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      高層建筑直飲水工藝的優(yōu)化改造

      2014-08-18 20:25:37沈伊辰
      中國建筑科學(xué) 2014年6期
      關(guān)鍵詞:直飲水反滲透

      沈伊辰

      摘 要:高層建筑直飲水工藝一般采用預(yù)處理(砂濾+炭濾+軟化)+反滲透+后處理(消毒),本文通過對直飲水工藝的闡述,總結(jié)了傳統(tǒng)直飲水工藝的優(yōu)缺點,隨后提出了三套工藝改造措施,并進(jìn)行了簡單的成本核算,得出最適合實際改造的方案。以期待未來在工程設(shè)計中提供借鑒作用。

      關(guān)鍵詞:高層建筑直飲水;直飲水工藝;直飲水;工藝改造;反滲透;

      1.引言

      高層建筑管道直飲水原水一般采用城市自來水,經(jīng)過預(yù)處理、膜處理和后處理。預(yù)處理主要是為了減輕后續(xù)膜的結(jié)垢、堵塞和污染,以避免膜在短期內(nèi)損壞,保證膜工藝系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。膜處理,是利用膜分離原理來將水中微小顆粒的物質(zhì),如細(xì)菌、病毒等膠體物質(zhì)通過一定大小的膜孔徑來去除。工程實際上主要采用反滲透處理工藝。后處理是指在膜處理后的保質(zhì)或水質(zhì)調(diào)整措施,主要是為了保證管道直飲水水質(zhì)的長期穩(wěn)定性,通常采用消毒,常用方法:臭氧、紫外線、二氧化氯或氯等。工程中常采用臭氧和紫外線殺菌消毒。

      直飲水的應(yīng)用在歐美等發(fā)達(dá)國家已有較長的歷史,其最大的優(yōu)點就是飲用水水質(zhì)有保證,健康、經(jīng)濟(jì)、方便。在我國,上海于1996年率先在住宅小區(qū)試驗建設(shè)第一個管道直飲水系統(tǒng),由于其相對傳統(tǒng)燒開水的飲用習(xí)慣和桶裝水換水、等水、長時間不飲用還易滋生細(xì)菌的無與倫比的優(yōu)勢,立即受到用戶的追捧,帶來了極高的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益[1]。

      將管道直飲水引入住宅小區(qū),是提高住宅品質(zhì)的表現(xiàn),許多房地產(chǎn)開發(fā)商為增加商品房的賣點,已成為房地產(chǎn)開發(fā)商們重點用來吸引購買者的亮點之一,國內(nèi)多個城市,尤其是沿海大中型城市都已在住宅小區(qū)推廣建設(shè)管道直飲水。城市公共直飲水系統(tǒng)的發(fā)展也很快,深圳、珠海、??凇⒐鹆值炔簧俪鞘卸及惭b了街頭飲水機(jī)。深圳等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市已計劃全面改造城市供水系統(tǒng),提升自來水水質(zhì),最終使自來水可以直接飲用[1]。

      但是,我國管道直飲水的發(fā)展仍處于起步階段。其主要應(yīng)用集中在北京、上海、廣州等大城市。對于當(dāng)前主要制約直飲水發(fā)展的原因一下幾個方面:

      (1)直飲水管路中易滋生細(xì)菌。

      (2)直飲水管網(wǎng)中死水情況。

      (3)工藝設(shè)備以及管材的選用,經(jīng)濟(jì)成本很高。主要是膜組件的成本。

      (4)當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)主管部門缺乏對直飲水行業(yè)監(jiān)管,對個別相關(guān)工程項目只提出少量建設(shè)性意見。

      高層建筑直飲水系統(tǒng),屬于建筑給排水飲水供應(yīng)的部分。建筑給排水飲水供應(yīng)主要有開水供應(yīng)系統(tǒng)和冷飲水供應(yīng)系統(tǒng)。所謂直飲水,指的就是冷水供應(yīng)系統(tǒng)。對于直飲水系統(tǒng),最為關(guān)鍵的一環(huán)應(yīng)該是直飲水工藝部分。因此,對于直飲水系統(tǒng)的設(shè)計,對其工藝的選擇與設(shè)計會變得非常重要。本文主要闡述了整個傳統(tǒng)直飲水工藝的主要流程,并分析其主要的缺陷與不足,以期待來指導(dǎo)未來在高層建筑直飲水方向上的設(shè)計。

