飲用水中污染物質(zhì)處理技術(shù)

【摘要】分析源水中污染物質(zhì)及其去除技術(shù)，國(guó)內(nèi)外飲用水處理工藝采用全流程、多級(jí)安全保障技術(shù)，包括水源保護(hù)與水體修復(fù)，原水安全輸送，水廠內(nèi)安全凈化，管網(wǎng)水安全輸配等，以期將污染物質(zhì)降至水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以下，確保飲用水安全。

【關(guān)鍵詞】飲用水；處理工藝；水質(zhì)安全

1 水污染對(duì)水處理工藝及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的影響

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境污染使飲用水原水水質(zhì)日益惡化，與此同時(shí)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)卻日益嚴(yán)格，因此，加快飲用水工藝的研究，以保證生產(chǎn)出符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的飲用水具有非常重要的意義。

1.1 水污染對(duì)水處理工藝

目前，在我國(guó)淡水資源本來(lái)十分短缺的情況下，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展而導(dǎo)致水質(zhì)污染日益加重，自來(lái)水廠被迫使用受污染的水源水生產(chǎn)飲用水，對(duì)常規(guī)凈水工藝效果影響極大[1]，主要有：①水中有機(jī)污染物大多是帶負(fù)電荷的化合物，使水的電位升高，要保證一定的出水水質(zhì)，需要投加大量的混凝劑和預(yù)氧化劑，從而增加了水處理成本。②現(xiàn)有的常規(guī)工藝對(duì)有機(jī)物的去除率一般為20％～40％，對(duì)氨氮的去除率僅為15％左右，出水中有機(jī)物含量仍然很高，加氯消毒后產(chǎn)生新的有機(jī)污染物，具有致癌、致畸、致突變(三致)的特性。③有機(jī)污染物被輸水管管壁上附著的微生物所利用，在配水管網(wǎng)形成非穩(wěn)定的水，具有三致特性。

1.2 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的變化趨勢(shì)

飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)狀況是與生產(chǎn)力和分析手段的發(fā)展相適應(yīng)的，標(biāo)準(zhǔn)直接反映了國(guó)家的研究現(xiàn)狀和對(duì)飲用水水質(zhì)認(rèn)識(shí)水平。國(guó)際上主要的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)有世界衛(wèi)生組織(WHO）《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》、歐洲共同體(EC）《飲用水水質(zhì)指令》、美國(guó)環(huán)保署USEPA《美國(guó)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，這3部標(biāo)準(zhǔn)是目前國(guó)際上公認(rèn)的先進(jìn)、安全的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，也是其他各國(guó)制定標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)或參照。這3部標(biāo)準(zhǔn)各具特點(diǎn)，在原標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上作了大量修訂，突出表現(xiàn)在水質(zhì)指標(biāo)數(shù)量的增加、微生物和有機(jī)物種類(lèi)、濃度的嚴(yán)格限制。通常水中的污染物質(zhì)主要分為有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、微生物和放射性物質(zhì)4大類(lèi)。

我國(guó)目前水處理行業(yè)實(shí)際實(shí)施的是2001年的衛(wèi)生部的《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》(96項(xiàng)）和2005年建設(shè)部的《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(101項(xiàng)），新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(106項(xiàng)）將從2007年7月1日起執(zhí)行，上述標(biāo)準(zhǔn)在總體指標(biāo)上接近國(guó)際先進(jìn)水平，對(duì)水廠的投資、設(shè)計(jì)、運(yùn)行提出了高要求。

1.3 水廠的升級(jí)改造

目前我國(guó)的主流飲用水處理工藝是“混凝_沉淀_過(guò)濾_消毒”的常規(guī)處理工藝，其主要目的是去除水中的懸浮物、膠體和殺滅細(xì)菌，對(duì)于日益污染的原水水質(zhì)，常規(guī)工藝出廠水質(zhì)無(wú)法滿足新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[2]。因此，供水企業(yè)必須采取適宜的升級(jí)改造措施或開(kāi)發(fā)新工藝，保證對(duì)原水中各種污染物質(zhì)的去除。

