水安全与膜处理技术_李圭白

9WATER&WASTEWATERINFORMATION10/2009技术交流随着社会进步和科技发展，居民对饮用水水质要求不断提高，城市饮用水净化工艺不断发展和完善。20世纪初，混凝－沉淀－过滤－氯消毒的第一代城市饮用水净化工艺（也称为常规处理工艺）问世，使水介烈性细菌性传染病得到有效控制。到20世纪70年代，第二代饮用水净代工艺（或称深度处理）得到发展，第一代工艺+臭氧—颗粒活性炭作为一种通用工艺基本上解决了有机物和氧化消毒产物的问题。但是，第二代工艺去除水中有机污染物，使水的化学安全性提高，臭氧氧化生成了溴酸盐而使水的化学安全性又降低，它的合理性和优越性不再被充分认可。同时，90年代后期，新的生物安全性问题，如两虫问题、剑水蚤、蓝绿藻、生物稳定性问题威胁着城市饮用水安全。在这种背景下，中国工程院院士、哈尔滨工业大学教授李圭白院士提出了以超滤为核心技术的第三代城市饮用水净化工艺。20世纪初，膜技术应用到饮用水的安全处理。众所周知，膜有反渗透膜，纳滤膜、超滤膜、微滤膜。其中，微滤膜孔径较大，不能充分截留去除病毒和细菌；纳滤膜的孔径在1nm左右，超滤膜的孔径为数纳米，均小于水中的细菌和病毒，能将水中的微生物几乎全部去除，是最有效的去除水中微生物的方法。李圭白院士指出，我国目前选择超滤膜提高水的生物安全性是比较可行的，超滤膜已在我国形成规模生产能力，能够为数万m3/d规模的水厂提供膜材料，且价格已降至可接受的地步。但超滤仍然有其局限性和特点：超滤前浊度不宜过高，对高浊原水需进行混凝沉淀预处理；超滤能去除部分大分子有机物，但对中、小分子有机物去除效果较差，需进行吸附预处理；对水中氨氮和生物稳定性指标（AOC)需进行生物预处理；超滤膜前预氧化不宜影响生物处理，膜后消毒不需要杀菌，只需保证持续消毒能力。为此，就要形成以超滤为核心技术的第三代城市饮用水组合净化工艺。我国大多数城市以Ⅲ类地表水为饮用水源，李圭白院士提出以超滤为核心技术的第三代城市饮用水净化工艺就是以第Ⅲ类水源水为原水，先经过安全预氧化（或强化混凝、沉淀），再经过生物活性炭或超滤，最后经过安全消毒，获得优质饮用水。当然，对于不同的水源水质，可能有不同的组合。第三代城市饮用水净化工艺，通过对水中的致病微生物、浊质、天然有机物、有毒有害微量有机污染物、氨氮、重金属等设置多级屏障，可以使其含量得到逐级削减，最后得到优质饮用水。李院士指出，近年来膜技术在世界上加速发展。1996年，超滤水厂总处理水量为20万m3/d，至2006年，处理水量800万m3/d以上，呈加速增长态势。北美现有超滤和微滤水厂250座，总处理水量达到300万m3/d。欧洲已有33座1万m3/d以上的超滤水厂，英国已有100多座城市水厂，处理水量达110万m3/d，日本膜滤水厂的产水量达到400万m3/d；新加坡已建成27.5万m3/d的超滤水厂。国内膜滤也形成规模生产能力，台湾已建成30万m3/d的膜滤水厂，大陆也陆续建水安全与膜处理技术李圭白哈尔滨工业大学城镇供排水设施升级改造与生态节能技术——城市供水设施升级改造与饮用水深度处理技术（下转第13页）13WATER&WASTEWATERINFORMATION10/2009技术交流机械脱水方式去除，而对应的污泥含水率由95%左右下降到80%左右，体积减少到浓缩后体积的1/4；内部水占污泥总含水量的10%左右，这些水只能通过加热干化或焚烧方式去除。降低含水率的可通过预处理、干化和焚烧等途径实现。邓志光院长对多年的具体研究成果作了介绍，总结了实现不同途径的具体方法、特点、机理、基本参数、影响因素、能耗分析、处理效果、工程造价等。如，当邓院长谈到预处理方法时，他介绍了国内外的创新性研究成果：（1）加酸、电解质、铝盐凝聚等处理因可改变溶液渗透压并直接影响微生物新陈代谢，对于减菌有相当程度的帮助；但是对于拥有较复杂疏松结构、有机物比例偏高的污泥胶团而言，无法有效地改善其脱水性；就最终处置而言，大量电解质或铝盐凝聚剂的使用会造成抛弃固体量的增加，而酸或电解质的存在更有可能会对弃置地造成长期影响，如金属腐蚀或地下水含盐量增高，因此并非理想之前处理选择。（2）絮凝调理可以有效增进脱水性，但因其不易分解的特性，也有可能在处置后成为分解负担。在实验结果中观察到絮凝(或部份中和污泥电荷)可能会不利于污泥之后的消化分解。目前在絮凝剂的使用上仍着重于脱水性的考虑，实际上其对污泥后续处理的影响也应考虑。（3）在条件控制良好的情况下，冻融处理可以同时减少污泥内的致病菌量以及大幅改善脱水性，大幅降低在污泥最终处理上的成本；不过如何设计有效的机械冷冻设备以连续而大量地处理污泥，为实际操作上所面对的最大问题。同时也受到地域气候条件的限制。（4）促进碳源水解在某种程度上与杀菌为一体两面。碱处理、超声波