隨著城市化和工業(yè)化的迅速發(fā)展，面對日益惡化的水源水質，常規(guī)飲用水處理工藝已顯得力不從心，對常規(guī)處理工藝制備的自來水進行氣質聯(lián)機（GC/MS）分析微量有機污染物和Ames致突變試驗結果表明：常規(guī)工藝對水中微量有機污染物沒有明顯去除效果，對水中氯化致突變物不僅不能去除，出水中的致突變活性反而較處理前增加了50-60%，總之，在水源受污染的情況下，由于常規(guī)處理工藝的局限性，難以保證市政自來水水質的安全性。
      當前，自來水廠處理工藝經(jīng)不住惡劣源水的沖擊，出廠水在龐大的輸配水管網(wǎng)中極易被中途污染，住戶樓內高位水箱或低位水池未及時清洗，管網(wǎng)老化，抽吸倒流，均會影響龍頭水水質，多數(shù)城市管網(wǎng)末梢自來水水質存在以下問題：
1、懸浮物、氯味、臭味等感官性狀指標不達標
⑴　微生物指標不達標
⑵　水中溶解性有機物含量過高
⑶　水的硬度過高，陰陽離子比例不當
      水源中的有機污染物，特別是常規(guī)處理難以去除的微量有機物，將影響人體健康。為解決飲水對人體健康的危害，一些城市不惜投入巨大人力、財力和物力，從遠距離調集未受污染的源水，這不僅構成經(jīng)濟重壓，而且有悖于經(jīng)濟規(guī)律，因為100多年來傳統(tǒng)的給水處理工藝對于水中有機物非但不能有效去除，反而可能產(chǎn)生有害的氯化消毒副產(chǎn)物，而一味地往上游取水，有可能取到上游城鎮(zhèn)的下水，仍然逃避不了水源的污染問題。在水廠內將水全部進行深度處理是不經(jīng)濟的，鑒于城市自來水廠提供的水是滿足城市各種社會功能的，其中與人體接觸并進入體內的水量僅占0.5-2%，另外鋪設一條專供飲用的城市輸配水管網(wǎng)是不現(xiàn)實的。在管網(wǎng)供水點—用戶水龍頭進行補充處理，則是可以接受且易于實現(xiàn)的，這就是采用家用水質處理器的由來，這種技術是解決當前飲水水質最佳的途徑之一。
2. 水質處理器現(xiàn)狀
      國外家用水質處理器普及率很高，1998年，日本擁有50萬只，美國擁有600萬只，人口僅2500萬的加拿大，亦擁有每年10萬只的銷售量。自1979年起，為解決自來水的惡臭，中國的上海首先在家庭水龍頭上安裝活性碳凈水器，一定程度上改善了飲水的水質，但是，不少企業(yè)貪圖利潤，將一些劣質凈水器充斥市場。1986年，對上海市16種家用凈水器進行抽檢，合格率僅為44%，集團用凈水器的合格率僅為10%，消費者對該類產(chǎn)品持懷疑、否定態(tài)度，市場一度萎縮。隨著膜技術和臭氧發(fā)生技術的成熟及市場需求的增長，凈水器市場日見發(fā)展，自1997年至2003年，每年以20%的速度增加。如表1-1所示，1998-2003年間，約有837件水質處理器申報了衛(wèi)生許可批件，其中家用水質處理器約占57%，集團用水質處理器約占43%。2004年約有231件水質處理器申報了衛(wèi)生許可批件。
      各種各樣的水質處理器已見諸于市場，諸如：以活性碳為主的介質過濾法，約占55%；以微濾、超濾、納濾、反滲透為主的膜法，約占36%；以除菌功能為主的物化消毒法，約占4%；以軟化、電解為主的水質調節(jié)法，約占5%。
表1-1 1998-2003年申報衛(wèi)生批件的水質處理器種類
3. 水質處理器設計的衛(wèi)生安全要點
3.1活性碳濾芯
      顆粒活性碳具有空隙小、比表面積大、強度高等特點，能相當有效地吸附截濾懸浮物、致臭物質以及較大分子的有機物等。但是，無法去除小分子有機物，其微孔易被懸浮物堵塞而老化失效；活性碳上極易滋長細菌，據(jù)日本報道，可高達105個/ml，故經(jīng)活性碳過濾的直接出水是不可生飲的；活性碳過濾不但不能去除亞硝酸鹽氮，隨著過濾時間延續(xù)，出水中的亞硝酸鹽氮含量，反而有所升高，對人體健康構成潛在的危害；停用數(shù)天后的活性碳凈水器，出水會發(fā)臭、發(fā)黑，這源自于被吸附有機物的厭氧發(fā)酵。因此活性炭的使用壽命是有限的，單一的活性碳凈水器應與超濾、開水鍋爐或紫外消毒器組合使用。