      2. 高層建筑直飲水傳統(tǒng)處理工藝

      2.1高層建筑直飲水傳統(tǒng)處理工藝基本介紹

      高層建筑傳統(tǒng)直飲水工藝處理流程,根據(jù)原水水質(zhì)的特點和出水水質(zhì)要求,大致分為三個階段:預(yù)處理、膜處理和后處理。

      預(yù)處理一般為:過濾(一般可以采用多介質(zhì)過濾、活性炭過濾、精密過濾、KDF處理等方法)、軟化[7]。

      反滲透RO處理工藝是整個傳統(tǒng)處理工藝的核心。它包括反滲透膜元件,以及壓力容器、高壓泵、計量泵、保安過濾器、各種儀表、閥門等一系列附件組成。反滲透是與自然滲透過程相反的膜分離過程。它是借助于半透膜對溶液中溶質(zhì)的截留作用,在高于溶液滲透壓的壓差推動下,使溶劑滲透通過半透膜,達(dá)到溶液脫鹽的目的。滲透和反滲透是通過半透膜來完成的。在濃溶液一側(cè)施加比自然滲透壓更高的壓力。迫使?jié)馊芤褐械娜軇┓聪蛲高^膜,流向稀溶液一側(cè),從而達(dá)到分離提純目的。滲透壓的大小與溶液性質(zhì)有關(guān)而與膜無關(guān)。反滲透的物質(zhì)遷移過程常用氫鍵理論、優(yōu)先吸附一毛細(xì)管流動理論、溶解擴(kuò)散理論來解釋。反滲透膜的材料一般為醋酸纖維素(CA)、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚苯醚(PPO)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)。反滲透膜組件是由膜、支撐物、和容器按一定技術(shù)要求制成的組合構(gòu)件。膜組件一般分為板式、管式、卷式以及中空纖維式。其中主要用于飲用水、純水領(lǐng)域的是中空纖維式。板式主要用于污水處理MBR領(lǐng)域。目前膜工業(yè)上把反滲透膜分為三類:高壓反滲透膜(5.6-10.5MPa,用于海水淡化)、低壓反滲透膜(1.4-4.2MPa,用于苦咸水的脫鹽)、和超低壓反滲透膜(0.5-1.4MPa,用于自來水脫鹽)[6]。

      在膜處理后的后處理,常用方法還有:臭氧、紫外線、二氧化氯或氯等。工程中常采用臭氧和紫外線殺菌消毒[4]。下圖為傳統(tǒng)直飲水工藝流程圖。

      其中砂濾器采用多介質(zhì)過濾器(又稱壓力式機(jī)械過濾器)其主要作用是去除粒度大于20?m的機(jī)械雜質(zhì),經(jīng)過混凝的小分子有機(jī)物和膠體,前加絮凝劑;炭濾器采用活性炭過濾器,其主要功能是除臭、除色、除有機(jī)物、除氯、除重金屬;軟化器一般采用鈉離子交換器,或采用一些化學(xué)處理方法,例如:pH調(diào)節(jié)、投加阻垢劑、氧化等,這樣做,筆者認(rèn)為,這樣做可以在一定程度上,節(jié)約設(shè)計構(gòu)筑物的成本(對于環(huán)保公司)和節(jié)約設(shè)備選型的成本(對于一般設(shè)計院)。對于軟化,主要是為了防止鈣、鎂鹽在后續(xù)的膜組件表面產(chǎn)生結(jié)垢。通常情況下,一般各大環(huán)保公司在設(shè)計時,主要針對實際的工程條件中所告知的水質(zhì)條件,來對工藝進(jìn)行優(yōu)化選擇。對于北方大部分地區(qū),水質(zhì)偏硬,需要采取前面所述的有效措施,防止后續(xù)的反滲透膜表面結(jié)垢,進(jìn)而導(dǎo)致的最后出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的情況;而對于南方或其他特點地區(qū)水質(zhì)較好的情況下,可以取消這一步。從而達(dá)到節(jié)約工藝設(shè)計成本和設(shè)備選型的成本;精密過濾,又稱保安過濾器。是放置于整個反滲透裝置的進(jìn)口,其目的是為了進(jìn)一步去除預(yù)處理進(jìn)水中可能攜帶的顆粒性雜質(zhì)。通常采用5?m的濾芯,濾芯材質(zhì)一般為聚乙烯或丙綸。在反滲透系統(tǒng)中采用的濾芯一般有蜂房式線繞濾芯和熔噴濾芯,以及更高效的折疊式濾芯。還有,關(guān)于反滲透裝置的濃水的處理,工程上常對濃水進(jìn)行直接排放至城市污水管網(wǎng),或作澆花、洗車和澆灑道路及綠地之用。

