純水生產過程中的重要工藝

純水生產過程中的重要工藝

1 活性炭吸附分離

純凈水在灌裝前都必須經過過濾，以除去水中的泥渣、懸浮物、藻類、細菌、霉菌等雜質。在水處理工藝中，活性炭處理是必需的。活性炭具有很多微孔和巨大的比表面積，憑借這些微孔對有機物的吸附作用來去除水中的致突變物質，它可降低水中TOC和THMs等，同時可去除水中色、嗅、味、有機氯化物、放射性有機物及其他人工合成有機物，活性炭對分子量在500—3000的有機物有十分明顯的去除效果，去除率一般為70％—86.7％[1]。不足之處是由于水中天然有機物(NOM)的競爭吸附，導致對農藥吸附效率下降以及活性炭的使用壽命不長。

2 臭氧氧化分離

O3是一種很強的氧化劑和消毒劑，它在水中發生氧化還原反應，產生氧化能力極強的單原子氧(O)和羥基自由基(OH)，瞬間殺滅水中微生物，殺菌能力是氯的600～3000倍[2]；將溶解和膠體狀有機物轉化為較易生物降解的有機物；將水中溶解性的鐵、錳氧化成高價沉淀物使之易于去除；可將有毒有害物質氧化成無害物質；可改善嗅味、降低色度等：有些藻類的代謝物由于水體富營養化的影響，會使水有霉味或魚腥味、或產生藻毒素，若濾池之前投加少量O3，可以防止藻類和浮游植物在濾池中生長繁殖。然而，氧化法將農藥大分子氧化成小分子后則會促進水中細菌的再繁衍，某些分子量較高的物質如蛋白質、氨基酸和腐殖質經O3氧化后產生甲醛、丙酮酸、乙酸，其中甲醛毒性強，致病、遺傳、變異。而且當水中存在Br-時，經O3氧化為BrO2-、BrO3-、CHBr3、二溴乙晴以及一些尚未確定的溴化有機副產物。BrO3-被國際癌癥研究機構列為有可能對人體致癌的化合物。WHO建議飲用水中zui大BrO3-含量為25ug / L。例如：美國給水中BrO3，一的含量要求不大于10ug/ L。不僅如此，O3對水中已形成的三鹵甲烷幾乎沒有去除作用，O3氧化還可導致水中可生物降解物質的增多，使出廠水的生物穩定性降低，容易引起細菌繁殖。這些因素的存在，使得O3很少在水處理工藝中單獨使用。

3臭氧生物活性炭：包括預氧化和后氧化。

預氧化：①臭氧作為一種強氧化劑，能氧化分解水中的高分子有機物，如：腐植酸等，分解后的小分子有機物容易被活性炭吸附。②臭氧——同時氧化水中溶解性的錳和鐵，生成難溶性的氧化物，提高砂過濾的效果，使錳、鐵的去除率增加。③臭氧氧化后生成的氧氣無毒、無害，而且為后面活性炭上附著的好氧菌和硝化菌提供生長的營養源，防止水體發臭。

后氧化：主要與生物活性炭聯用，即O3—BAC法—一種有效的可去除各種有機物和持久性化合物的“深度處理技術”：由臭氧氧化、砂濾、活性炭吸附和生物降解等結合在一起的水處理工藝。用該工藝處理水可去除用傳統的絮凝、沉淀、砂濾等方法不可能去除的可溶解成分。如：氨氮、酚、農藥以及其他有毒有害的有機物。通過生物硝化作用，將NH4+—N轉化為NO3-；用臭氧處理酚，逐步氧化zui終產物為CO2和H2O；預氧化產生的小分子有機物易進入活性炭微孔內部，大量中間產物(包括THMs及其前驅物)也被活性炭吸附，微生物生長在炭粒表面的大孔中，通過細胞酶的作用將某些溶解性有機物降解，可去除DOC

