某科研院职工餐厅饮用水系统改造工程探讨

孔 伟 汪洪军 李 强 孙天宝 范冬雨

(中国计量科学研究院，北京 102200)

0 引言

水是生命之源，生活饮用水质的好坏与人们的身体健康密切相关。我们日常生活饮用的自来水虽然经过了净化、消毒处理，达到了生活饮用水的水质标准要求，但在生活饮用水的输配过程中，存在造成二次污染的问题，随着生活饮用水输配设备和管网的逐步老化，二次污染问题将会越来越严重[1]。因此，对生活饮用水在用水端进行进一步的净化处理以达到饮用水安全标准，就成为了保障人们健康饮水的必需。

1 职工餐厅饮用水现状和改造必要性

1.1 职工餐厅饮用水现状

该职工餐厅位于北京郊区，生活饮用水为市政供水，始建于2004年。给水管管材为球墨给水铸铁管，承插式橡胶圈接口，通过约6 km市政管线与附近县城最近的市政自来水管线相接，途经多家手工作坊厂房和农村住户直埋敷设入院。入院后首先进入院区水泵房无负压生活水箱，由高压水泵直送至职工餐厅各饮用水点用水，肉眼观察有白色悬浮物，加热后水垢较多。

1.2 改造必要性

在对餐厅饮用水点随机水质调查中，采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS 7700)H2模式全元素半定量方法分析了砷等11项常规毒理指标和9项非常规毒理指标。检测结果与生活饮用水卫生标准GB 5749—2006对标发现，个别指标不达标或接近不达标，已不能完成安全输配饮用水的任务，对广大职工的身体健康具有一定的威胁，必须加以改造。

2 改造方案

常规水处理方案涉及多种技术，根据在处理过程中的位置及处理对象，分为一般处理、深层次处理等多种处理技术[2]。

2.1 方案概述

本项目考虑到单一水处理技术的局限性，采用在常规水处理工艺的基础上进行强化的方案，采取前期增加预处理工艺、后期增加单级反渗透深度处理工艺的组合工艺来净化水质。水处理过程：石英砂过滤器→果壳活性炭过滤器→阻垢装置→PP棉过滤器→反渗透装置→紫外杀菌装置。

2.2 主要组成装置

2.2.1石英砂过滤器

以石英砂作为过滤介质，采用不同粒径的石英砂在一定压力下将较为浑浊的水过滤，最终达到净化水质、降低水浑浊度目的的一种过滤装置。它不仅能够除去水中的微生物、胶体、有机悬浮物等物质，还具有除掉重金属粒子和味道的功能。由于其独特的结构使其具有比表面积大、阻力小等优点，所以在净水行业中应用广泛。通过采取优化滤料和过滤器设计的措施使得过滤器对原水品质、使用条件具有较强的自适应运行能力，能够在过滤时形成上层稀疏下层密集的过滤状态，从而保证其出水水质。

2.2.2果壳活性炭过滤器。

以环保椰壳、桃壳、核桃壳、枣壳等果壳为原料，经生产工艺加工而成的一种活性炭过滤装置。其过滤过程是在活性炭过滤器表面完成的。活性炭表面有很多的微孔，这些微孔的存在使得其表面具有很大的面积，增大了其比表面积，增强了它的吸附能力。水中的污染物通过其表面时就会被吸附。除此以外，活性炭表面的官能团也承担了一部分吸收污染物的能力。活性炭过滤器是一种应用广泛的过滤装置，它的使用吸附了前端的污染物，有效提高了出水水质，避免了水中余氯等污染物对反渗透膜等下一级过滤装置的损害。

2.2.3阻垢净化装置

主要是在水中添加了有机膦酸等一类的阻垢剂，在水中反应形成长链阴离子后可吸附在微小的碳酸钙晶粒上，与水中的金属离子反应后生成一种络合离子，从而抑制它们和水中的阴离子结合生成沉淀物，阻垢装置的使用减轻了反渗透主机的故障率，避免了反渗透膜浓水出水侧形成碳酸盐、硫酸盐类的结垢物质，提高了反渗透膜等组件的使用性能。

2.2.4PP棉过滤器

将无毒无味的聚酯纤维粒子经加热熔融、喷丝、牵引、成型形成管状滤芯，因采用微孔膜过滤，因此其吸附力小，不会滞留滤液，不会与其他化学物质反应，从而应用广泛。特点有：可去除多种杂质，广谱性好；结构层次深且复杂，能接纳较多污物；过滤阻力小；无化学粘合物质，对水质无污染；化学性质稳定，耐酸碱等有机溶剂。

