4 水处理

4.0.1～4.0.3 饮用水常规处理工艺(如混凝、沉淀、过滤、消 毒)对水中的悬浮物(浊度)、胶体物和病原微生物有很好的去除效果，对水中的一些无机污染物，如某些重金属离子和少量的有机物有一定的去除效果。然而，目前饮用水处理面临的问题，除了原有的泥砂、胶体物质和病原微生物外，主要有：有机污染物、氨氮、消毒副产物、水质稳定性等。对于微污染水源，常规处理工艺对总有机碳和病毒的去除率分别约为30％和55％，滤后水中贾第虫和隐孢子虫检出率分别为20％和29.3％，加上消毒副产物THMs(一般为40μg/L～70μg/L)及供输配系统二次污染，严重地威胁着人们的饮水安全，所以，在条文中提出原水应深度净化处理的要求。同时，不同水源经常规处理工艺的水厂处理后出水又不相同，所以居住小区和建筑饮用净水的处理工艺流程的选择，一定要根据原水的水质情况来确定。不同的处理技术有不同的水质适用条件，而且不同处理技术的造价、能耗、水的利用率、运行管理要求等也是不相同的。采用不同的净化处理工艺流程将会影响工程投资和制水成本，并且相差的数额较大，所以选择工艺、处理单元和工艺参数一定要有实用性和针对性。如果原水受到严重污染，水质很差，则应根据水质检测资料，通过试验确定工艺流程。
    确定工艺流程前，应进行原水水质的收集和校对，原水水质分析资料是决定饮用水制备工艺流程的一项重要资料。应视水质情况和用户对水质要求，针对性地选择工艺流程，以满足直饮水卫生安全的要求。
    选择合理工艺，经济高效地去除不同污染是工艺选择的目的。处理后的建筑与小区管道直饮水水质应达到健康的要求，即去除水中有害物质，亦应保留对人体有益的成分和微量元素。所以，优化选择饮水深度净化工艺，是生产安全且有益健康的直饮水的重要保障。技术经济综合评价则是水处理方案实施可行的依据。
    通过工程实践，国内取得较好效果的直饮水工程及其工艺流程有：
    1 深圳某小区管道直饮水系统采用工艺，如图2所示。
    经臭氧-生物活性炭与膜组合工艺处理，将自来水浊度从0.3NTU～0.8NTU降至0.1NTU以下，高锰酸钾指数由1.5mg/L～4mg/L降至0.5mg/L～1.5mg/L，去除率达68.0％；UV254由0.07cm-1～0.12cm-1降为0.009cm-1～0.023cm-1，去除率为83％；总有机碳由2400μg/L～2900μg/L降为700μg/L～1600μg/L；Ames试验由阳性转变为阴性；将0.1mg/L～0.45mg/L的亚硝酸盐氮和0.03mg/L～0.35mg/L的氨氮降至检测限以下，同时出水硝酸盐浓度≤10mg/L，说明该系统具有安全的运行效能。但本流程无脱盐工艺，因此仅适用于含盐量、硬度等金属离子含量小于饮用净水水质要求的原水的处理。

图2 建筑与小区管道直饮水系统工艺流程(一)

2 东北某市管网有机物微污染水作为建筑与小区管道直饮水原水的处理工艺流程，如图3所示。
    处理效果见表1。

图3 建筑与小区管道直饮水系统工艺流程(二)

表1 直饮水纳滤膜净化效果

该项目通过工艺试验选定适用于饮用水的纳滤膜(出水中有益健康的离子含量要高)，满足直饮水的水质目标。试验证明：臭氧活性炭、纳滤处理工艺对微污染水的处理是行之有效的，完全可以达到直饮水的水质目标。
    3 宁波某小区直饮水工艺流程，如图4所示。
    水源水质好的经超越管处理，水源水质差(水厂水源为≥3级地面水，即三类以上水体)的经全工艺过程处理，处理后的水质完全符合和优于现行行业标准《饮用净水水质标准》CJ 94的规定，水样经Ames试验，出水均为阴性。该系统采用二级活性炭吸附过滤，适用于取自多水源的水厂出厂水(自来水)饮用净水工程借鉴。

图4 建筑与小区管道直饮水系统工艺流程(三)

    4 上海某星级饭店饮用净水系统工艺流程，如图5所示。

图5 建筑与小区管道直饮水系统工艺流程(四)

