承德新華炭業集團有限公司
Date: 2012-04-29 00:00:00Written By 新華炭業

生活飲用水水質處理器的衛生安全要求

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 隨著城市化和工業化的迅速發展,面對日益惡化的水源水質,常規飲用水處理工藝已顯得力不從心,對常規處理工藝制備的自來水進行氣質聯機 (GC/MS)分析微量有機污染物和Ames致突變試驗結果表明:常規工藝對水中微量有機污染物沒有明顯去除效果,對水中氯化致突變物不僅不能去除,出水 中的致突變活性反而較處理前增加了50-60%,總之,在水源受污染的情況下,由于常規處理工藝的局限性,難以保證市政自來水水質的安全性。
       當前,自來水廠處理工藝經不住惡劣源水的沖擊,出廠水在龐大的輸配水管網中極易被中途污染,住戶樓內高位水箱或低位水池未及時清洗,管網老化,抽吸倒流,均會影響龍頭水水質,多數城市管網末梢自來水水質存在以下問題:

       1、懸浮物、氯味、臭味等感官性狀指標不達標
       ⑴ 微生物指標不達標
       ⑵ 水中溶解性有機物含量過高
       ⑶ 水的硬度過高,陰陽離子比例不當
       水源中的有機污染物,特別是常規處理難以去除的微量有機物,將影響人體健康。為解決飲水對人體健康的危害,一些城市不惜投入巨大人力、財力和物力,從遠距離 調集未受污染的源水,這不僅構成經濟重壓,而且有悖于經濟規律,因為100多年來傳統的給水處理工藝對于水中有機物非但不能有效去除,反而可能產生有害的 氯化消毒副產物,而一味地往上游取水,有可能取到上游城鎮的下水,仍然逃避不了水源的污染問題。在水廠內將水全部進行深度處理是不經濟的,鑒于城市自來水 廠提供的水是滿足城市各種社會功能的,其中與人體接觸并進入體內的水量僅占0.5-2%,另外鋪設一條專供飲用的城市輸配水管網是不現實的。在管網供水點 —用戶水龍頭進行補充處理,則是可以接受且易于實現的,這就是采用家用水質處理器的由來,這種技術是解決當前飲水水質最佳的途徑之一。

       2. 水質處理器現狀
       國外家用水質處理器普及率很高,1998年,日本擁有50萬只,美國擁有600萬只,人口僅2500萬的加拿 大,亦擁有每年10萬只的銷售量。自1979年起,為解決自來水的惡臭,中國的上海首先在家庭水龍頭上安裝活性碳凈水器,一定程度上改善了飲水的水質,但 是,不少企業貪圖利潤,將一些劣質凈水器充斥市場。1986年,對上海市16種家用凈水器進行抽檢,合格率僅為44%,集團用凈水器的合格率僅為10%, 消費者對該類產品持懷疑、否定態度,市場一度萎縮。隨著膜技術和臭氧發生技術的成熟及市場需求的增長,凈水器市場日見發展,自1997年至2003年,每 年以20%的速度增加。如表1-1所示,1998-2003年間,約有837件水質處理器申報了衛生許可批件,其中家用水質處理器約占57%,集團用水質 處理器約占43%。2004年約有231件水質處理器申報了衛生許可批件。
       各種各樣的水質處理器已見諸于市場,諸如:以活性碳為主的介質過濾法,約占55%;以微濾、超濾、納濾、反滲透為主的膜法,約占36%;以除菌功能為主的物化消毒法,約占4%;以軟化、電解為主的水質調節法,約占5%。
表1-1 1998-2003年申報衛生批件的水質處理器種類

