新冠肺炎疫情下饮用水安全问题的思考

新冠肺炎疫情下饮用水安全问题的思考

1反渗透水处理的必要性随着工业化的发展，生活用水受到不同程度的污染。另外，自来水厂出来的水到用户家里，中间经过市政管网一系列处理输送环节，也可能会引起不同程度的二次污染问题。分析各式各样的污染物，总体可以分为以下三大类，一类是肉眼看得见的物质，如泥砂、铁锈、悬浮物、胶体等，第二类是看不见但闻得到的物质，如余氯、异味等，还有一类是看不见闻不到物质，如病毒、细菌、重金属、农药残留等。这样从龙头出来的水就无法保证安全，自从这次新型冠状病毒疫情发生以来，大家更加关注自来水安全饮用问题。如何保证饮用水安全，什么水处理方法是最有效的？通过产品实践和市场反馈，反渗透技术是最佳解决方案之一。性价比高、安全有效的反渗透净水器逐渐被老百姓接受，正走进千家万户。2微生物的改性针对饮用水安全问题，市场上有很多解决方案，其中家用净水器方便实用，受到老百姓欢迎。但由于净水器种类繁多，过滤精度不同，滤除效果相差很大，净化后的水安全级别也不一样。活性碳净水器，是利用活性碳颗粒非常多的微孔和巨大的比表面积来进行物理吸附，可以吸附水中的余氯、有机物、异色、异味等物质，改性后活性碳有滤除部分重金属和抑菌能力，但水里还有其它的一些有害物质无法滤除。微滤净水器，其滤芯材料一般是PP棉、压缩活性碳或KDF颗粒、微滤膜等，可以滤除泥沙、铁锈、胶体等物质，是简单的初级过滤。超滤净水器，是在微滤的基础上增加了超滤膜，除了具有微滤净水器过滤功能外，还可以过滤细菌、部分重金属等物质，是对水质进一步过滤净化。反渗透净水器，其滤芯材料一般是PP棉、压缩活性碳、反渗透膜、后置活性碳等，除了具有超微滤过滤功能外，病毒、细菌、重金属、水垢等物质均能有效滤除，是高精度过滤，可以保证饮用水安全。3抗渗透膜特征及去除过程3.1材料的渗透率反渗透，英文为ReverseOsmosis，简称RO，是渗透过程的逆过程。对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜。当把相同体积的稀溶液和浓溶液分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，这一现象称为渗透。当渗透达到平衡时，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一个压差，此压差即为渗透压；若在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时，溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶液一侧流动，这一过程称为反渗透单独的反渗透膜比普通纸张还薄，机械强度差，无法在产品中实际应用。经过加强的反渗透膜，第一层是超薄分离层，是起脱盐作用；第二层是聚砜支撑层，由抗压性能较强的多孔材料制成，在分离层的背面，起到支撑和保护作用；第三层是无纺布层，进一步增强膜的强度。这样经过提高强度处理后的膜片才能够承受一定的水压，在实际水处理系统环境中运用。3.2反渗透膜滤芯设计目前市场上反渗透膜有干湿两种状态，干膜的膜片脱盐率约90%左右，使用前期流量偏小，干膜在卷制成滤芯后不需要加保护液，直接用真空袋包装，储存简单方便；湿膜的膜片脱盐率比干膜高，约在95%左右，流量稳定，湿膜片卷制成膜滤芯后，为防止滋生微生物要加亚硫酸钠保护溶液，并用真空袋包装，进行隔氧储存。反渗透膜本身有很好的过滤效果，但膜片需卷制到带有过水孔的集水管上，并配合适当的水道设计，这样才能更好的发挥其高精度过滤功能。反渗透膜滤芯水道设计通常有两种，一种是原水从滤芯一端进入，再从另一端流出，水流路径是直线型的，称为直流式；另一种是原水同时从滤芯两端进入，两路水到中间汇合后转弯90度，从滤芯侧面流出，称为侧流式。不同的水道设计，会直接影响反渗透膜的流量、产水效率，使用寿命等性能参数3.2.1浓水排流装置设计根据膜滤芯流量要求，选取相应流量性能的反渗透膜，裁剪相应长度和宽度尺寸膜片。以400G膜滤芯为例，滤芯过水量是每天（24小时）过水量为400加仑，膜片尺寸规格是宽度约333mm，长度约7800mm。由于膜片长度太长，根据水道设计和制造工艺的需要，将膜片在长度方向分成5等分，每等分长1560mm，将每等分将膜片的脱盐层朝外，背对背一起向内对折成U型，为了便于净化水流动顺畅，在每个膜袋内侧放置一层净化水导流网，然后将膜袋两侧边用食品级胶水密封，留下一个开口侧，这样就形成一个长度为780mm，宽度为333mm类似于布袋状的长方形膜袋。为增大水道空间，减小流阻力，在膜袋与膜袋之间放置一层湍流网格状浓水导流网，形成进水流道。膜袋与膜袋之间错开一定距离平铺，膜袋口方向一致均朝向中心管，一起卷制到中心管上，中心管上布置有过水孔，形成圆柱形滤芯，在其外侧用蓝胶袋固定成型，最后在滤芯外侧一端套上密封圈，用于隔离原水和浓水，这样就形成了直流式RO膜滤芯。