承德新华炭业集团有限公司
Date: 2012-04-29 00:00:00Written By 新华炭业

生活饮用水水质处理器的卫生安全要求

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 随着城市化和工业化的迅速发展,面对日益恶化的水源水质,常规饮用水处理工艺已显得力不从心,对常规处理工艺制备的自来水进行气质联机 (GC/MS)分析微量有机污染物和Ames致突变试验结果表明:常规工艺对水中微量有机污染物没有明显去除效果,对水中氯化致突变物不仅不能去除,出水 中的致突变活性反而较处理前增加了50-60%,总之,在水源受污染的情况下,由于常规处理工艺的局限性,难以保证市政自来水水质的安全性。
       当前,自来水厂处理工艺经不住恶劣源水的冲击,出厂水在庞大的输配水管网中极易被中途污染,住户楼内高位水箱或低位水池未及时清洗,管网老化,抽吸倒流,均会影响龙头水水质,多数城市管网末梢自来水水质存在以下问题:

       1、悬浮物、氯味、臭味等感官性状指标不达标
       ⑴ 微生物指标不达标
       ⑵ 水中溶解性有机物含量过高
       ⑶ 水的硬度过高,阴阳离子比例不当
       水源中的有机污染物,特别是常规处理难以去除的微量有机物,将影响人体健康。为解决饮水对人体健康的危害,一些城市不惜投入巨大人力、财力和物力,从远距离 调集未受污染的源水,这不仅构成经济重压,而且有悖于经济规律,因为100多年来传统的给水处理工艺对于水中有机物非但不能有效去除,反而可能产生有害的 氯化消毒副产物,而一味地往上游取水,有可能取到上游城镇的下水,仍然逃避不了水源的污染问题。在水厂内将水全部进行深度处理是不经济的,鉴于城市自来水 厂提供的水是满足城市各种社会功能的,其中与人体接触并进入体内的水量仅占0.5-2%,另外铺设一条专供饮用的城市输配水管网是不现实的。在管网供水点 —用户水龙头进行补充处理,则是可以接受且易于实现的,这就是采用家用水质处理器的由来,这种技术是解决当前饮水水质最佳的途径之一。

       2. 水质处理器现状
       国外家用水质处理器普及率很高,1998年,日本拥有50万只,美国拥有600万只,人口仅2500万的加拿 大,亦拥有每年10万只的销售量。自1979年起,为解决自来水的恶臭,中国的上海首先在家庭水龙头上安装活性碳净水器,一定程度上改善了饮水的水质,但 是,不少企业贪图利润,将一些劣质净水器充斥市场。1986年,对上海市16种家用净水器进行抽检,合格率仅为44%,集团用净水器的合格率仅为10%, 消费者对该类产品持怀疑、否定态度,市场一度萎缩。随着膜技术和臭氧发生技术的成熟及市场需求的增长,净水器市场日见发展,自1997年至2003年,每 年以20%的速度增加。如表1-1所示,1998-2003年间,约有837件水质处理器申报了卫生许可批件,其中家用水质处理器约占57%,集团用水质 处理器约占43%。2004年约有231件水质处理器申报了卫生许可批件。
       各种各样的水质处理器已见诸于市场,诸如:以活性碳为主的介质过滤法,约占55%;以微滤、超滤、纳滤、反渗透为主的膜法,约占36%;以除菌功能为主的物化消毒法,约占4%;以软化、电解为主的水质调节法,约占5%。
表1-1 1998-2003年申报卫生批件的水质处理器种类

