飲用水給水處理是通過必要的處理方法去除水中雜質(zhì),使之符合生活飲用或工業(yè)使用所要求的水質(zhì)。水處理方法應(yīng)根據(jù)水源水質(zhì)和用水對象對水質(zhì)的要求而定。在飲用水水處理過程中,有的處理方法除了具有某一特定的處理效果外,往往也直接或間接地兼收其它處理效果。為了到達處理目的,往往幾種方法結(jié)合使用。
這是以地表水為水源的生活飲用水的常用途理工藝。但工業(yè)用水也常需澄清工藝。
1. 澄清工藝
澄清工藝通常包括混凝、沉淀和過濾。處理對象主要是水中懸浮物和膠體雜質(zhì)。原水加藥后,經(jīng)混凝使水中懸浮物和膠體形成大顆粒絮凝體,而后通過沉淀池進展重力別離。過濾是利用粒狀濾料截留水中雜質(zhì)的構(gòu)筑物,常置于混凝和沉淀構(gòu)筑物之后,用以進一步降低水的渾濁度。完善而有效的混凝、沉淀和過濾,不僅能有效地降低水的濁度,對水中某些有機物、細菌及病毒等的去除也是有一定效果的。根據(jù)原水水質(zhì)不同,在上述澄清工藝系統(tǒng)中還可適當增加或減少某些處理構(gòu)筑物。例如,處理高濁度原水時,往往需設(shè)置泥沙預(yù)沉池或沉沙池;原水濁度很低時,可以省去沉淀構(gòu)筑物而進展原水加藥后的直接過濾。但在生活飲用水處理中,過濾是必須的。大多數(shù)工業(yè)用水也往往采用澄清工藝作為預(yù)處理過程。假如工業(yè)用水對澄清要求不高,可以省去過濾而僅需混凝、沉淀即可。
2. 消毒工藝
消毒工藝是滅活水中致病微生物,通常在過濾以后進展。主要消毒方法是在水中投加消毒劑以滅致病微生物。當前我國普遍采用的消毒劑是氯,也有采用漂白粉、二氧化氯及次氯酸鈉等。臭氧消毒也是一種消毒方法。
“混凝—沉淀—過濾—消毒”可稱之為生活飲用水的常規(guī)處理工藝。我國以地表水為水源的水廠主要采用這種工藝流程。如前所述,根據(jù)水源水質(zhì)不同,尚可增加或減少某些處理構(gòu)筑物。
3. 除臭、除味
這是飲用水凈化中所需的特殊處理方法。當原水中臭和味嚴重而采用澄清和消毒工藝系統(tǒng)不能到達水質(zhì)要求時方才采用。除臭、除味的方法取決于水中臭和味的來源。例如,對于水中有機物所產(chǎn)生的臭和味,可用活性炭吸附或氧化法去除;對于溶解性氣體或揮發(fā)性有機物所產(chǎn)生的臭和味,可采用曝氣法去除;因藻類繁殖而產(chǎn)生的臭和味,可采用微濾機或氣浮法去除藻類,也可在水中投加除藻藥劑;因溶解鹽類所產(chǎn)生的臭和味,可采用適當?shù)某}措施等等。
4. 除鐵、除錳和除氟
當?shù)叵滤械蔫F、錳的含量超過生活飲用水衛(wèi)生標準時,需采用除鐵、錳措施。常用的除鐵、錳方法是:自然氧化法和接觸氧化法。前者通常設(shè)置曝氣裝置、氧化反應(yīng)池和砂濾池;后者通常設(shè)置曝氣裝置和接觸氧化濾池。工藝系統(tǒng)的選擇應(yīng)根據(jù)是否單純除鐵還是同時除鐵、除錳,原水中鐵、錳含量及其它有關(guān)水質(zhì)特點確定。還可采用藥劑氧化、生物氧化法及離子交換法等。通過上述處理方法(離子交換法除外),使溶解性二價鐵和錳分別轉(zhuǎn)變成三價鐵和四價錳沉淀物而去除。
當水中含氟量超1.0mg/L時,需采用除氟措施。除氟方法根本上分為成兩類,一是投入硫酸鋁、氯化鋁或堿式氯化鋁等使氟化物產(chǎn)生沉淀;二是利用活性氧化鋁或磷酸三鈣等進行吸附交換。目前使用活性氧化鋁除氟的較多。
5. 鈣、鎂離子去除
處理對象主要是水中鈣、鎂離子。軟化方法主要有:離子交換法和藥劑軟化法。前者在于使水中鈣、鎂離子與陽離子交換劑上的陽離子互相交換以到達去除目的;后者是在水中投入藥劑如石灰、蘇打等以使鈣、鎂離子轉(zhuǎn)變成沉淀物而從水中分離。
6. 淡化工藝
處理對象是水中各種溶解鹽類,包括陰、陽離子。將高含鹽量的水如海水及“苦咸水”處理到符合生活飲用或某些工業(yè)用水要求時的處理過程,一般稱為咸水“淡化”;制取純水及高純水的處理過程稱為水的“除鹽”。淡化和除鹽主要方法有:蒸餾法、離子交換法、電滲析法及反浸透法等。離子交換法需經(jīng)過陽離子和陰離子交換劑兩種交換過程;電滲析法是利用陰、陽離子交換膜可以分別透過陰、陽離子的特性,在外加直流電場作用下使水中陰、陽離子被分離出去;反浸透法系利用高于浸透壓的壓力施于含鹽水以使水通過半浸透膜而鹽類離子被阻留下來。電滲析法和反浸透法屬于膜別離法,通常用于高含鹽量水的淡化或離子交換法的前處理工藝。
