城市供水水源硬度凈化探討

常永峰

城市是一個區域政治、經濟和文化的中心,城市供水水質的好壞直接影響到市民的身體健康和城市的經濟發展。根據國家環保總局公布的《2009年度水資源環境報告》顯示:我國部分地區受地下水連年超采的影響,硬度指標逐步上升,部分水源地已經超過了國家標準的規定值,對城市經濟的發展及人民生活水平的提高產生不利影響。因此,尋求經濟可行的飲用水硬度軟化方法已成為當務之急。

1 城市供水水源的種類

水源按其存在形式可分為地表水源和地下水源兩大類。

地表水源包括江河、湖泊、水庫和海水。

地下水源包括潛水、承壓水、裂隙溶巖水、上層滯水和泉水。

2 硬水及其危害

水是人類賴以生存的重要條件,也是人體的重要組成部分。因此,飲用什么樣的水至關重要。飲硬度超標的水會影響人體的健康。

水分為軟水、硬水,凡不含或含有少量鈣、鎂離子的水稱為軟水,反之稱為硬水。水的硬度是指水中鈣、鎂離子的濃度,硬度單位是ppm,1 ppm代表水中碳酸鈣含量1 mg/L。水的硬度成分如果是由碳酸氫鈉或碳酸氫鎂引起的,系暫時性硬水(煮沸暫時性硬水,分解了碳酸氫鈉,生成了不溶性碳酸鹽而沉淀,水由硬水變成軟水);如果是由含有鈣、鎂的硫酸鹽或氯化物引起的,系永久性硬水,經煮沸后不能去除。以上兩種硬度合稱為總硬度。依照水的總硬度值大致劃分,總硬度0 ppm～30 ppm稱為軟水,總硬度60 ppm以上稱為硬水,高品質的飲用水不超過25 ppm,高品質的軟水總硬度在10 ppm以下。在天然水中,遠離城市未受污染的雨水、雪水屬于軟水;泉水、溪水、江河水、水庫水,多屬于暫時性硬水,部分地下水屬于高硬度水。

科學家和醫學家們調查發現,長期飲用過硬或者過軟的水都不利于人體健康。我國規定:飲用水的硬度不得超過25度。

3 我國城市供水水源硬度凈化方法

3.1 離子交換法

原理:它是利用離子交換劑,把水中的離子與離子交換劑中可擴散的離子進行交換作用,使水得到軟化的方法。飲料用水大都采用有機合成離子交換樹脂作離子交換劑。

特點:采用特定的陽離子交換樹脂,以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來,由于鈉鹽的溶解度很高,所以就避免了隨溫度的升高而造成水垢生成的情況。這種方法是目前最常用的標準方式。主要優點是:效果穩定準確,工藝成熟,可以將硬度降至零。

3.2 膜分離法

原理:納濾膜(NF)及反滲透膜(RO)均可以攔截水中的鈣鎂離子,從而從根本上降低水的硬度。

特點:效果明顯而穩定,處理后的水適用范圍廣;但是對進水壓力有較高要求,設備投資、運行成本都較高。一般較少用于專門的軟化處理。

3.3 電磁法

原理:采用在水中加上一定的電場或磁場來改變離子的特性,從而改變碳酸鈣(碳酸鎂)沉積的速度及沉積時的物理特性來阻止硬水垢的形成。

特點:設備投資小,安裝方便,運行費用低;但是效果不夠穩定,沒有統一的衡量標準,而且由于主要功能僅是影響一定范圍內的水垢的物理性能,所以處理后的水的使用時間、距離都有一定局限。多用于商業(如中央空調等)循環冷卻水的處理,不能應用于工業生產及鍋爐補給水的處理(同時由于該種設備的機理并未得到真正的理論證實)。

3.4 藥劑軟化法

原理:工業上的經典水質處理方法是藥劑軟化法,如加入石灰(CaO)、磷酸鈉等。加入石灰,可使水中的二氧化碳、碳酸氫鈣和碳酸氫鎂生成碳酸鈣和氫氧化鎂的沉淀,對永久硬度大的硬水,可再加適量純堿。軟化時石灰添加量根據經驗,每降低1000 L水中暫時硬度1度,需加純氧化鈣10 g。反應過程中,鎂都是以氫氧化鎂的形式沉淀,而鈣都是以碳酸鈣的形式沉淀。

特點:一次性投入較少,適應性廣;但水量較大時運行成本偏高,由于加入了化學物質,所以水的應用受到很大限制,一般情況下不能應用于飲用、食品加工、工業生產等方面。在民用領域中也很少應用。

3.5 電滲析和RO技術

原理:電滲析法是在外加直流電場的作用下,利用陰、陽離子交換膜對水中離子的選擇透過性,使水中陰、陽離子分別通過陰、陽離子交換膜向陽極和陰極移動,從而達到凈化作用。這項技術常用于自來水制備初級純水。

特點:反滲透法是以壓力為驅動力,提高水的壓力來克服滲透壓,使水穿過功能性的半透膜而除鹽凈化。反滲透法也能除去膠體物質,對水的利用率可達75%以上;反滲透法產水能力大,操作簡便,能有效使水凈化到符合國家標準。

4 前景展望、注意事項及實施措施

目前我國大部分的水廠仍采用的是常規處理技術,但隨著飲用水標準的提高及水源水質的惡化,我國也根據自身實際情況,在上海、北京、深圳等城市的大型水廠應用了奧氧活性炭等深度處理技術。

我國在水質標準不斷發展的形勢下,也為提供品質優良的供水水源做出了自己的努力,也取得了一些成績,就在我們進行縱向比較的同時,也應該清楚地認識到我國的城市供水管理仍存在一些問題。如:我國的水處理技術發展緩慢并且相對落后;我國不少地方仍以犧牲環境和水資源為代價,以此來促進經濟的增長,其結果是造成經濟、環境和資源的不可持續發展,特別是在一些資源十分緊張的地下水超采區,情況更為嚴重。因此,造成我國自來水水質與世界發達國家還存在一定的差距。

供水工作是促進城市快速發展的關鍵環節之一,要做到又好又快發展,必須堅持為生產建設和人民生活服務的方針。目前世界各國都有自己的供水水質標準,有共同點和不同點。由于國情、自然條件、水源水質及所含成分的差異,處理工藝、輸配水管網及管材、經濟實力、生活習慣等均不同,應根據我國實際情況制定具有可操作性的生活飲用水水質標準。

同時,保證水源水質是供水水質達到國際先進水平的第一道“關卡”,是確保城市供水水質的基礎。我國取水水源水質優、差、劣均有,存在問題相對較多。對于河流上游及水庫、湖泊等Ⅰ類～Ⅱ類水體,雖有水源保護條例,因對保護水源的意識較差,貫徹不力而無法執行,部分水源已受到污染或存在受到污染的威脅,水庫、湖泊等水源還存在季節性的水質變化和季節性缺水的危險:目前我國大多數城市仍取自Ⅱ類～Ⅴ類的受污染水源水,有機物、氨氮、磷等含量高,水廠常規處理工藝難以去除。因此,改善取水水源水質難度較大,任務仍然十分艱巨,需要做大量工作。

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