      2.2 高層建筑直飲水傳統(tǒng)處理工藝的優(yōu)缺點

      如上文所述,高層建筑直飲水傳統(tǒng)工藝是以反滲透工藝為核心的處理工藝。對于反滲透處理工藝,筆者認(rèn)為之所以現(xiàn)在大部分環(huán)保公司采用這套工藝,有以下幾點原因:

      ( 1) 反滲透膜是膜孔徑小于1 nm的膜,它基本上將水中的細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)去除。處理效果好。保證了供水的安全可靠性。

      ( 2 ) 制取反滲透膜工藝技術(shù)的成熟。反滲透膜廠家很多,例如:美國海德能、美國陶氏以及日本東麗。

      但是,該工藝存在以下幾點問題:

      ( 1 )關(guān)于反滲透膜的清洗以及更換周期的問題;

      對于反滲透膜的清洗,主要是由于反滲透膜在長時間的運行過程中,隨時有可能被無機(jī)物垢、膠體、微生物、金屬氧化物等污染。從而導(dǎo)致裝置出水水質(zhì)降低,脫鹽率降低,產(chǎn)水量降低以及多種反應(yīng)反滲透膜性能的指標(biāo)下降。

      ( 2 ) 反滲透工藝濃水處理問題;

      在反滲透工藝處理的過程中,會產(chǎn)生濃水。對于濃水的處置問題,長久以來,都是一個很讓大多數(shù)設(shè)計者頭痛的問題。反滲透工藝濃水中的污染物主要有:溶解性有機(jī)物(DOM)和總?cè)芙庑怨腆w(TDS)。

      ( 3 )反滲透出水水質(zhì)問題;

      反滲透膜有將將水中有益于健康的無機(jī)離子去除的可能。如何保持水中的礦物質(zhì)將會變得異常關(guān)鍵。其次,怎樣使水保持一個弱堿性的pH值,也會變得異常關(guān)鍵。

      3. 高層建筑直飲水工藝的優(yōu)化

      對于砂濾+炭濾+軟化+RO(膜技術(shù))+消毒這套常規(guī)制取直飲水的工藝,其中軟化工藝,向上文所述,已經(jīng)可以針對特定水質(zhì)來考慮其工藝的取舍。這里無需考慮其優(yōu)化改造問題。重點是應(yīng)基于對其核心處理工藝——膜工藝的改造。由于近年來,陸續(xù)爆發(fā)飲用水水源地受到有機(jī)污染物污染的事件。為了防止因由于突發(fā)的水污染事件,而導(dǎo)致的供水安全的問題。工程上采用RO為其工藝流程的核心處理工藝。其主要目的是保證整個處理工藝的供水安全性。RO足以保證其處理流程的供水安全。因為反滲透用膜的孔徑是最小的,一般小于1nm,可將水中大部分雜質(zhì)、及一些有機(jī)污染物去除。可見下表所示:

      所以,對于此。估計改造的可能性也較小。因此需從如何保證水能保證人體健康飲用,以及最大限度地去除有機(jī)污染物才是關(guān)鍵。

      關(guān)于反滲透工藝清洗系統(tǒng),工程上發(fā)現(xiàn),對于膜的清洗,一般設(shè)計的有自動清洗系統(tǒng)。并且每隔半年或一年清洗系統(tǒng)一次,該系統(tǒng)為自動化控制。對于這一部分,設(shè)計人員需強(qiáng)調(diào)這一部分設(shè)計,以及在運行過程中的重要性。

