第三代飲用水凈化工藝=安全預(yù)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(biāo)準(zhǔn)》開始實行。正當(dāng)這部多達(dá)106項檢測指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(wù)投資集團(tuán)副總裁王同春也充滿信心地說：“膜技術(shù)在自來水行業(yè)中的使用也將如一百年前的砂濾技術(shù)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(shù)及其大規(guī)模飲用水處理應(yīng)用案例”為主題進(jìn)行了發(fā)言。膜技術(shù)被來自學(xué)術(shù)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(jì)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(jìn)行控制的弊端，第二代城市飲用水凈化工藝應(yīng)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(shù)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(xì)菌和微生物，水的生物安全性受到了挑戰(zhàn)。
“20世紀(jì)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(shù)簡單說是一種過濾技術(shù)，上世紀(jì)60年代起源于海水淡化的反滲透膜，與超導(dǎo)、光纖、碳纖維、納米技術(shù)等一起統(tǒng)稱為21世紀(jì)工業(yè)領(lǐng)域六大新技術(shù)。而后膜技術(shù)得到了非常迅速的發(fā)展，并且被廣泛應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)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(xì)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(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)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(dǎo)地位。“納濾膜目前在我國尚需要進(jìn)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(shù)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(dá)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(dá)110萬m3/d；在亞洲，日本膜濾水廠的產(chǎn)水量達(dá)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(yīng)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(shè)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(shù)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(shè)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(shè)也指日可待。”
“組合拳”出擊
當(dāng)然，在20年的超濾應(yīng)用過程中，存在一系列的爭論。最主要的問題是超濾技術(shù)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(shù)與傳統(tǒng)工藝結(jié)合的方案解決。
中荷水務(wù)投資集團(tuán)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(yù)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(xì)的說明。混凝沉淀單元的設(shè)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(guān)，所以水可以直接進(jìn)入超濾。但是當(dāng)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(shè)混凝沉淀單元。”“當(dāng)原水受到污染時，需在膜前增設(shè)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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