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安全饮用水及其制备

2014-04-04来源:网络搜集
这里的“安全饮用水”是指符合美国《安全饮用水法》(The Safe Drinking Water Act,简称SDWA),及其相关标准的饮用水。
   《安全饮用水法》是美国议会在1974年通过的,并且在1986年、1996年做了重要补充修正的议会大法。《安全饮用水法》授权美国环保局(U.S.EPA)列出水中有碍人体健康污染物的目录,并逐一制定每一项污染物的最高允限。EPA标准分为两类:一类称为MCL’s (Maximum Contamination Levels) 是强制性的法律指标;另一类称为MCLG’s (Maximum Contamination Level Goals) 是指每一种污染物希望达到的期望值。
   SDWA成了美国饮水及其相关标准的基本法,并且对世界各国饮水标准产生了重大的影响。例如,此后的世界卫生组织(WHO)、欧盟(ECC)有关饮用水的标准都是在EPA标准的基础上制定的。《安全饮用水法》在改善水质,保护居民身体健康等方面做出了重大的贡献。安全饮用水和传统的自来水有着本质上的不同,其制备方式也在饮水制备领域提出了全新的概念。
   安全饮用水和传统的自来水的基本区别
   二十世纪七十年代,科学界发现自来水制备中所运用的化学消毒剂和原水中含有的有机化合物作用能产生致畸、致变、致癌的消毒副产物(Disinfection by Product,简称DBP).例如,自由氯与水中含有的甲烷反应产生的副产品——三氯甲烷,是确认具有致癌作用的有机化合物。原水中含有的这些有机化合物,如甲烷、乙酸等称为消毒副产品的先驱化合物。三氯甲烷以及其它的加氯消毒产生的副产品的发现,使沿用了近一个世纪的加氯消毒法的合理性受到质疑,科学界因而去寻求替代的消毒剂(如臭氧、二氧化氯等)。但是很快就发现,每一种化学消毒剂都会产生自己的消毒副产品系列.
EPA提出的DBP’s的允限成为有别于以前的自来水标准的第一个重大区别。
   1974年科学界另一项重要的发现是许多病原体,如病毒、军团菌等对常用的化学消毒剂有很强的抗药性。使用常用的余氯指标不足以灭活这些病原体。例如,美国的文献报道,在二十世纪上半叶曾大规模流行肝炎,而在疫区内人们饮用的就是用常规消毒方法处理过的自来水。这说明常规的消毒方法不能有效地杀死相应的病原体,而为了抑制这些病原体所传播的传染病,必须进一步加大使用的化学消毒剂的剂量。同时这些发现也表明传统的用大肠杆菌作为饮用水质量的生物学(Biological Indicator)指标不能保证饮用水的安全。
   《安全饮用水法》除保留了大肠杆菌零指标之外,还增加了病毒等具有强抗药性的病原体作为饮用水的生物学指标,这一点成为有别于传统的饮水标准的第二个重大区别。
   《安全饮用水法》带来的冲击
   这样,《安全饮用水法》的有关标准就提出了“两难”的要求:一方面,为了灭活所有能导致传播流行病的病原体,必须加大化学消毒剂的用量;另一方面,为了保证所有的消毒副产品低于允许的指标,需要减少化学消毒剂的用量。因而,《安全饮用水法》的颁布使当时的美国饮水工业一度处于困境。除了少数的例外,在一般情况下,传统的加氯消毒法或使用其它的化学消毒剂的消毒的方法,不可能全面达到《安全饮用水法》的要求。在这样的情况下饮水制备业提出了所谓的“饮用水制备的新战略”。
   安全饮用水的制备
   表一是美国环保局(EPA)1989年颁布的关于地表水处理规范(SWTR)中对水处理主线消毒(Baseline Filtration-Disinfection )提出的指标。
表一
最大污度 截留贾第氏虫的百分比 肠道病毒截留百分比
(NTU) (log)             (%) (log)        (%)
传统的工艺流程:
絮凝、沉淀和快速过滤 0.5 2.5              99.3 2.0          99.0
