大连地区小区优质饮用水的处理方法与实践

优质饮用水是指自来水或其他原水经深度净化处理，达到饮用水水质标准，通过独立封闭的循环管网系统，供给居民可直接饮用的优质水。但由于优质饮用水的局部供水性，经济制约的局限性，以及投资分散的重复性浪费，决定了这不是一条提高全民饮水质量的根本途径。从长远来看，改善饮用水水质的基本途径是提高城市主体供水系统的水质[1]。

目前在优质饮用水中常用的膜处理技术有以下4种：微滤（MF），超滤（UF），纳滤（NF）和反渗透（RO）。反渗透膜处理可以将水中的金属离子、细菌、病毒、农药、矿物质去除掉，获得清洁的纯净水。本论文主要以反渗透和超滤工艺的设计、运行和监测进行分析对比，寻求适合大连地区的合适的优质水处理方法和注意的问题。

1 实验方法

实验利用典型的处理工艺进行如下相关常规的测试。测试指标主要有代表着微污染的程度氨氮含量；海滨城市由于海水中影响水质的氯化物；代表水体中可被氧化的有机物和还原性无机物的总量的高锰酸钾指数（耗氧量）。

1.1 水质检测方法（国家检测标准方法）

氨氮：纳氏试剂光度法；

氯化物：硝酸银滴定法；

高锰酸钾指数（耗氧量）：酸性法。

2 试验过程及结果分析

本实验主要是利用超滤法和反渗透法处理大连市地区水源水，然后对处理后的水测其水质，确定上述两种方法的优劣。

2.1 超滤工艺

超滤是一个压力驱动过程，其介于微滤与纳滤之间。一般来说，超滤膜的截留相对分子质量在1000～300000之间，而相应的孔径在5～100nm之间，操作压力一般为0.1～0.5MPa，主要用于截留去除水中的悬浮物、胶体、微粒、细菌和病毒等大分子物质。工艺流程是原水从水箱中流出，经过锰砂过滤、精密过滤和超滤三道过滤程序以后，再进行消毒处理，最后得到纯水，见图1。

表1 超滤实验结果

编号
1#
2#
3#
4#

名称
锰砂过滤
精密过滤
超滤
消毒以后

氨氮含量/(mg/L)
0.95
0.68
0.27
0.13

高锰酸钾指数
3.10
2.93
2.80
2.17

氯化物含量
50.98
44.99
48.98
46.99


从表 1中可以看出：只有4号的氨氮含量接近规定的0.1mg/L，考虑到实验读数存在误差，故4号可以看作是符合规定的；而对于高锰酸钾指数这个指标，后3组数据均小于规定的3mg/L，1号是3.102稍高于规定数值，随着对水处理深度的加深，高锰酸钾指数稳步下降；氯化物含量在各个过滤器中的变化不大，均在40～51之间，完全符合小于250mg/L的规定。

2.2 反渗透净化过程

反渗透净化过程的步骤和超滤净化过程基本一致，也是原水从水箱中流出，经过锰砂过滤、精密过滤两道过滤程序以后，进入反渗透净化器过滤，再进行消毒处理，最后得到纯水，见图2。


图2 反渗透处理工艺流程

表2中的几组水样就是分别在上述工序的出水口取得的。

表 2反渗透实验结果

编号
1#
2#
3#
4#
5#

名称
原水
锰砂过滤
精密过滤
反渗透
消毒以

氨氮含量/(mg)
0.82
0.95
0.27
0.41
0.027

高锰酸钾指数
8.55
15.47
16.31
15.33
15.67

氯化物含量
220.93
133.95
129.96
116.36
109.67


从表 2中看出：虽然只有个别几个符合小于0.1mg/L的要求，但是测得的氨氮吸光度的值都很接近，除了1号以外，其它各项最大相差0.05，而对于高锰酸钾指数这个指标，全部水样都远远大于规定的3mg/L，随着对水处理深度的加深，高锰酸钾指数从逐步上升变到逐步下降，在进入反渗透一号处理器时达到峰值；对于氯化物含量的测定，各步的数据完全符合饮用净水水质标准。

2.3 讨论

UF和RO各项指标的结果比较见图3～图5：

2.3.1氨氮去除率对比


1－出水　2－消毒后

图 3 氨氮去除率对比图

从图3-1可以看出，氨氮去除率在这四组数据中，无论在是超滤还是反渗透中变化都是比较高的，超滤的去除率在消毒后由60%变到80%，而反渗透消毒后也从50%变到了96.70%。