       3. 水質處理器設計的衛生安全要點
       3.1活性碳濾芯
       顆粒活性碳具有空隙小、比表面積大、強度高等特點,能相當有效地吸附 截濾懸浮物、致臭物質以及較大分子的有機物等。但是,無法去除小分子有機物,其微孔易被懸浮物堵塞而老化失效;活性碳上極易滋長細菌,據日本報道,可高達 105個/ml,故經活性碳過濾的直接出水是不可生飲的;活性碳過濾不但不能去除亞硝酸鹽氮,隨著過濾時間延續,出水中的亞硝酸鹽氮含量,反而有所升高, 對人體健康構成潛在的危害;停用數天后的活性碳凈水器,出水會發臭、發黑,這源自于被吸附有機物的厭氧發酵。因此活性炭的使用壽命是有限的,單一的活性碳 凈水器應與超濾、開水鍋爐或紫外消毒器組合使用。
       3.2活性碳+超濾(GAC+UF)組合濾芯
       活性碳+超濾為最常見的家用凈水器 工藝,可在一定程度上去除自來水的色度、濁度、懸浮物、異味和有機物,可以攔截細菌和微生物,但是,隨著處理水量的增加,超濾膜的濃差極化作用漸增,出水 的亞硝酸氮、總氮和有機氮濃度增高,故額定總凈水量一般不得大于2m3,活性碳和超濾芯的使用壽命不得超過100天。 
       3.3預處理+反滲透(RO)膜濾
       反滲透是近30年發展起來的膜分離技術。60年代反滲透技術的崛起帶動了整個膜分離技術的發展。超低壓反滲透(0.5~1.4MPa,如自來水脫鹽)膜具有 高脫鹽率(對NaCl達95~99.9%的去除)和對低分子量有機物的較高去除。大型純水水質處理裝置基本以反滲透膜為核心部件,對市政自來水進行深度處 理,去除水中鈣、鎂、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽等陰陽離子,降低水中消毒副產物以及耗氧量等微量有機污染物,改善產水的感官指標,如表1-2所示;但是,產 水的pH值降低,呈微酸性,對普通金屬管材有腐蝕性;產水中有益于健康的微量礦物元素亦都降至檢出線以下;此外,僅有30-50%的原水水量可成為合格的 成品水,即回收率一般為50%左右,不利于水資源的保護。
       利用具有選擇性透過的膜進行反滲透,去除水中分子量大于120的有機物、無機雜 質、細菌、病毒、熱源是相當有效的處理工藝,經過處理的高分子材料使其帶有正電荷,以吸附帶負電荷的微生物及其他有機物,膜孔徑為 0.02-0.001nm,能截留住活性碳所不能吸附的有機分子。但是,膜孔過小,極易堵塞,且易受氯污染,故要求膜的進水中游離氯≤0.1mg/L,污 染指數SDI<4,總硬度≤50mg/L,鐵<0.1mg/L,為此,反滲透膜濾之前必須配置活性碳過濾器、聚丙烯保安過濾器和軟化水設備等 預處理設備,以延長膜的使用壽命,節約反沖洗水量。
       3.4軟化
       軟化水器可將水中所含的鈣鎂離子替換去除,降低水的硬度,較多用于工業給水,近年來,為減少水垢的危害和降低洗滌劑的用量,市場上也出現一些家用軟水器。所用的軟化方式有離子交換、納濾、電滲析、軟化藥劑。
       3.4.1.離子交換
       采用陽離子交換樹脂去除水中過多的鈣鎂,采用氯化鈉鹽溶液進行樹脂的再生,多數軟化水器通過多路閥和自動控制程序實現軟化、再生循環周期,主要技術參數如下:
市售的家用凈水器中亦有裝填離子交換樹脂的,具有軟化和凈化雙重功能,但是,樹脂的再生是手工*作的,難以確定再生時間和再生效果。