       3. 水质处理器设计的卫生安全要点
       3.1活性碳滤芯
       颗粒活性碳具有空隙小、比表面积大、强度高等特点,能相当有效地吸附 截滤悬浮物、致臭物质以及较大分子的有机物等。但是,无法去除小分子有机物,其微孔易被悬浮物堵塞而老化失效;活性碳上极易滋长细菌,据日本报道,可高达 105个/ml,故经活性碳过滤的直接出水是不可生饮的;活性碳过滤不但不能去除亚硝酸盐氮,随着过滤时间延续,出水中的亚硝酸盐氮含量,反而有所升高, 对人体健康构成潜在的危害;停用数天后的活性碳净水器,出水会发臭、发黑,这源自于被吸附有机物的厌氧发酵。因此活性炭的使用寿命是有限的,单一的活性碳 净水器应与超滤、开水锅炉或紫外消毒器组合使用。
       3.2活性碳+超滤(GAC+UF)组合滤芯
       活性碳+超滤为最常见的家用净水器 工艺,可在一定程度上去除自来水的色度、浊度、悬浮物、异味和有机物,可以拦截细菌和微生物,但是,随着处理水量的增加,超滤膜的浓差极化作用渐增,出水 的亚硝酸氮、总氮和有机氮浓度增高,故额定总净水量一般不得大于2m3,活性碳和超滤芯的使用寿命不得超过100天。 
       3.3预处理+反渗透(RO)膜滤
       反渗透是近30年发展起来的膜分离技术。60年代反渗透技术的崛起带动了整个膜分离技术的发展。超低压反渗透(0.5~1.4MPa,如自来水脱盐)膜具有 高脱盐率(对NaCl达95~99.9%的去除)和对低分子量有机物的较高去除。大型纯水水质处理装置基本以反渗透膜为核心部件,对市政自来水进行深度处 理,去除水中钙、镁、氯化物、硫酸盐、硝酸盐等阴阳离子,降低水中消毒副产物以及耗氧量等微量有机污染物,改善产水的感官指标,如表1-2所示;但是,产 水的pH值降低,呈微酸性,对普通金属管材有腐蚀性;产水中有益于健康的微量矿物元素亦都降至检出线以下;此外,仅有30-50%的原水水量可成为合格的 成品水,即回收率一般为50%左右,不利于水资源的保护。
       利用具有选择性透过的膜进行反渗透,去除水中分子量大于120的有机物、无机杂 质、细菌、病毒、热源是相当有效的处理工艺,经过处理的高分子材料使其带有正电荷,以吸附带负电荷的微生物及其他有机物,膜孔径为 0.02-0.001nm,能截留住活性碳所不能吸附的有机分子。但是,膜孔过小,极易堵塞,且易受氯污染,故要求膜的进水中游离氯≤0.1mg/L,污 染指数SDI<4,总硬度≤50mg/L,铁<0.1mg/L,为此,反渗透膜滤之前必须配置活性碳过滤器、聚丙烯保安过滤器和软化水设备等 预处理设备,以延长膜的使用寿命,节约反冲洗水量。
       3.4软化
       软化水器可将水中所含的钙镁离子替换去除,降低水的硬度,较多用于工业给水,近年来,为减少水垢的危害和降低洗涤剂的用量,市场上也出现一些家用软水器。所用的软化方式有离子交换、纳滤、电渗析、软化药剂。
       3.4.1.离子交换
       采用阳离子交换树脂去除水中过多的钙镁,采用氯化钠盐溶液进行树脂的再生,多数软化水器通过多路阀和自动控制程序实现软化、再生循环周期,主要技术参数如下:
市售的家用净水器中亦有装填离子交换树脂的,具有软化和净化双重功能,但是,树脂的再生是手工*作的,难以确定再生时间和再生效果。

