某科研院職工餐廳飲用水系統改造工程探討

孔 偉 汪洪軍 李 強 孫天寶 范冬雨

(中國計量科學研究院，北京 102200)

0 引言

水是生命之源，生活飲用水質的好壞與人們的身體健康密切相關。我們日常生活飲用的自來水雖然經過了凈化、消毒處理，達到了生活飲用水的水質標準要求，但在生活飲用水的輸配過程中，存在造成二次污染的問題，隨著生活飲用水輸配設備和管網的逐步老化，二次污染問題將會越來越嚴重[1]。因此，對生活飲用水在用水端進行進一步的凈化處理以達到飲用水安全標準，就成為了保障人們健康飲水的必需。

1 職工餐廳飲用水現狀和改造必要性

1.1 職工餐廳飲用水現狀

該職工餐廳位于北京郊區，生活飲用水為市政供水，始建于2004年。給水管管材為球墨給水鑄鐵管，承插式橡膠圈接口，通過約6 km市政管線與附近縣城最近的市政自來水管線相接，途經多家手工作坊廠房和農村住戶直埋敷設入院。入院后首先進入院區水泵房無負壓生活水箱，由高壓水泵直送至職工餐廳各飲用水點用水，肉眼觀察有白色懸浮物，加熱后水垢較多。

1.2 改造必要性

在對餐廳飲用水點隨機水質調查中，采用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS 7700)H2模式全元素半定量方法分析了砷等11項常規毒理指標和9項非常規毒理指標。檢測結果與生活飲用水衛生標準GB 5749—2006對標發現，個別指標不達標或接近不達標，已不能完成安全輸配飲用水的任務，對廣大職工的身體健康具有一定的威脅，必須加以改造。

2 改造方案

常規水處理方案涉及多種技術，根據在處理過程中的位置及處理對象，分為一般處理、深層次處理等多種處理技術[2]。

2.1 方案概述

本項目考慮到單一水處理技術的局限性，采用在常規水處理工藝的基礎上進行強化的方案，采取前期增加預處理工藝、后期增加單級反滲透深度處理工藝的組合工藝來凈化水質。水處理過程：石英砂過濾器→果殼活性炭過濾器→阻垢裝置→PP棉過濾器→反滲透裝置→紫外殺菌裝置。

2.2 主要組成裝置

2.2.1石英砂過濾器

以石英砂作為過濾介質，采用不同粒徑的石英砂在一定壓力下將較為渾濁的水過濾，最終達到凈化水質、降低水渾濁度目的的一種過濾裝置。它不僅能夠除去水中的微生物、膠體、有機懸浮物等物質，還具有除掉重金屬粒子和味道的功能。由于其獨特的結構使其具有比表面積大、阻力小等優點，所以在凈水行業中應用廣泛。通過采取優化濾料和過濾器設計的措施使得過濾器對原水品質、使用條件具有較強的自適應運行能力，能夠在過濾時形成上層稀疏下層密集的過濾狀態，從而保證其出水水質。

2.2.2果殼活性炭過濾器。

以環保椰殼、桃殼、核桃殼、棗殼等果殼為原料，經生產工藝加工而成的一種活性炭過濾裝置。其過濾過程是在活性炭過濾器表面完成的?；钚蕴勘砻嬗泻芏嗟奈⒖祝@些微孔的存在使得其表面具有很大的面積，增大了其比表面積，增強了它的吸附能力。水中的污染物通過其表面時就會被吸附。除此以外，活性炭表面的官能團也承擔了一部分吸收污染物的能力。活性炭過濾器是一種應用廣泛的過濾裝置，它的使用吸附了前端的污染物，有效提高了出水水質，避免了水中余氯等污染物對反滲透膜等下一級過濾裝置的損害。

2.2.3阻垢凈化裝置

主要是在水中添加了有機膦酸等一類的阻垢劑，在水中反應形成長鏈陰離子后可吸附在微小的碳酸鈣晶粒上，與水中的金屬離子反應后生成一種絡合離子，從而抑制它們和水中的陰離子結合生成沉淀物，阻垢裝置的使用減輕了反滲透主機的故障率，避免了反滲透膜濃水出水側形成碳酸鹽、硫酸鹽類的結垢物質，提高了反滲透膜等組件的使用性能。

2.2.4PP棉過濾器

將無毒無味的聚酯纖維粒子經加熱熔融、噴絲、牽引、成型形成管狀濾芯，因采用微孔膜過濾，因此其吸附力小，不會滯留濾液，不會與其他化學物質反應，從而應用廣泛。特點有：可去除多種雜質，廣譜性好；結構層次深且復雜，能接納較多污物；過濾阻力小；無化學粘合物質，對水質無污染；化學性質穩定，耐酸堿等有機溶劑。