      關(guān)于反滲透濃水排放問題,反滲透產(chǎn)水較低,為了提高產(chǎn)水率,工程上都采用二級反滲透,來提高反滲透裝置的產(chǎn)水率。當(dāng)然,也可以將濃水回用到整個工藝流程前段,重走一遍工藝流程。當(dāng)然,在一開始對整個直飲水傳統(tǒng)工藝設(shè)計時,就必須考慮到這一部分的水量。從而提高濃水的利用率。減少設(shè)備的排水。

      3.1 直飲水處理優(yōu)化方案

      下面列舉了三種工藝改造方法,并與傳統(tǒng)處理工藝進(jìn)行了比較;

      傳統(tǒng)工藝:預(yù)處理+RO裝置+紫外線殺菌;

      方案1:預(yù)處理+NF裝置+紫外線殺菌;

      方案2:預(yù)處理+UF裝置+紫外線殺菌;

      方案3:預(yù)處理+RO裝置+紫外線殺菌+電解裝置;

      方案1,是利用膜技術(shù)中的納濾手段進(jìn)行處理。納濾膜是目前優(yōu)質(zhì)直飲水的最佳技術(shù)之一,其可以有效去除三鹵甲烷的前驅(qū)物、細(xì)菌、病毒、溶解性有機(jī)物等污染物質(zhì),并且適度脫鹽,保證水中對人體有益的無機(jī)離子。

      方案2,是對于直飲水原水水質(zhì)較好的情況下采用的技術(shù)。該技術(shù)的成功推廣在2010年上海世博會中使用。

      方案3,在傳統(tǒng)反滲透處理工藝的基礎(chǔ)上,加上一個對水質(zhì)改良的措施,維持水體pH的弱堿性。

      注:三種方案均增加濃水回用系統(tǒng)。

      3.2 優(yōu)化方案與傳統(tǒng)工藝的比較

      假設(shè)某建筑直飲水設(shè)備產(chǎn)水量為1m3/h,采用海德能4寸ESPAI-4040型反滲透膜組件,一支為1380元,共采用8支。一支納濾膜1750元,壓力容器采用無縫連接不銹鋼材質(zhì),一支350元。一支浙江求是膜FUF8040型PVDF材質(zhì)超濾膜組件(包括壓力容器)為4500元,高壓泵,兩臺,一用一備,一臺為1150元。保安過濾器為2800元。紫外線殺菌器為350元一臺,預(yù)計采用一用一備,共兩臺。電解設(shè)備預(yù)計為500元一臺,采用一用一備,共計兩臺。

      膜組件的費用=膜元件的價錢+壓力容器+高壓泵+保安過濾器+閥門儀表(按前四項的總和的20% 計算)

      不銹鋼容器的費用及除反滲透裝置以外的管路管材費用 =膜組件費用的20%+紫外線殺菌器的價錢;

      各容器中填料、以及藥劑的費用=膜組件的費用的20%。

      具體計算結(jié)果見下表:

      4.結(jié)論

      (1)傳統(tǒng)直飲水處理工藝主要缺陷反映在: a.反滲透出水水質(zhì)問題上,反滲透不僅去除了細(xì)菌、病毒等有毒有害物質(zhì),而且還去除了對人體有益的無機(jī)離子。b.反滲透膜的濃水排放問題;反滲透水利用率不高。會產(chǎn)生大量的濃水。濃水的排放需要設(shè)計者引起重視。c.反滲透膜膜污染問題;一般環(huán)保公司會對工程運行后,要求建設(shè)方在設(shè)備運行了差不多每半年或一年后開啟系統(tǒng)自帶的清洗系統(tǒng),對反滲透膜進(jìn)行清洗。所以,對于清洗系統(tǒng)的設(shè)計以及膜材料的選用需要在設(shè)計時引起足夠多的重視。

      (2)從上文的成本損耗對比中可以得出結(jié)論:

