饮用水处理 生活饮用水处理技术的发展历程

引导阅读

随着水污染日益严重，大量污染物特别是有机污染物以不同方式进入水体，饮用水水源日益受到污染。传统的自来水工艺，如混凝、过滤和消毒，主要去除水中的悬浮物、浊度和色度，但它们去除溶解有机物的能力相对不足。而且氯化消毒本身也形成“三物质”，直接影响饮酒者的健康。因此，饮用水深度净化的目的是尽可能去除微量有机污染物和消毒副产物。水的深度处理在国外应用广泛，而我国饮用水的深度处理还处于起步阶段。大多数老水厂没有采用深度处理，只有一些新水厂采用了深度处理。饮用水深度处理技术已有多种发展，如活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧与活性炭结合以及各种膜技术。

物理方法

化学方法

臭氧技术

臭氧是一种强氧化剂，可以通过化学氧化分解水中的有机污染物。臭氧可以分解各种有机物，除臭除色。但是由于水处理中臭氧的用量有限，有机物不能完全分解成水和二氧化碳，反应中产生的一些中间产物仍然存在于水中。臭氧处理的有机物增加了羧基，生物降解性大大提高。如果不进一步处理，很容易造成微生物繁殖。此外，臭氧处理后的污水用氯气消毒时，一些受臭氧作用的中间产物容易与氯气反应生成三卤甲烷，增强了污水的诱变活性。因此，在饮用水处理过程中，臭氧一般不会单独使用。臭氧氧化和活性炭可以在活性炭床前结合，也可以用臭氧代替原来的预氯化。

石灰石中和

目前，酸性污水处理最常用的方法是使用石灰石、大理石、石灰等碱性物质作为中和剂，污水处理采用化学酸碱中和法，尤其是石灰石中和法。石灰石中和处理装置有三种类型，即中和转鼓法、升流式膨胀过滤法和曝气流化床处理法。滚筒法是指将酸性矿井水装入滚筒中，用石灰石作为中和剂进行处理，滚筒出水经沉淀后即可排出的方式。上流式膨胀过滤采用直径小于3mm的石灰石颗粒作为滤料，酸性水从过滤器底部进入，使滤料膨胀，使中和反应沿流线方向连续进行，沉淀后排出。充气流化床法也使用石灰石作为填料，不同的是增加了空压缩机进行充气。当酸性污水进入流化床与填料石灰石反应时，产生的H2CO3在曝气作用下分解为CO2和H2O，从而达到中和处理的效果。出水经沉淀后即可排放。曝气不仅可以溶解氧和分散CO2，还可以防止中和反应中产生的硫酸钙和氢氧化铁包裹在石灰石颗粒表面。

生物学方法

在一些污水预处理阶段，通常采用生物预处理工艺，通过微生物代谢活动，初步去除水中的氨氮、有机污染物、亚硝酸盐、铁、锰等污染物，以减轻后续深度处理的负担。

常用的饮用水生物预处理方法包括生物接触氧化法和浸没式生物滤池法。生物接触氧化法采用弹性填料或纤维束填料，填料表面附着微生物，池内设置穿孔曝气管，为生物处理提供氧气。浸没式生物滤池的原理是利用陶粒填料作为生物生长的载体，并在滤料下加入穿孔曝气系统供氧。水的流向通常是向上流动的，过滤器定期用空气和水反冲洗，以冲洗掉截留的悬浮固体和多余的生物膜。浸没式生物滤池的优点是填料比表面积大，生物量高，对氨氮和有机物有很好的处理效果，以及过滤和除藻功能，能承受一定浓度的进水悬浮物等。其缺点是建设成本高于生物接触氧化法。

饮用水高级净化技术

膜分离方法

膜分离技术在水处理中的应用包括电渗析和反渗透技术，特别是电渗析在我国煤矿系统中的应用案例很多。电渗是一种物理化学过程，主要依靠外部直流电场，利用离子交换膜对溶液中离子的选择性渗透，将溶质与溶剂分离。对于含盐量高的污染水源，经电渗析分析仪处理后可得到浓缩液和淡化水。淡化水的量通常在污染水总量的50%-70%之间，因此回收率不是很高。当进水含盐量小于4000毫克/升时，使用这种方法更经济。

反渗透原理是利用半透膜在压力下分离物质。该方法能有效去除污水中的低分子有机物、无机盐、病毒、细菌等。与电渗析法相比，反渗透法具有产品水回收率高、脱盐率和水纯度高、投资成本低、无污染等优点。缺点是操作压力高、能耗高、设备复杂、对进水水质要求高。此外，膜分离技术也可以与其他处理工艺结合使用，目前的许多水处理工艺都是通过膜技术开发的。因此，在21世纪的发展中，膜分离技术受到业界的广泛青睐。

臭氧活性炭和生物活性炭

臭氧活性炭技术是活性炭和臭氧的结合。活性炭主要用于去除水中的小分子有机物，但污染水源中通常含有较多的大分子有机物，导致活性炭孔隙的表面积没有得到充分利用。因此，臭氧对碳层的氧化作用主要是将水中的大分子有机物转化为小分子，改变分子结构，从而为活性炭吸附小分子有机物提供了可能性。通常在处理过程中，进水先被臭氧氧化，再被活性炭吸附，然后在吸附过程中不断氧化，可以有效提高活性炭的吸附效果。与单一活性炭吸附工艺相比，臭氧活性炭技术具有以下优点:

提高水中溶解有机物的去除效率，改善出水水质；

臭氧氧化可以氧化分解大孔内和碳表面的有机物，减轻活性炭的负担，延缓活性炭的再生周期，节约成本；

污水中的氨氮可以生物转化为硝酸盐。从而减少后续氯化的氯用量，减少三卤甲烷的生成量。目前，臭氧活性炭处理技术在我国一些水厂和工业水处理工艺中得到广泛应用。

超声波技术

超声波技术是指利用空化学能加速和控制化学反应，提高反应效率的一种水处理工艺。超声波加速反应途径的作用原理主要包括空化学效应、机械剪切效应和自由基效应。在反应中，超声波可以破坏粒子双电层的球形对称性，使粒子更容易团聚；超声波技术的高频振动特性在溶液中空孔附近形成热点，使进入空气泡的水蒸气分裂成链状反应，形成H和-OH自由基。同时，强大的剪切力可以破坏大分子主链上的碳键，从而降解大分子，自由基进入溶液促进物质的氧化分解。在实践中，超声波技术通常与一些先进的氧化技术结合使用，是降解污水中有机物的一种新的应用技术。其特点是反应时间短，去除效果好，提高了废水的可生化性，工艺设备简单。

结论

目前，我国对饮用水的处理已经给予了足够的重视。随着经济建设的发展，城市也加大了对饮用水处理技术的经济投入，重点是能够全面改善水质的安全优质饮用水净化处理技术集成成套。在未来城市饮用水处理技术的发展中，应重点发展低能耗、绿色环保、多功能净水和微污染去除技术，显著改善饮用水水质，同时应重点发展高效优质的污染去除技术，强调技术和设备的系列化、集成化和标准化。

来自全球节能环保网络