2 國(guó)內(nèi)外水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀

2.1 有機(jī)物污染

近年來(lái)，世界經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，有機(jī)化合物的產(chǎn)量和種類(lèi)不斷增加，對(duì)水源造成了極大的危害，有機(jī)物污染問(wèn)題已成為當(dāng)今水環(huán)境質(zhì)量控制的主要問(wèn)題和研究熱點(diǎn)。

2.1.1 常規(guī)指標(biāo)

常規(guī)指標(biāo)中有氨氮和高錳酸鹽指數(shù)。現(xiàn)有的常規(guī)工藝對(duì)高錳酸鹽指數(shù)的去除率為20％～40％，對(duì)氨氮的去除率僅為15％左右。

氨氮不僅與飲用水受近期污染有關(guān)，而且與飲用水中細(xì)菌指標(biāo)相關(guān)。水源中過(guò)量氨氮等存在易使藻類(lèi)大量滋生，消毒時(shí)投氯量加大，一些自養(yǎng)性細(xì)菌在水處理設(shè)備中的滋生，對(duì)水的氣味有不良的影響。臭氧_生物活性炭(O3/BAC）炭濾池對(duì)NH3_N去除率接近30％。目前去除氨氮的最好方法是生物預(yù)處理技術(shù)。水溫對(duì)氨氮的去除效果有一定影響，水溫低于5℃去除率下降較快。此法在北方冬季應(yīng)用受限。高錳酸鹽指數(shù)是水體中有機(jī)污染綜合指標(biāo)，目前國(guó)內(nèi)外通常采用生物預(yù)處理、強(qiáng)化混凝、臭氧活性炭等控制方法，可將高錳酸鹽指數(shù)的去除率提高到40％～60％。

2.1.2 持久性有機(jī)污染物

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)持久性有機(jī)污染物(persistentorganicpollutants,POPs）的處理技術(shù)主要有以下幾種：①對(duì)于數(shù)量較多且較集中的PCBs污染物，一般采用熱分解技術(shù)。日本物質(zhì)工學(xué)工業(yè)技術(shù)研究所將PCBs、水和1％氫氧化鈉加到反應(yīng)溫度為450℃和反應(yīng)壓力為300個(gè)大氣壓的超臨界反應(yīng)器中成功地使99.99％多氯聯(lián)苯分解。②非熱技術(shù)主要利用化學(xué)試劑、微生物和電磁場(chǎng)等來(lái)實(shí)現(xiàn)POPs的處理或銷(xiāo)毀，非熱技術(shù)主要包括：化學(xué)脫氯技術(shù)、紫外光解技術(shù)、溶劑萃取技術(shù)、吸附技術(shù)、生物降解技術(shù)、化學(xué)降解技術(shù)、γ射線分解技術(shù)等。目前，報(bào)道較多的是二英在水中紫外光或與臭氧聯(lián)用降解，在TiO2固相表面上的催化光降解。日本倉(cāng)紡公司正在開(kāi)發(fā)采取紫外線和臭氧聯(lián)用分解水中二英的裝置，可去除水中99.9％的二英。也有研究報(bào)道，可把二英直接聚合成更高分子量的低毒或無(wú)毒化合物，從而達(dá)到處理的目的。國(guó)內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)一種新型的吸附劑，由活性炭載體和含有天然甘油三油酸酯的醋酸纖維素膜構(gòu)成，該吸附劑對(duì)飲用水中微量的狄氏劑(一種POPs）去除效果好，可用于吸附痕量POPs[3]。

除DDT在生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)中列有指標(biāo)外，POPs的相關(guān)環(huán)境濃度標(biāo)準(zhǔn)十分缺乏。由于世界各國(guó)都已經(jīng)采取了禁產(chǎn)禁用的措施，因此研究重點(diǎn)是從環(huán)境中清除的辦法，其主要研究集中在微生物降解、光催化氧化等方法。

