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以纳滤为核心的组合技术将主导当今时代的饮用水净化
E20环境产业俱乐部 / 时间:2019-01-07 08:05:31

  据中国水网2019年1月3日讯 究竟什么是健康的水?饮用水水质卫生学、安全性和健康学标准的三阶段又是怎么一回事?饮用水是否有深度处理的必要性?纳滤膜技术可否作为饮用水深度净化的最佳选择?日前,由中国膜工业协会工程与应用专业委员会、北京碧水源净水科技有限企业、时代沃顿科技有限企业等5家单位联合发起成立了我国首个“纳滤膜产业联盟”。随之,在饮用水深度净化领域掀起了一股纳滤“黑科技”的旋风,引起了社会各界的广泛关注与讨论。
  带着强烈的好奇心与求知欲,笔者搜集、拜读了中国净水行业泰斗、纳滤膜产业联盟名誉理事长、清华大学环境学院博士生导师王占生教授参与撰写的多篇文章,对于饮用水相关常识,有了更加系统全面的认识。现摘录其中的“精华”,与读者共飨。
  什么是健康的水?
  健康的水,首先应是安全的,不会致病,同时还应尽量保留(越多越好)水中原有的、对人体健康有益的矿物质离子,既安全又健康。
  饮用水水质卫生学、安全性和健康学的三阶段是指什么?
  全世界文明的发展,城市化的进程都是与各自的母亲河或者说母亲水系分不开的,对水质的关注和认识也是人类文明发展的重要组成部分。大体上讲,水质标准的发展可分为:卫生、安全和健康三个阶段。大家已经经历了卫生阶段,现在正处于水质安全的阶段,健康的理念正在萌芽和发展中。
  卫生学阶段
  关键词:微生物
  世界卫生组织(WHO)饮用水水质准则指出,微生物是威胁饮用水安全的首要问题。随着微生物学技术的发展,多种新的介水病原微生物被发现,新的微生物安全问题也随之而来。
  世界卫生组织及各国饮用水水质主管部门都将饮用水水质的卫生学指标作为水质标准制定和管理的重点,确保饮用水微生物指标达标仍然是一项长期而艰巨的任务。
  GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》规定生活饮用水首先要保证流行病学上安全,即不得含有病原微生物,水质微生物学指标由旧标准的2项增至6项,修订了总大肠菌群1项。
  通常卫生学指标不达标导致的水质问题是急性的,如细菌感染,大面积爆发传播,但容易发现,也容易控制,如要求公众改喝开水,不吃凉冷食物,不用污染的自来水洗手、洗水果等。
  安全性阶段
  关键词:有机污染物
  当前,由于化学工业的发展,人工合成的有机物快速增加,并通过多种途径进入天然水体和供水系统,虽然浓度很低,通常为微克每升水平或者更低的浓度,但其危害不可小觑。
  据美国的相关调查,发现饮用水中有700多种有机物,其中卤代有机物及苯、氯酚、双醚等均属于有“三致”(致癌、致畸、致突)作用或毒性物质。
  我国环保部的一项调查也发现56个城市的206个饮用水源地中共检出132种有机污染物,其中103种属于优先控制污染物。近年来又有大量新兴或新型有机物引起高度关注,如内分泌干扰物和个人防护用品和药品等。
  化学安全性指标导致的水质危害往往是潜在的、慢性的,如致癌、致突等,需要很长的时间,而且因果关系也不是特别明显,一般不容易引起重视,发现后解决问题也比较复杂。
  健康学阶段
  关键词:矿物质
  饮用水中各项指标并非越低越好,饮用水也非越纯越好,即饮用水水质除了关注对人体健康有害的指标及限值外,也需要关注对人体有益的指标及限值。某海军研究人员因在某岛屿生活几个月,每天喝淡化纯水,结果几个月后出现肌无力症状。
  现有的研究和流行病学调查表明,饮用水中适当含量的钙、镁对饮用者心血管系统有明显益处。镁在水中的化学形态也使它比食物中的镁更易被吸取。通过饮水补充的钙占需要补充总钙量的15~20%。
  矿物质新陈代谢理论权威、医药化学家约翰·索伦森(John Sorenson)博士认为“饮用水中的矿物质能很好地被人体吸取。”部分学者认为,饮用水是每个人可以而且必须低价获取的民生用品。
  专家们已经形成比较一致的看法是:饮用水中的矿物质必不可少。
  饮用水是否有深度处理的必要性?
  我国现有的自来水厂95%以上仍然采用的是百年前的常规工艺:混凝沉淀—过滤—消毒老三套,主要目的是消除水中的浊度、胶体等感观状污染以及病原微生物等,改善观感及杜绝水致传染病的传播。
  换句话说,达到“生活饮用水卫生标准”的自来水厂出水,能满足“卫生学阶段”所关注的饮用水水质标准,但无法有效的完全满足“安全性阶段”、“健康学阶段”所关注的污染物去除要求。
  要使自来水达到新的水质标准要求,只有两个途径,第一,将自来水厂的常规工艺,通过臭氧、活性炭与膜技术等改造成深度处理工艺;第二,通过在终端(如家中)安装净水器,可增加溶解性有机污染物的去除,并能尽量保留原水中人体所需的矿物元素,以提高饮用水质量。
  纳滤膜技术可否作为饮用水深度净化的最佳选择?
  王占生教授等人在研究“膜法饮用水处理的效果”时得出结论,微滤、超滤对胶体、浊度和细菌具有很好的去除效果,但对色度、小分子有机污染物的去除效果不理想,对无机离子没有去除效果。纳滤膜在0.35~1MPa的操作压力下对水中的有机污染物、三卤甲烷等消毒副产物具有很高的去除效果,同时可选择性地去除一些溶解性离子(见下图)。