    这种经深度处理后的管道直饮净水，保留了水中对人体有益的钙、镁、钠等元素，可直接饮用，有利于人体健康，符合现代社会新的健康概念。该系统的出水经医学卫生检测和监督等有关单位跟踪采样检测及评审，达到了欧盟水质要求和建设部城市供水2000年一类水质目标。
    5 北京、广州地区常用的纯净水处理工艺流程，如图6所示。

    注：广州地区自来水水质属软水，未设阳离子交换器。
    处理工艺系统实际上由三个部分组成。第一部分预处理，由砂滤和活性炭吸附过滤组成，对纯净水来说属预处理，对自来水来说属深度处理。第二部分(中间)是阳离子交换器、中间水箱、微滤器所组成，阳离子树脂可以是RNa型，一般采用RNa(钠型)。主要去除水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子，使水软化。因水中存在的主要是Ca²⁺、Mg²⁺的组合物，去除后大大减轻RO装置 的负担，同时不使Ca²⁺、Mg²⁺在RO膜面结垢。第三部分是由反渗透(RO)装置及后续装置组成，RO装置是去除水中所有阳离子和阴离子，使出水成为纯净水。“精过滤器”主要起“保安”作用，滤去前置的破碎活性炭和破碎的离子交换树脂。
    从反渗透和超滤两种不同工艺来看，二者的最大差别就是对水中离子的处理效果不同。反渗透几乎去除了水中全部的离子，电导率测定值在12μS/cm左右；而超滤出水的电导率基本不变，与原水保持一致，一般在200μS/cm左右。从各种离子的检测结果也可以看出，经过反渗透工艺后，离子浓度大幅度下降，接近于零。而采用超滤工艺深圳某村净水站出水中，各种离子的浓度基本保持不变，尤其是对人体健康有益的离子，如钾、钙、硅等。反渗透工艺去除了几乎全部的离子成分，而超滤出水保留了水中的绝大部分离子。对水中的重金属指标，二者都可以很好地去除。经反渗透工艺的总有机碳几乎全部去除。CODMn的去除两者均达到，反渗透工艺效果稍好于超滤工艺。
    6 宁波某集团臭氧型系统工艺特点
    1)独特臭氧氧化：采用某大学研制的独特的高浓度臭氧技术(该技术采用特殊膜电极电解纯水方法制取臭氧，浓度可达16％～20％)对水进行氧化，可有效地将一些难于被生物降解和活性炭吸收的大分子有机物氧化分解为易于降解和吸附的小分子有机物或H₂O、CO₂等，增强后续活性炭吸附和生物降解的效果。在臭氧氧化的同时，还可大大降低水的浊度、色度和臭味，达到净化水的功能，并使水的含氧量提高。
    2)电子活化：水通过变频电磁场时，水分子作为偶极子不断反复极化，改变水的物理结构和物理性质，使水中(H₂O)₆增多，增强水的活性，促进人体吸收。
    7 某公司的一体化中央净水机组(超滤或纳滤处理工艺)MHW-Ⅱ-J(C)超滤中央净水机机组特点：
    1)采用超滤技术，将有机污染不太严重、含盐量较低的原水转化为直接饮用的净水，使处理后的水达到现行行业标准《饮用净水水质标准》CJ 94的水质要求；
    2)经济性：社备采用超滤膜分离技术，其成本比采用纳滤和反渗透膜的中央净水机成本低，产水率高，对小区实现分质供水，投资少；
    3)耐久性：活性炭1年左右更换一次，滤芯每6个月左右更换一次，超滤膜寿命为1年～2年，机械部分寿命20年以上；
    4)设有液位开关和故障报警装置，采用PLC控制，运行稳定、可靠；
    5)设备采用变频循环供水，可实现恒压控制，且连续运行水为活水，确保净水箱和管道中水洁净无菌，避免桶装水、家庭小饮水机长期使用细菌超标的缺陷；
    6)多功能一体机，集制水、储水、供水、清洗于一体，砂滤、炭滤、膜再生全部自动控制；
    7)既可以降低水的浊度、色度，去除细菌、病毒、有机物等有害物质，同时又可保留对人体有益的矿物质和微量元素；
    8)整机设备拆装、维修方便。
    MHW-Ⅱ-J纳滤中央净水机组特点：
    1)利用过滤、吸附、纳滤膜分离、紫外线杀菌、电磁活化等现代工艺，采用微电脑自动控制，将地下水、自来水转化为优质饮用净水；