2.1.3 環(huán)境激素

直譯為"內(nèi)分泌干擾物"，也稱環(huán)境荷爾蒙。是指釋放到環(huán)境中能導(dǎo)致內(nèi)分泌障礙的化學(xué)物質(zhì)，可以干擾人體正常內(nèi)分泌功能。在全球約1000萬(wàn)種各類(lèi)化學(xué)物質(zhì)中，已有70種被確認(rèn)為環(huán)境激素類(lèi)物質(zhì)。其中67種均為有機(jī)化合物，另外3種為鎘、鉛、汞金屬類(lèi)物質(zhì)。

常規(guī)工藝對(duì)環(huán)境激素去除效果不佳，現(xiàn)在多采用吸附法和高級(jí)氧化法。研究表明臭氧_活性炭，臭氧催化氧化工藝去除水中微量環(huán)境激素，去除率可達(dá)80％以上。

2.1.4 硝基苯

硝基苯類(lèi)化合物是1類(lèi)強(qiáng)致癌、致突變性的有毒有機(jī)污染物，被美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA）列為環(huán)境優(yōu)先控制污染物，全世界每年排入環(huán)境中的硝基苯類(lèi)化合物約為3萬(wàn)噸。

硝基苯BOD5/COD比值較低，一般在0～0.1，是生物難降解化合物。硝基苯類(lèi)化合物的分子結(jié)構(gòu)中具有強(qiáng)電子基團(tuán)——硝基，一般化學(xué)氧化手段很難破壞硝基苯類(lèi)化合物，臭氧、O3/UV、光催化氧化、光催化芬頓試劑、超臨界氧化已經(jīng)應(yīng)用，但這些方法費(fèi)用高、效率低。通過(guò)化學(xué)還原手段可將硝基苯還原生成苯胺，反應(yīng)速度很快，且苯胺易于被生物降解[4]。硝基苯對(duì)菌種及降解酶要求嚴(yán)格，降解中間產(chǎn)物繁多且具有毒性，因此上述研究?jī)H局限于廢水處理[5]。

我國(guó)去年發(fā)生的松花江水硝基苯污染，研究發(fā)現(xiàn)常規(guī)處理工藝基本上沒(méi)有去除作用，混凝沉淀去除率僅2％～5％，單純?cè)黾踊炷齽┑耐读繘](méi)有改善作用；采用化學(xué)氧化劑高錳酸鉀、臭氧都不能將其氧化；水廠實(shí)際研究證明硝基苯容易被活性炭吸附，所以在水廠實(shí)際運(yùn)行中采用粉末活性炭吸附法應(yīng)對(duì)硝基苯污染。不過(guò)這只是應(yīng)急處理措施，以保證水質(zhì)安全達(dá)標(biāo)。但對(duì)分離出的硝基苯如何處理，避免二次污染還有待深入研究。對(duì)于水源的硝基苯污染，單一技術(shù)無(wú)法解決問(wèn)題，今后物理化學(xué)法_生物法聯(lián)用技術(shù)可能會(huì)在根治硝基苯污染中發(fā)揮重要作用。

2.1.5 藻毒素

近年來(lái)富營(yíng)養(yǎng)化水體水華發(fā)生的頻率與嚴(yán)重程度都呈現(xiàn)迅猛的增長(zhǎng)趨勢(shì)，在藻體大量死亡分解的過(guò)程中，不但散發(fā)惡臭，破壞景觀，同時(shí)釋放藻毒素，危害人類(lèi)飲用水安全。淡水水華已檢測(cè)到藻毒素特點(diǎn)如表1所示。

微囊藻毒素(microcystins，MC）由于毒性較大，分布廣泛，是目前研究較多的一族有毒化合物。此毒素是蛋白磷酸酶_1和蛋白磷酸酶_2A的強(qiáng)烈抑制劑，是迄今已發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)的肝腫瘤促進(jìn)劑[6]。流行病學(xué)調(diào)查顯示飲水中的MC_LR與肝癌的發(fā)病率高度相關(guān)。美國(guó)Carmichael等[7]于1996～1997年間對(duì)美國(guó)和加拿大的部分市政供水水質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)：水中65％的微囊藻毒素未被去除，1/3的陽(yáng)性樣本超過(guò)WHO規(guī)定的MC低于1.0μg/L的濃度標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，去除藻類(lèi)后，水中仍殘留有溶解的藻毒素，要去除這些藻毒素必須對(duì)現(xiàn)有水處理工藝進(jìn)行改造。