      方案2的預(yù)算成本最少,大約比傳統(tǒng)方案便宜了將近18000元的成本損耗。方案3僅僅比傳統(tǒng)工藝貴了1000元左右。而方案1比傳統(tǒng)工藝貴了近4000元左右。對于濃水回用部分僅在工藝基礎(chǔ)上增加管材費用。

      1)雖然納濾膜的處理效果是最好的。但納濾膜組件的成本明顯比傳統(tǒng)工藝的反滲透膜組件要貴許多。且到目前為止,納濾膜仍處于研發(fā)與中試階段。

      2) 對于原水水質(zhì)較好的情況下,可以采用超濾膜組件進(jìn)

      2.2 高層建筑直飲水傳統(tǒng)處理工藝的優(yōu)缺點

      如上文所述,高層建筑直飲水傳統(tǒng)工藝是以反滲透工藝為核心的處理工藝。對于反滲透處理工藝,筆者認(rèn)為之所以現(xiàn)在大部分環(huán)保公司采用這套工藝,有以下幾點原因:

      ( 1) 反滲透膜是膜孔徑小于1 nm的膜,它基本上將水中的細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)去除。處理效果好。保證了供水的安全可靠性。

      ( 2 ) 制取反滲透膜工藝技術(shù)的成熟。反滲透膜廠家很多,例如:美國海德能、美國陶氏以及日本東麗。

      但是,該工藝存在以下幾點問題:

      ( 1 )關(guān)于反滲透膜的清洗以及更換周期的問題;

      對于反滲透膜的清洗,主要是由于反滲透膜在長時間的運行過程中,隨時有可能被無機(jī)物垢、膠體、微生物、金屬氧化物等污染。從而導(dǎo)致裝置出水水質(zhì)降低,脫鹽率降低,產(chǎn)水量降低以及多種反應(yīng)反滲透膜性能的指標(biāo)下降。

      ( 2 ) 反滲透工藝濃水處理問題;

      在反滲透工藝處理的過程中,會產(chǎn)生濃水。對于濃水的處置問題,長久以來,都是一個很讓大多數(shù)設(shè)計者頭痛的問題。反滲透工藝濃水中的污染物主要有:溶解性有機(jī)物(DOM)和總?cè)芙庑怨腆w(TDS)。

      ( 3 )反滲透出水水質(zhì)問題;

      反滲透膜有將將水中有益于健康的無機(jī)離子去除的可能。如何保持水中的礦物質(zhì)將會變得異常關(guān)鍵。其次,怎樣使水保持一個弱堿性的pH值,也會變得異常關(guān)鍵。

      3. 高層建筑直飲水工藝的優(yōu)化

      對于砂濾+炭濾+軟化+RO(膜技術(shù))+消毒這套常規(guī)制取直飲水的工藝,其中軟化工藝,向上文所述,已經(jīng)可以針對特定水質(zhì)來考慮其工藝的取舍。這里無需考慮其優(yōu)化改造問題。重點是應(yīng)基于對其核心處理工藝——膜工藝的改造。由于近年來,陸續(xù)爆發(fā)飲用水水源地受到有機(jī)污染物污染的事件。為了防止因由于突發(fā)的水污染事件,而導(dǎo)致的供水安全的問題。工程上采用RO為其工藝流程的核心處理工藝。其主要目的是保證整個處理工藝的供水安全性。RO足以保證其處理流程的供水安全。因為反滲透用膜的孔徑是最小的,一般小于1nm,可將水中大部分雜質(zhì)、及一些有機(jī)污染物去除??梢娤卤硭荆?/p>

      所以,對于此。估計改造的可能性也較小。因此需從如何保證水能保證人體健康飲用,以及最大限度地去除有機(jī)污染物才是關(guān)鍵。

      關(guān)于反滲透工藝清洗系統(tǒng),工程上發(fā)現(xiàn),對于膜的清洗,一般設(shè)計的有自動清洗系統(tǒng)。并且每隔半年或一年清洗系統(tǒng)一次,該系統(tǒng)為自動化控制。對于這一部分,設(shè)計人員需強(qiáng)調(diào)這一部分設(shè)計,以及在運行過程中的重要性。

