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生活飲用水處理技術的發展歷程
更新時間：2018-09-17
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隨著水污染日益嚴重，大量的污染物尤其是有機污染物通過不同的方式進入水體，飲用水水源受到日趨廣泛的污染。傳統的混凝、過濾、消毒等自來水工藝是以去除水中的懸浮物、濁度、色度為主，對溶解性有機物去除能力相對不足，而且加氯消毒本身還形成了“三致物質”(致癌、致畸、致突變)，直接影響飲用者的身體健康。因此，大可能地去除水中的微量有機污染物、消毒副產物等就是飲用水深度凈化的目的。水的深度處理在國外應用較為普遍，我國在飲用水深化處理方面還處于起步階段，大部分老水廠均未采用深度處理，只有部分新水廠采用了深度處理。人們開發了許多技術如活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭聯用和各種膜技術等對飲用水進行深度處理。
物理方法
活性炭
活性炭是一種多孔炭素材料，有著巨大的比表面積和很強的吸附能力。活性炭主要應用在飲用水的預處理環節中，通常使用粉狀活性炭來吸附待處理水中的有機物和異臭、異味的物質，預處理環節可以減輕后續水處理的負擔。活性炭吸附是去除水中溶解性有機物的有效方法之一。對于季節性嚴重污染的水源，還可以設立投加粉狀炭的水源水質惡化應急處理系統。活性炭在飲用水處理中的應用流程可以表示為：
熱力法
熱力法可分為高溫蒸餾和低溫冷凍兩類處理方式。蒸餾法以消耗熱能為代價，通過對含鹽水進行熱力脫鹽達到淡化處理的效果，適用于含鹽量超過3000mg/L的礦井水處理。冷凍法則是利用了冷凍分離的固液相平衡原理，在冷環境中將溶液降溫到水的凝固點以下，使得部分水凍結形成冰晶，利用溶液中溶質的凝固點遠低于水的凝固點的物理特性，使水先于雜質而以固體形態析出，將雜質排除在外，分離固液相。然后再融化冰晶，就得到了比較純凈的水和濃縮液。在工業水污染處理中，用此方法得到的濃縮液可以提純成為工業用品或者集中處理，冰中的冷量可以用來預冷污水以及提供空調、冷庫的冷源，融化的水比較純凈，處理后可以再利用，從而降低排放甚至達到*。
化學方法
臭氧技術
臭氧是一種很強的氧化劑，它可以通過化學氧化作用來分解水中的有機污染物。臭氧可以分解多種有機物、除臭、除色等。但是臭氧在水處理時投加量有限，不能把有機物*分解成為水和二氧化碳，反應中產生一些中間產物仍存在于水中。經臭氧處理過的有機物增加了羧基等，其生物降解性大大提高，如不進一步處理，則容易引起微生物的繁殖。另外，在對臭氧處理過的污水進行加氯消毒時，被臭氧作用的一些中間產物容易和氯進行化學反應，生產三鹵甲烷類物質，使污水的突變活性增強。因此，在飲用水處理過程中，臭氧一般不會單獨使用，可以在活性炭床前設置臭氧氧化與活性炭聯合使用，也可以用臭氧代替原有的預氯化。
石灰石中合法
針對酸性污水處理，目前常使用的方法是用石灰石、大理石、石灰等堿性物質作為中和劑，利用化學酸堿中和方法來進行污水處理，其中尤以石灰石中合法為普遍。石灰石中合法的處理裝置有三種形式，分別是中和滾筒法、升流膨脹過濾法及曝氣流化床處理方法。滾筒法是指將酸性礦井水裝在滾筒中，以石灰石做中和劑進行處理的方式，滾筒出水經沉淀后可排出。升流膨脹過濾則是以直徑小于3mm細小的石灰石顆粒為濾料，酸性水自濾池底部進入，使濾料膨脹，從而使中和反應沿著流線方向連續不斷地進行，經沉淀后排水。曝氣流床法同樣是以石灰石為填料，不同的是增加了空壓機曝氣，當酸性污水進入流化床，與填料石灰石反應時，生產的H2CO3在曝氣的作用下分解成CO2和H2O，達到中和處理的效果。其出水經過沉淀后可以排放。曝氣除了能溶氧和散除CO2以外，還可以避免中和反應時產生的CaSO4和Fe(OH)3包在石灰石顆粒表面。
生物法