Himberg等[8]對(duì)飲用水處理工藝去除微囊藻、顫藻的肝毒素進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究：

工藝1：水樣_Al2(SO4）3_砂濾_PAC_氯化_出水

工藝2：水樣_O3_Al2(SO4）3_砂濾_氯化_出水

工藝1混凝去除部分有機(jī)物、藻毒素，活性炭發(fā)揮吸附藻毒素的高效性。工藝2為O3氧化一部分藻毒素和有機(jī)物，然后通過(guò)混凝、砂濾徹底去除藻毒素。兩種工藝都可取得100％的去除率。上述表明單元工藝對(duì)藻毒素的去除有限，若要達(dá)到較高的去除效率，必須通過(guò)工藝組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.1.6 消毒副產(chǎn)物

飲用水中消毒副產(chǎn)物(disinfectionby_products）的形成是由于消毒劑在消毒滅菌的同時(shí)，與水中的有機(jī)污染物反應(yīng)，生成對(duì)人類(lèi)健康有害的物質(zhì)。1974年Rook發(fā)現(xiàn)加氯消毒后的水中發(fā)現(xiàn)三鹵甲烷以來(lái)，又在加氯消毒后的水中發(fā)現(xiàn)了鹵乙酸、鹵代酮、鹵代腈等多種具三致特性的消毒副產(chǎn)物，這使得氯的使用日漸受到質(zhì)疑，同樣的加氯量條件下，作為預(yù)氧化時(shí)比作為消毒劑時(shí)要產(chǎn)生更多的消毒副產(chǎn)物[9]。我國(guó)對(duì)消毒副產(chǎn)物的研究主要集中在三鹵甲烷(trihalomethanes,THMs）測(cè)定和生成機(jī)制上，對(duì)HAAs等其它消毒副產(chǎn)物研究均處于起步階段，亟待深入展開(kāi)。

為控制消毒副產(chǎn)物，世界各國(guó)都加大研究力度，現(xiàn)在可行方法有：①?gòu)乃�處理各環(huán)節(jié)去除消毒副產(chǎn)物及其前體物。美國(guó)EPA提出最有效的技術(shù)之一是活性炭技術(shù)。我國(guó)主要采用高錳酸鉀或臭氧預(yù)氧化，破壞水中消毒副產(chǎn)物前質(zhì)，降低后氯化過(guò)程中消毒副產(chǎn)物生成量。還可以利用后續(xù)的生物處理(如生物活性炭）來(lái)進(jìn)一步削減THMs生成能力，出水效果極佳。不少生產(chǎn)性試驗(yàn)的結(jié)果也證實(shí)了該措施的可行性。②更換消毒劑品種。采用替代消毒劑氯氨、臭氧、二氧化氯、UV等，氯氨可以大幅度降低消毒副產(chǎn)物產(chǎn)生量，保持管網(wǎng)持續(xù)消毒能力；二氧化氯不會(huì)與有機(jī)物反應(yīng)產(chǎn)生三鹵甲烷、鹵乙酸等DBPs，消毒效果好。但只能現(xiàn)場(chǎng)制備，運(yùn)行管理及成本較高，其副產(chǎn)物為亞氯酸離子(ClO2－）和氯酸離子(ClO3－）；臭氧設(shè)備復(fù)雜、投資大、耗電量高，無(wú)持續(xù)消毒能力，存在甲醛及氧化中間產(chǎn)物等副產(chǎn)物；紫外線消毒無(wú)需化學(xué)藥品，不會(huì)產(chǎn)生THMs類(lèi)消毒副產(chǎn)物。但其沒(méi)有持續(xù)的消毒作用，目前只是適用于小水量處理。

