清华大学王占生教授:饮用水深度处理的必要性及最佳技术选择
发布时间:2019/1/3 浏览人数:84

到底什么是健康的水?饮用水水质卫生学、安全性和健康学标准的三阶段又是怎么一回事?饮用水是否有深度处理的必要性?纳滤技术可否作为饮用水深度净化的最佳选择?

日前,由中国膜工业协会工程与应用专业委员会、北京碧水源净水科技有限公司、时代沃顿科技有限公司等5家单位联合发起成立了我国首个纳滤膜产业联盟。随之,在饮用水深度净化领域掀起了一股纳滤“黑科技”的旋风,引起了社会各界的广泛关注与讨论。

到底什么是健康的水?

饮用水水质卫生学、安全性和健康学标准的三阶段又是怎么一回事?

饮用水是否有深度处理的必要性?

纳滤膜技术可否作为饮用水深度净化的最佳选择?

带着强烈的好奇心与求知欲,小编搜集、拜读了中国净水行业泰斗、纳滤膜产业联盟名誉理事长、清华大学环境学院博导王占生教授参与撰写的多篇文章,对于饮用水相关知识,有了更加系统全面的认识。现小编摘录其中的“精华”,与读者共飨。

什么是健康的水?

健康的水,首先应是安全的,不会致病,同时还应尽量保留(越多越好)水中原有的、对人体健康有益的矿物质离子,既安全又健康。

饮用水水质卫生学、安全性和健康学的三阶段是指什么?

全世界文明的发展,城市化的进程都是与各自的母亲河或者说母亲水系分不开的,对水质的关注和认识也是人类文明发展的重要组成部分。大体上讲,水质标准的发展可分为:卫生、安全和健康三个阶段。我们已经经历了卫生阶段,现在正处于水质安全的阶段,健康的理念正在萌芽和发展中。

卫生学阶段 关键词:微生物

世界卫生组织(WHO)饮用水水质准则指出,微生物是威胁饮用水安全的首要问题。随着微生物学技术的发展,多种新的介水病原微生物被发现,新的微生物安全问题也随之而来。

世界卫生组织及各国饮用水水质主管部门都将饮用水水质的卫生学指标作为水质标准制定和管理的重点,确保饮用水微生物指标达标仍然是一项长期而艰巨的任务。

我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定生活饮用水首先要保证流行病学上安全,即不得含有病原微生物,水质微生物学指标由旧标准的2项增至6项,修订了总大肠菌群1项。

通常卫生学指标不达标导致的水质问题是急性的,如细菌感染,大面积爆发传播,但容易发现,也容易控制,如要求公众改喝开水,不吃凉冷食物,不用污染的自来水洗手、洗水果等。

安全性阶段 关键词:有机污染物

当前,由于化学工业的发展,人工合成的有机物快速增加,并通过多种途径进入天然水体和供水系统,虽然浓度很低,通常为微克每升水平或者更低的浓度,但其危害不可小觑。

据美国的相关调查,发现饮用水中有700多种有机物,其中卤代有机物及苯、氯酚、双醚等均属于有“三致”(致癌、致畸、致突)作用或毒性物质。

我国环保部的一项调查也发现56个城市的206个饮用水源地中共检出132种有机污染物,其中103种属于优先控制污染物。近年来又有大量新兴或新型有机物引起高度关注,如内分泌干扰物和个人防护用品和药品等。

化学安全性指标导致的水质危害往往是潜在的、慢性的,如致癌、致突等,需要很长的时间,而且因果关系也不是特别明显,一般不容易引起重视,发现后解决问题也比较复杂。

健康学阶段 关键词:矿物质

饮用水中各项指标并非越低越好,饮用水也非越纯越好,即饮用水水质除了关注对人体健康有害的指标及限值外,也需要关注对人体有益的指标及限值。某海军研究人员因在某岛屿生活几个月,每天喝淡化纯水,结果几个月后出现肌无力症状。

现有的研究和流行病学调查表明,饮用水中适当含量的钙、镁对饮用者心血管系统有明显益处。镁在水中的化学形态也使它比食物中的镁更易被吸收。通过饮水补充的钙占需要补充总钙量的15%-20%。

矿物质新陈代谢理论权威、医药化学家John Sorenson博士认为“饮用水中的矿物质能很好地被人体吸收。” 部分学者认为,饮用水是每个人可以而且必须廉价获取的民生用品。

专家们已经形成比较一致的看法是:饮用水中的矿物质必不可少。

饮用水是否有深度处理的必要性?

我国现有的自来水厂95%以上仍然采用的是百年前的常规工艺:混凝沉淀―过滤―消毒老三套,主要目的是消除水中的浊度、胶体等感观状污染以及病原微生物等,改善观感及杜绝水致传染病的传播。

换句话说,达到“生活饮用水卫生标准”的自来水厂出水,能满足“卫生学阶段”所关注的饮用水水质标准,但无法有效的完全满足“安全性阶段”、“健康学阶段”所关注的污染物去除要求。

要使自来水达到新的水质标准要求,只有两个途径,第一,将自来水厂的常规工艺,通过臭氧、活性炭与膜技术等改造成深度处理工艺;第二,通过在终端(如家中)安装净水器,可增加溶解性有机污染物的去除,并能尽量保留原水中人体所需的矿物元素,以提高饮用水质量。

纳滤膜技术可否作为饮用水深度净化的最佳选择?

王占生教授等人在研究“膜法饮用水处理的效果”时得出结论,微滤、超滤对胶体、浊度和细菌具有很好的去除效果,但对色度、小分子有机污染物的去除效果不理想,对无机离子没有去除效果。纳滤膜在0.35~1 MPa 的操作压力下对水中的有机污染物、三卤甲烷等消毒副产物具有很高的去除效果,同时可选择性地去除一些溶解性离子(请见下图)。

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图:膜法饮用水处理

此外,他参与的相关试验研究结论还表明,对于饮用水中可能存在的有毒有害有机物和 Ames 致突变物,纳滤膜可实现高效去除,使Ames试验阳性的水转为阴性。_ueditor_page_break_tag_

纳滤膜可在高效去除水中各种有毒有害物质(总有机碳可去除90%左右)的同时,根据水中原有的无机离子含量,可选择能去除30%、50%、90%左右矿物质的膜,以此保留水中对人体有益的矿物元素(部分二价离子钙、镁与一价离子),实现饮用水从“安全性阶段”进阶到“健康学阶段”的目标。

总结

纳滤作为一种分离效果介于超滤和反渗透之间的新型膜过滤技术,其作用相当于一般概念的高级处理,可以认为以纳滤为核心的组合技术是优质饮用水净水器的最佳实用技术,它将会作为一种关键技术今后应用于自来水厂深度处理中。

参考资料:

《饮用水水质标准的发展:从卫生、安全到健康的理念》(2017年发表在《给水排水》)

《饮用水深度处理技术发展》(2015年发表在《建设科技》)

《饮用水深度处理的必要性与发展趋势》(2014年发表在《给水排水》)

《饮用水中纳滤技术的应用与发展》(2001年发表在《给水排水》)

《纳滤(NF)膜制取饮用水的研究》(1998年发表在《水处理技术》)