饮用水深度处理技术的研究进展与应用现状

摘要：细菌及浊度是传统的饮用水处理工艺的主要处理对象，而随着我国经济的快速发展，工业及生活污染越来越严重，有机物和氨氮已成为饮水用的主要污染物，国家也相应制定了更严格的饮用水水质标准，经传统技术处理得到的水质不能达到饮用水水质标准，我们亟需研发新的处理技术对饮用水进行深度处理，因而相关技术也应运而生。本文主要介绍了几种常见的饮用水深度处理技术及它们的组合应用，如膜分离技术、臭氧活性炭技术等。
关键词：饮用水；深度处理；膜分离技术；臭氧活性炭技术
中图分类号：K928.4 文献标识码：A 文件编号：2095-672X（2017）03-0105-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.053
Abstract：Bacteria and turbidity are the main treatment objects of traditional drinking water treatment technology. With the rapid development of economy and the pollution of industry and life， organic matter and ammonia nitrogen have become the main pollutants in drinking water. The state has also developed a more stringent drinking water quality standard， the traditional technology to deal with the water quality can not meet the drinking water quality standards， we need to develop new treatment technology for deep treatment of drinking water， the relevant technology also came into being. This paper introduces several common drinking water treatment techniques and their combined applications， such as membrane treatment technology and ozone activated carbon technology.
Keywords：drinkingwater；advancedtreatment；membranetreatmenttechnology；ozone activated carbon technology
我國地大物博，水资源丰富，但人居占有量只有全世界平均值的1/4。近些年，随着农药、化肥等的大量使用及工业的快速发展及污水处理系统的不完善，水中的有机污染物种类及含量日益增加，我国水污染问题越来越严峻 [1]。统计发现，全世界11亿人正在饮用受污染水源的水，长期饮用这种水会对人体健康产生严重的危害[2]。研究发现，恶性肿瘤等疾病都与水质污染有关，每天约6000名儿童由于饮用不洁水体而死亡。为此，我国饮用水水质标准的制定也越来越严格，更加重视农药等有毒有害物、消毒副产物、砷、铅及微生物的健康风险。传统的饮用水处理工艺是混凝、沉淀、过滤及消毒，主要处理的是细菌、浊度及色度等，但不能有效去除臭味、有机物、氨氮、藻类及内分泌干扰物等，且传统的氯消毒会产生“三致”消毒副产物，还存在管网二次污染及出水不稳定等问题[3]。针对这些问题，我们需要研究出更合理的饮用水处理技术，通过大量研究，国内外的研究者研究出多种饮用水深度处理技术，下面主要介绍介绍膜分离技术、活性炭技术及臭氧-活性炭技术：
1 膜分离技术
膜分离技术是根据两相之间的浓度、电位及压力的不同，将水与污染物质分离，达到净化水质的目的。该技术与常规技术相比具有占地面积小、投药量少甚至没有、可以实现自动化等一系列优点，具有广阔的应用前景。根据分离膜孔径的不同，可以分为以下几种，详见表1。