直接过滤:絮凝加快速过滤 0.5 2.0              99 1.0          90
缓慢的砂滤 1.0 2.0              99 2.0          99
硅藻土过滤 1.0 2.0              99 1.0          90
总值(包括化学杀菌剂)1 —— 3.0              99.9   4.0          99.99
   1)如果贾第氏虫的数量超过1/100升,指标需要进一步提高;

   从EPA的SWTR的指标中,我们可以看到:
   1.用贾第氏虫和肠道病毒作生物指标,代替了传统的大肠杆菌。
   2.提出了所谓主线消毒的新概念。其实质是用不产生任何消毒副产品的物理过滤技术,尽可能的承担灭活病原体(俗称的消毒)的主要功能,从而大幅度的降低化学消毒剂的用量,目的是降低消毒副产品的产额。
   当然具体的处理工艺要根据原水的水质,如原水中含有先驱化合物的浓度、病原体的浓度以及对最终饮用水的质量要求而定。
   我国饮用水现状
   尽管在国际上安全饮用水概念的产生,至今已有三十年,并且在许多国家取得了巨大的成功,但在我国,安全饮用水技术的推广尚未普及。有一些学者在文献上,对《安全饮用水法》的概念做过介绍,但尚未见安全饮用水成功的实践报道。我国科学技术部《环境保护领域科技发展战略研究报告》中指出目“目前我国供水行业所面临的突出问题是水源受到污染。在许多饮用水水源体中均检测出一定数量的有机污染物……其中部分是具有致癌、致畸、致突变作用的有机污染物”,“饮用水源的污染,致使饮用水水质恶化,对城市居民身体健康构成严重威胁,并开始影响我国人口的整体素质”。科学技术部的战略研究报告上还指出我国“绝大部分水厂采用的是常规给水处理工艺,对水中有机污染物去除效果有限。”因此在今后相当长的时间内,对于含有微污染物的水的净化处理将是一个重要的研究课题。
   我们认为,参照国际上安全饮用水制备的成熟经验,推广安全饮用水的制备,是提高我国居民饮用水质量的一条可行的途径。
   安全应用水制备的实践
   同济大学环境物理实验室在浙江兰溪建立了一条实验生产线,参照美国环保局关于地表水处理规范的要求,即利用“饮水新战略”中有关“主线消毒”的思路并且根据原水情况适当调整,在浙江兰溪建立了实验生产线,生产符合美国EPA标准的矿泉水,探索生产符合安全饮水标准的饮用水的可行途径。
   目前,在饮用水市场上主导产品是纯净水,纯净水是一种“软化水”即硬度为零,几乎不含矿物质的水。大量医学文献报道,只有硬度170mg/L左右的水才是宜于饮用的,如果长期饮用“软化水”会给人心血管系统带来潜在的威胁。医学统计表明,水的硬度是和饮水者心脑血管病发病率是反相关的——水越“软”,饮用者得心脑血管病的机率越大。我们采用的“主线消毒”的方法,不仅可以去除水中的污染物,而且完全保留了水的天然本质,保持水中矿物质成分不变;同时由于不使用通常矿泉水生产使用的臭氧消毒法,因而限制了消毒副产物的产额,达到《安全饮用水法》规定的要求。
   用上述方法生产的矿泉水送国内有关质检部门检验,检验结果表明,所生产的天然矿泉水,在全部指标上达到了我国矿泉水的国家标准(GB8537-1995)。不仅如此,经抽样检验,在日本质量部门检验的结果,全部达到日本的国家标准(平成4年厚生省令69号)。参照附件1、2、3。
   结论
   实践表明,在我国推广安全饮水制备技术,为我国大部分城市居民提供安全可靠而且价格低廉的饮用水是可行的。
   除此之外,我们还认为,在现有技术的基础上进一步改善,提供国际上最高质量的饮用水,例如提供达到美国EPA的MCLG标准的饮用水,也就是说提供在所有指上达到理想的期望值的饮用水,以供特殊的使用(如提供奥运会用水,世博会用水等)也是可期望的
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