 

以纳滤为核心的组合技术将主导当今时代的饮用水净化


  此外,他参与的相关试验研究结论还表明,对于饮用水中可能存在的有毒有害有机物和Ames(污染物致突变性检测)致突变物,纳滤膜可实现高效去除,使Ames试验阳性的水转为阴性。
  纳滤膜可在高效去除水中各种有毒有害物质(总有机碳可去除90%左右)的同时,根据水中原有的无机离子含量,可选择能去除30%、50%、90%左右矿物质的膜,以此保留水中对人体有益的矿物元素(部分二价离子钙、镁与一价离子),实现饮用水从“安全性阶段”进阶到“健康学阶段”的目标。
  总结
  纳滤作为一种分离效果介于超滤和反渗透之间的新型膜过滤技术,其作用相当于一般概念的高级处理,可以认为以纳滤为核心的组合技术是优质饮用水净水器的最佳实用技术,它将会作为一种关键技术今后应用于自来水厂深度处理中。
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  日前,随着我国首个纳滤膜产业联盟的成立,纳滤净水技术再次成为业界关注的焦点。纳滤作为一种新型的膜分离技术,因具备安全、健康、操作压力低、废水少、能耗低,绿色无二次污染等特点,在给水及家用净水等方面的应用优越性日益突出,被视为一项具有巨大前景的净水技术。


以纳滤为核心的组合技术将主导当今时代的饮用水净化


  什么是纳滤膜?
  纳滤作为一种介于超滤和反渗透之间的膜过滤技术,可以高效截留水中的多价盐和有机污染物,同时结合其对单价盐截留率相对较低的特点,纳滤对单价、多价离子混合体系具有很好的选择分离特性。
  为何而存在?
  伴随着低压反渗透(reverse osmosis,简称:RO)膜的诞生而发展的一种新型膜技术。一方面,传统RO的高操作压力造成了巨大的能耗;另一方面,RO的产水水质超过了当时人们对水的实际需求。因而需要一种相对反渗透而言,具有较低的溶质截留率和更大渗透通量的膜分离技术。
  有何特征?
  纳滤膜具有的两个典型特征:一截留分子量介于反渗透和超滤膜之间,150~2000Da;二是纳滤膜表面分离层通常带有电荷,表面电荷引起的电荷相互
  作用改变了纳滤膜的传质过程和纳滤膜对不同价态离子的截留能力。因此纳滤膜可在高效去除水中各种有毒有害物质(总有机碳可去除90%左右)的同时,根据水中原有的无机离子含量,可选择能去除30%、50%、90%左右矿物质的膜,以此保留水中对人体有益的矿物元素(部分二价离子钙、镁与一价离子),实现饮用水从“安全性阶段”进阶到“健康学阶段”的目标。
  有何用处?
  纳滤可以处理的水源较多,包括地下水、地表水、污水以及作为脱盐过程前处理工艺的水源等。目前主要应用领域集中在饮用水处理和污水的深度处理与回用等方面,比如:
  对天然有机物的(NOM)、消毒副产物、病毒、农药、砷和其他微污染物的去除;
  可同步截留水中的多价盐、有机物、病毒等多种有机和无机组分,达到水质净化的目的。
  可作为海水淡化工艺中反渗透的预处理工艺,大大减轻了反渗透实际运行中的结垢污染问题。
  纳滤技术的应用
  ●在纳滤饮用水深度净化应用
  纳滤膜在饮用水深度处理中已有较大规模成功应用实例,且保持着快速强劲的增长势头,1992~1996年美国的纳滤装置以500%的速度增长,在美国已有超过100万立方米/天规模的纳滤软化水装置在运转。