      關(guān)于反滲透濃水排放問題,反滲透產(chǎn)水較低,為了提高產(chǎn)水率,工程上都采用二級反滲透,來提高反滲透裝置的產(chǎn)水率。當(dāng)然,也可以將濃水回用到整個工藝流程前段,重走一遍工藝流程。當(dāng)然,在一開始對整個直飲水傳統(tǒng)工藝設(shè)計時,就必須考慮到這一部分的水量。從而提高濃水的利用率。減少設(shè)備的排水。

      3.1 直飲水處理優(yōu)化方案

      下面列舉了三種工藝改造方法,并與傳統(tǒng)處理工藝進(jìn)行了比較;

      傳統(tǒng)工藝:預(yù)處理+RO裝置+紫外線殺菌;

      方案1:預(yù)處理+NF裝置+紫外線殺菌;

      方案2:預(yù)處理+UF裝置+紫外線殺菌;

      方案3:預(yù)處理+RO裝置+紫外線殺菌+電解裝置;

      方案1,是利用膜技術(shù)中的納濾手段進(jìn)行處理。納濾膜是目前優(yōu)質(zhì)直飲水的最佳技術(shù)之一,其可以有效去除三鹵甲烷的前驅(qū)物、細(xì)菌、病毒、溶解性有機(jī)物等污染物質(zhì),并且適度脫鹽,保證水中對人體有益的無機(jī)離子。

      方案2,是對于直飲水原水水質(zhì)較好的情況下采用的技術(shù)。該技術(shù)的成功推廣在2010年上海世博會中使用。

      方案3,在傳統(tǒng)反滲透處理工藝的基礎(chǔ)上,加上一個對水質(zhì)改良的措施,維持水體pH的弱堿性。

      注:三種方案均增加濃水回用系統(tǒng)。

      3.2 優(yōu)化方案與傳統(tǒng)工藝的比較

      假設(shè)某建筑直飲水設(shè)備產(chǎn)水量為1m3/h,采用海德能4寸ESPAI-4040型反滲透膜組件,一支為1380元,共采用8支。一支納濾膜1750元,壓力容器采用無縫連接不銹鋼材質(zhì),一支350元。一支浙江求是膜FUF8040型PVDF材質(zhì)超濾膜組件(包括壓力容器)為4500元,高壓泵,兩臺,一用一備,一臺為1150元。保安過濾器為2800元。紫外線殺菌器為350元一臺,預(yù)計采用一用一備,共兩臺。電解設(shè)備預(yù)計為500元一臺,采用一用一備,共計兩臺。

      膜組件的費用=膜元件的價錢+壓力容器+高壓泵+保安過濾器+閥門儀表(按前四項的總和的20% 計算)

      不銹鋼容器的費用及除反滲透裝置以外的管路管材費用 =膜組件費用的20%+紫外線殺菌器的價錢;

      各容器中填料、以及藥劑的費用=膜組件的費用的20%。

      具體計算結(jié)果見下表:

      4.結(jié)論

      (1)傳統(tǒng)直飲水處理工藝主要缺陷反映在: a.反滲透出水水質(zhì)問題上,反滲透不僅去除了細(xì)菌、病毒等有毒有害物質(zhì),而且還去除了對人體有益的無機(jī)離子。b.反滲透膜的濃水排放問題;反滲透水利用率不高。會產(chǎn)生大量的濃水。濃水的排放需要設(shè)計者引起重視。c.反滲透膜膜污染問題;一般環(huán)保公司會對工程運行后,要求建設(shè)方在設(shè)備運行了差不多每半年或一年后開啟系統(tǒng)自帶的清洗系統(tǒng),對反滲透膜進(jìn)行清洗。所以,對于清洗系統(tǒng)的設(shè)計以及膜材料的選用需要在設(shè)計時引起足夠多的重視。

      (2)從上文的成本損耗對比中可以得出結(jié)論:

      方案2的預(yù)算成本最少,大約比傳統(tǒng)方案便宜了將近18000元的成本損耗。方案3僅僅比傳統(tǒng)工藝貴了1000元左右。而方案1比傳統(tǒng)工藝貴了近4000元左右。對于濃水回用部分僅在工藝基礎(chǔ)上增加管材費用。