       3.4.2.納濾
       納濾技術使生活飲用水水質可向更高水平發展,納濾膜特別適用于處理硬度高、堿度低而TOC濃度高的微污染源水,其產水率可達85%左右,成品水不需進行再礦 化或穩定處理。此外,利用納濾膜對不同價態粒子的選擇透過特性,實現對水的軟化。納濾軟化在去除硬度的同時,還可去除水中的濁度、色度和有機物,其出水水 質明顯優于其它軟化工藝。其進水水質的要求同于反滲透,必須配以預處理設備。
       3.4.3.電滲析
       嚴格進行原水的預處理,使之滿足 電滲析器的進水水質要求:水溫5~40℃,耗氧量<3mg/L,游離氯<0.2mg/L,鐵<0.3mg/L,錳<0.1mg /L,濁度<3度(隔板厚1.5~2.0mm)或<0.3度(隔板厚0.5~1.0mm)等。大型電滲析器主要用于工業給水的軟化,為盡可能 降低出水的含鹽量,新近開發的EDI技術,可用于工業超純水的終端處理。
       3.4.4.軟化藥劑
       軟化藥劑一般采用石灰和食用級復合硅磷酸鹽,抑制水垢的形成,軟化水質,多與開水鍋爐連用,目前也有石灰和復合硅磷酸鹽構成的組合濾芯,用于家庭生活用水的軟化,定期更換濾芯。
       3.5消毒
       3.5.1.碘樹脂
       由三碘化物與季胺鹽離子交換樹脂結合而成三碘樹脂,成本高,一般用量小,使用壽命較短。
       3.5.2.紫外殺菌器
       自低壓汞燈批量投產以來,紫外燈的使用壽命可達5000-8000h,視為用于水質處理器出水消毒的有效技術。
       3.5.3.臭氧發生器
       (1)臭氧或空氣為原料:由高壓放電或低溫等離子發生臭氧,電壓高達6000-15000V,耗電高,必須配以氧化塔,將臭氧氣體盡可能多地溶于水中。
       (2)水為原料:耗電低,可省略溶解臭氧的氧化塔,但是臭氧發生量低。
       3.5.4. 二氧化氯化學法發生器
       (1)二氧化氯化學法發生器
       a)純二氧化氯化學法發生器:用亞氯酸鈉與鹽酸反應生成純的二氧化氯,純度可達95%,現有的大部分市售發生器將反應物、產物全部帶入水中,水中亞氯酸鹽含量可能超標。
       b) 復合二氧化氯化學法發生器:用氯酸鈉與鹽酸在80℃下反應生成二氧化氯與氯氣的混合物,現有的大部分市售發生器將反應物、產物全部帶入水中,水中亞氯酸鹽 和氯酸鹽含量可能超標。但是,已有一些產品,僅將二氧化氯氣體吸入待處理的水中,大大減少了水中亞氯酸鹽和氯酸鹽含量。
       (2)二氧化氯電解法發生器
       a)氯酸鈉為原料:可用氯酸鈉與硫酸電解生成二氧化氯,不含亞氯酸鹽。
       b)氯化鈉為原料:將陽極產物:OCl-、OH。、ClO2和H2O2的混合氣體直接加入水中,殺菌效果好,消毒副產物少,但是,僅適于小水量消毒。
3.5.5.次氯酸納電解法發生器

       用氯化鈉溶液作原料,經電解后,陰陽極產物混合形成次氯酸鈉溶液,但是,電解效率低,影響其實際使用,目前,較少用于飲用水消毒。
       3.5.6.水電解法發生器
       (1)水隔膜電解法發生器
       生活飲用水經電解后,在陽極室生成堿性水,在陰極室生成酸性水,當離子隔膜質量上佳時,酸性水具有消毒殺菌作用,卻無消毒副產物。
       (2)水直接電解法發生器
       正負電極直接插入水箱的儲水內,電解水生成OH。、OCl-以及新生態氧殺滅水中微生物,不需另加化學物,即可實現水的消毒,但是電解效率較低。
       3.6礦化
       有些家用凈水器為了提高賣點,除了采用活性碳或滲銀活性碳、陶瓷濾芯實現凈化功能,還在凈水器內裝填麥飯石、珊瑚砂、硅砂或稀有礦砂,聲稱可以增加人體必需 的多種微量元素,去除有害重金屬,釋出礦物質,制備人造礦化水;有的還在成品水出水前安裝一塊永磁鐵,聲稱經此類礦化、磁化處理后,水分子可呈六面體結 構,可在人體細胞內發揮最大效能,但尚無相關實驗數據支持。
       3.7除氟
       除氟水質處理器多采用化學除氟劑,去除水中過量的氟,通常 為活性氧化鋁和骨碳,是一種成熟技術,美國的阿利亞娜高氟地區自來水廠均采用活性氧化鋁除氟,但是,必須用酸調節進水的pH至5.5,才能確保較高的除氟 容量,故而對除氟罐的內襯要求及其嚴格,自80年代中期,國內城鄉高氟地區安裝了不少活性氧化鋁除氟設備,大多因內襯不嚴密、過薄、易斷裂,致使調節pH 的酸液滲出,腐蝕罐體,產生的鐵離子導致活性氧化鋁中毒,失去活性,大大影響了活性氧化鋁除氟的效果,為此,許多農村水廠停止進行活性氧化鋁除氟。
       骨碳除氟的出水色度、濁度和嗅味經常不能令人滿意,骨碳制備的工業化水平低,顆粒的強度差,損耗率高,雖然成本較低,還是限制了它的使用。
當原水的氟和礦化度都高時,可采用電滲析除氟,但是,電滲析除一價陰離子的效果較差,成本高,目前不適合邊遠農村應用。

