水处理:我们对水处理技术的基本指导
水处理和水处理技术是在提供清洁饮用水供消费之前清除污染物和细菌的重要防线。水源可能受到污染，因此需要适当的处理以去除致病剂。公共饮用水系统使用各种方法为其社区提供安全的饮用水。根据大洲、国家和地区的不同，可能有不同的水处理系统在运行，这取决于区域法规和原水输入。下面的文章概述了水处理的基本原理以及所涉及的工艺和技术。
水处理：模仿地球的水文循环
什么是水处理？
维持水处理以确保清洁供应以满足不断增长的全球人口一直是人类历史上的一个持续挑战。
由于水处理技术的重大发展，包括监测和评估，高质量的饮用水可以在世界各地供应和享用。复制地球的水循环，水是不断循环的，处理使相同的水通过几个自然过程被净化。
为了确保他们没有健康风险，几乎所有的水源都需要在消费之前进行治疗。许多治疗系统设计用于去除微生物污染和物理成分，包括悬浮固体（浊度）。在此之后，最终消毒阶段几乎总是包括在治疗过程结束时包括，以帮助失去任何剩余的微生物。如果加入持续消毒剂，例如氯如氯，这也可以作为残留物，以帮助防止在较大系统中的储存或分布过程中的生物再生。
水处理由几个阶段组成。这可以包括通过使用粗培养基或通过粗培养基，过滤之后的初始预处理，称为氯化，称为多个屏障原理。后者允许有效的水处理，并允许每个阶段将水处理和制备水，以适应下游过程的合适质量。例如，过滤可以制备水以确保其适用于UV（紫外线）消毒。
根据进入水厂的水的质量和类型，治疗可能会有所不同。例如，地下水处理从地下来源的抽象水，如含水层和弹簧。与地表水相比，这些来源往往相对清洁，需要更少的水处理步骤。
地表水处理厂从地面水源取水，如河流、湖泊和水库。这些原水受到直接的环境输入。因此，需要多个处理步骤和单独的工艺，以配置不同的组合来清洗和最终消毒提取水。
一些供水可能含有消毒副产物、无机化学品、有机化学品和放射性核素。因此，特殊的水处理方法也可以作为水处理的一部分，以帮助控制地层和清除。
此外，在更新的法规下，可以将更严格的限制放在内分泌扰乱化学物质上以及铅限制减半。
水处理过程如何工作？
混凝、絮凝和沉淀是用于从地表水去除颜色、浊度、藻类和其他微生物的过程。
可以将化学凝结剂添加到水中以形成沉淀物或絮状物捕获这些杂质。沉降和/或过滤后，将絮状物与处理过的水分离
硫酸铝和硫酸铁是两种最常用的混凝剂，尽管也有其他可用的混凝剂。靠近混合槽或絮凝器入口的原水质量决定了混凝剂加入溶液的速率。
通过在高湍流点加入混凝剂，它在投加时迅速而彻底地分散。下一阶段是沉淀池。絮凝体在这里聚集，沉淀形成需要清除的污泥。
混凝的优点之一是它减少了沉淀悬浮物所需的时间。此外，它可以非常有效地去除细小颗粒，否则很难去除。
准确给药，彻底混合和频繁监测的成本和要求通常被引用为使用凝结剂治疗小供应的主要缺点。台面凝固试验可用于确定用于特定原水的凝结剂。
因此，混凝和絮凝是去除颜色和浊度最有效的处理技术。然而，对于小的供水系统，它们可能不合适。这是由于所需的控制水平和产生的污泥量。
六种必需水处理技术
在原水被分配之前，为了净化原水，需要多种水处理技术依次协同工作。以下是滤水厂常用的基本技术。
屏幕
许多地表水入口都使用滤网，以清除原水中的颗粒物质和碎片。杂草和碎片可以用粗筛去除，而较小的颗粒，包括鱼可以用带筛和微过滤器去除。在混凝或随后的过滤之前，微过滤器被用作减少固体负荷的预处理。
砂石过滤器
浊度和藻类可以用砾石过滤器去除，砾石过滤器由一个矩形通道或一个水箱组成，分成几个部分，并填充砾石(粒径范围4到30mm)。入口分配室允许原水进入并水平流过水箱，首先遇到粗的砾石，然后是细的砾石。一个出口室收集过滤后的水和固体被从原水中除去，积聚在过滤器的地板上。
慢砂过滤
浊度，藻类和微生物也可以使用慢砂过滤器除去。简单可靠的工艺，缓慢的砂过滤通常适用于治疗小型供应，只要有足够的土地即可。慢砂过滤器通常由含有锋利砂（尺寸0.15-0.30mm）的罐组成，深度为0.5至1.5米。
活性炭
采用物理吸附，活性炭可去除污染物。这将受到碳的数量和类型、污染物的性质和浓度、水在单位内的停留时间和一般水质(温度、pH值等)的影响。
最常见的介质之一是颗粒活性炭(GAC)，虽然粉末活性炭(PAC)和块碳有时也被使用。过滤介质包含在可更换的滤筒中，滤筒出口处的颗粒过滤器用于从处理过的水中去除碳粉。
通风
曝气的目的是将氧气转移到水中，并通过空气剥离去除气体和挥发性化合物。一种常见的方法是填料塔曝气器，因为他们紧凑的设计和高能源效率。为了实现气提，可以采用填料塔逆流级联曝气、池内扩散曝气和喷雾曝气等多种技术。
膜过程
反渗透(RO)、超滤(UF)、微滤(MF)和纳滤(NF)是水处理过程中最常用的膜。膜以前应用于工业或制药用水的生产，现在正在应用于饮用水的处理。膜处理可以提供足够的去除致病菌，隐孢子虫，鞭毛虫，以及潜在的人类病毒和噬菌体。在一个著名的案例研究中，来自荷兰和丹麦的公司正在努力将酶整合到膜技术中用于去除饮用水中的农药和药物残留。
