快速的遞增趨勢，水資源稀缺問題成為現(xiàn)代社會嚴(yán)峻的考驗(yàn)。與此同時，工業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致水資源遭受到了嚴(yán)重的破壞，為了滿足現(xiàn)代社會的用水需求，尋求飲用水的深度凈化處理工藝成為業(yè)界的重要任務(wù)?；诖耍恼陆榻B了幾種常用的自來水廠深度處理工藝的類別、原理與特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：自來水廠；深度處理工藝；水資源；用水需求；飲用水 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：R123 文章編號：1009-2374（2016）14-0089-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.045

地球上的水總是處于進(jìn)行自然循環(huán)和社會循環(huán)的兩個狀態(tài)中，在水進(jìn)入水循環(huán)的狀態(tài)中，雜質(zhì)幾乎隨時隨地都在準(zhǔn)備混入其中，而流動性和溶解能力都十分強(qiáng)大的水自然將這些雜質(zhì)變成自身的一部分，這便使水質(zhì)發(fā)生了變化。為了人體安全，給水廠使用一些常規(guī)工藝，例如有混凝、絮凝、沉淀、過濾、消毒等來保證飲用水的基本安全，隨著水污染的嚴(yán)重，水質(zhì)問題受到廣泛的關(guān)注，越來越多的人在要求給水廠達(dá)到更高的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，保證飲用水的安全。

1 進(jìn)行深度處理的必要性

人類社會生活與發(fā)展都需要水資源，因而水對人類來說十分重要。但是在現(xiàn)實(shí)生活中，水資源卻一直處于短缺狀態(tài)，而水污染的情況也在不斷加劇，因而一些傳統(tǒng)的水處理工藝并不能對所有的原水凈化完全，尚未凈化完全的水對于現(xiàn)代人來說肯定是無法達(dá)標(biāo)的。另外，人類對水質(zhì)的要求也變得越來越嚴(yán)格，這一點(diǎn)從2007年中國開始實(shí)施《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》新標(biāo)準(zhǔn)這一舉措可以看出，將2007年的新標(biāo)準(zhǔn)與1985年的飲用水衛(wèi)生規(guī)范進(jìn)行比較，不難發(fā)現(xiàn)：有機(jī)物、微生物和消毒這些方面的要求變得更加嚴(yán)苛，同時2007年的新標(biāo)準(zhǔn)也明顯提高了出水水質(zhì)的達(dá)標(biāo)要求，而這些更高、更嚴(yán)格的要求使得傳統(tǒng)的水處理工藝慢慢不再能夠滿足當(dāng)前社會的發(fā)展需要。為了使出水水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，自來水廠在常規(guī)的水工藝基礎(chǔ)上又再次增加了一個深度處理的環(huán)節(jié)，以期達(dá)到甚至超過社會要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2 常見的深度處理工藝

深度處理工藝一般是在常規(guī)處理工藝之后進(jìn)行的，這是為了保證常規(guī)處理工藝無法凈化掉的一些雜質(zhì)能夠通過進(jìn)一步的處理被消除，從而提高出水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。下文介紹三種在自來水廠常見的深度處理工藝：活性炭吸附及組合工藝、深度氧化處理工藝和膜分離處理

工藝。

2.1 活性炭吸附及組合工藝

2.1.1 活性炭吸附工藝?；钚蕴课焦に囈话愫苌賳为?dú)使用，它利用的是活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積，活性炭所獨(dú)有的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積能夠很大程度地吸附水中溶解的有機(jī)物，如苯類化合物、酚類化合物、石油及石油產(chǎn)品等。同時它對于很多其他方法難以取出的有機(jī)物也有很好的去除作用，例如利用生物法無法去除在水中溶解的合成染料、胺類化合物、除草劑以及許多人工合成的有機(jī)化合物，但是利用活性炭吸附技術(shù)就可以很好地解決掉這一類污染物，提高水的純凈度。