在一些污水預處理階段，通常使用生物預處理工藝，借助于微生物的新陳代謝活動，將水中的氨氮、有機污染物、亞硝酸鹽、鐵、錳等污染物進行初步的去除，以減輕后續深度處理的負擔。
常用的飲用水生物預處理方法有生物接觸氧化法和淹沒式生物濾池法。生物接觸氧化法采用彈性填料或纖維束填料，微生物依附在填料表面，池子設置穿孔曝氣管以供生物處理所需的氧氣。淹沒式生物濾池法則是采用陶粒填料作為生物生長的載體，在濾料下增加穿孔曝氣系統供氧。水的流向多采用升流式，濾池定期進行氣水反沖洗，洗去截留的懸浮物和多余的生物膜。淹沒式生物濾池的優勢在于填料的比表面積大、生物量高，對氨氮和有機物有著較好的處理效果，同時有過濾作用和較好的除藻功能，可承受一定的進水懸浮物濃度等，其不足之處在于建設費用要高于生物接觸氧化法。
飲用水深度凈化處理技術
膜分離法
膜分離技術在水處理中的應用有電滲析和反滲透技術，尤其是電滲法在我國煤礦系統中有較多的應用案例。電滲法主要依靠外加直流電場，利用離子交換膜對溶液中離子的選擇透過性，使溶質和溶劑分離的一種物理化學過程。針對于含鹽量較高的污染水源，在通過電滲析分析器處理后，可得到濃縮液和淡化水。其淡化水的量通常為污染水進水總量的50%~70%之間，可見其回收率不是很高。當進水含鹽量小于4000mg/L時用此法較為經濟。
反滲透法則是借助于半透膜在壓力作用下進行物質分離。該方法可以有效去除污水中的低分子有機物、無機鹽、病毒以及細菌等。同電滲析法比較，反滲透法的優勢在于產品水回收率高、脫鹽率和水的純度高、投資費用低、無污染等，缺點是操作壓力高、能耗大、設備較復雜、對進水水質要求高等。此外，膜分離技術還可以與其他處理工藝聯合使用，現行的許多水處理工藝都是通過膜技術發展起來的。因此，膜分離技術在21世紀的發展中被業界廣為看好。
臭氧活性炭和生物活性炭
臭氧活性炭技術是將活性炭與臭氧結合在一起加以應用。活性炭主要是用于去除水中的小分子有機物，但受污染水源中通常是大分子有機物較多，這樣就導致活性炭孔的表面積不能得到充分利用。所以在碳層中加入臭氧的氧化作用，主要作用就是將水中的大分子有機物轉化為小分子，改變其分子的結構形態，從而為活性炭吸附小分子有機物提供可能性。通常在處理過程中，對來水行臭氧氧化，然后使用活性炭吸附，在吸附的過程中繼續對其氧化，這樣可以有效提高活性炭的吸附效果。相對于單獨的活性炭吸附處理工藝，臭氧活性炭技術主要有以下優點：
（1）增加水中溶解性有機物的去除效率，提高出水水質；
（2）臭氧氧化使得大孔內與炭表面的有機物得到氧化分解，減輕了活性炭的負擔，從而延遲活性炭的再生周期，節約成本；
（3）污水中的氨氮可以被生物轉化為硝酸鹽。從而減少了后續氯化的投氯量，降低了三鹵甲烷的生成量。目前，臭氧活性炭處理技術廣泛應用于我國一些水廠和工業水處理工藝中。
超聲技術
超聲技術是指利用空化能量加快和控制化學反應，提高反應效率的一種水處理工藝。超聲波能加快反應進場的作用原理主要有空化效應、機械剪切效應和自由基效應等。反應中，超聲能夠破壞顆粒雙電層的球形對稱，使顆粒之間更易于凝聚；超聲技術的高頻振動特性在溶液中空穴附近形成熱點，使進入空化泡中的水蒸氣發生了分裂及鏈式反應，形成H和-OH自由基。同時，強大的剪切力又可使大分子主鏈上的碳鍵斷裂，從而起到降解高分子的作用，自由基進入溶液促使物質氧化分解。在實踐中，超聲技術與一些氧化技術通常一起應用，在降解污染水中有機物方面是一門新的應用技術。其特點在于反應時間短、去除效果好、提高廢水的可生化性、工藝設施簡單等。
結語
目前我國的生活飲用水處理已經得到了足夠的重視。隨著經濟建設的發展，各城市也加大了生活飲用水處理工藝上的經濟投資，重點是能夠全面提高水質的集成化成套安全飲用水凈化處理工藝技術。城市生活飲用水處理工藝在今后的發展中，應將重點放在低能耗、綠色環保、多功能凈水作用以及可顯著提高飲用水水質的除微污染成套工藝技術上，同時重點發展除污染技術，強調技術與設備的系列化、成套化、標準化。
