新冠肺炎疫情下飲用水安全問題的思考

新冠肺炎疫情下飲用水安全問題的思考

1反滲透水處理的必要性隨著工業(yè)化的發(fā)展，生活用水受到不同程度的污染。另外，自來水廠出來的水到用戶家里，中間經(jīng)過市政管網(wǎng)一系列處理輸送環(huán)節(jié)，也可能會引起不同程度的二次污染問題。分析各式各樣的污染物，總體可以分為以下三大類，一類是肉眼看得見的物質，如泥砂、鐵銹、懸浮物、膠體等，第二類是看不見但聞得到的物質，如余氯、異味等，還有一類是看不見聞不到物質，如病毒、細菌、重金屬、農(nóng)藥殘留等。這樣從龍頭出來的水就無法保證安全，自從這次新型冠狀病毒疫情發(fā)生以來，大家更加關注自來水安全飲用問題。如何保證飲用水安全，什么水處理方法是最有效的？通過產(chǎn)品實踐和市場反饋，反滲透技術是最佳解決方案之一。性價比高、安全有效的反滲透凈水器逐漸被老百姓接受，正走進千家萬戶。2微生物的改性針對飲用水安全問題，市場上有很多解決方案，其中家用凈水器方便實用，受到老百姓歡迎。但由于凈水器種類繁多，過濾精度不同，濾除效果相差很大，凈化后的水安全級別也不一樣。活性碳凈水器，是利用活性碳顆粒非常多的微孔和巨大的比表面積來進行物理吸附，可以吸附水中的余氯、有機物、異色、異味等物質，改性后活性碳有濾除部分重金屬和抑菌能力，但水里還有其它的一些有害物質無法濾除。微濾凈水器，其濾芯材料一般是PP棉、壓縮活性碳或KDF顆粒、微濾膜等，可以濾除泥沙、鐵銹、膠體等物質，是簡單的初級過濾。超濾凈水器，是在微濾的基礎上增加了超濾膜，除了具有微濾凈水器過濾功能外，還可以過濾細菌、部分重金屬等物質，是對水質進一步過濾凈化。反滲透凈水器，其濾芯材料一般是PP棉、壓縮活性碳、反滲透膜、后置活性碳等，除了具有超微濾過濾功能外，病毒、細菌、重金屬、水垢等物質均能有效濾除，是高精度過濾，可以保證飲用水安全。3抗?jié)B透膜特征及去除過程3.1材料的滲透率反滲透，英文為ReverseOsmosis，簡稱RO，是滲透過程的逆過程。對透過的物質具有選擇性的薄膜稱為半透膜。當把相同體積的稀溶液和濃溶液分別置于半透膜的兩側時，稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發(fā)地向濃溶液一側流動，這一現(xiàn)象稱為滲透。當滲透達到平衡時，濃溶液側的液面會比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一個壓差，此壓差即為滲透壓；若在濃溶液一側施加一個大于滲透壓的壓力時，溶劑的流動方向將與原來的滲透方向相反，開始從濃溶液向稀溶液一側流動，這一過程稱為反滲透單獨的反滲透膜比普通紙張還薄，機械強度差，無法在產(chǎn)品中實際應用。經(jīng)過加強的反滲透膜，第一層是超薄分離層，是起脫鹽作用；第二層是聚砜支撐層，由抗壓性能較強的多孔材料制成，在分離層的背面，起到支撐和保護作用；第三層是無紡布層，進一步增強膜的強度。這樣經(jīng)過提高強度處理后的膜片才能夠承受一定的水壓，在實際水處理系統(tǒng)環(huán)境中運用。3.2反滲透膜濾芯設計目前市場上反滲透膜有干濕兩種狀態(tài)，干膜的膜片脫鹽率約90%左右，使用前期流量偏小，干膜在卷制成濾芯后不需要加保護液，直接用真空袋包裝，儲存簡單方便；濕膜的膜片脫鹽率比干膜高，約在95%左右，流量穩(wěn)定，濕膜片卷制成膜濾芯后，為防止滋生微生物要加亞硫酸鈉保護溶液，并用真空袋包裝，進行隔氧儲存。