活性炭吸附工藝出現(xiàn)很早，早在20世紀(jì)二三十年代國外就有人使用粉末活性炭去除了水中臭味的先例，通過將近一個世紀(jì)的發(fā)展，活性炭吸附工藝已經(jīng)成為去除水中有機(jī)污染物最成熟、最有效的深度處理技術(shù)之一。為了對活性炭吸附技術(shù)進(jìn)行研究，沈陽一家自來水公司進(jìn)行了一個實(shí)驗(yàn)，用活性炭吸附技術(shù)處理由于工業(yè)廢水的污染產(chǎn)生臭味的地下水，這個實(shí)驗(yàn)取得了較好的效果。當(dāng)然由于地區(qū)不同、行業(yè)不同，用水要求也會出現(xiàn)許多的不同，為了解決這一問題，有些自來水廠通過研制不同規(guī)格、型號的活性炭凈水器，來更好地滿足社會的需求。

經(jīng)過大量試驗(yàn)表明，相對分子質(zhì)量在500～3000的有機(jī)物在活性炭吸附技術(shù)的處理下居然達(dá)到了85%左右的去除率，但是僅僅依靠單純的活性炭吸附并不能達(dá)到所有人的水質(zhì)要求。所以，為了進(jìn)一步提高出水水質(zhì)，活性炭吸附和其他水凈化工藝的組合工藝在自來水廠得到了廣泛應(yīng)用，例如高錳酸鉀-活性炭、生物活性炭、臭氧-生物活性炭（O3-BAC）、活性炭-硅藻土處理工藝等，在這里我們要重點(diǎn)提出臭氧-生物活性炭（O3-BAC）處理工藝。

2.1.2 臭氧-生物活性炭（O3-BAC）水處理工藝。臭氧-生物活性炭水處理工藝一般是將含有一些難以被生物氧化的有機(jī)物的污染水先進(jìn)行臭氧氧化工藝將有機(jī)物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，為了提高水處理效率，含有通過其他氧化劑氧化速度很慢的有機(jī)物的污染水也會被選擇臭氧氧化，氧化后的污染水中的有機(jī)物就變成了全部可以由活性炭進(jìn)行吸附的有機(jī)物。這種深度處理工藝的使用將有效提高水處理的效率，并且采用這種深度處理工藝的活性炭的使用周期將得到延長，節(jié)約自來水廠水處理

成本。

2.2 深度氧化處理工藝

由于臭氧具有強(qiáng)氧化能力，所以臭氧成為了目前使用最廣泛的氧化劑，被廣泛運(yùn)用于需要徹底殺滅致病微生物的污染水中，但是雖然臭氧不會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，卻會在氧化處理中生成難以更進(jìn)一步處理的氧化副產(chǎn)物，同時也有可能導(dǎo)致細(xì)菌的大量繁殖，使得出水的水質(zhì)不適宜飲用，所以整個深度氧化處理過程中氧化劑的投入被分成了三種方式：預(yù)氧化、中間氧化及末端消毒。預(yù)氧化的目的是去除無機(jī)礦化物、色度、濁度、懸浮物以及一些味道，同時還有降解一些天然有機(jī)物、滅活微生物、強(qiáng)化凝聚-絮凝效果的作用。而中間氧化是為了殺滅致病污染物，將一些有機(jī)物變得更加容易去除。末端消毒是為了使細(xì)菌以及氧化副產(chǎn)物形成達(dá)到最少化。深度氧化工藝技術(shù)（AOPs）與臭氧氧化工藝有一定的相似性，但是深度氧化工藝技術(shù)的工作原理與臭氧氧化并不相同，深度氧化工藝技術(shù)需要在高溫高壓、光輻射、催化劑等條件下，將污染水中存在的那些難降解的大分子有機(jī)物由具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基（·OH）進(jìn)行氧化，最終大分子有機(jī)物被氧化成低毒或無毒的小分子物質(zhì)。這種深度氧化的方式既不會像單一化學(xué)氧化劑氧化一樣產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的二次污染，又更加地節(jié)省了時間，且與采用單一化學(xué)氧化劑如O3、H2O2和Cl2等氧化劑相比，APOs技術(shù)通常不會對設(shè)備有高要求，且擁有更加簡單的使污染物變得無害（變成H2O和CO2）的操作過程，因而深度氧化工藝技術(shù)在自來水廠進(jìn)行深度處理時大肆運(yùn)用也變得極為正常。