2.2 無(wú)機(jī)物污染

2.2.1 重金屬

由于工業(yè)廢水沒(méi)有治理或沒(méi)有有效處理，許多水源已經(jīng)監(jiān)測(cè)到重金屬濃度，現(xiàn)在研究較多的有汞、鎘、鉻、鉛等重金屬。

汞及其化合物屬于劇毒物質(zhì),可在體內(nèi)蓄積，進(jìn)入水體的無(wú)機(jī)汞離子可轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘愿�大的有機(jī)汞，豐水期江水總汞含量明顯高于平水期和枯水期，地表徑流使江底沉積汞轉(zhuǎn)變?yōu)閼腋�態(tài)，汞溶解度增大，江水總汞含量也相應(yīng)提高。

含鉻化合物過(guò)量對(duì)人體是有害的，Cr(VI）比Cr(III）毒性高100倍。弱堿陰離子交換樹(shù)脂可以選擇性去除水源中的痕量Cr(VI），鐵鹽共沉淀法可以高效簡(jiǎn)便去除生活飲用水中鉻，操作簡(jiǎn)便，處理費(fèi)用低廉。對(duì)于含鉻量較高10～50mg/L的水樣，可采用兩段鐵鹽去除法。除鉻率98％～98.5％，可將鉻徹底除去[10]。

鎘在自然界中含量很低，水中不超過(guò)l0μg/L。二價(jià)鎘離子易溶，和氧、有機(jī)物可形成復(fù)雜化合物。去除的方法有：光催化氧化、化學(xué)吸附與沉淀、離子交換法等。一般水源水中鎘經(jīng)過(guò)自來(lái)水廠混凝沉淀凈化處理，可去除原水中鎘的20％～30％。根據(jù)堿性條件下鎘離子溶解性大幅度降低的特性，采用堿性條件下混凝除鎘工藝。在進(jìn)水鎘濃度超標(biāo)3～4倍的條件下，出廠水鎘的濃度在0.001mg/L，遠(yuǎn)低于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.005mg/L[11]。

人飲用含鉛量0.03mg/L以上的水會(huì)導(dǎo)致慢性中毒。美國(guó)EPA對(duì)服務(wù)于3000萬(wàn)人口的819個(gè)自來(lái)水系統(tǒng)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)鉛含量過(guò)多，鉛來(lái)自供水管道及水龍頭。規(guī)定自來(lái)水中含鉛量不得超過(guò)15μg/L，并建議當(dāng)自來(lái)水中含鉛量>15μg/L時(shí)，應(yīng)經(jīng)過(guò)活性炭過(guò)濾等處理再供飲用。有研究認(rèn)為高錳酸鉀預(yù)處理對(duì)水中微量鉛的去除效果較好。新生態(tài)水合二氧化錳的吸附作用是取得良好除鉛的主要因素[12]。

2.2.2 氟

天然水含氟一般為1～25mg/L，但在一些國(guó)家如印度、南非等，濃度遠(yuǎn)高于25mg/L。國(guó)內(nèi)外飲用水除氟的處理方法大約有十余種，其中許多方法尚不成熟，在應(yīng)用中有一定困難。飲用水除氟技術(shù)主要有化學(xué)沉淀法和吸附過(guò)濾法兩大類(lèi)：活性氧化鋁法是應(yīng)用最廣的一種飲水除氟方法。氧化鋁吸附能力在pH值為5～6時(shí)最強(qiáng)，但采用活性氧化鋁除氟時(shí)原水中砷含量不能過(guò)高。美國(guó)得克薩斯州的Bartlett鎮(zhèn)建造了處理能力為90.8m3/h的活性氧化鋁除氟裝置，此后DeseytCenter、Ranch、GilaBend等地相繼建造2650～5680m3/d的飲用水除氟裝置，效果較好。

