某科研院職工餐廳飲用水系統(tǒng)改造工程探討

孔 偉 汪洪軍 李 強(qiáng) 孫天寶 范冬雨

(中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 102200)

0 引言

水是生命之源，生活飲用水質(zhì)的好壞與人們的身體健康密切相關(guān)。我們?nèi)粘Ｉ铒嬘玫淖詠?lái)水雖然經(jīng)過(guò)了凈化、消毒處理，達(dá)到了生活飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，但在生活飲用水的輸配過(guò)程中，存在造成二次污染的問(wèn)題，隨著生活飲用水輸配設(shè)備和管網(wǎng)的逐步老化，二次污染問(wèn)題將會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重[1]。因此，對(duì)生活飲用水在用水端進(jìn)行進(jìn)一步的凈化處理以達(dá)到飲用水安全標(biāo)準(zhǔn)，就成為了保障人們健康飲水的必需。

1 職工餐廳飲用水現(xiàn)狀和改造必要性

1.1 職工餐廳飲用水現(xiàn)狀

該職工餐廳位于北京郊區(qū)，生活飲用水為市政供水，始建于2004年。給水管管材為球墨給水鑄鐵管，承插式橡膠圈接口，通過(guò)約6 km市政管線與附近縣城最近的市政自來(lái)水管線相接，途經(jīng)多家手工作坊廠房和農(nóng)村住戶直埋敷設(shè)入院。入院后首先進(jìn)入院區(qū)水泵房無(wú)負(fù)壓生活水箱，由高壓水泵直送至職工餐廳各飲用水點(diǎn)用水，肉眼觀察有白色懸浮物，加熱后水垢較多。

1.2 改造必要性

在對(duì)餐廳飲用水點(diǎn)隨機(jī)水質(zhì)調(diào)查中，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS 7700)H2模式全元素半定量方法分析了砷等11項(xiàng)常規(guī)毒理指標(biāo)和9項(xiàng)非常規(guī)毒理指標(biāo)。檢測(cè)結(jié)果與生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB 5749—2006對(duì)標(biāo)發(fā)現(xiàn)，個(gè)別指標(biāo)不達(dá)標(biāo)或接近不達(dá)標(biāo)，已不能完成安全輸配飲用水的任務(wù)，對(duì)廣大職工的身體健康具有一定的威脅，必須加以改造。

2 改造方案

常規(guī)水處理方案涉及多種技術(shù)，根據(jù)在處理過(guò)程中的位置及處理對(duì)象，分為一般處理、深層次處理等多種處理技術(shù)[2]。

2.1 方案概述

本項(xiàng)目考慮到單一水處理技術(shù)的局限性，采用在常規(guī)水處理工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行強(qiáng)化的方案，采取前期增加預(yù)處理工藝、后期增加單級(jí)反滲透深度處理工藝的組合工藝來(lái)凈化水質(zhì)。水處理過(guò)程：石英砂過(guò)濾器→果殼活性炭過(guò)濾器→阻垢裝置→PP棉過(guò)濾器→反滲透裝置→紫外殺菌裝置。

2.2 主要組成裝置

2.2.1石英砂過(guò)濾器

以石英砂作為過(guò)濾介質(zhì)，采用不同粒徑的石英砂在一定壓力下將較為渾濁的水過(guò)濾，最終達(dá)到凈化水質(zhì)、降低水渾濁度目的的一種過(guò)濾裝置。它不僅能夠除去水中的微生物、膠體、有機(jī)懸浮物等物質(zhì)，還具有除掉重金屬粒子和味道的功能。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其具有比表面積大、阻力小等優(yōu)點(diǎn)，所以在凈水行業(yè)中應(yīng)用廣泛。通過(guò)采取優(yōu)化濾料和過(guò)濾器設(shè)計(jì)的措施使得過(guò)濾器對(duì)原水品質(zhì)、使用條件具有較強(qiáng)的自適應(yīng)運(yùn)行能力，能夠在過(guò)濾時(shí)形成上層稀疏下層密集的過(guò)濾狀態(tài)，從而保證其出水水質(zhì)。