2.3 膜分離處理工藝

在以上自來水廠深度處理工藝中，膜分離技術(shù)被稱為“21世紀(jì)最有前途、最有發(fā)展前景的重大高新技術(shù)之一”，由此可以看出膜分離技術(shù)在自來水廠深度處理工藝未來發(fā)展的使用率將是不斷上升的。

膜分離技術(shù)的原理其實(shí)就是在處理水資源時，利用水溶液中的水分子具有透過分離膜的能力，但是溶質(zhì)或其他雜質(zhì)并不具有透過分離膜這一能力，從而將水分子和雜質(zhì)在外力作用下分離開來，最終得到水質(zhì)較高的純凈水。從原理分析可以看出膜分離技術(shù)的使用效率較其他深度處理工藝高，且工藝流程較短，同時獲取質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠的水質(zhì)，單從原理出發(fā)，這種深度處理工藝具有極大的發(fā)展空間。但是不同的產(chǎn)業(yè)擁有不同的水質(zhì)要求，為了滿足不同產(chǎn)業(yè)的需求膜分離技術(shù)，根據(jù)濾孔的大小被分為微濾、超濾和納濾。

2.3.1 微濾在水處理中的應(yīng)用。微孔過濾的推動力是靜壓差，它的原理與普通的過濾并無太大的差別，但它所過濾出來的微粒小，所以被通常使用于去除水中的懸浮物、細(xì)菌類、微粒子、大分子有機(jī)物等污染物。微孔過濾一般在污水處理中的二級出水環(huán)節(jié)中被使用。

2.3.2 超濾在水處理中的應(yīng)用。超濾的推動力同樣是靜壓差，超濾膜的孔徑范圍在微濾和納濾之間。這就使得在外力作用下只有溶解性固體和小分子物質(zhì)等可以通過分離膜，提高了水質(zhì)的純度，達(dá)到了凈化溶液、分離污染物的目的。這種技術(shù)在一定程度上保證了原水遠(yuǎn)離遭受二次污染的可能性，也提高了原水的純凈率，使最終的出水達(dá)到現(xiàn)代人的水質(zhì)要求。

但是也不難發(fā)現(xiàn)由于溶質(zhì)和膜之間是具有相互作用的，通過靜壓差這一外力作用溶質(zhì)與膜吸附在了一起，這種情形就會導(dǎo)致膜的特性開始發(fā)生變化，從而縮短了膜的使用時間，增加了膜的處理費(fèi)用，導(dǎo)致自來水廠在研究水的深度處理工藝方面成本增加，不利于膜分離技術(shù)在自來水廠深度處理車間廣泛運(yùn)用。

2.3.3 納濾在水處理中的應(yīng)用。納濾技術(shù)在水處理中通常被使用于處理飲用水和工業(yè)用水，利用納濾膜對水進(jìn)行軟化，去除掉其中的大部分的污染物，值得一提的是納濾膜對細(xì)菌的去除作用也是顯而易見的，所以我們甚至可以用納濾膜來代替常規(guī)的化學(xué)消毒。納濾工藝在處理金屬加工和合金生產(chǎn)過程的清洗水的時候可以回收重金屬，從而達(dá)到可持續(xù)的發(fā)展。

3 結(jié)語

總而言之，使用常規(guī)的水處理工藝已經(jīng)無法滿足社會日益增長的生產(chǎn)與生活需要，自來水廠深度處理工藝的不斷發(fā)展變成現(xiàn)在自來水廠急需探討的一個方面，希望自來水廠能夠在以上深度處理工藝的基礎(chǔ)上創(chuàng)造出更有利于水處理的工藝，滿足社會的需要。

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（責(zé)任編輯：王 波）