這是工業(yè)中循環(huán)冷卻水系統(tǒng)所需的處理工藝。在工業(yè)系統(tǒng)過程中產(chǎn)生的熱量往往會使設(shè)備或產(chǎn)品溫度升高從而影響運行甚至發(fā)生事故,故常用水作為冷卻介質(zhì)對設(shè)備進行降溫,因水的熱容量大,是吸收和傳遞熱量的良好介質(zhì)。作為冷卻介質(zhì)的水通過換熱器等設(shè)備以后溫度升高,必須經(jīng)過冷卻處理使水再恢復(fù)原先溫度后,才能循環(huán)使用。水的冷卻一般采用冷卻塔,也有采用噴水冷卻池或水面冷卻池的。
7. 抗腐蝕、結(jié)垢
在某些情況下,水在使用過程中會對金屬管道或容器材質(zhì)產(chǎn)生腐蝕和結(jié)垢作用,在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中尤其突出。因此,對這類用水的水質(zhì)必須加以改善,并進行水質(zhì)調(diào)理,以控制腐蝕和結(jié)垢的發(fā)生。水質(zhì)調(diào)理往往是通過在水中投加化學(xué)藥劑來完成。控制腐蝕的藥劑稱緩蝕劑,控制結(jié)垢的藥劑稱阻垢劑。有時也通過去除水中產(chǎn)生腐蝕和沉積物的成分來到達水質(zhì)調(diào)理目的。
8. 地表水預(yù)處理及深度處理
對于不受污染的天然地表水源而言,飲用水的處理對象主要是去除水中懸浮物、膠體和致病微生物;對此,常規(guī)處理工藝(即混凝、沉淀、過濾、消毒)是非常有效的。但對于污染水源而言,水中溶解性的有毒有害物質(zhì),特別是具有致癌、致畸、致突變的有機污染物(簡稱“三致物質(zhì)”)或“三致”前體物(如腐植酸等)是常規(guī)處理方法難以解決的。于是,便在常規(guī)處理基礎(chǔ)上增加預(yù)處理和深度處理。前者置于常規(guī)處理前,后者置于常規(guī)處理后,即:預(yù)處理+常規(guī)處理或常規(guī)處理+深度處理。
預(yù)處理和深度處理的主要對象是水中有機污染物,主要用于飲用水處理廠。
預(yù)處理方法主要有:粉末活性炭吸附法、臭氧或高猛酸鉀氧化法、生物氧化法等等。以上各種預(yù)處理法除了水中有機污染物外,同時也具有除味、除臭及除色作用。各種方法均各有優(yōu)缺點。除了上述預(yù)處理方法外,還有其它一些方法,如曝氣法,水庫蓄存法等不一一介紹。此外,新的預(yù)處理法正在繼續(xù)探究中。
深度處理主要有以下幾種方法:粒狀活性炭吸附法、臭氧-粒狀活性炭聯(lián)用法或生物活性炭法、化學(xué)氧化法、光化學(xué)氧化法及超聲波-紫外線聯(lián)用法等物理化學(xué)氧化法、膜濾法等等。在以上幾種方法中,活性炭吸附及臭氧-活性炭聯(lián)用法已用于工藝中,歐洲國家應(yīng)用較廣泛,我國少數(shù)水廠也有應(yīng)用。消費理論說明,采用臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)去除水中微量有機污染物非常有效,但基建投資和運行費用較高。超濾法及納濾法也具有應(yīng)用前景,但不能去除水中小分子有機物,且納濾和超濾裝置成本及運行費用較高。
以上各種預(yù)處理及深度處理方法的根本作用原理概括起來,無非是吸附、氧化、生物降解、膜濾等四種作用,即:利用吸附劑的吸附才能去除水中有機物;利用氧化劑及物理化學(xué)氧化法的強氧化才能分解有機物;利用生物氧化法降解有機物;以膜濾法濾除大分子有機物。有時兩種作用可同時發(fā)揮,如臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)即發(fā)揮了氧化和吸附兩種作用。在粒狀活性炭上滋生的微生物,同時還有生物降解作用。污染水源的飲用水預(yù)處理和深度處理自80年代開始受到廣泛重視,有些技術(shù)或方法當前正處于研究開展階段。不同方法的組合應(yīng)用往往會獲得協(xié)同作用效果,故近年來水處理技術(shù)人員針對不同原水水質(zhì)和水質(zhì)處理要求,往往會采用多種方法組合應(yīng)用。