    2)采用模块化、系列化设计，将制水、储水、供水、清洗有机设计成一体，安装运输方便，用户仅需将其出入水口接入管网即可实现分质供水；
    3)采用进口纳滤膜元件，不同于传统的反渗透，既可以将水中的细菌、病毒及过高的硬度等有害物质去除，同时又可保留对人体有益的矿物质；
    4)供水时采用特殊波长的紫外线消毒装置杀灭细菌，并采用先进的电磁活化技术；
    5)具有加药清洗功能，对纳滤膜进行周期性全自动清洗再生，使纳滤膜保持高生产能力；
    6)过水零部件采用食品级不锈钢，储水设备采用不锈钢全密封设备，不仅抗腐蚀耐用，而且干净卫生，不易产生污染；
    7)管网用不了的净水流回净水箱后，要再次进行活化、消毒处理才会供给用户，杜绝死水；
    8)采用进口电控器件，具有紫外灯、滤芯、TDS等报警功能，可以实时监控，全自动化控制，使用简便，运行无噪声，安全可靠。
4.0.4 对于建筑与小区管道直饮水系统因水量小、水质要求高，通常使用膜处理技术。
    目前膜处理技术包括超滤、纳滤和反渗透。
    1 超滤(UF)
    超滤膜介于微滤与纳滤之间，且三者之间无明显的分界线。
    一般来说，超滤膜的截留分子量在500D～1000000D，而相应的孔径在0.01μm～0.1μm之间，这时的渗透压很小，可以忽略。因而超滤膜的操作压力较小，一般为0.2MPa～0.4MPa，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。因此超滤过程除了物理筛分作用以外，还应考虑这些物质与膜材料之间的相互作用所产生的物化影响。
    2 纳滤(NF)
    纳滤膜是20世纪80年代末发展起来的新型膜技术。纳滤的特性包括以下6个方面：
    1)介于反渗透与超滤之间；
    2)孔径在1nm左右，一般1nm～2nm；
    3)截留分子量在200D～1000D；
    4)膜材料可采用多种材质，如醋酸纤维素、醋酸-三醋酸纤维素、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺复合材料和无机材料等；
    5)一般膜表面带负电；
    6)对氯化钠的截留率小于90％。
    3 反渗透(RO)
    反渗透膜孔径小于1nm，具有高脱盐率(对NaCl去除达95％～99.9％)和对低分子量有机物的较高去除率，使出水A-mes致突活性试验呈阴性。目前膜工业上把反渗透过程分成三类：高压反渗透(5.6MPa～10.5MPa，如海水淡化)，低压反渗透(1.4MPa～4.2MPa，如苦咸水的脱盐)，和超低压反渗透(0.5MPa～1.4MPa，如自来水脱盐)。反渗透膜用作饮用水净化的缺点是将水中有益于健康的无机离子全部去除，工作压力高(能耗大)，水的回收率较低。因此，对于反渗透技术，除了海水淡化、苦咸水脱盐和工程需要之外，一般不推荐用于饮水净化。另外反渗透膜出水pH值呈弱酸性，不宜使用铜质管材，应优先选用不锈钢等耐腐蚀材料作为管材。
    其他的水处理技术如电吸附(EST)处理、卡提斯(CAR-TIS)水处理设备(核心技术为碳化银)以及活性炭分子筛等，其应用应视原水水质情况，在满足饮用净水水质标准，经技术经济分析后，合理选择优化组合工艺。
4.0.5 各种膜净化技术都有明确的适用范围，因此在深度净化工艺设计中，应根据各地直饮水水源的水质特点，并结合用户对直饮水产品水的要求等具体情况有针对性地选用，同时考虑膜处理的特殊要求，在工艺设计中还应设置一定的预处理、后处理单元和膜的清洗设施。
    1 预处理的目的是为了减轻后续膜的结垢、堵塞和污染，以保证膜工艺系统的长期稳定运行。一般而言，过滤(如多介质、活性炭、精密过滤、微滤、KDF等方法)、软化(主要为钠离子交换器)和化学处理(如pH值调节、阻垢剂投加、氧化等)是最常见的预处理方法。
    预处理是将不同的原水处理成符合膜进水要求的水，以免膜在短期内损坏。其中，反渗透膜和纳滤膜对进水水质的要求见表2。

