飲用水深度處理智慧聯合消毒系統的應用探索

孫 弘,高建宏

（山東山大華特科技股份有限公司環保分公司,濟南 250101）

1 我國飲用水水源現狀

《2016年中國環境狀況公報》顯示，與2015年相比，我國在用集中式生活飲用水水源總體達標率降低了6.7%。其中地表水水源達標率93.6%，主要超標指標為總磷、硫酸鹽和錳；地下水水源達標率為85%，主要超標指標為錳、鐵和氨氮。集中式生活飲用水水源的污染呈上升趨勢，我國水源水污染問題依然嚴峻。

2 深度處理智慧聯合消毒系統

2.1 系統流程簡介

傳統的混凝—沉淀—過濾—消毒工藝主要是以去除濁度和細菌為目標，對于溶解性小分子有機污染物、氨氮和臭味物質去除力有限。隨著環境惡化，水中污染物的增多，傳統飲用水處理工藝已無法滿足我國《生活飲用水衛生標準》（GB 5749-2006）對出廠水質的要求。

大量的研究表明通過對傳統工藝進行局部強化并適當增加深度處理環節，不僅可以使出廠水質穩定達標，還能夠滿足人們對飲用水水質的感官要求[1]。本文通過對飲用水強化工藝和深度處理工藝的研究，提出了飲用水深度處理智慧聯合消毒系統的應用探索。如圖1所示，本系統在傳統水處理工藝的基礎上增加了應急投加和智慧聯合消毒的強化處理工藝和深度處理工藝。

2.2 強化處理工藝

2.2.1 應急投加

為應對季節性或突發性污染，選用高錳酸鉀或粉末活性炭作為原水的應急處理方法。研究表明，二者聯用并同時投加可有效去除有機污染物，且不需要增加新的處理構筑物[2]，啟動迅速，是一種經濟有效的手段。

2.2.2 智慧聯合消毒

智慧聯合消毒是指在預氧化和消毒兩個環節，通過建立云服務平臺，實現二氧化氯和次氯酸鈉的智能聯合投加。

（1）預氧化處理。傳統水處理工藝能較好的去除水中Fe2+，對Mn2+的去除能力不足，隨著水源水富營養化，藻類的存在嚴重威脅自來水廠的正常運行。采用預氧化處理工藝，在有效去除藻類和鐵錳的同時，不需要新建構筑物，極大的節約了成本。目前預氧化處理藥劑主要有液氯、二氧化氯、臭氧和高錳酸鉀等。液氯成本低，但與水中有機物反應會生成致癌副產物，臭氧成本高，高錳酸鉀的用量需要嚴格控制以防止色度和錳含量超標，因此采用二氧化氯作為預氧化藥劑。該藥劑對藻類的去除率接近液氯的一倍，且不會降低水的pH值，改善了絮凝條件，保證了后續的沉淀效果。近年來在預氧化除藻和鐵錳工藝中應用廣泛，效果顯著[3]，葉挺進等人的研究表明[4]，預處理環節二氧化氯的投加對超濾膜的污染也有明顯的緩解作用。

（2）聯合消毒工藝。次氯酸鈉殺菌效果同液氯相當，與水可任意比例互溶，能夠實現準確投加，不存在泄露危害人體生命安全等問題，在國內外得到了越來越廣泛的應用。次氯酸鈉的制備方法主要為化學法和電解法，目前市場上工業次氯酸鈉溶液多為化學法制備，濃度可達10%以上，屬于氯堿工業副產品。高濃度次氯酸鈉溶液受熱易揮發，屬于危險品，運輸和儲存要求嚴格且投加量不易控制。電解法制備次氯酸鈉不存在上述風險，原料為食鹽，材料易得，通過電解3%的食鹽水獲得5-8g/L有效氯濃度的次氯酸鈉溶液，設備運行安全可靠，投加量可控。

二氧化氯的氧化性強于次氯酸鈉，在預氧化處理環節有著不可替代的作用。隨著水質的惡化，水廠為保證除藻、脫色、除鐵錳的效果，往往會投加過量的二氧化氯，而二氧化氯的過量投加，勢必會導致亞氯酸鹽和氯酸鹽超標。因此在預氧化處理環節投加二氧化氯，消毒環節投加次氯酸鈉的方案不僅可以達到預氧化和消毒的效果，還能使出廠水長期并穩定達到《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）中對氯酸鹽和亞氯酸鹽0.7mg/L限值的要求[5]。聯合消毒方案改造費用低、運行成本低、消毒副產物少、效果穩定。