反滲透膜本身有很好的過濾效果，但膜片需卷制到帶有過水孔的集水管上，并配合適當?shù)乃涝O計，這樣才能更好的發(fā)揮其高精度過濾功能。反滲透膜濾芯水道設計通常有兩種，一種是原水從濾芯一端進入，再從另一端流出，水流路徑是直線型的，稱為直流式；另一種是原水同時從濾芯兩端進入，兩路水到中間匯合后轉彎90度，從濾芯側面流出，稱為側流式。不同的水道設計，會直接影響反滲透膜的流量、產(chǎn)水效率，使用壽命等性能參數(shù)3.2.1濃水排流裝置設計根據(jù)膜濾芯流量要求，選取相應流量性能的反滲透膜，裁剪相應長度和寬度尺寸膜片。以400G膜濾芯為例，濾芯過水量是每天（24小時）過水量為400加侖，膜片尺寸規(guī)格是寬度約333mm，長度約7800mm。由于膜片長度太長，根據(jù)水道設計和制造工藝的需要，將膜片在長度方向分成5等分，每等分長1560mm，將每等分將膜片的脫鹽層朝外，背對背一起向內對折成U型，為了便于凈化水流動順暢，在每個膜袋內側放置一層凈化水導流網(wǎng)，然后將膜袋兩側邊用食品級膠水密封，留下一個開口側，這樣就形成一個長度為780mm，寬度為333mm類似于布袋狀的長方形膜袋。為增大水道空間，減小流阻力，在膜袋與膜袋之間放置一層湍流網(wǎng)格狀濃水導流網(wǎng)，形成進水流道。膜袋與膜袋之間錯開一定距離平鋪，膜袋口方向一致均朝向中心管，一起卷制到中心管上，中心管上布置有過水孔，形成圓柱形濾芯，在其外側用藍膠袋固定成型，最后在濾芯外側一端套上密封圈，用于隔離原水和濃水，這樣就形成了直流式RO膜濾芯。直流式RO膜水道示意圖如圖2所示，原水從膜的一端進入，從膜的另一端生成濃水排出，凈化水從膜袋口進入中心管，再從中心管流出來，這種水在膜表面流動是直線型的，稱為直流式反滲透膜濾芯。3.2.2效使用面積減少側流式反滲透膜濾芯，仍然以400G膜為例，膜片尺寸規(guī)格基本相同，也是按5個膜袋設計。但具體裁剪方式和水路流道，側流式與直流式有很大的區(qū)別。為了便于生產(chǎn)制作，傳統(tǒng)工藝的5個膜袋是單獨分開制作，每個膜袋之間通過涂膠粘接，生產(chǎn)效率低。傳統(tǒng)工藝不但使膜袋與膜袋之間多了一道漏水風險點，而且粘膠處還占用部分膜片，使膜片有效使用面積減少。而M型折疊法不需將這個5膜袋分開裁剪制作，如圖3所示，類似于傳統(tǒng)紙扇折疊形式，首尾相連，整條膜片經(jīng)過多次M型折疊后，形成首尾相連的5個膜袋，膜袋內側放置凈化水導流網(wǎng)，膜袋與膜袋之間放置濃水導流網(wǎng)。膜袋與膜袋之間的袋口位置都是自然過渡連接，沒有分開，這樣膜袋有效使用面積可以最大化。5個膜袋均勻平鋪并錯開一段距離，膜袋口方向一致，均朝向中心管，然后卷到一根中心集水管上，形成圓柱狀濾芯。側流式水道實現(xiàn)方法是在濾芯兩端增加進水端蓋，端蓋靠近中心管處開有過水孔，作為進水口，無需涂膠；端蓋遠離中心管位置無開孔，通過膠水與濾芯端面粘接固定，此處膠水的另一個功能是對膜袋與膜袋之間兩端開口部分縫隙進行部分密封，便于形成水道。端蓋接近中心管側作為膜濾芯的進水口，根據(jù)流量需要，膜袋之間進水縫隙留有一小段長度作為進水口，剩余長度涂膠封閉作為水道用。原水從濾芯兩端的進入，水流匯到膜中間位置，轉彎90度后朝濾芯側面壓力低的開口方向生成濃水排出，膜袋內的凈化水從中心管流出來，這樣就形成側流式RO膜濾芯，側流式膜濾芯水道示意如圖4所示。