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我国家用净水器的工艺特点
1.周玲玲 2.武道吉 3.张永吉
1. 哈尔滨工业大学 市政环境工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150090;
2. 山东建筑大学市政与环境工程学院, 山 东 济南, 250101;
3. 同济大学环境科学与工程学院, 上海, 200092
1 前言:概述了以活性炭和膜过滤技术为核心的家用净水器的净水工艺及净水效果,并介绍了以这两种工艺 为基础的复合型家用净水器净水工艺.针对我国现今净水器发展状况讨论了净水器相关生产标准,管理办 法,并对家用净水器发展方向做了简单展望. 关键词:家用净水器; 活性炭; 膜过滤; 紫外线消毒
2 家用净水器的主要净水工艺及其特点 2.1 活性炭净水器
我国自来水厂大部分仍采用传统的常规处理工艺, 这种净化工艺主要是去除悬浮物, 胶 体和细菌, 而其去除溶解性有机物的效率是极低的, 同时消毒时消毒剂氯会与水中的有机物 反应,生成大量的致癌有机卤化物(三卤甲烷,卤乙酸等);另外随着水源污染的加剧,通过 传统的净化工艺处理的出水已很难满足人们对饮用水水质的要求. 随着人们生活水平的不断 提高,人们对生活质量也越来越重视,对饮用水卫生要求也在不断提高,净水器走进家庭, 已成为现代居民生活的趋势. 家用净水器作为一种微型化的水质深度处理装置. 它的发展速度很快, 其社会需求量也 很大.在当前及今后相当长的时间内,都将有很大的市场潜力,很有发展前景.
对家用净水器的研究与开发始于六十年代, 在七十年代达到高峰并一直持续至今. 现在 对家用饮水净水器的研究主要是除有机物与无机污染物和除菌. 按工艺流程, 其净水技术主 要有以下几种:
活性炭是目前所有饮用水深度处理技术应用最广泛的一种深度处理技术, 可经济有效地 去除嗅,味,色度,氯化有机物,农药,放射性有机物及其它人工合成有机物,且生产方便. 活性炭是一种多孔性物质, 内部具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积. 其中微孔构成的内 表面积占总面积的 95%以上,活性炭对有机物的去除主要是微孔吸附作用.活性炭的孔径 特点决定了它对不同分子大小有机物的去除效果不同. 活性炭的孔隙一般可分为大孔, 过渡 孔和微孔.大孔主要分布在活性炭表面,对有机物的吸附作用甚微.过渡孔是水中大分子有 机物的吸附场所和小分子有机物进入微孔的通道.微孔则是活性炭吸附有机物的主要区域. 炭粒之间形成了具 压缩活性炭棒是将细炭粉经过烧结加以粘合剂压缩而成的活性炭体, 有特定孔隙分布的立体交错的网状结构. 通过粉状活性炭的吸附作用可将水中的浊度, 有机 物等去除, 通过压缩活性炭棒的立体网状结构所具有的筛分作用又可以截留大分子物质, 细 [1] 菌等.试验表明 :采用压缩活性炭棒联用技术的家用净水器安全性高,这种净水器发展 前景广阔.试验结果显示,这种净水器对高锰酸盐指数,浊度,色度,细菌总数,大肠菌群, NH3—N等水质参数去除效果明显.