3.2活性碳+超濾（GAC+UF）組合濾芯
      活性碳+超濾為最常見的家用凈水器工藝，可在一定程度上去除自來水的色度、濁度、懸浮物、異味和有機物，可以攔截細菌和微生物，但是，隨著處理水量的增加，超濾膜的濃差極化作用漸增，出水的亞硝酸氮、總氮和有機氮濃度增高，故額定總凈水量一般不得大于2m3，活性碳和超濾芯的使用壽命不得超過100天。
3.3預處理+反滲透（RO）膜濾

      反滲透是近30年發(fā)展起來的膜分離技術。60年代反滲透技術的崛起帶動了整個膜分離技術的發(fā)展。超低壓反滲透（0.5～1.4MPa，如自來水脫鹽）膜具有高脫鹽率（對NaCl達95～99.9％的去除）和對低分子量有機物的較高去除。大型純水水質處理裝置基本以反滲透膜為核心部件，對市政自來水進行深度處理，去除水中鈣、鎂、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽等陰陽離子，降低水中消毒副產(chǎn)物以及耗氧量等微量有機污染物，改善產(chǎn)水的感官指標，如表1-2所示；但是，產(chǎn)水的pH值降低，呈微酸性，對普通金屬管材有腐蝕性；產(chǎn)水中有益于健康的微量礦物元素亦都降至檢出線以下；此外，僅有30-50%的原水水量可成為合格的成品水，即回收率一般為50%左右，不利于水資源的保護。
      利用具有選擇性透過的膜進行反滲透，去除水中分子量大于120的有機物、無機雜質、細菌、病毒、熱源是相當有效的處理工藝，經(jīng)過處理的高分子材料使其帶有正電荷，以吸附帶負電荷的微生物及其他有機物，膜孔徑為0.02-0.001nm，能截留住活性碳所不能吸附的有機分子。但是，膜孔過小，極易堵塞，且易受氯污染，故要求膜的進水中游離氯≤0.1mg/L，污染指數(shù)SDI<4，總硬度≤50mg/L，鐵<0.1mg/L，為此，反滲透膜濾之前必須配置活性碳過濾器、聚丙烯保安過濾器和軟化水設備等預處理設備，以延長膜的使用壽命，節(jié)約反沖洗水量。

3.4軟化
      軟化水器可將水中所含的鈣鎂離子替換去除，降低水的硬度，較多用于工業(yè)給水，近年來，為減少水垢的危害和降低洗滌劑的用量，市場上也出現(xiàn)一些家用軟水器。所用的軟化方式有離子交換、納濾、電滲析、軟化藥劑。
3.4.1.離子交換
      采用陽離子交換樹脂去除水中過多的鈣鎂，采用氯化鈉鹽溶液進行樹脂的再生，多數(shù)軟化水器通過多路閥和自動控制程序實現(xiàn)軟化、再生循環(huán)周期，主要技術參數(shù)如下：
市售的家用凈水器中亦有裝填離子交換樹脂的，具有軟化和凈化雙重功能，但是，樹脂的再生是手工*作的，難以確定再生時間和再生效果。
3.4.2.納濾
      金豐凈水納濾技術使生活飲用水水質可向更高水平發(fā)展，納濾膜特別適用于處理硬度高、堿度低而TOC濃度高的微污染源水，其產(chǎn)水率可達85%左右，成品水不需進行再礦化或穩(wěn)定處理。此外，利用納濾膜對不同價態(tài)粒子的選擇透過特性，實現(xiàn)對水的軟化。納濾軟化在去除硬度的同時，還可去除水中的濁度、色度和有機物，其出水水質明顯優(yōu)于其它軟化工藝。其進水水質的要求同于反滲透，必須配以預處理設備。
3.4.3.電滲析

      嚴格進行原水的預處理，使之滿足電滲析器的進水水質要求：水溫5～40℃，耗氧量<3mg/L，游離氯<0.2mg/L，鐵<0.3mg/L，錳<0.1mg/L，濁度<3度（隔板厚1.5～2.0mm）或<0.3度（隔板厚0.5～1.0mm）等。大型電滲析器主要用于工業(yè)給水的軟化，為盡可能降低出水的含鹽量，新近開發(fā)的EDI技術，可用于工業(yè)超純水的終端處理。
3.4.4.軟化藥劑
      軟化藥劑一般采用石灰和食用級復合硅磷酸鹽，抑制水垢的形成，軟化水質，多與開水鍋爐連用，目前也有石灰和復合硅磷酸鹽構成的組合濾芯，用于家庭生活用水的軟化，定期更換濾芯。