紫外线水处理:照灯消毒
对人眼无形，紫外线（UV）光可用于消毒水处理过程中的微生物。UV光线范围的波长在200到300纳米（亿米）之间。紫外线辐射由特殊的低压汞蒸气灯以254nm产生。这是消毒和臭氧破坏的最佳波长。分类为杀菌剂，这意味着它们能够灭活微生物，例如细菌，病毒和原生动物。值得注意的是，UV灯从未接触过水;它们可以安装在水中的水外，流过UV透明的Teflon管或容纳在水室内的石英玻璃套筒中。
它是如何工作的？UV光的Wavelengtsh渲染细菌，病毒和原生动物不能再现和感染。
紫外线消毒可用于饮用水的初级消毒技术。此外，这一过程也可作为一种二级消毒形式。例如，针对微生物，如隐孢子虫和贾第鞭毛虫，这可能是耐氯的。
此外，紫外线(单独或与过氧化氢一起)可以通过一种称为紫外线氧化的过程破坏化学污染物，如杀虫剂、工业溶剂和药物。
在理想条件下，紫外线单位可以提供超过99%的减少所有细菌。然而，即使有这样的性能，紫外线消毒有两个潜在的限制:“点”消毒和细胞不能被移除。
如果紫外线单位仅在浇水系统中的一个点杀死细菌并且不提供下游的任何残留的杀菌效果，则可能会发生“点”消毒。如果只有一个细菌通过伤害（100％无法保证细菌破坏），没有任何东西可以防止它附着在下游管道表面和增殖。
第二，第二个限制可能是，如果细菌细胞不是在紫外线单元中去除，而是转化为热原。被杀死的微生物和水中的其他污染物是任何存活在紫外线单元下游的细菌的食物来源。
紫外线系统的一个显著发展是放大发光二极管技术，众所周知随着2018年见证了功率密度和购买价格的转折点。
臭氧水处理:利用闪电的力量
就像闪电风暴一样，当氧气暴露在空气中释放出强大的电流时，臭氧就产生了。尽管多年来它在欧洲被广泛用于市政饮用水处理，但在美国却没有得到类似的认可。
臭氧具有优良的消毒和氧化性能，可用于水处理的整个过程，如预氧化、中间氧化或最终消毒。通常，建议使用臭氧预氧化，在砂过滤器或活性炭过滤器(GAC)之前。臭氧化后，这些过滤器可以去除剩余的有机物(对最终消毒很重要)。
臭氧由如CD型臭氧发生器中的电气放电场进行，或通过紫外线辐射（UV型臭氧发生器）进行。除了用于商业方法之外，还可以通过电解和化学反应来实现臭氧。
通常，臭氧系统包括通过高压放电，即电晕放电通过干燥的清洁空气，其产生和臭氧浓度约为1％或10,000mg / L。在治疗少量废物时，UV臭氧化是最常见的，而大型系统使用电晕放电或其他散装臭氧的方法。
然后，原水通过文丘里喉管产生真空，将臭氧吸入水中，或者空气通过被处理的水产生气泡。由于臭氧会与金属发生反应，产生不溶性金属氧化物，因此需要进行后过滤。
臭氧是高度的反应性，结果非常短的半寿命一次溶解在水中。自然反应用于臭氧返回其氧气形式，反应时间通常在20摄氏度下服用10-20分钟。
臭氧水处理的优点包括最小化无机，有机和微生物问题和味道和气味问题。此外，没有将额外的化学品加入水中。
与此同时，缺点包括缺乏杀菌或消毒残留以抑制或预防生长。此外，该系统可能需要预处理的硬度降低。
水处理化学品的类型（以及它们为何）
饮用水的化学消毒包括任何以氯为基础的技术，如二氧化氯、臭氧、一些其他氧化剂和一些强酸和强碱。除臭氧外，适当剂量的化学消毒剂旨在保持水中的残余浓度，以在储存期间提供一些保护，避免处理后的污染。
发展中国家的家庭饮用水消毒主要使用游离氯，以液体形式次氯酸(商用家用漂白剂或较稀的次氯酸钠溶液，浓度在0.5%至1%次氯酸钠之间，供家庭用水处理使用)或以干形式次氯酸钙或二氯异氰尿酸钠。这是因为这些形式的游离氯方便，相对安全的处理，廉价和易于使用。
氯是最广泛使用的初级消毒剂，并且通常用于在分配系统中提供残留的消毒。监测进入分配系统的饮用水中氯水平通常被认为是高优先级（如果有可能），因为该监测用作消毒的指标。约0.6mg / L或更高的氯的残留浓度可能导致一些消费者的可接受性问题在味道的基础上。
二氧化氯破裂以留下无机化学品亚氯酸盐和氯酸盐。通过控制施加到水的二氧化氯的剂量来最好地管理这些。氯酸盐也可以在次氯酸盐溶液中发现，其已被允许年龄。
适当给药用于家庭水处理的氯是至关重要的，以便在储存和使用期间提供足够的自由氯以保持残留物。建议是用约2mg / L的自由氯剂量透明水（<10肾小球浊度单元[NTU]），两次（4mg / L）到浑浊水（> 10 NTU）。
用作分布的残留消毒剂的单氯胺通常由氯与氨的反应形成。仔细控制水处理中的单氯胺形成对于避免形成二氟胺和三氯胺是重要的，因为这些可能导致不可接受的口味和气味。
可以在治疗中添加许多其他化学品。这些包括用于调节pH的氢氧化钠等物质，并且在某些情况下，饮用水氟化的化学品。
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