由上表可知，反渗透膜几乎能去除悬浮物、细菌及有机物在内的一切污染物质，李绍峰等[4]研究发现，反渗透膜对AOC的去除率在76%～87%之间，TOC的去除率高达93%，但同时也会将人体必需的矿物质和微量元素也去除了，虽已成被应用于纯水制作中，但长期饮用不利于人的矿物质吸收。相对其它种类的膜，它的成本高且易被污染。纳滤膜的水通量高、相较反渗透膜能耗低、对Mg2+、Ca2+的去除率高达90%甚至更高，总盐去除率也在50%到70%之间，同时可以去除消毒副产物、细菌、蛋白质、溶解性有机物等，同时还可以保留部分矿物质，是目前饮用水深度处理膜分离技术中的首选膜，如利用卷式芳香族聚酰胺类复合纳滤膜的膜分离就是非常常见的一种饮用水深度处理技术。
超滤膜[5]可去除水中的蛋白质、细菌、病毒等物质，但不能去除金属离子，必须和其它技术组合使用，才会使饮用水水质达标。微滤膜几乎不能去除病毒及小分子有机物，不适合饮用水的深度处理，Siddiqui 等的研究也证明了这点。
由于生物污染及吸附污染等原因，膜会出现污染现象。目前，常用反冲洗及化学清洗等方法对膜进行清洗。关于膜污染，也是研究的一个热点和难点。实际应用中，我国的马脊梁煤矿就采用了预处理与膜分离技术相结合的方式制作饮用水，山东长岛南隍城纳滤工程也利用了该深度处理技术将海水转化为淡水。
2 活性炭吸附技术
作为饮用水深度处理中最成熟有效的技术之一，活性碳吸附技术可有效去除水中有机物，完善饮用水常规处理技术。活性炭内部有巨大的比表面积及孔隙率，微孔吸附作用是活性炭去除有机物的主要机理。活性炭又可细分为煤质活性炭、果壳活性炭及木质活性炭。对杭州某个水厂进行研究发现：活性炭对COD的去除率在10%到70%之间，对浊度的去除率在30%到80%之间，对TOC的去除在15%到40%之间。从20世界50年代活性炭被用于去除饮用水中的色度及臭味以来，在我国，活性炭一般与其它工艺联用应用于大量的饮用水处理工艺中。深圳梅林水厂及1975年建成的白银某水厂就是利用该技术处理自来水。
除上述介绍的，还有超声空化技术、吹脱技术、生物预处理技术、预氧化技术、紫外线消毒技术及光催化氧化技术等，这里就不一一阐述了。实际生产中，由于各种处理技术都有自己的不足，故可以将这些处理技术进行组合使用，扬长避短，最大程度的发挥优势。下面介绍了一种常见的组合技术：臭氧-活性炭技术。
3 臭氧-活性炭技术
臭氧具有强氧化性，能在水中分解为羟基自由基，将有机物氧化成小分子有机物，反应速度快且不产生有害物质。且有除臭、脱色的功效。臭氧-活性炭技术是1961年在欧洲最先使用，该技术将臭氧氧化技术、活性炭吸附技术等组合在一起。臭氧氧化技术与活性炭技术非常互补，在一起能发挥彼此的优势，先对饮用水进行臭氧预氧化，使水中的有机物及其他还原性物质得到氧化，提高活性炭滤池进水可生化性的同时也降低了活性炭滤池的有机负荷。Takeuchi等人通过研究发现，臭氧-活性炭工艺中，水样经臭氧氧化后，BOD/COD增加了0.23，极大的改善了水样的可生化性。西方国家水厂资料统计表明，该工艺中活性炭使用寿命是单独使用活性炭的6倍，且对有机物的去除能力也大大增加，大约是10倍之高。尤其我国已经研制出比国外更低价高效的优质活性炭，相信在不久的将来，通过我们研究的深入，臭氧-活性炭技术会在我国有更广泛的应用。目前，昆明水厂、北京田村山水厂及上海周家渡水厂等都有应用该技术进行饮用水的深度处理。
当然，除了臭氧-活性炭，还有其它组合技术也取得了很好的净水效果，如臭氧-紫外线消毒技术、活性炭-膜技术等，这里亦不一一阐述了。
4 结论
工业的快速发展及农药、化肥的大量使用，有机物及氨氮变成我国饮用水的主要污染物，我国也制定更严格的饮用水水质标准。传统的饮用水处理工艺已经满足不了现在的水质要求了，为此，我们需要对饮用水进行更深度的处理。目前，一系列的饮用水深度处理技术出现并在实际中得到应用。本文主要介绍了几种常见的饮用水深度处理技术及组合技术，如膜分离技术、生物预处理技术、超声空化技术、光氧化技术、吹脱技术、臭氧-活性炭技术及活性炭-膜技术等。以期为后续的饮用水深度处理技术的研究提供系统的理论指导。
参考文献
[1]王占生，刘文君.我国给水深度处理应用状况与发展趋势[J].中国给水排水，2005，21（9）：29-33.
[2]陈军.城市饮用水处理的突出问题和发展趋势[J].企业技术开发，2014.22（24）：73-75.
[3]刘淑彦.饮用水深度净化技术的现状与发展方向[J].哈尔滨工业大学学报，2003，35（6）：711-714.
[4]李绍峰，刘伟，黄君礼.NF和RO膜用于饮用水处理的研究[J].南京理工大学学报，2003，27（1）：93-97.
[5]董秉直，曹达文，劉遂庆，等.超滤膜活性炭用于优质饮用水生产工艺试验研究[J].给水排水，2001，27（1）：15-19.
收稿日期：2017-05-05
作者简介：马卫明（1976-），男，大专，上海金山自来水有限公司总经理，研究方向为城市生活饮用水、自来水等 。