3.5消毒
3.5.1.碘樹脂
      由三碘化物與季胺鹽離子交換樹脂結合而成三碘樹脂，成本高，一般用量小，使用壽命較短。
3.5.2.紫外殺菌器
      自低壓汞燈批量投產(chǎn)以來，紫外燈的使用壽命可達5000-8000h，視為用于水質處理器出水消毒的有效技術。
3.5.3.臭氧發(fā)生器
(1)臭氧或空氣為原料：由高壓放電或低溫等離子發(fā)生臭氧，電壓高達6000-15000V，耗電高，必須配以氧化塔，將臭氧氣體盡可能多地溶于水中。
(2)水為原料：耗電低，可省略溶解臭氧的氧化塔，但是臭氧發(fā)生量低。
3.5.4. 二氧化氯化學法發(fā)生器
(1)二氧化氯化學法發(fā)生器
a)純二氧化氯化學法發(fā)生器：用亞氯酸鈉與鹽酸反應生成純的二氧化氯，純度可達95%，現(xiàn)有的大部分市售發(fā)生器將反應物、產(chǎn)物全部帶入水中，水中亞氯酸鹽含量可能超標。
b)復合二氧化氯化學法發(fā)生器：用氯酸鈉與鹽酸在80℃下反應生成二氧化氯與氯氣的混合物，現(xiàn)有的大部分市售發(fā)生器將反應物、產(chǎn)物全部帶入水中，水中亞氯酸鹽和氯酸鹽含量可能超標。但是，已有一些產(chǎn)品，僅將二氧化氯氣體吸入待處理的水中，大大減少了水中亞氯酸鹽和氯酸鹽含量。
(2)二氧化氯電解法發(fā)生器
a)氯酸鈉為原料：可用氯酸鈉與硫酸電解生成二氧化氯，不含亞氯酸鹽。
b)氯化鈉為原料：將陽極產(chǎn)物：OCl-、OH。、ClO2和H2O2的混合氣體直接加入水中，殺菌效果好，消毒副產(chǎn)物少，但是，僅適于小水量消毒。
3.5.5.次氯酸納電解法發(fā)生器
用氯化鈉溶液作原料，經(jīng)電解后，陰陽極產(chǎn)物混合形成次氯酸鈉溶液，但是，電解效率低，影響其實際使用，目前，較少用于飲用水消毒。
3.5.6.水電解法發(fā)生器
(1)水隔膜電解法發(fā)生器
      金豐凈水生活飲用水經(jīng)電解后，在陽極室生成堿性水，在陰極室生成酸性水，當離子隔膜質量上佳時，酸性水具有消毒殺菌作用，卻無消毒副產(chǎn)物。
(2)水直接電解法發(fā)生器
      正負電極直接插入水箱的儲水內，電解水生成OH。、OCl-以及新生態(tài)氧殺滅水中微生物，不需另加化學物，即可實現(xiàn)水的消毒，但是電解效率較低。
3.6礦化
      有些家用凈水器為了提高賣點，除了采用活性碳或滲銀活性碳、陶瓷濾芯實現(xiàn)凈化功能，鞏義市金豐凈水材料有限公司還在凈水器內裝填麥飯石、珊瑚砂、硅砂或稀有礦砂，聲稱可以增加人體必需的多種微量元素，去除有害重金屬，釋出礦物質，制備人造礦化水；有的還在成品水出水前安裝一塊永磁鐵，聲稱經(jīng)此類礦化、磁化處理后，水分子可呈六面體結構，可在人體細胞內發(fā)揮最大效能，但尚無相關實驗數(shù)據(jù)支持。
3.7除氟
      除氟水質處理器多采用化學除氟劑，去除水中過量的氟，通常為活性氧化鋁和骨碳，是一種成熟技術，美國的阿利亞娜高氟地區(qū)自來水廠均采用活性氧化鋁除氟，但是，必須用酸調節(jié)進水的pH至5.5，才能確保較高的除氟容量，故而對除氟罐的內襯要求及其嚴格，自80年代中期，國內城鄉(xiāng)高氟地區(qū)安裝了不少活性氧化鋁除氟設備，大多因內襯不嚴密、過薄、易斷裂，致使調節(jié)pH的酸液滲出，腐蝕罐體，產(chǎn)生的鐵離子導致活性氧化鋁中毒，失去活性，大大影響了活性氧化鋁除氟的效果，為此，許多農村水廠停止進行活性氧化鋁除氟。
      骨碳除氟的出水色度、濁度和嗅味經(jīng)常不能令人滿意，骨碳制備的工業(yè)化水平低，顆粒的強度差，損耗率高，雖然成本較低，還是限制了它的使用。
當原水的氟和礦化度都高時，可采用電滲析除氟，但是，電滲析除一價陰離子的效果較差，成本高，目前不適合邊遠農村應用。
4.外觀設計