我國(guó)近年來(lái)應(yīng)用活性氧化鋁除氟裝置同時(shí)，開(kāi)發(fā)了自動(dòng)頻繁倒極技術(shù)電滲析除氟技術(shù)，得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。90年代初，在塔克拉瑪干沙漠腹地，首次利用反滲透設(shè)備制取了淡化除氟水，并達(dá)到了我國(guó)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[13]。

2.2.3 鐵和錳

地下水常常含有過(guò)量的鐵和錳，嚴(yán)重影響其使用價(jià)值，且過(guò)量攝入對(duì)人體是有慢性毒害。鐵、錳在自然界中既能發(fā)生生物學(xué)氧化、還原，又能發(fā)生非生物學(xué)氧化、還原。地下水中往往同時(shí)含有Fe2＋和Mn2＋，除鐵除錳流程的組合和鐵、錳去除過(guò)程的統(tǒng)一是工程的實(shí)際問(wèn)題。工程上實(shí)用的方法可組合成如下幾種除鐵除錳全流程[14]：①是以氯為氧化劑的化學(xué)氧化除鐵除錳流程。本流程是據(jù)Fe2＋、Fe3＋和Mn2＋、Mn4＋兩個(gè)反應(yīng)系的氧化還原電位的顯著差異而設(shè)計(jì)的兩級(jí)過(guò)濾流程。先應(yīng)用氯氧化除鐵法除鐵(根據(jù)原水中Fe2＋濃度不同，還可設(shè)定有無(wú)凝聚池和沉淀池），然后再用氯接觸過(guò)濾池除錳。在原水含錳、含鐵量比較小的情況下應(yīng)用一級(jí)濾池除鐵、除錳的流程。②為節(jié)省投氯量，可先以空氣為氧化劑經(jīng)接觸過(guò)濾除鐵，然后用氯接觸過(guò)濾池除錳。③是先用空氣氧化接觸過(guò)濾除鐵，然后應(yīng)用KMnO4除錳。但Mn2＋含量大于1.0mg/L時(shí)尚需在除錳濾池前設(shè)沉淀池。④以空氣為氧化劑的接觸過(guò)濾除鐵和生物固錳除錳相結(jié)合的流程。原水經(jīng)曝氣后直接進(jìn)人濾池。該濾池的濾層為生物濾層，存在著以除錳菌為核心的復(fù)雜微生物群系。微生物群系的穩(wěn)定和平衡對(duì)除錳的效果至關(guān)重要。除鐵是在除錳的同一濾層完成的，F(xiàn)e2＋的氧化機(jī)制仍然以接觸氧化為主。該濾池同時(shí)收到除鐵、除錳的良好效果。⑤當(dāng)?shù)叵滤�含F(xiàn)e2＋量大于10mg/L，含Mn2＋量大于1.0mg/L以上時(shí)，采用2級(jí)曝氣級(jí)過(guò)濾流程。1級(jí)應(yīng)用接觸氧化除鐵機(jī)制，2級(jí)應(yīng)用生物除錳機(jī)制。

2.2.4 硫化物

由于酸雨和礦物廢水排放造成飲用水源污染，飲用水中含有硫化氫，造成管網(wǎng)腐蝕、黑水、有味。常規(guī)工藝將硫化氫曝氣或?qū)⑵溲趸�，再通過(guò)常規(guī)工藝砂濾去除其沉淀物。但剩余硫化氫會(huì)與氯或氯氨反應(yīng)，使管網(wǎng)濁度升高。國(guó)外研究采用曝氣、過(guò)濾、炭吸附、氯處理，但各種方法均不理想�，F(xiàn)在多采用化學(xué)預(yù)氧化，例如采用過(guò)氧化氫預(yù)氧化或鐵催化過(guò)氧化氫加常規(guī)處理，去除硫化物的臭和味，硫化物的含量為6mg/L，硫化物出水濃度為0.04mg/L，去除率可達(dá)92％[15]。