3.2.3側流式膜濾芯側流式RO膜濾芯水道設計是通過延長凈化水流道的方法來實現(xiàn)的。根據(jù)長方形膜袋的長度與寬度尺寸不同，直流式膜濾芯是利用膜片333mm寬度方向作為凈化水流道，凈化流道長度短，進出水口長度780mm，出水口面積大，膜表面水流速慢；而側流式膜濾芯是利用膜片780mm寬度方向作為凈化流道，凈化流道長度比直流式提高了一倍左右，而出水口長度333mm，出水口面積小了約一半，出水流速也相應提高。通過長方形膜袋長寬尺寸的不同和膜袋之間粘接的變化，來實現(xiàn)凈化水流道的延長，和水流速度的改變。膜片表面水流速度提高和凈化流道的延長，使側流式膜濾芯平均凈水產(chǎn)出率較直流式膜濾芯提高約1.5倍，減少同等環(huán)境下高濃縮水的排放，更節(jié)能環(huán)保。膜片M型折疊方法，使膜片利用率高原來的70%提高到85%，從而減少膜片用料并節(jié)約成本。側流式RO膜濾芯的膜表面水流速度提高，可以增強水流自身的沖刷效果，減少膜表面臟堵，降低膜結晶傾向，從而延長RO膜濾芯壽命周期，降低使用成本。3.3反滲透膜的保護與利用根據(jù)反滲透膜過濾原理，膜表面需要一定的壓力才能實現(xiàn)其反滲透功能，以400G膜濾芯為例，膜表面壓力要達到95～105PSI時，反滲透膜可以發(fā)揮最佳地過濾效果，如果膜前壓力過低，膜的產(chǎn)水率偏低，凈化水流量?。蝗绻で皦毫^高，膜表面分離層易受損，使用壽命短。在反滲透凈水機的水系統(tǒng)里，凈化水流量在800G以下，通常采用性價比高的隔膜泵來增壓；凈化水流量在800G及其以上，可以使用流量更大葉片泵來增壓反滲透膜為了更好發(fā)揮高精度過濾功能和延長使用壽命，在系統(tǒng)設計時要采取一些保護措施。反滲透膜使用一定段時間后需要定期沖洗，減少有機物，水垢等污染物在膜表面的積累，延長膜壽命。余氯有水解和氧化作用，對反滲透膜危害很大，會破壞膜的形態(tài)結構，導致膜脫鹽率下降。余氯的去除方法通常用活性碳進行物理吸附，在設計時，要考慮活性碳能充分去除水中的余氯。為了降低膜表面結垢風險，可以在預處理環(huán)節(jié)增加阻垢劑，如硅磷晶等，延長膜使用時間4反滲透過濾效果測試根據(jù)反滲透處理裝置衛(wèi)生安全與功能評價規(guī)范用配制有一定濃度的三價砷、鎘、六價鉻、鉛、氟化物、硝酸鹽氮等無機物，三氯甲烷、四氯化碳等揮發(fā)性有機物水溶液作為原水，機器進行正常制水運行，在反滲透膜濾芯整個使用壽命期內，隨機抽取的凈化水水樣進行過濾效果測試，反滲透膜濾芯對無機物加標測試數(shù)據(jù)如表1所示；反滲透膜濾芯對揮發(fā)性有機物加標測試數(shù)據(jù)如表2所示。從測試數(shù)據(jù)來看，反滲透膜濾芯對加標的有害物質都能有效濾除，去除率均高于標準。MS2噬菌體是水質監(jiān)測中作為水中腸道病毒指示生物之一，采用MS2噬菌體作為實驗菌種，進行病毒過濾效果測試有一定的代表性。配制MS2噬菌體加標水，濃度為7.4×10MS2噬菌體尺寸是26納米，目前中國疾控中心發(fā)布的新型冠狀病毒尺寸約100納米，新型冠狀病毒比MS2噬菌體大4倍左右。反滲透膜是物理過濾方式，與MS2噬菌體尺寸相近或更大的病毒，反滲透膜均有濾除效果。5反滲透凈水器反滲透技術有優(yōu)異的深度凈化水功能，已廣泛應用在工業(yè)純水、海水淡化等領域，現(xiàn)在正逐漸從工業(yè)用走向民用。反滲透技術通過側流式或直流式膜濾芯設計，可以有效地應用到凈水器中去，形成反滲透凈水器