       4.外觀設計
       按外觀設計分類,家用水質處理器有龍頭式、單筒式、雙筒式、臺式、桶式、壁掛式、柜式、立罐式之分,大型水質處理器有多罐組合、一體化設備、凈水屋、水箱式消毒處理器等。
       4.1龍頭式
       結構簡單緊湊,不占空間,不消耗能源,處理容量有限,使用壽命短。
       4.2單筒式
       將單一濾芯或復合濾芯置于同一過濾器內,籍自來水的壓力實現過濾,但處理容量較小,功能單一。
       4.3雙筒式
       將兩種濾芯分別置于兩個過濾器內,可根據每個濾芯的使用壽命,分別更換濾芯,籍自來水的壓力實現過濾。
       4.4臺式
       將多于兩種的濾料置于同一過濾芯內,濾芯上部為原水罐,下部為凈化水罐,籍重力過濾,流速緩慢,結構緊湊,不耗電能,但是,要求人工添加原水,處理容量小,需經常更換濾芯,置于避光處,以防藻類生長。
4.5桶式
    將過濾芯置于水桶內,位于飲水機頂部,取代桶裝水,現制現飲,不耗電能,但是,要求人工添加原水,處理容量小,需經常更換濾芯。

       4.6壁掛式
       為節省空間,可將水質處理器掛在墻壁上。
       4.7柜式
       將家用水質處理器與飲水機結合,一般將水質處理器置于飲水機的下部,處理出水直接進入飲水機,進一步制備熱水、常溫水或冰水,現制鮮用,減少桶裝水的中間環 節,例如:桶裝水的搬運困難、桶的置換勞動強度大、與水直接接觸部件不易清洗維修、水在桶內儲存時間過長、常出現生物性污染。
       4.8立罐式
       處理容量大、不需加壓泵,自動反沖洗,使用壽命長,可處理家庭全部生活用水、烹調和飲用水。
       4.9多罐組合
       多數大型純水處理器由石英砂罐、離子交換罐、活性碳罐和RO組合而成。
       4.10.一體化設備
       多數大型凈水處理器由活性碳和紫外或臭氧發生器合成一體化設備。
       4.11水箱式消毒處理器
       將水電解發生器直接置于儲水溶器內,利用水電解后生成的OH。、OCl-以及新生態氧殺滅水中微生物,常用于二次供水系統。
       4.12凈水屋
       將凈水機置于自動售貨機內,使制水與售水聯為一體,由買水者自行*作,電腦控制售水量和水處理運行。

       5. 結論
       5.1 原料的衛生安全要求
       與水接觸的濾料和部件應符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規范》(2001)的要求。
       生活飲用水處理中使用的化學處理劑應符合《生活飲用水化學處理劑衛生安全評價規范》(2001)的要求。
       5.2 水質處理器的衛生安全與功能要求
       5.2.1 一般水質處理器
       以活性炭、微濾、超濾、陶瓷濾芯、分子篩等為主要處理組件的一般水質處理器的衛生安全與功能要求應符合《生活飲用水水質處理器衛生安全評價規范—一般水質處理器》(2001)的要求。
       5.2.2 反滲透處理裝置
       以反滲透膜、蒸餾器等為主要處理組件制備飲用純水的水質處理器的衛生安全與功能要求應符合《生活飲用水水質處理器衛生安全評價規范—反滲透處理裝置》(2001)的要求。
       5.2.3 納濾處理裝置
       以納濾膜、電吸附等為主要處理組件制備飲用凈水的水質處理器的衛生安全性要求應符合《生活飲用水水質處理器衛生安全評價規范—一般處理裝置》(2001)中4和5的要求,其出水應符合《飲用凈水水質標準》(CJ94-1999)的要求。
       5.2.4 礦化水器
       旨在改善飲水水質,增加水中某種對人體有益成分為目的的飲用水水質處理器的衛生安全與功能要求應符合《生活飲用水水質處理器衛生安全評價規范—礦化水器》(2001)的要求。

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