有研究采用8mg/L氯可完全氧化硫化氫，但不能完全去除水味。而采用2mg/L二氧化氯可完全氧化硫化氫，其副產(chǎn)物氯酸鹽和亞氯酸鹽超標(biāo)。因此采用方案是2mg/L二氧化氯反應(yīng)10min，1.5mg/L氯反應(yīng)30min。也可采用3mg/L臭氧[16]。

2.2.5 砷

印度、孟加拉等地因環(huán)境地球化學(xué)行為異常引起地下水砷含量嚴(yán)重超標(biāo)，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)該地區(qū)有上萬(wàn)人具有明顯的砷中毒癥狀。我國(guó)砷含量偏高的地下水主要分布在新疆奎屯、內(nèi)蒙古大青山麓和黃道之間含水層中。

溶解態(tài)砷通常分為亞砷酸鹽As(III）和砷酸鹽As(V），AS(III）的毒性較As(V）高60倍，前者常見(jiàn)于還原性較強(qiáng)的缺氧地下水中，而后者則主要存在于地表水體。

國(guó)內(nèi)外通常采用預(yù)氧化工藝將As(III）氧化為對(duì)固相體系具有更強(qiáng)親和力的As(V），進(jìn)而通過(guò)吸附、沉淀、陰離子交換、膜過(guò)濾等單元工藝將其去除，這是飲用水除砷的重要策略。氯、高錳酸鉀、臭氧、二氧化氯等飲用水中常見(jiàn)的氧化劑均具有足夠的氧化能力實(shí)現(xiàn)As(III）至As(V）的轉(zhuǎn)化[16]。天然錳砂對(duì)砷具有較好的吸附能力，將其作為濾料能有效地去除砷[18]。

2.2.6 硝酸鹽和亞硝酸鹽

亞硝酸鹽是氮循環(huán)的中間產(chǎn)物，可氧化成硝酸鹽，可還原成氨。亞硝酸鹽在血液中可使血紅蛋白氧化成高鐵血紅蛋白，后者失去攜氧能力，使組織出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象。亞硝酸鹽可與仲胺類(lèi)物質(zhì)反應(yīng)，生成亞硝胺化合物致癌物質(zhì)。在水體中硝酸氮含量過(guò)高可導(dǎo)致腸原性高鐵血紅蛋白癥的發(fā)生。硝酸鹽在早期的地下水中沒(méi)有被普遍重視。美國(guó)最近對(duì)水井的調(diào)查勘測(cè)發(fā)現(xiàn)，超過(guò)一半的水井可檢出硝酸鹽。據(jù)估計(jì)，約有1.2％的公共水井和2.4％的農(nóng)用水井的NO3_N含量超過(guò)了10mg/L的標(biāo)準(zhǔn)，因此美國(guó)關(guān)閉了一些污染嚴(yán)重的地下水源井。在歐洲，人口密度的增加使硝酸鹽的問(wèn)題趨于惡化。在我國(guó)的不少地區(qū)硝酸鹽的污染問(wèn)題已相當(dāng)嚴(yán)重，但相關(guān)研究不多[19]。

對(duì)于亞硝酸鹽污染，主要采用氧化法。但單一的氧化劑處理效果不佳，如二氧化氯對(duì)亞硝酸鹽氮去除率不到20％，但使用ClO2,O3,Cl2和H2O2協(xié)同氧化，可較好地去除水中微量超標(biāo)的亞硝酸鹽氮。

飲用水脫硝酸鹽是一個(gè)世界性的難題。主要方法有離子交換法、生物反硝化和化學(xué)反硝化法、反滲透工藝。飲用水生物脫硝的研究較多，在徹底消除地下水中硝酸鹽污染和降低脫硝成本的兩個(gè)方面，生物反硝化方法都是目前已投入實(shí)用的最好的方法，在歐洲獲一致好評(píng)。但由于技術(shù)的復(fù)雜性，其運(yùn)行費(fèi)用要比離子交換法高得多�；瘜W(xué)催化反硝化被一些學(xué)者認(rèn)為是最有前景的飲用水脫硝酸鹽方法。但目前化學(xué)催化反硝化離實(shí)用化還有相當(dāng)距離[20]。