2.2.5反滲透裝置

反滲透裝置是絕大多數凈水系統的核心。反滲透是20世紀60年代發展起來的一種技術，它屬于膜分離技術的一種[3]。其機理是在壓力的作用下，原水通過反滲透膜，水中的溶劑和溶質被分離開來，從而水被提純，因為它與自然界正常的滲透作用方向相反，所以被稱為反滲透。在反滲透的作用下，水中的細菌、膠體等物質被有效去除。

反滲透膜分離技術就是通過反滲透原理對溶質和溶劑進行分離的方法。由于其高效的處理效率和較好的制水效果，所以應用廣泛。其膜片由三層結構組成，具體結構如圖1所示。

2.2.6紫外殺菌裝置

該裝置為一種低壓汞燈，其利用較低壓力的汞蒸汽被激化從而發出紫外光，發光譜線主要有185 nm和253.7 nm兩條，253.7 nm的光線能起到很好的殺菌作用，能抑制細菌的生長和蔓延。

2.3 系統工藝

2.3.1預處理系統工藝

預處理系統工藝主要是指水經過石英砂及活性炭兩個過濾器后被過濾處理。石英砂過濾器中含有多層過濾層，水經過后能去除水中含有的在20 μm以上的泥沙、鐵銹、膠體、懸浮物等顆粒物質，同時進行反沖洗、正沖洗等一系列操作。

粗過濾后，供水進入果殼活性炭過濾器，活性炭一方面能夠吸附電解質離子，另一方面能進行離子交換吸附。活性炭能吸附水中的色素、異味、生化有機物等，降低水中的余氯值和農藥污染物，同時能除去水中的三鹵化物及其他污染物，使水質有效提升。

為避免濃水出水端反滲透裝置的最后一根反滲透膜濃水側出現碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸鋇等物質的濃度大于其平衡溶解度常數后結晶析出,損壞膜組件的工作特性,在水進入反滲透膜之前對其添加阻垢劑，將硬度成分降解，避免反滲透膜側的結垢，從而延長反滲透膜的使用時間。

經過以上過程的過濾和阻垢處理，水即進入了精過濾階段，精過濾階段一般會采用效率高、阻力小的PP濾芯過濾技術，它能夠有效截留預處理系統未處理掉的少量機械雜質，防止這些雜質損害反滲透膜或者損傷高壓泵的內壁和葉輪。

2.3.2單級反滲透系統工藝

單級反滲透系統由多級高壓泵、反滲透膜元件、膜殼(壓力容器)、支架燈等若干部分組成。高壓泵進水側設置低壓和高壓保護開關，當進水壓力低于設置值時，為防止泵抽空損壞，高壓泵停止運轉，當進水壓力高于設置值時，高壓泵也停止運轉。因為反滲透膜在工作過程中需要較高的壓力，所以高壓泵為其正常運轉提供了主要的動力來源。

表1 檢測結果

較高的壓力使水通過反滲透膜，水中的雜質被去除后純水通過反滲透膜被分離出來，出水基本滿足使用需求。

最后的處理過程是紫外線消毒系統對水進行處理。紫外線殺菌具有很高的光譜性，它能高效率的殺滅幾乎所有的細菌、病毒，且在殺菌過程中不會加入任何的化學藥劑，不會對水體產生二次污染，保證飲水的可靠安全。

2.4 濃水回收利用系統

為避免純水機制水產生的濃水白白浪費，經方案論證，設計了一套濃水回收利用系統。該系統主要由濃水儲水箱、溢水管、提升泵、輸水管線、用水端等五部分組成。用水端主要指盥洗池、衛生間等對水質要求不高的用水場所。純水機產生的濃水大部分儲存在儲水箱中，少部分通過箱頂的溢水管溢出，儲水箱中的水通過提升泵經輸水管線被輸送到用水端，滿足了日常使用需求，減少了水資源的浪費，提高了水資源利用效率，達到節約能源的目的。

3 檢測結果

本項目完成后，隨機抽取飲用水水樣按照CJ 94—2005 飲用凈水水質標準推薦的方法進行檢測[4]，檢測結果如表1所示。

由以上檢測結果可知，改造后食堂水的各項檢測指標均遠遠低于標準限值，飲用水水質安全可靠，達到國標要求，這說明采用預處理工藝、后期增加單級反滲透深度處理工藝的組合凈化水質方案可行。

4 結語

通過對職工餐廳現有水質檢測，發現其含有較多的雜質，衛生質量不達標。通過方案論證，確定了采用前期增加預處理工藝、后期增加單級反滲透深度處理工藝的改造方案且出于節能角度考慮設計了一套濃水回收利用系統。隨機抽取改造項目的水樣進行檢測，結果證明水質達到標準要求，改造項目取得成功。這一改造項目讓全體職工喝上了安全、優質的飲用水，對類似飲用水系統的改造具有一定的借鑒和指導意義。