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  ●纳滤在城市污水深度处理应用
  纳滤膜在低压下具有较高通量,对单价、多价离子选择性分离程度较高,运行过程中的实际能耗和成本比反渗透膜更低.对于水源条件复杂且用水有较高要求的经济较发达的地区,纳滤膜技术作为饮用水深度处理工艺可能是更为合适的选择。
  随着城市水资源的日益匮乏和日益严格的污水排放标准,传统的处理工艺已不能满足城市污水的深度处理和回用的需求,经过纳滤膜处理得到的再生水可用于农业灌溉、城市杂用、工业应用以及传统的地表地下水源的补给,成为了城市供水的第二水源。
  在美国佐治亚州的Gwinnette county,纳滤膜用于替代现有的高pH石灰-臭氧/GAC工艺,日处理量为2640立方米,可有效去除二级出水的TOC和氮素,出水水质可满足当地的用水需求。
  ●纳滤在末端净水的应用
  在末端净水方面,纳滤技术作为净水市场的创新技术,已经成功应用于家用、商用净水机。跟传统净水技术相比,纳滤净水机能够去除超滤净水机无法过滤的重金属等有害物质,规避了超滤净水机不够安全的弊端;而相比反渗透净水机又能保留矿物元素,健康,低碳。因此纳滤净水机去除有害物,保留矿物质,更符合国人对饮用水安全、健康的需求,正逐步得到消费者的广泛认可和使用。
  纳滤技术典型企业先容
  纳滤膜技术优势立显的当下,各纳滤相关企业单位也在做着积极的努力。例如纳滤膜产业联盟的发起单位北京碧水源净水科技有限企业、金科环境股份有限企业以及时代沃顿科技有限企业,均对纳滤技术的研究和推广应用做了突出贡献。其中,碧水源自2001年成立以来,始终致力于以自主研发的膜技术解决中国“水脏、水少、饮水不安全”三大问题,是一家集膜材料研发、膜设备制造、膜工艺应用于一体的高科技环保企业,在北京怀柔等地建有5个膜研发、制造基地,取得专利技术超过500项,获得了国家科学技术进步奖二等奖、教育部科学技术进步奖一等奖等诸多荣誉,已发展为全球一流的膜设备生产制造商和供应商之一,在市政水处理、民用和商用饮用水净化处理领域占居重要地位。
  金科环境股份有限企业是国内深度水处理行业的领先企业之一,是“全球TOP 15海水淡化和水再生利用项目开发商”,十多年深耕自来水深度处理、污水处理及提标改造、市政污水回用及工业废水资源化利用领域,为用户提供全生命周期解决方案。金科环境是北控水务成员企业,是国内首批采用纳滤工艺处理饮用水的企业之一,目前累计纳滤处理规模已达25万吨/天。
  时代沃顿科技有限企业是中国中车旗下国有全资子企业,作为全球规模卷式膜分离制造商之一,致力于纳滤膜等膜产品的研发、制造和服务,拥有膜片制造的核心技术和年产3000万平方米膜片的生产能力。目前企业拥有专利90项,涵盖中国、美国、欧洲、日本、香港等国家和地区。
  纳滤膜产业联盟招募
  为进一步提高我国纳滤膜技术的创新研发和应用水平,推动建设健全的纳滤膜产业和市场,我国首个纳滤膜产业联盟正式成立,本联盟由行业专家、业内学者及纳滤相关的企业单位自发组织,旨在提高我国纳滤膜技术的创新研发和应用水平,推动建设健全的纳滤膜产业和市场,服务于我国实现由膜应用大国向膜技术强国的转变。(源自:纳滤膜产业联盟秘书处,010-89181953)

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