表2 反渗透膜和纳滤膜对进水水质的要求

    2 后处理是指膜处理后的保质或水质调整处理。为了保证建筑与小区管道直饮水水质的长期稳定性，通常需要采用一定的方法进行保质，常用方法有：臭氧、紫外线、二氧化氯或氯等。
    此外，在一些建筑与小区管道直饮水工程中需要对膜产品水进行水质调整处理，以获得饮水的某些特殊附加功能(如健康美味、活化等，其中某些功能尚有待进一步研究论证)，常用方法有：pH值调节、温度调节、矿化(如麦饭石、木鱼石等)过滤、(电)磁化等。
    3 膜污染是造成膜组件运行失常的主要影响因素。膜污染可定义为：当截留的污染物质没有从膜表面传质回主体液流(进水)中，膜面上污染物质的沉淀与积累，使水透过膜的阻力增加，妨碍了膜面上的溶解扩散，从而导致膜产水量和水质的下降。同时，由于沉积物占据了水流通道空间，限制了组件中的水流流动，增加了水头损失。这些沉积物可通过物理、化学及物理化学疗法去除，因而膜产水量是可恢复的。然而，膜产水量的下降将影响膜的运行和投资费用，这是因为产水量决定了膜的清洗频率与膜更换的频率(当产生大量不可去除的污染时)。
    膜的污染物可分为六大类：①悬浮固体或颗粒；②胶体；③难溶性盐；①金属氧化物；③生物污染物；⑥有机污染物。
    膜的清洗包括物理清洗(如冲洗、反冲洗等)和化学清洗，可根据不同的膜形式及膜污染类型进行系统配套设计。
    常用的化学清洗剂见表3所示。

表3 常用的化学清洗剂

    注：“√”表示清洗效果良好；a)指不能用于醋酸纤维素膜的清洗。
    通常，纳滤和反渗透膜一般用化学清洗；对于超滤系统，一般为中空纤维膜，所以多用水反冲洗或气水反冲。有关膜的特性以及诸如清洗方法、药剂选择、膜污染判断、清洗设备和系统、清洗有关注意事项、清洗效果评价和膜停机保护，均可向膜公司或专业清洗公司咨询。
    根据国内有关单位完成的建筑与小区管道直饮水系统的试验研究以及国内外直饮水系统工程经验总结，考察了不同情况下采用的各种不同的工艺，结果表明，处理工艺需根据原水水质特点和出水水质要求，有针对性地优化组合预处理、膜处理和后处理。
    对于以城市自来水为水源的直饮水深度处理工艺，本着经济、实用的原则，采用臭氧活性炭或活性炭再辅以微滤或超滤过滤和消毒工艺，充分发挥各自的处理优势，是可以满足直饮水水质要求的。只有在某些城市水源污染较严重、含盐量较高、水中低分子极性有机物较多的自来水深度净化中，才考虑采用纳滤。至于反渗透技术用于直饮水深度净化，除要求达到纯净水水质外，一般宜少用。反渗透出水的pH值一般均小于6，需调节pH值后才能满足直饮水水质标准的要求。
    通过试验表明，以城市自来水为水源，配以合理的预处理，根据原水水质不同，可采用不同处理单元的组合：
    1)原水为微污染水，硬度和含盐量适中或稍低，采用“活性炭＋超滤”；
    2)原水为微污染水，硬度和含盐量偏高，采用“活性炭＋纳滤”或“活性炭＋反渗透”；
    3)原水有机物污染严重，采用“臭氧＋纳滤”或“臭氧氧化＋活性炭＋反渗透”。
4.0.6 本条是根据现行行业标准《饮用净水水质标准》CJ 94提出的消毒剂残留浓度要求。为了确保管网末梢水在使用过程中不滋生细菌，游离性余氯的浓度一般控制在≥0.01mg/L。从口感考虑，游离性余氯含量越低越好，消毒系统应能做到调节控制，一般控制供水0.05mg/L～0.08mg/L；回水0.03mg/L～0.05mg/L。本次修订列举了几种消毒方式，其中的光催化氧化技术利用特定光源激发光催化材料，产生具有极强氧化性的羟基自由基，羟基自由基可夺取细菌、病毒、微生物等组织中的氢，直接破坏并摧毁其细胞组织，将水中的细菌、病毒、微生物、有机物等迅速分解成CO₂和H₂O，使微生物细胞失去复活、繁殖的物质基础，从而达到彻底分解水中细菌、病毒、微生物、有机物等。光催化氧化技术在杀菌消毒过程中无需添加任何化学药剂，无副产物，无有害残留物。
4.0.7 本条规定是根据节水、节能要求所提出，考虑到实际回用情况，本次修订将“应回收利用”改为“宜回收利用”。