      1)雖然納濾膜的處理效果是最好的。但納濾膜組件的成本明顯比傳統(tǒng)工藝的反滲透膜組件要貴許多。且到目前為止,納濾膜仍處于研發(fā)與中試階段。

      2) 對于原水水質(zhì)較好的情況下,可以采用超濾膜組件進(jìn)

      2.2 高層建筑直飲水傳統(tǒng)處理工藝的優(yōu)缺點

      如上文所述,高層建筑直飲水傳統(tǒng)工藝是以反滲透工藝為核心的處理工藝。對于反滲透處理工藝,筆者認(rèn)為之所以現(xiàn)在大部分環(huán)保公司采用這套工藝,有以下幾點原因:

      ( 1) 反滲透膜是膜孔徑小于1 nm的膜,它基本上將水中的細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)去除。處理效果好。保證了供水的安全可靠性。

      ( 2 ) 制取反滲透膜工藝技術(shù)的成熟。反滲透膜廠家很多,例如:美國海德能、美國陶氏以及日本東麗。

      但是,該工藝存在以下幾點問題:

      ( 1 )關(guān)于反滲透膜的清洗以及更換周期的問題;

      對于反滲透膜的清洗,主要是由于反滲透膜在長時間的運行過程中,隨時有可能被無機(jī)物垢、膠體、微生物、金屬氧化物等污染。從而導(dǎo)致裝置出水水質(zhì)降低,脫鹽率降低,產(chǎn)水量降低以及多種反應(yīng)反滲透膜性能的指標(biāo)下降。

      ( 2 ) 反滲透工藝濃水處理問題;

      在反滲透工藝處理的過程中,會產(chǎn)生濃水。對于濃水的處置問題,長久以來,都是一個很讓大多數(shù)設(shè)計者頭痛的問題。反滲透工藝濃水中的污染物主要有:溶解性有機(jī)物(DOM)和總?cè)芙庑怨腆w(TDS)。

      ( 3 )反滲透出水水質(zhì)問題;

      反滲透膜有將將水中有益于健康的無機(jī)離子去除的可能。如何保持水中的礦物質(zhì)將會變得異常關(guān)鍵。其次,怎樣使水保持一個弱堿性的pH值,也會變得異常關(guān)鍵。

      3. 高層建筑直飲水工藝的優(yōu)化

      對于砂濾+炭濾+軟化+RO(膜技術(shù))+消毒這套常規(guī)制取直飲水的工藝,其中軟化工藝,向上文所述,已經(jīng)可以針對特定水質(zhì)來考慮其工藝的取舍。這里無需考慮其優(yōu)化改造問題。重點是應(yīng)基于對其核心處理工藝——膜工藝的改造。由于近年來,陸續(xù)爆發(fā)飲用水水源地受到有機(jī)污染物污染的事件。為了防止因由于突發(fā)的水污染事件,而導(dǎo)致的供水安全的問題。工程上采用RO為其工藝流程的核心處理工藝。其主要目的是保證整個處理工藝的供水安全性。RO足以保證其處理流程的供水安全。因為反滲透用膜的孔徑是最小的,一般小于1nm,可將水中大部分雜質(zhì)、及一些有機(jī)污染物去除。可見下表所示:

      所以,對于此。估計改造的可能性也較小。因此需從如何保證水能保證人體健康飲用,以及最大限度地去除有機(jī)污染物才是關(guān)鍵。

      關(guān)于反滲透工藝清洗系統(tǒng),工程上發(fā)現(xiàn),對于膜的清洗,一般設(shè)計的有自動清洗系統(tǒng)。并且每隔半年或一年清洗系統(tǒng)一次,該系統(tǒng)為自動化控制。對于這一部分,設(shè)計人員需強(qiáng)調(diào)這一部分設(shè)計,以及在運行過程中的重要性。

      關(guān)于反滲透濃水排放問題,反滲透產(chǎn)水較低,為了提高產(chǎn)水率,工程上都采用二級反滲透,來提高反滲透裝置的產(chǎn)水率。當(dāng)然,也可以將濃水回用到整個工藝流程前段,重走一遍工藝流程。當(dāng)然,在一開始對整個直飲水傳統(tǒng)工藝設(shè)計時,就必須考慮到這一部分的水量。從而提高濃水的利用率。減少設(shè)備的排水。

