第三代飲用水凈化工藝=安全預氧化、強化混凝+生物活性炭、超濾+安全消毒！
2007年7月1日，新的國家《生活飲用水衛(wèi)生標準》開始實行。正當這部多達106項檢測指標的標準使得許多水廠面臨著升級換代的選擇時，在4月1日的城市水業(yè)戰(zhàn)略論壇上，中國科學院李圭白院士為與會的供水企業(yè)代表帶來了第三代飲用水凈化工藝的公式。而隨后，中荷水務投資集團副總裁王同春也充滿信心地說：“膜技術在自來水行業(yè)中的使用也將如一百年前的砂濾技術一樣成為最佳的自來水處理工藝之一。”他以“超濾膜組合工藝技術及其大規(guī)模飲用水處理應用案例”為主題進行了發(fā)言。膜技術被來自學術界和企業(yè)界的人士賦予高度評價。
脫穎而出的第三代處理工藝
20世紀初研發(fā)出的混凝——沉淀、過濾、氯消毒凈水工藝，可稱為第一代城市飲用水凈化工藝。而面對第一代水飲用水處理工藝不能對無害物進行控制的弊端，第二代城市飲用水凈化工藝應運而生。第二代飲用水處理就是在第一代工藝的后面增加臭氧、顆粒活性炭的工藝。目前我國的供水廠普遍采用這種工藝。但是第二代飲用水處理工藝也逐漸地顯露出很多問題：一是對于含有溴化物的水源水被臭氧氧化后容易產(chǎn)生致癌的溴酸鹽；二是隨著水污染的加劇和檢測技術的提高，第二代飲用水處理工藝的出水中發(fā)現(xiàn)了越來越多的細菌和微生物，水的生物安全性受到了挑戰(zhàn)。
“20世紀末又提出來飲用水的生物穩(wěn)定性問題，所謂生物穩(wěn)定性就是說出廠水在輸送和儲存過程中，發(fā)現(xiàn)微生物增殖現(xiàn)象，是不具有生物穩(wěn)定性的水，這是另一個新出現(xiàn)的重大生物安全性問題。所以第三代城市飲用水凈化工藝要解決的就是生物安全性的問題。”李圭白院士介紹到。
膜技術簡單說是一種過濾技術，上世紀60年代起源于海水淡化的反滲透膜，與超導、光纖、碳纖維、納米技術等一起統(tǒng)稱為21世紀工業(yè)領域六大新技術。而后膜技術得到了非常迅速的發(fā)展，并且被廣泛應用于越來越多的領域。繼脫鹽反滲透后，一系列更疏松的滲透膜被開發(fā)出來，包括納濾、超濾、微濾。
有資料顯示，在現(xiàn)有的各種孔徑的膜中，納濾和超濾是最有效的去除水中微生物的方法。水中的致病微生物的尺寸，病毒是20nm至數(shù)百nm，細菌是數(shù)百nm至數(shù)μm，原生動物是數(shù)μm至數(shù)十μm，藻類是數(shù)μm至數(shù)百μm。在各式各樣的膜中，納濾膜的孔徑-1nm左右，超濾膜的孔徑-數(shù)nm。但是從技術經(jīng)濟學的角度，李院士更加肯定了超濾膜在未來第三代處理工藝中的主導地位。“納濾膜目前在我國尚需要進口，成本很高。超濾膜已在我國形成規(guī)模生產(chǎn)能力，能夠為數(shù)萬噸/日規(guī)模的水廠提供膜材料，且價格已降至可接受的地步。微濾膜的孔徑為數(shù)百nm，不能充分截留去除病毒。我國選擇超濾膜提高水的生物安全性是比較可行的。”
在國際上，采用超濾技術作為水廠的處理工藝已經(jīng)逐漸成為主流。1996年，超濾水廠總處理水量在20萬m3/d，2006年的處理水量800萬m3/d以上。在北美現(xiàn)有超濾和微濾水廠250座，總處理水量達到300萬m3/d；在歐洲，已有33座1萬m3/d以上的超濾水廠，英國已有100多座城市水廠，處理水量達110萬m3/d；在亞洲，日本膜濾水廠的產(chǎn)水量達到400萬m3/d，新加坡已建成27.5萬m3/d的超濾。 在國內(nèi)，隨著我國膜工業(yè)的發(fā)展，以前阻礙超濾膜應用的價格問題不再明顯。目前市場上中空纖維超濾膜的價格是每m2過濾面積為150元,按1m2超濾膜每小時過濾0.1m3水計算，1m3/d的超濾膜價格為60元。超濾膜按使用3年計算，為更換膜每m3水只需0.057元費用。以蘇州市建成的1萬m3/d的超濾凈水廠為例，建設費用約300元/m3/d，運行成本為0.0782元/m3，與該水廠原傳統(tǒng)工藝大體相同。
對于超濾膜技術在國內(nèi)的前景，李院士很看好，他說：“臺灣已建成30萬m3/d的膜濾水廠，近年陸續(xù)建設許多中、小型超濾水廠，其中產(chǎn)水能力最大為2萬m3/d。大型超濾水廠的建設也指日可待。”
“組合拳”出擊
當然，在20年的超濾應用過程中，存在一系列的爭論。最主要的問題是超濾技術基本的功能是一個過濾、篩分，不能除溶解性的物質(zhì)。對于這個問題，業(yè)內(nèi)趨向采用超濾技術與傳統(tǒng)工藝結(jié)合的方案解決。
中荷水務投資集團副總裁王同春說：“采用超濾，如氨氮是除不掉的。去除氨氮最好的方式是生物方式，如果我們把超濾膜和生物氧化結(jié)合在一起，我們就能提高對氨氮的去除率，能提高對COD、BOD的去除率。”同樣，對于超濾對水中中、小分子有機物，特別是微量有機污染物的去除效果較差的問題，李圭白院士打出了“安全預氧化、強化混凝+生物活性炭、超濾+安全消毒”的“組合拳”。對于每一個單元的作用李院士做了詳細的說明。混凝沉淀單元的設置將大大拓展超濾對原水濁度的適用范圍，提高膜的使用壽命。李院士說：“超濾出水濁度一般為0.1NTU左右，并與超濾前水的濁度基本無關，所以水可以直接進入超濾。但是當原水濁度較高時，沖洗水量增大，會使膜濾周期縮短，所以宜在膜前增設混凝沉淀單元。”“當原水受到污染時，需在膜前增設除去有機物的處理單元，例如活性炭。在顆粒活性炭和生物粉末活性炭中，后者由于物理吸附功能更具有持久性，所以效果更好。將超濾置于活性炭之后，出水中的微生物及炭微粒可被截留”李院士解釋。
超濾一般能幾乎完全去除微生物，對出水的消毒，主要不是滅活水中的致病微生物，而是使水具有持久的消毒能力……氯、氯氨和二氧化氯都有持續(xù)消毒能力，其中氯氨是較好的選擇。
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