30％—70％，所以有機物的去除是吸附和生物降解的雙重作用。還可使活性炭部分再生，明顯延長了工作周期，保證了zui后出水的生物穩定性。O3—BAC法的發展較為成熟，在歐洲已被廣泛應用，并被公認為處理污染原水、減少飲用水中有機物濃度的zui有效技術。該項技術在我國正在逐步推廣應用。目前仍有一些問題尚未解決，如臭氧氧化機理、利用臭氧更有效去除飲用水中有機物、臭氧副產物、無法去除NH4+—N硝化作用的產物NO3-，且活性炭的再生也較麻煩。

4膜分離技術

以壓力差為推動力的膜分離技術有反滲透(RO)、納濾(NF)、超濾(UF)和微孔過濾(MF)。其分離機理為：在一定的壓力作用下，分子質量不同的混和溶質的溶液流過膜表面時，溶劑和低分子溶質將透過薄膜，作為透過物被收集起來，高分子溶質則被薄膜截留而作為濃溶液被回收。

• 反滲透(RO)

在純凈水生產工藝流程中，不論哪一種工藝，都有一種關鍵的反滲透技術。反滲透zui早來源于美國的太空科技，這是一種薄膜分離技術，依靠反滲透膜在一定的壓力下，使溶液中的溶劑與溶質分離。如果在有鹽份的水中(如自來水)施加比自然滲透壓力更大的壓力，使水由濃度高的一方滲透到濃度低的一方，就能把原水中的水分子和其他的物質分離。由于反滲透膜上的微孔極小，其孔隙僅為0.0001um，是細菌、病毒體積的幾千分之一，能去除濾液中的離子和分子量很小的有機物，如細菌和病毒，尤其是有機污染物的去除率也很高。采用該技術制備的水即為純凈水，由于是太空技術民用化的產物，也可叫做太空水。反滲透法的技術效果與其它水處理技術的效果相比，有明顯的優異性，有關參數見表1。從表1可清楚地看出，反滲透法制備的純凈水，不含有任何礦物質和微量元素，甚至尿經它過濾后都可以直接飲用。

(2)納濾(NF)

納濾膜是在反滲透膜的基礎上發展起來的，其表面由一層非對稱性結構的高分子與微孔支撐體結合而成，具有納米級的孔徑，故名納濾。與反滲透系統相比，納濾膜在低壓(通常為0.5—1.0Mpa)下具有較高的通量、出水水質好、能耗低、濃縮水排放少等優點，在國際上已得到廣泛的應用。納濾膜對一價離子的截留率可低至40％，對二價離子的截留率可高至90％以上，且截留分子量約為200~l000Da的中性溶質。因此，納濾在水的軟化、低分子有機物的分級、除鹽等方面具有獨特的優勢。水的總硬度為水中Ca2+、Mg2+離子的總含量。對于飲用水的軟化，先經過二步NF分離過程(用Film--teeh公司的NF—70膜，操作壓力為0.5—0.7Mpa，脫除85％—95％的硬度以及70％的一價離子)，水質硬度降低了10—20倍。然后進行氯處理，就可制成標準純凈水。從而避免了由于采用傳統工藝氯氧化消毒工藝生成的多種對人類健康產生危害的、具有三致作用的揮發性氯代有機物（THMs)如CHCl3、CCl4等。以及非揮發性氯代有機物(HAAs)如CH3COOCl，且毒性HAAs>THMs。納濾膜在飲用水領域主要脫除三氯甲烷中間體、低分子有機物(特別是環境荷爾蒙物質[3])、農藥、合成洗滌劑、微生物、異味、色度、碳酸鹽、氟化物、砷、細菌、重金屬污染物(大多來源于工業廢棄物泄露和工業廢水排放等)鎘、鉻(六價)、銅、鉛、錳、汞、鎳等有害物質、降低TDS濃度，且對無機鹽有一定的脫除率(nacl的脫除率大約在80％左右)，而保留了原水中的部分鹽類和微量元素。

納濾膜在給水處理中遇到的zui大問題是膜污染，是由于在納濾過程中無機物、有機物、微生物等在膜上結垢引起的。因此，絮凝過濾、砂濾、過濾柱和納濾膜結合起來處理飲用水，可預防膜污染。