      按外觀設計分類，家用水質處理器有龍頭式、單筒式、雙筒式、臺式、桶式、壁掛式、柜式、立罐式之分，大型水質處理器有多罐組合、一體化設備、凈水屋、水箱式消毒處理器等。
4.1龍頭式
      結構簡單緊湊，不占空間，不消耗能源，處理容量有限，使用壽命短。
4.2單筒式
      將單一濾芯或復合濾芯置于同一過濾器內，籍自來水的壓力實現(xiàn)過濾，但處理容量較小，功能單一。
4.3雙筒式
      將兩種濾芯分別置于兩個過濾器內，可根據(jù)每個濾芯的使用壽命，分別更換濾芯，籍自來水的壓力實現(xiàn)過濾。
4.4臺式
      將多于兩種的濾料置于同一過濾芯內，濾芯上部為原水罐，下部為凈化水罐，籍重力過濾，流速緩慢，結構緊湊，不耗電能，但是，要求人工添加原水，處理容量小，需經(jīng)常更換濾芯，置于避光處，以防藻類生長。
4.5桶式
      將過濾芯置于水桶內，位于飲水機頂部，取代桶裝水，現(xiàn)制現(xiàn)飲，不耗電能，但是，要求人工添加原水，處理容量小，需經(jīng)常更換濾芯。
4.6壁掛式
      為節(jié)省空間，可將水質處理器掛在墻壁上。
4.7柜式
      將家用水質處理器與飲水機結合，一般將水質處理器置于飲水機的下部，處理出水直接進入飲水機，進一步制備熱水、常溫水或冰水，現(xiàn)制鮮用，減少桶裝水的中間環(huán)節(jié)，例如：桶裝水的搬運困難、桶的置換勞動強度大、與水直接接觸部件不易清洗維修、水在桶內儲存時間過長、常出現(xiàn)生物性污染。
4.8立罐式
      處理容量大、不需加壓泵，自動反沖洗，使用壽命長，可處理家庭全部生活用水、烹調和飲用水。
4.9多罐組合
      多數(shù)大型純水處理器由石英砂罐、離子交換罐、活性碳罐和RO組合而成。
4.10.一體化設備
      多數(shù)大型凈水處理器由活性碳和紫外或臭氧發(fā)生器合成一體化設備。
4.11水箱式消毒處理器
      將水電解發(fā)生器直接置于儲水溶器內，利用水電解后生成的OH。、OCl-以及新生態(tài)氧殺滅水中微生物，常用于二次供水系統(tǒng)。
4.12凈水屋
      將凈水機置于自動售貨機內，使制水與售水聯(lián)為一體，由買水者自行*作，電腦控制售水量和水處理運行。
5. 結論
5.1 原料的衛(wèi)生安全要求
      與水接觸的濾料和部件應符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛(wèi)生安全評價規(guī)范》（2001）的要求。
生活飲用水處理中使用的化學處理劑應符合《生活飲用水化學處理劑衛(wèi)生安全評價規(guī)范》（2001）的要求。
5.2 水質處理器的衛(wèi)生安全與功能要求
5.2.1 一般水質處理器
      以活性炭、微濾、超濾、陶瓷濾芯、分子篩等為主要處理組件的一般水質處理器的衛(wèi)生安全與功能要求應符合《生活飲用水水質處理器衛(wèi)生安全評價規(guī)范—一般水質處理器》（2001）的要求。
5.2.2 反滲透處理裝置
      以反滲透膜、蒸餾器等為主要處理組件制備飲用純水的水質處理器的衛(wèi)生安全與功能要求應符合《生活飲用水水質處理器衛(wèi)生安全評價規(guī)范—反滲透處理裝置》（2001）的要求。
5.2.3 納濾處理裝置
      以納濾膜、電吸附等為主要處理組件制備飲用凈水的水質處理器的衛(wèi)生安全性要求應符合《生活飲用水水質處理器衛(wèi)生安全評價規(guī)范—一般處理裝置》（2001）中4和5的要求，其出水應符合《飲用凈水水質標準》（CJ94-1999）的要求。
5.2.4 礦化水器
      旨在改善飲水水質，增加水中某種對人體有益成分為目的的飲用水水質處理器的衛(wèi)生安全與功能要求應符合《生活飲用水水質處理器衛(wèi)生安全評價規(guī)范—礦化水器》（2001）的要求。

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