2.2.5反渗透装置

反渗透装置是绝大多数净水系统的核心。反渗透是20世纪60年代发展起来的一种技术，它属于膜分离技术的一种[3]。其机理是在压力的作用下，原水通过反渗透膜，水中的溶剂和溶质被分离开来，从而水被提纯，因为它与自然界正常的渗透作用方向相反，所以被称为反渗透。在反渗透的作用下，水中的细菌、胶体等物质被有效去除。

反渗透膜分离技术就是通过反渗透原理对溶质和溶剂进行分离的方法。由于其高效的处理效率和较好的制水效果，所以应用广泛。其膜片由三层结构组成，具体结构如图1所示。

2.2.6紫外杀菌装置

该装置为一种低压汞灯，其利用较低压力的汞蒸汽被激化从而发出紫外光，发光谱线主要有185 nm和253.7 nm两条，253.7 nm的光线能起到很好的杀菌作用，能抑制细菌的生长和蔓延。

2.3 系统工艺

2.3.1预处理系统工艺

预处理系统工艺主要是指水经过石英砂及活性炭两个过滤器后被过滤处理。石英砂过滤器中含有多层过滤层，水经过后能去除水中含有的在20 μm以上的泥沙、铁锈、胶体、悬浮物等颗粒物质，同时进行反冲洗、正冲洗等一系列操作。

粗过滤后，供水进入果壳活性炭过滤器，活性炭一方面能够吸附电解质离子，另一方面能进行离子交换吸附。活性炭能吸附水中的色素、异味、生化有机物等，降低水中的余氯值和农药污染物，同时能除去水中的三卤化物及其他污染物，使水质有效提升。

为避免浓水出水端反渗透装置的最后一根反渗透膜浓水侧出现碳酸钙、碳酸镁、硫酸镁、硫酸钙、硫酸钡等物质的浓度大于其平衡溶解度常数后结晶析出,损坏膜组件的工作特性,在水进入反渗透膜之前对其添加阻垢剂，将硬度成分降解，避免反渗透膜侧的结垢，从而延长反渗透膜的使用时间。

经过以上过程的过滤和阻垢处理，水即进入了精过滤阶段，精过滤阶段一般会采用效率高、阻力小的PP滤芯过滤技术，它能够有效截留预处理系统未处理掉的少量机械杂质，防止这些杂质损害反渗透膜或者损伤高压泵的内壁和叶轮。

2.3.2单级反渗透系统工艺

单级反渗透系统由多级高压泵、反渗透膜元件、膜壳(压力容器)、支架灯等若干部分组成。高压泵进水侧设置低压和高压保护开关，当进水压力低于设置值时，为防止泵抽空损坏，高压泵停止运转，当进水压力高于设置值时，高压泵也停止运转。因为反渗透膜在工作过程中需要较高的压力，所以高压泵为其正常运转提供了主要的动力来源。

表1 检测结果

较高的压力使水通过反渗透膜，水中的杂质被去除后纯水通过反渗透膜被分离出来，出水基本满足使用需求。

最后的处理过程是紫外线消毒系统对水进行处理。紫外线杀菌具有很高的光谱性，它能高效率的杀灭几乎所有的细菌、病毒，且在杀菌过程中不会加入任何的化学药剂，不会对水体产生二次污染，保证饮水的可靠安全。

2.4 浓水回收利用系统

为避免纯水机制水产生的浓水白白浪费，经方案论证，设计了一套浓水回收利用系统。该系统主要由浓水储水箱、溢水管、提升泵、输水管线、用水端等五部分组成。用水端主要指盥洗池、卫生间等对水质要求不高的用水场所。纯水机产生的浓水大部分储存在储水箱中，少部分通过箱顶的溢水管溢出，储水箱中的水通过提升泵经输水管线被输送到用水端，满足了日常使用需求，减少了水资源的浪费，提高了水资源利用效率，达到节约能源的目的。

3 检测结果

本项目完成后，随机抽取饮用水水样按照CJ 94—2005 饮用净水水质标准推荐的方法进行检测[4]，检测结果如表1所示。

由以上检测结果可知，改造后食堂水的各项检测指标均远远低于标准限值，饮用水水质安全可靠，达到国标要求，这说明采用预处理工艺、后期增加单级反渗透深度处理工艺的组合净化水质方案可行。

4 结语

通过对职工餐厅现有水质检测，发现其含有较多的杂质，卫生质量不达标。通过方案论证，确定了采用前期增加预处理工艺、后期增加单级反渗透深度处理工艺的改造方案且出于节能角度考虑设计了一套浓水回收利用系统。随机抽取改造项目的水样进行检测，结果证明水质达到标准要求，改造项目取得成功。这一改造项目让全体职工喝上了安全、优质的饮用水，对类似饮用水系统的改造具有一定的借鉴和指导意义。