（3）智慧化應用探索。隨著互聯網技術的飛速發展，基于大數據處理，云平臺服務的智慧水務系統在自來水廠得到越來越多的應用[6]。如圖2所示，通過搭建云服務平臺，集當前主流消毒技術于一體，應用先進的數據采集和自動控制技術，結合有限或無線通訊技術和預警處理技術，可實現設備、儀表和手機APP的互聯互通、大數據分析、智慧化運行和智能化預警的功能。

智慧化應用使消毒設備不再是一個獨立的設備單體，而是可以與用戶的其他設備進行連接，具備豐富的信號發送接收功能。云服務平臺通過采集各種信號，進行大數據分析，對用戶的運行成本、設備狀態、消毒效果進行提示的同時可以進行消毒設備的自動調整、校正或變更。通過對各種數據趨勢的分析，預判系統運行的風險并提示。當設備發生故障時，通過遠程診斷能夠迅速判斷故障原因，并提供全方面的解決方案。目前該應用在工藝小試中已取得良好的效果，未來可以將更多的設備納入該智慧化應用，為智慧水務系統的建立邁出堅實的一步。

2.3 深度處理工藝

近年來飲用水深度處理工藝在我國得到了廣泛的應用，主要有光催化氧化、臭氧-生物活性炭和膜分離等技術。光催化氧化技術對有機物沒有選擇性，能夠快速有效的降解水中有機物并且具有殺菌和抑制病毒活性的作用。但該方法目前仍處于試驗中試階段，在實際工程中有待進一步推廣應用。臭氧-生物活性炭應用廣泛，但是也有局限性和風險。該工藝在低溫條件下對有機物的分解去除效率低，不適合北方寒冷地區。當水源水中含有溴離子時，經過臭氧氧化會產生致癌的溴酸鹽。膜分離技術雖然能去除大分子有機物、微生物和細菌等，但是對溶解性有機物的去除效果較弱，不適合單獨使用。

基于二氧化氯的預氧化處理工藝，本文提出了次氯酸鈉—活性炭—超濾膜深度處理工藝。二氧化氯和次氯酸鈉的投加與臭氧作用相當，且殺菌作用更持久。該工藝在降低投資和運行成本的同時，可以實現臭氧-生物活性炭-超濾膜聯合工藝等同的效果。即去除溶解性有機物、NH3-N、總磷和重金屬化合物等污染物，降低出水濁度至0.1NTU以下。該工藝不需要增加消毒設備，極大的降低投資成本。

3 結論

綜上所述，隨著水源水中污染物種類和數量的增多，傳統的飲用水處理工藝已無法滿足要求，對傳統工藝的局部加強以及多種處理工藝的聯用是水廠的必然選擇。由于地域和季節的差異，目前沒有可以同時解決所有問題的水處理工藝，而工藝環節的增加又勢必會增加水處理成本。因此考慮到經濟性，可根據水源水質的特點選擇適合的飲用水處理工藝。我國已全面進入工業4.0時代，智能化是未來大勢所趨，這就為水處理設備生產企業提出了更高的要求。

[1]王占生,劉文君,董麗華.飲用水深度處理的必要性與發展趨勢[J].給水排水,2014,40(02):1-5.

[2]姜萍萍,鄭涵.高錳酸鉀—粉末活性炭工藝在凈水廠應急處理中的應用研究[J].給水排水,2012(s2):129-132.

[3]董燕,穆麗,薛平正.二氧化氯預氧化技術在飲用水處理中的應用[J].水工業市場,2016(03):89-92.

[4]葉挺進,羅旺興,黃禹坤等.二氧化氯投加點對超濾膜運行效能的影響[J].中國給水排水,2011,27(21):1-4.

[5]劉淵芳,尹世平,李柏敏.次氯酸鈉與二氧化氯聯用降低消毒副產物的應用探討[J].廣東化工,2011,38(04):107-109.

[6]邢立遒,劉洪波.智慧水廠的大數據管理技術及應用前景淺析[J].中國管理信息化,2015,18(12):46-46.