       3.4.2.纳滤
       纳滤技术使生活饮用水水质可向更高水平发展,纳滤膜特别适用于处理硬度高、碱度低而TOC浓度高的微污染源水,其产水率可达85%左右,成品水不需进行再矿 化或稳定处理。此外,利用纳滤膜对不同价态粒子的选择透过特性,实现对水的软化。纳滤软化在去除硬度的同时,还可去除水中的浊度、色度和有机物,其出水水 质明显优于其它软化工艺。其进水水质的要求同于反渗透,必须配以预处理设备。
       3.4.3.电渗析
       严格进行原水的预处理,使之满足 电渗析器的进水水质要求:水温5~40℃,耗氧量<3mg/L,游离氯<0.2mg/L,铁<0.3mg/L,锰<0.1mg /L,浊度<3度(隔板厚1.5~2.0mm)或<0.3度(隔板厚0.5~1.0mm)等。大型电渗析器主要用于工业给水的软化,为尽可能 降低出水的含盐量,新近开发的EDI技术,可用于工业超纯水的终端处理。
       3.4.4.软化药剂
       软化药剂一般采用石灰和食用级复合硅磷酸盐,抑制水垢的形成,软化水质,多与开水锅炉连用,目前也有石灰和复合硅磷酸盐构成的组合滤芯,用于家庭生活用水的软化,定期更换滤芯。
       3.5消毒
       3.5.1.碘树脂
       由三碘化物与季胺盐离子交换树脂结合而成三碘树脂,成本高,一般用量小,使用寿命较短。
       3.5.2.紫外杀菌器
       自低压汞灯批量投产以来,紫外灯的使用寿命可达5000-8000h,视为用于水质处理器出水消毒的有效技术。
       3.5.3.臭氧发生器
       (1)臭氧或空气为原料:由高压放电或低温等离子发生臭氧,电压高达6000-15000V,耗电高,必须配以氧化塔,将臭氧气体尽可能多地溶于水中。
       (2)水为原料:耗电低,可省略溶解臭氧的氧化塔,但是臭氧发生量低。
       3.5.4. 二氧化氯化学法发生器
       (1)二氧化氯化学法发生器
       a)纯二氧化氯化学法发生器:用亚氯酸钠与盐酸反应生成纯的二氧化氯,纯度可达95%,现有的大部分市售发生器将反应物、产物全部带入水中,水中亚氯酸盐含量可能超标。
       b) 复合二氧化氯化学法发生器:用氯酸钠与盐酸在80℃下反应生成二氧化氯与氯气的混合物,现有的大部分市售发生器将反应物、产物全部带入水中,水中亚氯酸盐 和氯酸盐含量可能超标。但是,已有一些产品,仅将二氧化氯气体吸入待处理的水中,大大减少了水中亚氯酸盐和氯酸盐含量。
       (2)二氧化氯电解法发生器
       a)氯酸钠为原料:可用氯酸钠与硫酸电解生成二氧化氯,不含亚氯酸盐。
       b)氯化钠为原料:将阳极产物:OCl-、OH。、ClO2和H2O2的混合气体直接加入水中,杀菌效果好,消毒副产物少,但是,仅适于小水量消毒。
3.5.5.次氯酸纳电解法发生器

       用氯化钠溶液作原料,经电解后,阴阳极产物混合形成次氯酸钠溶液,但是,电解效率低,影响其实际使用,目前,较少用于饮用水消毒。
       3.5.6.水电解法发生器
       (1)水隔膜电解法发生器
       生活饮用水经电解后,在阳极室生成碱性水,在阴极室生成酸性水,当离子隔膜质量上佳时,酸性水具有消毒杀菌作用,却无消毒副产物。
       (2)水直接电解法发生器
       正负电极直接插入水箱的储水内,电解水生成OH。、OCl-以及新生态氧杀灭水中微生物,不需另加化学物,即可实现水的消毒,但是电解效率较低。
       3.6矿化
       有些家用净水器为了提高卖点,除了采用活性碳或渗银活性碳、陶瓷滤芯实现净化功能,还在净水器内装填麦饭石、珊瑚砂、硅砂或稀有矿砂,声称可以增加人体必需 的多种微量元素,去除有害重金属,释出矿物质,制备人造矿化水;有的还在成品水出水前安装一块永磁铁,声称经此类矿化、磁化处理后,水分子可呈六面体结 构,可在人体细胞内发挥最大效能,但尚无相关实验数据支持。
       3.7除氟
       除氟水质处理器多采用化学除氟剂,去除水中过量的氟,通常 为活性氧化铝和骨碳,是一种成熟技术,美国的阿利亚娜高氟地区自来水厂均采用活性氧化铝除氟,但是,必须用酸调节进水的pH至5.5,才能确保较高的除氟 容量,故而对除氟罐的内衬要求及其严格,自80年代中期,国内城乡高氟地区安装了不少活性氧化铝除氟设备,大多因内衬不严密、过薄、易断裂,致使调节pH 的酸液渗出,腐蚀罐体,产生的铁离子导致活性氧化铝中毒,失去活性,大大影响了活性氧化铝除氟的效果,为此,许多农村水厂停止进行活性氧化铝除氟。
       骨碳除氟的出水色度、浊度和嗅味经常不能令人满意,骨碳制备的工业化水平低,颗粒的强度差,损耗率高,虽然成本较低,还是限制了它的使用。
当原水的氟和矿化度都高时,可采用电渗析除氟,但是,电渗析除一价阴离子的效果较差,成本高,目前不适合边远农村应用。