      3.1 直飲水處理優(yōu)化方案

      下面列舉了三種工藝改造方法,并與傳統(tǒng)處理工藝進(jìn)行了比較;

      傳統(tǒng)工藝:預(yù)處理+RO裝置+紫外線殺菌;

      方案1:預(yù)處理+NF裝置+紫外線殺菌;

      方案2:預(yù)處理+UF裝置+紫外線殺菌;

      方案3:預(yù)處理+RO裝置+紫外線殺菌+電解裝置;

      方案1,是利用膜技術(shù)中的納濾手段進(jìn)行處理。納濾膜是目前優(yōu)質(zhì)直飲水的最佳技術(shù)之一,其可以有效去除三鹵甲烷的前驅(qū)物、細(xì)菌、病毒、溶解性有機(jī)物等污染物質(zhì),并且適度脫鹽,保證水中對人體有益的無機(jī)離子。

      方案2,是對于直飲水原水水質(zhì)較好的情況下采用的技術(shù)。該技術(shù)的成功推廣在2010年上海世博會中使用。

      方案3,在傳統(tǒng)反滲透處理工藝的基礎(chǔ)上,加上一個對水質(zhì)改良的措施,維持水體pH的弱堿性。

      注:三種方案均增加濃水回用系統(tǒng)。

      3.2 優(yōu)化方案與傳統(tǒng)工藝的比較

      假設(shè)某建筑直飲水設(shè)備產(chǎn)水量為1m3/h,采用海德能4寸ESPAI-4040型反滲透膜組件,一支為1380元,共采用8支。一支納濾膜1750元,壓力容器采用無縫連接不銹鋼材質(zhì),一支350元。一支浙江求是膜FUF8040型PVDF材質(zhì)超濾膜組件(包括壓力容器)為4500元,高壓泵,兩臺,一用一備,一臺為1150元。保安過濾器為2800元。紫外線殺菌器為350元一臺,預(yù)計采用一用一備,共兩臺。電解設(shè)備預(yù)計為500元一臺,采用一用一備,共計兩臺。

      膜組件的費用=膜元件的價錢+壓力容器+高壓泵+保安過濾器+閥門儀表(按前四項的總和的20% 計算)

      不銹鋼容器的費用及除反滲透裝置以外的管路管材費用 =膜組件費用的20%+紫外線殺菌器的價錢;

      各容器中填料、以及藥劑的費用=膜組件的費用的20%。

      具體計算結(jié)果見下表:

      4.結(jié)論

      (1)傳統(tǒng)直飲水處理工藝主要缺陷反映在: a.反滲透出水水質(zhì)問題上,反滲透不僅去除了細(xì)菌、病毒等有毒有害物質(zhì),而且還去除了對人體有益的無機(jī)離子。b.反滲透膜的濃水排放問題;反滲透水利用率不高。會產(chǎn)生大量的濃水。濃水的排放需要設(shè)計者引起重視。c.反滲透膜膜污染問題;一般環(huán)保公司會對工程運行后,要求建設(shè)方在設(shè)備運行了差不多每半年或一年后開啟系統(tǒng)自帶的清洗系統(tǒng),對反滲透膜進(jìn)行清洗。所以,對于清洗系統(tǒng)的設(shè)計以及膜材料的選用需要在設(shè)計時引起足夠多的重視。

      (2)從上文的成本損耗對比中可以得出結(jié)論:

      方案2的預(yù)算成本最少,大約比傳統(tǒng)方案便宜了將近18000元的成本損耗。方案3僅僅比傳統(tǒng)工藝貴了1000元左右。而方案1比傳統(tǒng)工藝貴了近4000元左右。對于濃水回用部分僅在工藝基礎(chǔ)上增加管材費用。

      1)雖然納濾膜的處理效果是最好的。但納濾膜組件的成本明顯比傳統(tǒng)工藝的反滲透膜組件要貴許多。且到目前為止,納濾膜仍處于研發(fā)與中試階段。

      2) 對于原水水質(zhì)較好的情況下,可以采用超濾膜組件進(jìn)

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