城市供水水源硬度净化探讨

常永峰

城市是一个区域政治、经济和文化的中心,城市供水水质的好坏直接影响到市民的身体健康和城市的经济发展。根据国家环保总局公布的《2009年度水资源环境报告》显示:我国部分地区受地下水连年超采的影响,硬度指标逐步上升,部分水源地已经超过了国家标准的规定值,对城市经济的发展及人民生活水平的提高产生不利影响。因此,寻求经济可行的饮用水硬度软化方法已成为当务之急。

1 城市供水水源的种类

水源按其存在形式可分为地表水源和地下水源两大类。

地表水源包括江河、湖泊、水库和海水。

地下水源包括潜水、承压水、裂隙溶岩水、上层滞水和泉水。

2 硬水及其危害

水是人类赖以生存的重要条件,也是人体的重要组成部分。因此,饮用什么样的水至关重要。饮硬度超标的水会影响人体的健康。

水分为软水、硬水,凡不含或含有少量钙、镁离子的水称为软水,反之称为硬水。水的硬度是指水中钙、镁离子的浓度,硬度单位是ppm,1 ppm代表水中碳酸钙含量1 mg/L。水的硬度成分如果是由碳酸氢钠或碳酸氢镁引起的,系暂时性硬水(煮沸暂时性硬水,分解了碳酸氢钠,生成了不溶性碳酸盐而沉淀,水由硬水变成软水);如果是由含有钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的,系永久性硬水,经煮沸后不能去除。以上两种硬度合称为总硬度。依照水的总硬度值大致划分,总硬度0 ppm～30 ppm称为软水,总硬度60 ppm以上称为硬水,高品质的饮用水不超过25 ppm,高品质的软水总硬度在10 ppm以下。在天然水中,远离城市未受污染的雨水、雪水属于软水;泉水、溪水、江河水、水库水,多属于暂时性硬水,部分地下水属于高硬度水。

科学家和医学家们调查发现,长期饮用过硬或者过软的水都不利于人体健康。我国规定:饮用水的硬度不得超过25度。

3 我国城市供水水源硬度净化方法

3.1 离子交换法

原理:它是利用离子交换剂,把水中的离子与离子交换剂中可扩散的离子进行交换作用,使水得到软化的方法。饮料用水大都采用有机合成离子交换树脂作离子交换剂。

特点:采用特定的阳离子交换树脂,以钠离子将水中的钙镁离子置换出来,由于钠盐的溶解度很高,所以就避免了随温度的升高而造成水垢生成的情况。这种方法是目前最常用的标准方式。主要优点是:效果稳定准确,工艺成熟,可以将硬度降至零。

3.2 膜分离法

原理:纳滤膜(NF)及反渗透膜(RO)均可以拦截水中的钙镁离子,从而从根本上降低水的硬度。

特点:效果明显而稳定,处理后的水适用范围广;但是对进水压力有较高要求,设备投资、运行成本都较高。一般较少用于专门的软化处理。

3.3 电磁法

原理:采用在水中加上一定的电场或磁场来改变离子的特性,从而改变碳酸钙(碳酸镁)沉积的速度及沉积时的物理特性来阻止硬水垢的形成。

特点:设备投资小,安装方便,运行费用低;但是效果不够稳定,没有统一的衡量标准,而且由于主要功能仅是影响一定范围内的水垢的物理性能,所以处理后的水的使用时间、距离都有一定局限。多用于商业(如中央空调等)循环冷却水的处理,不能应用于工业生产及锅炉补给水的处理(同时由于该种设备的机理并未得到真正的理论证实)。

3.4 药剂软化法

原理:工业上的经典水质处理方法是药剂软化法,如加入石灰(CaO)、磷酸钠等。加入石灰,可使水中的二氧化碳、碳酸氢钙和碳酸氢镁生成碳酸钙和氢氧化镁的沉淀,对永久硬度大的硬水,可再加适量纯碱。软化时石灰添加量根据经验,每降低1000 L水中暂时硬度1度,需加纯氧化钙10 g。反应过程中,镁都是以氢氧化镁的形式沉淀,而钙都是以碳酸钙的形式沉淀。

特点:一次性投入较少,适应性广;但水量较大时运行成本偏高,由于加入了化学物质,所以水的应用受到很大限制,一般情况下不能应用于饮用、食品加工、工业生产等方面。在民用领域中也很少应用。

3.5 电渗析和RO技术

原理:电渗析法是在外加直流电场的作用下,利用阴、阳离子交换膜对水中离子的选择透过性,使水中阴、阳离子分别通过阴、阳离子交换膜向阳极和阴极移动,从而达到净化作用。这项技术常用于自来水制备初级纯水。

特点:反渗透法是以压力为驱动力,提高水的压力来克服渗透压,使水穿过功能性的半透膜而除盐净化。反渗透法也能除去胶体物质,对水的利用率可达75%以上;反渗透法产水能力大,操作简便,能有效使水净化到符合国家标准。

4 前景展望、注意事项及实施措施

目前我国大部分的水厂仍采用的是常规处理技术,但随着饮用水标准的提高及水源水质的恶化,我国也根据自身实际情况,在上海、北京、深圳等城市的大型水厂应用了奥氧活性炭等深度处理技术。

我国在水质标准不断发展的形势下,也为提供品质优良的供水水源做出了自己的努力,也取得了一些成绩,就在我们进行纵向比较的同时,也应该清楚地认识到我国的城市供水管理仍存在一些问题。如:我国的水处理技术发展缓慢并且相对落后;我国不少地方仍以牺牲环境和水资源为代价,以此来促进经济的增长,其结果是造成经济、环境和资源的不可持续发展,特别是在一些资源十分紧张的地下水超采区,情况更为严重。因此,造成我国自来水水质与世界发达国家还存在一定的差距。

供水工作是促进城市快速发展的关键环节之一,要做到又好又快发展,必须坚持为生产建设和人民生活服务的方针。目前世界各国都有自己的供水水质标准,有共同点和不同点。由于国情、自然条件、水源水质及所含成分的差异,处理工艺、输配水管网及管材、经济实力、生活习惯等均不同,应根据我国实际情况制定具有可操作性的生活饮用水水质标准。

同时,保证水源水质是供水水质达到国际先进水平的第一道“关卡”,是确保城市供水水质的基础。我国取水水源水质优、差、劣均有,存在问题相对较多。对于河流上游及水库、湖泊等Ⅰ类～Ⅱ类水体,虽有水源保护条例,因对保护水源的意识较差,贯彻不力而无法执行,部分水源已受到污染或存在受到污染的威胁,水库、湖泊等水源还存在季节性的水质变化和季节性缺水的危险:目前我国大多数城市仍取自Ⅱ类～Ⅴ类的受污染水源水,有机物、氨氮、磷等含量高,水厂常规处理工艺难以去除。因此,改善取水水源水质难度较大,任务仍然十分艰巨,需要做大量工作。

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