       4.外观设计
       按外观设计分类,家用水质处理器有龙头式、单筒式、双筒式、台式、桶式、壁挂式、柜式、立罐式之分,大型水质处理器有多罐组合、一体化设备、净水屋、水箱式消毒处理器等。
       4.1龙头式
       结构简单紧凑,不占空间,不消耗能源,处理容量有限,使用寿命短。
       4.2单筒式
       将单一滤芯或复合滤芯置于同一过滤器内,籍自来水的压力实现过滤,但处理容量较小,功能单一。
       4.3双筒式
       将两种滤芯分别置于两个过滤器内,可根据每个滤芯的使用寿命,分别更换滤芯,籍自来水的压力实现过滤。
       4.4台式
       将多于两种的滤料置于同一过滤芯内,滤芯上部为原水罐,下部为净化水罐,籍重力过滤,流速缓慢,结构紧凑,不耗电能,但是,要求人工添加原水,处理容量小,需经常更换滤芯,置于避光处,以防藻类生长。
4.5桶式
    将过滤芯置于水桶内,位于饮水机顶部,取代桶装水,现制现饮,不耗电能,但是,要求人工添加原水,处理容量小,需经常更换滤芯。

       4.6壁挂式
       为节省空间,可将水质处理器挂在墙壁上。
       4.7柜式
       将家用水质处理器与饮水机结合,一般将水质处理器置于饮水机的下部,处理出水直接进入饮水机,进一步制备热水、常温水或冰水,现制鲜用,减少桶装水的中间环 节,例如:桶装水的搬运困难、桶的置换劳动强度大、与水直接接触部件不易清洗维修、水在桶内储存时间过长、常出现生物性污染。
       4.8立罐式
       处理容量大、不需加压泵,自动反冲洗,使用寿命长,可处理家庭全部生活用水、烹调和饮用水。
       4.9多罐组合
       多数大型纯水处理器由石英砂罐、离子交换罐、活性碳罐和RO组合而成。
       4.10.一体化设备
       多数大型净水处理器由活性碳和紫外或臭氧发生器合成一体化设备。
       4.11水箱式消毒处理器
       将水电解发生器直接置于储水溶器内,利用水电解后生成的OH。、OCl-以及新生态氧杀灭水中微生物,常用于二次供水系统。
       4.12净水屋
       将净水机置于自动售货机内,使制水与售水联为一体,由买水者自行*作,电脑控制售水量和水处理运行。

       5. 结论
       5.1 原料的卫生安全要求
       与水接触的滤料和部件应符合《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》(2001)的要求。
       生活饮用水处理中使用的化学处理剂应符合《生活饮用水化学处理剂卫生安全评价规范》(2001)的要求。
       5.2 水质处理器的卫生安全与功能要求
       5.2.1 一般水质处理器
       以活性炭、微滤、超滤、陶瓷滤芯、分子筛等为主要处理组件的一般水质处理器的卫生安全与功能要求应符合《生活饮用水水质处理器卫生安全评价规范—一般水质处理器》(2001)的要求。
       5.2.2 反渗透处理装置
       以反渗透膜、蒸馏器等为主要处理组件制备饮用纯水的水质处理器的卫生安全与功能要求应符合《生活饮用水水质处理器卫生安全评价规范—反渗透处理装置》(2001)的要求。
       5.2.3 纳滤处理装置
       以纳滤膜、电吸附等为主要处理组件制备饮用净水的水质处理器的卫生安全性要求应符合《生活饮用水水质处理器卫生安全评价规范—一般处理装置》(2001)中4和5的要求,其出水应符合《饮用净水水质标准》(CJ94-1999)的要求。
       5.2.4 矿化水器
       旨在改善饮水水质,增加水中某种对人体有益成分为目的的饮用水水质处理器的卫生安全与功能要求应符合《生活饮用水水质处理器卫生安全评价规范—矿化水器》(2001)的要求。

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