2.2.2果殼活性炭過(guò)濾器。

以環(huán)保椰殼、桃殼、核桃殼、棗殼等果殼為原料，經(jīng)生產(chǎn)工藝加工而成的一種活性炭過(guò)濾裝置。其過(guò)濾過(guò)程是在活性炭過(guò)濾器表面完成的?；钚蕴勘砻嬗泻芏嗟奈⒖?，這些微孔的存在使得其表面具有很大的面積，增大了其比表面積，增強(qiáng)了它的吸附能力。水中的污染物通過(guò)其表面時(shí)就會(huì)被吸附。除此以外，活性炭表面的官能團(tuán)也承擔(dān)了一部分吸收污染物的能力?；钚蕴窟^(guò)濾器是一種應(yīng)用廣泛的過(guò)濾裝置，它的使用吸附了前端的污染物，有效提高了出水水質(zhì)，避免了水中余氯等污染物對(duì)反滲透膜等下一級(jí)過(guò)濾裝置的損害。

2.2.3阻垢凈化裝置

主要是在水中添加了有機(jī)膦酸等一類的阻垢劑，在水中反應(yīng)形成長(zhǎng)鏈陰離子后可吸附在微小的碳酸鈣晶粒上，與水中的金屬離子反應(yīng)后生成一種絡(luò)合離子，從而抑制它們和水中的陰離子結(jié)合生成沉淀物，阻垢裝置的使用減輕了反滲透主機(jī)的故障率，避免了反滲透膜濃水出水側(cè)形成碳酸鹽、硫酸鹽類的結(jié)垢物質(zhì)，提高了反滲透膜等組件的使用性能。

2.2.4PP棉過(guò)濾器

將無(wú)毒無(wú)味的聚酯纖維粒子經(jīng)加熱熔融、噴絲、牽引、成型形成管狀濾芯，因采用微孔膜過(guò)濾，因此其吸附力小，不會(huì)滯留濾液，不會(huì)與其他化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，從而應(yīng)用廣泛。特點(diǎn)有：可去除多種雜質(zhì)，廣譜性好；結(jié)構(gòu)層次深且復(fù)雜，能接納較多污物；過(guò)濾阻力??；無(wú)化學(xué)粘合物質(zhì)，對(duì)水質(zhì)無(wú)污染；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸堿等有機(jī)溶劑。

2.2.5反滲透裝置

反滲透裝置是絕大多數(shù)凈水系統(tǒng)的核心。反滲透是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)，它屬于膜分離技術(shù)的一種[3]。其機(jī)理是在壓力的作用下，原水通過(guò)反滲透膜，水中的溶劑和溶質(zhì)被分離開(kāi)來(lái)，從而水被提純，因?yàn)樗c自然界正常的滲透作用方向相反，所以被稱為反滲透。在反滲透的作用下，水中的細(xì)菌、膠體等物質(zhì)被有效去除。

反滲透膜分離技術(shù)就是通過(guò)反滲透原理對(duì)溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離的方法。由于其高效的處理效率和較好的制水效果，所以應(yīng)用廣泛。其膜片由三層結(jié)構(gòu)組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2.6紫外殺菌裝置

該裝置為一種低壓汞燈，其利用較低壓力的汞蒸汽被激化從而發(fā)出紫外光，發(fā)光譜線主要有185 nm和253.7 nm兩條，253.7 nm的光線能起到很好的殺菌作用，能抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)和蔓延。

2.3 系統(tǒng)工藝

2.3.1預(yù)處理系統(tǒng)工藝

預(yù)處理系統(tǒng)工藝主要是指水經(jīng)過(guò)石英砂及活性炭?jī)蓚€(gè)過(guò)濾器后被過(guò)濾處理。石英砂過(guò)濾器中含有多層過(guò)濾層，水經(jīng)過(guò)后能去除水中含有的在20 μm以上的泥沙、鐵銹、膠體、懸浮物等顆粒物質(zhì)，同時(shí)進(jìn)行反沖洗、正沖洗等一系列操作。

粗過(guò)濾后，供水進(jìn)入果殼活性炭過(guò)濾器，活性炭一方面能夠吸附電解質(zhì)離子，另一方面能進(jìn)行離子交換吸附?；钚蕴磕芪剿械纳?、異味、生化有機(jī)物等，降低水中的余氯值和農(nóng)藥污染物，同時(shí)能除去水中的三鹵化物及其他污染物，使水質(zhì)有效提升。