直流式RO膜水道示意图如图2所示，原水从膜的一端进入，从膜的另一端生成浓水排出，净化水从膜袋口进入中心管，再从中心管流出来，这种水在膜表面流动是直线型的，称为直流式反渗透膜滤芯。3.2.2效使用面积减少侧流式反渗透膜滤芯，仍然以400G膜为例，膜片尺寸规格基本相同，也是按5个膜袋设计。但具体裁剪方式和水路流道，侧流式与直流式有很大的区别。为了便于生产制作，传统工艺的5个膜袋是单独分开制作，每个膜袋之间通过涂胶粘接，生产效率低。传统工艺不但使膜袋与膜袋之间多了一道漏水风险点，而且粘胶处还占用部分膜片，使膜片有效使用面积减少。而M型折叠法不需将这个5膜袋分开裁剪制作，如图3所示，类似于传统纸扇折叠形式，首尾相连，整条膜片经过多次M型折叠后，形成首尾相连的5个膜袋，膜袋内侧放置净化水导流网，膜袋与膜袋之间放置浓水导流网。膜袋与膜袋之间的袋口位置都是自然过渡连接，没有分开，这样膜袋有效使用面积可以最大化。5个膜袋均匀平铺并错开一段距离，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，形成圆柱状滤芯。侧流式水道实现方法是在滤芯两端增加进水端盖，端盖靠近中心管处开有过水孔，作为进水口，无需涂胶；端盖远离中心管位置无开孔，通过胶水与滤芯端面粘接固定，此处胶水的另一个功能是对膜袋与膜袋之间两端开口部分缝隙进行部分密封，便于形成水道。端盖接近中心管侧作为膜滤芯的进水口，根据流量需要，膜袋之间进水缝隙留有一小段长度作为进水口，剩余长度涂胶封闭作为水道用。原水从滤芯两端的进入，水流汇到膜中间位置，转弯90度后朝滤芯侧面压力低的开口方向生成浓水排出，膜袋内的净化水从中心管流出来，这样就形成侧流式RO膜滤芯，侧流式膜滤芯水道示意如图4所示。3.2.3侧流式膜滤芯侧流式RO膜滤芯水道设计是通过延长净化水流道的方法来实现的。根据长方形膜袋的长度与宽度尺寸不同，直流式膜滤芯是利用膜片333mm宽度方向作为净化水流道，净化流道长度短，进出水口长度780mm，出水口面积大，膜表面水流速慢；而侧流式膜滤芯是利用膜片780mm宽度方向作为净化流道，净化流道长度比直流式提高了一倍左右，而出水口长度333mm，出水口面积小了约一半，出水流速也相应提高。通过长方形膜袋长宽尺寸的不同和膜袋之间粘接的变化，来实现净化水流道的延长，和水流速度的改变。膜片表面水流速度提高和净化流道的延长，使侧流式膜滤芯平均净水产出率较直流式膜滤芯提高约1.5倍，减少同等环境下高浓缩水的排放，更节能环保。膜片M型折叠方法，使膜片利用率高原来的70%提高到85%，从而减少膜片用料并节约成本。侧流式RO膜滤芯的膜表面水流速度提高，可以增强水流自身的冲刷效果，减少膜表面脏堵，降低膜结晶倾向，从而延长RO膜滤芯寿命周期，降低使用成本。3.3反渗透膜的保护与利用根据反渗透膜过滤原理，膜表面需要一定的压力才能实现其反渗透功能，以400G膜滤芯为例，膜表面压力要达到95～105PSI时，反渗透膜可以发挥最佳地过滤效果，如果膜前压力过低，膜的产水率偏低，净化水流量小；如果膜前压力过高，膜表面分离层易受损，使用寿命短。在反渗透净水机的水系统里，净化水流量在800G以下，通常采用性价比高的隔膜泵来增压；净化水流量在800G及其以上，可以使用流量更大叶片泵来增压反渗透膜为了更好发挥高精度过滤功能和延长使用寿命，在系统设计时要采取一些保护措施。反渗透膜使用一定段时间后需要定期冲洗，减少有机物，水垢等污染物在膜表面的积累，延长膜寿命。余氯有水解和氧化作用，对反渗透膜危害很大，会破坏膜的形态结构，导致膜脱盐率下降。余氯的去除方法通常用活性碳进行物理吸附，在设计时，要考虑活性碳能充分去除水中的余氯。为了降低膜表面结垢风险，可以在预处理环节增加阻垢剂，如硅磷晶等，延长膜使用时间4反渗透过滤效果测试根据反渗透处理装置卫生安全与功能评价规范用配制有一定浓度的三价砷、镉、六价铬、铅、氟化物、硝酸盐氮等无机物，三氯甲烷、四氯化碳等挥发性有机物水溶液作为原水，机器进行正常制水运行，在反渗透膜滤芯整个使用寿命期内，随机抽取的净化水水样进行过滤效果测试，反渗透膜滤芯对无机物加标测试数据如表1所示；反渗透膜滤芯对挥发性有机物加标测试数据如表2所示。从测试数据来看，反渗透膜滤芯对加标的有害物质都能有效滤除，去除率均高于标准。MS2噬菌体是水质监测中作为水中肠道病毒指示生物之一，采用MS2噬菌体作为实验菌种，进行病毒过滤效果测试有一定的代表性。配制MS2噬菌体加标水，浓度为7.4×10MS2噬菌体尺寸是26纳米，目前中国疾控中心发布的新型冠状病毒尺寸约100纳米，新型冠状病毒比MS2噬菌体大4倍左右。反渗透膜是物理过滤方式，与MS2噬菌体尺寸相近或更大的病毒，反渗透膜均有滤除效果。5反渗透净水器反渗透技术有优异的深度净化水功能，已广泛应用在工业纯水、海水淡化等领域，现在正逐渐从工业用走向民用。反渗透技术通过侧流式或直流式膜滤芯设计，可以有效地应用到净水器中去，形成反渗透净水器