我国自2009年东营10万超滤水厂投产以来, 在城市自来水中应用超滤已日益普遍;现国内最大的超滤水厂规模已达30万m³/d。据统计经膜滤的城市饮用水在美国已达10%, 在我国虽然大规模应用只有几年, 但处理量目前已超过1%。我国的生产实践表明超滤能显著提高水质, 获得业界充分肯定。

当前关于超滤是否隶属于深度处理存在争议:一种认为超滤和臭氧—活性炭一样, 都属于深度处理;另一种则认为超滤不是深度处理。对深度处理和超滤的定位, 应从历史的角度进行解析。

现代城市供水是随着现代城市发展起来的, 城市供水的产生适应了城市发展的需求。

19世纪前, 饮水卫生是城市发展的制约因素, 发明了氯消毒并控制了细菌性疾病的流行;20世纪中叶, 发生病毒性疾病的流行, 并发现水中病毒附着在颗粒物上, 从而提出“深度除浊”, 以控制疾病的暴发;上述细菌性和病毒性疾病流行, 是人类面临的两次重大饮水安全性问题———生物安全性。20世纪70年代, 发现了有三致作用的氯化消毒副产物, 进而发现更多的对人体有毒害作用的人工合成微量有机污染物;这是人类面临的又一次重大饮水安全性问题———化学安全性。

人们通过臭氧氧化和颗粒活性炭吸附组合工艺, 显著提高了水中有机物去除效果, 一定程度地控制了氯化消毒副产物的生成, 并去除部分微量有机污染物, 使水的化学安全性得到提升。由于臭氧—活性炭工艺在去除水中有机物方面比常规工艺有显著提高, 故被称为深度处理;臭氧—活性炭深度处理, 事实上是对水中有机物的深度处理。该工艺在国外并未被专门称作深度处理, 只是在国内于1987年成立了深度处理研究会后, 才使深度处理的称呼在国内得到流行。

臭氧—活性炭工艺自从20世纪70年代提出, 至今已有近40年;在这期间水源水中污染物种类大量增加, 重金属、人工合成微量有机物等被陆续检出。而臭氧—活性炭对其去除作用有限, 从而发展出多种去除水中新兴污染物的组合工艺与技术, 如粉末活性炭与高锰酸钾 (及其复合剂) 联用技术、氧化及强化混凝技术、生物预处理技术、高级氧化技术、pH调节技术等。

从水质净化的特征来看, 臭氧—活性炭只是针对40年前水源水中有机污染物的深度处理, 故其应属化学安全性方面的深度处理范畴。而针对现今水源水中有机污染物的状况, 深度处理应是各种去除有机污染物的工艺组合, 而不应特指臭氧—活性炭。因此, 饮用水化学安全性方面的深度处理应较臭氧—活性炭具有更广的含义, 臭氧—活性炭只是化学安全性方面深度处理的一种。

20世纪末, 出现了以“两虫”为代表的新的重大生物安全性问题, 人们发现常规处理和臭氧—活性炭都无法解决, 而膜滤 (微滤和超滤) 因膜孔径比致病原生动物小得多, 能有效去除水中致病原生动物, 可控制“两虫”疾病暴发。

在膜滤的应用中, 发现膜滤 (特别是孔径小于0.02μm的新一代超滤膜) 对水中浊度、细菌和病毒均有很高的去除率, 从而将膜滤功能从去除致病原生动物扩展到致病细菌和病毒, 进而发展了一种新的模式———超滤+低剂量消毒剂。该模式比起现今不能完全杀灭水中微生物的消毒方法, 有显著优越性。此外, 其大大减少了消毒剂剂量, 使氯化消毒副产物问题也得到初步解决。

对城市饮用水的安全性, 有生物和化学安全性两方面的要求。在对水中有机物的去除, 臭氧—活性炭工艺比常规工艺有显著提高, 可视为在化学安全性方面的深度处理。而在对水中致病微生物的去除方面, 超滤比常规工艺和臭氧—活性炭工艺有显著提高, 可视为在生物安全性方面的深度处理。

城市生活饮用水的安全性有生物安全性和化学安全性两方面, 安全优质的饮用水应在生物安全性和化学安全性两方面都进行深度处理, 在两方面都获得最优:优质的饮用水还应具有清澈透明、无色无臭无味、无可见异物等感官品质。在水的清澈透明和无可见异物方面, 新一代超滤膜能使水的浊度降至0.02NTU;在水的无色无臭无味方面, 臭氧—活性炭能做出重要贡献;此外, 超滤+低剂量消毒剂模式大大减少了消毒剂用量会显著改善水的感官品质, 以上均是优质饮用水所需要的。

将生物安全性方面的深度处理 (以超滤膜为代表) 与化学安全性方面的深度处理 (以臭氧-活性炭为代表) 组合起来, 形成以下新的净水工艺———城市饮用水深度净化工艺:

实例1:在深度处理后增加超滤工艺 (上海模式) , 上海青浦第三水厂处理工艺:

实例2:在常规处理中增加去除有机物的措施, 然后再经过超滤处理 (山东模式) , 山东东营南郊水厂处理工艺:

在上述水处理工艺中, 水中致病微生物、有机污染物以及浊度等, 经流程中各处理单元被逐级除去 (多级屏障) , 从而使水在生物安全性和化学安全性两方面都得到深度处理, 从而获得安全清澈优质的饮用水。

在上述两例中, 超滤也有一定去除有机污染物的作用;而臭氧—活性炭或高锰酸钾 (及其复合剂) 与粉末活性炭联用, 也有一定去除致病微生物的作用。臭氧—活性炭或高锰酸钾 (及其复合剂) 与粉末活性炭联用能有效减轻膜污染, 而超滤能截留活性炭出水微生物, 所以在上述两例工艺中, 生物和化学两方面的深度处理相互之间既不矛盾, 并且还有一定的互补性。

针对水中目标污染物的不同, 除了上述两例中的模式以外, 事实上还会有许多不同的深度处理组合模式。

笔者曾提出城市饮用水净化第三代工艺的概念, 在水的生物安全性和化学安全性两方面都进行深度处理以获得安全优质的饮用水, 正是对第三代工艺更确切的诠释。

从历史角度看, 新工艺的提出主要是面向水中污染物的强化去除而来的, 在不同历史发展阶段给予了其定位;应该让净水工艺的适配结合目标污染物回归“功能化”本身, 深度处理的理论与技术框架, 也应围绕优质饮用水的生产而不断发展与完善。