2.3.2 高锰酸钾指数对比


1－出水　2－消毒后

图 4 高锰酸钾指数去除率对比图

高锰酸钾指数主要是反映耗氧量的，超率的数据基本符合《饮用净水水质标准》[2]规定的3mg/L的规定，但是反渗透的数据比规定大5倍左右。这主要是因为反渗透所用到的膜已经使用了近二年，膜的功效已经严重下降，应该进行更换或洗涤。


1－出水　2－消毒后

图 5 氯化物去除率对比图

2.3.3氯化物去除率对比

经反渗透处理后的水的氯化物去除率是50%左右，经过超滤处理后的水的氯化物去除率是10%以下。

2.4 问题

2.4.1膜污染

目前,膜污染问题是膜技术用于饮用水处理的最大障碍。膜污染[3]是指水中的悬浮固体、微生物及溶解的盐类因被浓缩,其浓度超过溶度积而在膜表面上生成了不需要的沉积物。在RO运作过程中，膜污染使透过水量减少，供水压力增加，产品水质降低，增加清洗频率,并且需要停机清洗，产水费用增加。

2.4.2消毒工艺　

在美国总大肠杆菌标准[4]（Total Coliform Rule）中提出了对去除水中大肠杆菌的更为严格的标准和更为严格的检测手段，另一方面在消毒剂和消毒副产物中，严格地限制了水中消毒剂和消毒副产物的最大值之后，水质标准的提高对消毒工艺提出了挑战。在饮用水深度净化工艺中，采用合理的消毒方法，在保证去除致病菌的同时，又最大限度的减少消毒副产物的浓度是消毒工艺的核心内容。

目前常用的消毒方法有氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒等。在实际运行中，这些方法都不同程度的存在一些问题。

氯消毒主要是通过次氯酸的氧化作用来杀灭细菌[5]，对于水中的病毒、寄生虫卵的杀灭效果较差，而且当原水中含有较多的天然有机物如腐殖酸等时，氯消毒后水消毒副产物的含量会超过净水标准。另外，采用氯消毒的口感比采用其他消毒剂差。利用二氧化氯消毒，处理效率远好于氯但弱于臭氧。二氧化氯消毒所产生的主要的消毒副产物为亚氯酸盐和氯酸盐，它们对人体健康有潜在的危害。

臭氧是目前已知的化学消毒剂中最为有效的一种消毒剂。对水中的各种微生物都表现出良好的去除效果。臭氧消毒工艺的优点比较明显，消毒后水的口感明显好于氯消毒水。臭氧消毒所要解决的主要问题是消毒副产物的控制问题，臭氧的生产设备庞大，流程复杂，需要较高的运行管理水平，同时臭氧容易分解，在室温下水中的臭氧的半衰期约为30min，在输送管道较长时,单独采用臭氧消毒难以保证持续的杀菌效果，容易产生细菌的增值问题。耐臭氧腐蚀的管道造价很高，为了克服臭氧的分解问题，有的工艺采用了循环处理后水，重新加入消毒剂的办法，循环的水量达到了设计水量的50% ，这样必然增加了系统的运行费用，因此，臭氧消毒也是各种消毒工艺中造价较高的。

紫外线消毒后的水中不会产生消毒副产物，紫外线消毒所面临的主要问题就是消毒后的水中无“余氯”作用，在管网内细菌容易重新繁殖，所以单纯的紫外线消毒一般用于小水量。另外，紫外光灯在超长时间运行后易坏，且耗电量大。

3 结论与今后的工作

以上处理过程研究表明：

(1)超滤处理后的水的氨氮去除率在80%左右，氯化物去除率是6%，耗氧量符合要求；

(2)反渗透处理后的水的氨氮去除率在96%左右，氯化物去除率是47～50%，耗氧量不合规定；

(3)超滤和反渗透两种方法都能保证净化后的水质符合国家的规定，比较而言反渗透净化处理的水的指标更符合要求，氯化物的去除率要远远高于超滤，而且反渗透净化的水对人身体更有好处，但反渗透所需要的设备特别是膜的资金远大于超滤，所以在不影响水质的基础上尽量节省费用，建议采用将二者结合使用；

(4)为了有效解决膜污染问题，适当的前处理是非常必要的。美国的Christopher F.wend[6]等利用含有土壤腐殖物质和有生物活性的活性炭颗粒的生物反应器做为反渗透工艺的前处理，有效的降低了膜污染。大量的工程实践证明[7]，臭氧和生物活性炭联用工艺具有优异的除有机污染物性能。该工艺将臭氧氧化、活性炭吸附、微生物降解统为一体，其中适量的臭氧氧化所产生的中间产物有利于活性炭的吸附去除，臭氧自降解产物氧气所导致的活性炭中的好氧微生物活性提高和生物再生也都是为广大的研究人员所证实。