项目来源:国家科技重大专项资助(No. 2008ZX07421-002; 2008ZX07422-005)
2.2 膜过滤净水器
以超滤膜为主。
2.3 复合型净水器
膜过滤技术是以高分子分离膜为代表的一种新型的流体分离单元操作技术. 膜过滤法的 最大特点是分离过程中不伴随有相的变化, 仅靠一定的压力作为驱动力就能获得很高的分离 效果,是一种非常节省能源的分离技术.膜分离技术在饮用水深度处理中有广泛的应用,根 据膜孔径大小可分为微滤(MF,孔径 0.1—10m),超滤(UF,孔径 0.001—0.1m),纳滤(NF, 孔径 0.0005—0.005m)和反渗透(RO,孔径 0.0001—0.001m)等. 在选择膜时,应根据需要和进水水质选择适当的膜,膜孔径大了则影响出水 效果,不 能满足需要,膜孔小了,则所需工作压力高,且通量低,易堵塞,从而大提高了成本. 纳滤膜是在80年代后期研制开发的一种新型的分离膜,由于纳滤膜平均孔径在1~3纳米 之间而且其工作压力一般为0.5～2.0MPa故又称为超低压反渗透膜.纳滤孔径范围介于反渗 透膜和超滤膜之间, 对污水中分子量为数百的有机小分子具有分离特性, 有效截留分子量界 限约为200~1000.通过纳滤膜能保留大多数人体必须的无机离子,出水效率高[6,7]. 由于纳滤膜特殊的孔径范围和制备时的特殊处理(如复合化,荷电化) ,使得纳滤膜具 有较特殊的分离性能,在脱色和去除有机物(TOC) ,饮用水中加氯前三卤代烷(THA)前 驱物(腐植酸和灰黄霉酸) ,海水中的硫酸盐,水的硬度以及地下水中的硝酸盐,放射物质 [7] 和硒等方面效果显著 .
面对越来越严重的水污染, 依靠单一的活性炭吸附或膜过滤已无法使水净化到理想的效 果,因此复合型净水器得到发展. 复合型净水器由两种或两种以上净水材料组成, 但不是简单的不同净水工艺相叠加, 而 是优势互补,相互影响以达到较理想的净水效果. 常见复合型净水器的净水流程有以下几种[8]: I. 进水→载银活性炭→微滤(超滤)→出水 II. 进水→载银活性炭→阳离子交换树脂→微滤(超滤)→出水 III. 进水→2UM 膜微滤→活性炭→0.2UM 膜微滤(超滤)→出水 IV. 进水→PP 熔喷滤蕊→微滤(超滤)→出水 V. 进水→微孔陶瓷→活性炭→阳离子交换树脂→出水
活性炭纤维是有机炭纤维经活化处理后形成的一种新型吸附材料,具有发达的微孔结 构,巨大的比表面积,以及众多的官能团.其吸附速率较颗粒活性炭快得多,再生时也易脱 附. 由于表面大量的含氧官能团使活性炭纤维对某些极性吸附质具有特殊的吸附能力, 这有 [2] 利于去除水中的氯仿 . 活性炭净水器在运行中也存在一些问题, 如果进水存在氨氮, 则出水亚硝酸盐浓度会有 所增加,这是由于活性炭层中发生了生物氧化——硝化作用.另外,活性炭使用后,被活性 炭吸附的有机物会成为细菌繁殖的温床而使出水中细菌增多. 在活性炭上渗银能起到杀菌和 + 使蛋白质凝固, 抑制细菌生长的作用, 这主要是由于 Ag 对组成细菌的蛋白质酶有破坏作用, 因而使菌体弯曲变形而死亡[3],但如果渗银活性炭质量不过关则会出现漏银现象,使出水银 离子浓度超出国家相关用水标准, 而且渗银活性炭的消毒功效不能持久. 对于在活性炭使用 后其上繁殖的细菌会使出水细菌总数往往会超标, 建议后置消毒设备, 以保证出水能够生饮. 有些净水器安装了三碘树脂消毒剂, 这会使运行初期水呈黄色或甚至红色, 而且可能使水中 [4] 的碘含量超标,人体摄入过多的碘则能引起高碘甲状腺肿 ,如果有条件的话,最好采用紫 外灭线消毒[5].
VI. 进水→磁化→活性炭→微滤→矿化→磁化→出水 可以看出复合型净水器主要是利用活性炭去除余氯,有机致突变物,色度,异味,以膜 过滤去除悬浮颗粒及微生物;以阴阳离子交换树脂降低水的硬度,铁,氟等,从而达到净化 水质的目的. 复合型净水器由于其价格适中,操作简便,处理效果好而成为当前净水器发展的热点. 3 当前净水器存在的主要问题 1)由于净水器是最近几年才快速发展起来的,所以其相关国家卫生标准,净水器材料 使用要求,出水水质,管理办法等法律法规还有待完善; 2)对净水器的科研投入不够,这主要由于净水器量产的规模还不够,大型净水器企业 还不成规模,这就造成了净水器的生产过程规范化程度不高,处理工艺也大同小异.相信净 水器的巨大商机及对其加大科研而带来的远期效益会促使各方加大对净水器的科研的投入; 3)有些净水器存在二次污染的问题,如有些净水器刚开始运行时效果还很明显,但时 间长了,诸如出水总细菌数超标等问题出现了,所以在设计时应从长期来考虑.