為避免濃水出水端反滲透裝置的最后一根反滲透膜濃水側(cè)出現(xiàn)碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸鋇等物質(zhì)的濃度大于其平衡溶解度常數(shù)后結(jié)晶析出,損壞膜組件的工作特性,在水進(jìn)入反滲透膜之前對(duì)其添加阻垢劑，將硬度成分降解，避免反滲透膜側(cè)的結(jié)垢，從而延長(zhǎng)反滲透膜的使用時(shí)間。

經(jīng)過(guò)以上過(guò)程的過(guò)濾和阻垢處理，水即進(jìn)入了精過(guò)濾階段，精過(guò)濾階段一般會(huì)采用效率高、阻力小的PP濾芯過(guò)濾技術(shù)，它能夠有效截留預(yù)處理系統(tǒng)未處理掉的少量機(jī)械雜質(zhì)，防止這些雜質(zhì)損害反滲透膜或者損傷高壓泵的內(nèi)壁和葉輪。

2.3.2單級(jí)反滲透系統(tǒng)工藝

單級(jí)反滲透系統(tǒng)由多級(jí)高壓泵、反滲透膜元件、膜殼(壓力容器)、支架燈等若干部分組成。高壓泵進(jìn)水側(cè)設(shè)置低壓和高壓保護(hù)開(kāi)關(guān)，當(dāng)進(jìn)水壓力低于設(shè)置值時(shí)，為防止泵抽空損壞，高壓泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)進(jìn)水壓力高于設(shè)置值時(shí)，高壓泵也停止運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)榉礉B透膜在工作過(guò)程中需要較高的壓力，所以高壓泵為其正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供了主要的動(dòng)力來(lái)源。

表1 檢測(cè)結(jié)果

較高的壓力使水通過(guò)反滲透膜，水中的雜質(zhì)被去除后純水通過(guò)反滲透膜被分離出來(lái)，出水基本滿足使用需求。

最后的處理過(guò)程是紫外線消毒系統(tǒng)對(duì)水進(jìn)行處理。紫外線殺菌具有很高的光譜性，它能高效率的殺滅幾乎所有的細(xì)菌、病毒，且在殺菌過(guò)程中不會(huì)加入任何的化學(xué)藥劑，不會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生二次污染，保證飲水的可靠安全。

2.4 濃水回收利用系統(tǒng)

為避免純水機(jī)制水產(chǎn)生的濃水白白浪費(fèi)，經(jīng)方案論證，設(shè)計(jì)了一套濃水回收利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由濃水儲(chǔ)水箱、溢水管、提升泵、輸水管線、用水端等五部分組成。用水端主要指盥洗池、衛(wèi)生間等對(duì)水質(zhì)要求不高的用水場(chǎng)所。純水機(jī)產(chǎn)生的濃水大部分儲(chǔ)存在儲(chǔ)水箱中，少部分通過(guò)箱頂?shù)囊缢芤绯?，?chǔ)水箱中的水通過(guò)提升泵經(jīng)輸水管線被輸送到用水端，滿足了日常使用需求，減少了水資源的浪費(fèi)，提高了水資源利用效率，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

3 檢測(cè)結(jié)果

本項(xiàng)目完成后，隨機(jī)抽取飲用水水樣按照CJ 94—2005 飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法進(jìn)行檢測(cè)[4]，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

由以上檢測(cè)結(jié)果可知，改造后食堂水的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值，飲用水水質(zhì)安全可靠，達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，這說(shuō)明采用預(yù)處理工藝、后期增加單級(jí)反滲透深度處理工藝的組合凈化水質(zhì)方案可行。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)職工餐廳現(xiàn)有水質(zhì)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其含有較多的雜質(zhì)，衛(wèi)生質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。通過(guò)方案論證，確定了采用前期增加預(yù)處理工藝、后期增加單級(jí)反滲透深度處理工藝的改造方案且出于節(jié)能角度考慮設(shè)計(jì)了一套濃水回收利用系統(tǒng)。隨機(jī)抽取改造項(xiàng)目的水樣進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果證明水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，改造項(xiàng)目取得成功。這一改造項(xiàng)目讓全體職工喝上了安全、優(yōu)質(zhì)的飲用水，對(duì)類似飲用水系統(tǒng)的改造具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。