傳統的給水處理工藝包括混凝、沉淀、過濾、消毒。這些處理工藝只能去除水中懸浮物、膠體物、少量小分子溶解物及病原微生物,但對于受污染的水中的許多溶解物,如溶解性有機物、重金屬離子、氯化消毒副產物,卻無能為力。
以反滲透膜為主的方法可以去除幾乎所有的污染物,能夠制取相當純凈的水;其他許多比較單一的處理方法只能去除部分污染物,如活性炭主要去除有機物。
普遍采用反滲透膜法等先進的水處理技術在經濟上是不現實的,健康的飲用水還需保留其中有益的礦物質和微量元素,因此,將原水制成純凈水也是不必要的。
應根據水源水質分析,針對不同地區水質特點釆取適宜的處理工藝。
鑒于目前市面上桶裝水、瓶裝水、凈水器的質量良莠不齊、真假難辨,作為飲水消費者為避免上當受騙,對水處理的材料應有基本的了解。分質供水措施有哪些呢?
1?活性炭
以炭為基質的水處理材料,目前有兩類:一類是活性炭;另一類是炭纖維。
活性炭的應用已有很長的歷史,近幾十年其質量明顯提高,品種大大增加。由于活性炭原料來源廣,生產工藝比較成熟,因此售價不是很高。根據生產活性炭的原料不同,可分為煤質活性炭和木質活性炭。活性炭可以做成粉狀,也可以做成粒狀。
活性炭是一種多孔性的固體材料,其表面有許多有機基團,可以吸附靠近其表面的雜質,尤其是有機物。
活性炭在吸附有機物的同時,還可以將微生物固定在其表面上。被固定的微生物與被吸附的有機物緊密接觸,其中一部分有機物可被微生物有效降解。
國內有些自來水廠已采用活性炭對污染水進行深度處理。活性炭去除水中有機物的同時還可以去除異味及部分重金屬離子(如汞離子、六價銘離子)。
經活性炭處理后的水,因炭的粉末、微生物殘骸等會產生濁度,需要進行過濾,若選用超濾膜,同時可以起到深度處理的作用。
水廠對失效的活性炭可以進行再生,多次使用;凈水器中用炭量少,如無再生條件,可以棄去,另換新炭。
- 離子交換樹脂
離子交換樹脂是20世紀30年代以后研發成功的一種重要水處理材料,它可以用來降低水的硬度、去除水中重金屬離子和鹽類。離子交換樹脂按其結構特點可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。如果需要除去水中陽離子(如鈣、鎂、汞、鎘、鉛等),可以采用陽離子交換樹脂;若需要除去陰離子(如氟離子、硝酸根離子等),則釆用陰離子交換樹脂;如果需要將陰、陽離子都除去(通常叫作脫鹽),可以將陰、陽離子交換樹脂搭配使用。
離子交換樹脂是一種有機高分子化合物,它的分子中有一些可以和其他離子進行交換的帶電基團。這些交換基團有的顯酸性,有的顯堿性。根據酸堿性強弱可細分為
強酸性陽離子交換樹脂、中酸性陽離子交換樹脂和弱酸性陽離子交換樹脂.以及強堿性陰離子交換樹脂、弱堿性陰離子交換樹脂。
離子交換樹脂的性能主要為交聯度、含水量和交換容量。其中交換容量的大小反映了樹脂中交換基團的多少。在小型凈水器中盡量使用交換容量較大的樹脂,以免失效過快。
離子交換樹脂在失效后可進行再生,因此可以反復使用。
- 沸石
沸石是一種礦石,具有多孔性的架狀結構。除天然礦石外,現在可以合成性能更好的人造沸石。
沸石的骨架為大分子陰離子,與其平衡的陽離子可以與其他陽離子發生離子交換。一般在使用前先用3%的食鹽水溶液進行預處理,這樣使其中可移動的陽離子盡可能多地交換為鈉離子,同時可以使沸石中的孔道通暢。這樣處理過的沸石可用來降低水的硬度和去除重金屬離子。由于沸石的特殊結構,它還可以通過吸附去除少量有機物。
沸石與離子交換樹脂都可以交換水中的陽離子,活性炭可以吸附水中有機物。重金屬陽離子和有機物是水中的主要污染物,所以,實際水處理中常采用離子交換樹脂和活性炭組合的工藝。
- 膜
膜是20世紀發展起來的重要水處理材料。膜分為無機膜和有機膜,目前應用最多的是有機高分子膜。給水中采用的高分子膜有反滲透膜、納濾膜、超濾膜和微濾膜,這些膜有著不同的孑L徑和特性。
微濾膜的孔徑較大(0.1~1()微米),可以截留大分子有機物、微粒和細菌。在純水制備中可以用作終端過濾。飲用水生產中可以用來去除濁度和細菌。
超濾膜的孔徑(5?1000納米)小于微濾膜,因此可以除去水中更小的微粒,如病毒、膠體物、蛋白質及分子量大于500的其他物質。超濾膜常用于飲用水的預處理,它可以使后續處理單元更好地運行。
納濾膜的孔徑更小(1~5納米),對它的研究較晚,20世紀80年代才進入商品化階段。納濾膜的分離特性介于超濾膜和反滲透膜之間。由于納濾膜的特殊孔結構,它
可以在很低的壓力下從水中脫鹽,在水處理中很快得到了應用。
納濾膜可以部分去除水中的鉀離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子、硫酸根離子、氯離子、硝酸根離子,它還可以去除分子量大于200的有機物。經納濾膜處理后,水中還會保留一定的礦物質。
反滲透膜的孑L徑很小(0.5?5納米)。使用反滲透膜時,需要施加一定的壓力(通常在5兆?10兆帕)。被污染的水與反滲透膜接觸時,膜只允許水分子通過,其他無機離子、小分子有機物漏過去的很少。在水處理中反滲透膜一般用于純水制備。由于反滲透水處理裝置必須在加壓的情況下運行,因此多用于集中供水的單位。
- 消毒劑
飲用水消毒一般為制水系統的最后單元。液氯是最常用的消毒劑,由于其副產物的“三致”作用,現已發展了多種新的消毒劑。
- 二氧化氯。
二氧化氯是近幾十年推廣應用的消毒劑,它的殺菌能力比氯強,具有高效、廣譜、快速的優點。它產生的副產物少,不與酚類產生有怪味的氯酚,與氨不生成有毒的氯胺,與水中有機物不生成氯仿。但二氧化氯單獨使用時會產生對人體有害的亞氯酸根離子和氯酸根離子。因此為了降低成本,保證持續殺菌,采用二氧化氯和液氯的組合處理工藝也是一種有效處理方法。
(2)臭氧。
臭氧的殺菌能力大于液氯和二氧化氯,目前被廣泛使用。一般情況下臭氧消毒是安全的,但在某些特殊水質中,如有次漠酸根離子存在時,臭氧可以將其氧化為可能致癌的漠酸根離子。
臭氧和二氧化氯類似,均不穩定,常在使用時制備。兩者的生產成本都較高。
⑶紫外線。
紫外線殺菌是一種物理殺菌方法。當紫外線照射流過的水時會殺滅水中的細菌。紫外線殺菌速度快、管理簡單,一般沒有副產物。