参考文献
2002,29(8):61-64 [3] 王岭. 载银活性炭的研究.净水技术[J]. 1994 (2):9-14 [4] 朱惠刚. 净水器的净水效果.环境与健康杂志[J]. 1994,11(9):186-189 [5] 岳舜琳. 家用净水器的选择. 技术交流[J],2004,7:34-35 [6] 李卉, 李光明. 纳滤膜在水处理中的应用. 江苏环境科技[J], 2006,19(2):130-132
家用净水器市场的巨大潜力必将推进其快速发展,对于发展方向,笔者认为: 1) 加速推进净化材料的发展,一方面新型的净化材料必将大大提高出水水质,另一方 面随着材料制造工艺的发展, 必将大幅降低净水器的总体成本, 这无疑加速了净水器的推广. 2) 根据不同进水水质及不同需求优化处理工艺.水质一般因地而异,如我国北方水质 硬度大,而南方水质有机物污染严重故宜采用不同的工艺. 3) 防止净水器带来二次污染,如净水器上细菌的生长会使出水总细菌数超标,渗银活 性炭若质量不过关则会出现漏银现象, 三碘树脂消毒剂使用不当能使水中的碘含量超标, 反 渗透处理效果虽好, 但同时也将原水中对人体有益的矿物质和微量元素也几乎全部去除, 故 应采取相关措施防止由净水器本身所带来的不利影响. 4) 纳滤由于其工作压力要求低,可直接用自来水压力,而且纳滤能去除水中的各种悬 浮物,胶体,大分子,有机物,微生物,病毒等,也能去除对人体危害较大的卤代有机物和 部分大基团的无机盐, 其应用前景巨大. 5) 在消毒方面,紫外线消毒发展空间巨大.传统的加氯消毒会产生致畸,致癌,致突 变的消毒副产物 (DBPs) 对人体健康的潜在影响极大, , 而臭氧消毒也由于其制取设备复杂, 运行费用高,消毒后也可能存在 DBPs,因而没有得到推广.紫外线消毒不仅不需投加任何 药剂,而且不产生 DBPs,杀菌速度快,灭菌率高,管理和自动化程度高,是一种绿色的消 毒方式.
[1] 解磊, 杨秀妍, 白景峰等. IBAC—压缩活性炭棒联用技术家用净水器的可靠性研究应用科技. [2] 孙治荣 范延臻 王宝贞.国内外饮用水净水器的发展现状评述[J].哈尔滨建筑大学学报. 1999,4(32):61-64
[7] 卢红梅. 纳滤膜的特性及其在国内水处理中的应用进展.过滤与分离[J], 2002,12(1):38-41 [8] 李长青, 王明法, 吴小辉等. 国产家用净水器现状和发展. 中国公共卫生[J], 1999 15(6):537-538
A brief talk on the development of household water purifiers
Zhou Lingling1, Wu Daoji2, Zhang Yongji3
1. School of Municipal Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China; 2. College of Environmental and Municipal Engineering; Shandong Jianzhu University; Jinan 250101; China; 3. College of Environmental Science Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; Abstract:These theses mainly describes the main purification process which is mainly depending on activated carbon and membrane filtration technology and their optimization and strengthen technologies as well as some compound water purification processes which are based on activated carbon and membrane filtration technology.
Pose problems which are based on the current state of the development of household water purifiers. The problems
direction from many aspects.
Keywords: household water purifiers; activated carbon; membrane filtration; ultraviolet disinfection
include the imperfect production standards and management methods. Give a brief outlook of its development
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