2.3 生物類(lèi)污染

2.3.1 賈第鞭毛蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)

近年來(lái)，在英美等國(guó)以飲用水為媒介引起的賈第鞭毛蟲(chóng)(Giardia）和隱孢子蟲(chóng)(Cryptosporidium）疾病不斷暴發(fā)流行，對(duì)飲用水安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，已經(jīng)引起世界各國(guó)有關(guān)部門(mén)和專(zhuān)家的關(guān)注[21]。賈第鞭毛蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)可通過(guò)飲用水傳染而致病,常規(guī)消毒劑效果較差。賈第鞭毛蟲(chóng)以孢囊(Cyst）的形態(tài)存在于水中，大小約8～12μm；而隱孢子蟲(chóng)以卵囊(Oocyst）的形式存在于水中，大小為4～6μm。它們都是單細(xì)胞的寄生蟲(chóng)。賈第鞭毛蟲(chóng)致病劑量為10～100個(gè)活孢囊，而隱孢子蟲(chóng)致病劑量?jī)H為1～10個(gè)活卵囊。

由于隱孢子蟲(chóng)比賈第鞭毛蟲(chóng)更微小、對(duì)消毒劑抵抗力更強(qiáng)、致病劑量更低，在相同條件下，如果隱孢子蟲(chóng)被去除，同時(shí)賈第鞭毛蟲(chóng)也會(huì)被完全去除。因此，許多研究都將隱孢子蟲(chóng)作為控制目標(biāo)。通常賈第鞭毛蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)的去除率以對(duì)數(shù)形式來(lái)表示，即去除率為90％，相應(yīng)其對(duì)數(shù)去除率為1log。

常規(guī)工藝各單元去除效率如下：通常沉淀對(duì)隱孢子蟲(chóng)卵囊對(duì)數(shù)去除率為0.5～0.8log。Dolejs等[22]發(fā)現(xiàn)預(yù)臭氧化對(duì)隱孢子蟲(chóng)的去除有明顯效果，盡管不能殺死隱孢子蟲(chóng)，但臭氧能改變隱孢子蟲(chóng)卵囊的表面性質(zhì)，使其易于被混凝中形成的絮體包裹而得以去除。設(shè)計(jì)和運(yùn)行良好的混凝沉淀工藝，對(duì)數(shù)去除率可達(dá)到1.5log。French認(rèn)為[23]氣浮去除隱孢子蟲(chóng)更為有效，在同樣水質(zhì)條件下，氣浮對(duì)隱孢子蟲(chóng)的去除比沉淀多一個(gè)數(shù)量級(jí)。在各種條件下氣浮對(duì)數(shù)去除率>2log。工況良好的濾池應(yīng)是一個(gè)有效的屏障。Hashimoto等[24]指出日本常規(guī)給水處理廠快濾池，賈第鞭毛蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)的對(duì)數(shù)去除率為2.53log和2.47log。Nieminski[25]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混凝劑未達(dá)到最佳投量，賈第鞭毛蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)孢囊可穿透雙層濾料，穿透點(diǎn)出現(xiàn)在混凝劑投加中斷、濾速突然提高、過(guò)濾周期結(jié)束或?yàn)V后濁度增加時(shí)。如果處于最佳運(yùn)行條件(濾后水濁度為0.1～0.2NTU時(shí)），賈第鞭毛蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)的對(duì)數(shù)去除率可達(dá)3.3log和2.9log。采用直接過(guò)濾和粒狀活性炭過(guò)濾與砂濾池、雙層濾料濾池的效果大致相同。紫外線(UV）消毒劑量為7.5mJ/cm2和11mJ/cm2時(shí)，隱孢子蟲(chóng)滅活率分別達(dá)到1log和2log[26]。超濾和微濾已證明對(duì)隱孢子卵囊有較高的去除率(>6log），其去除的機(jī)理是卵囊被膜截留。采用膜過(guò)濾技術(shù)是去除賈第鞭毛蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)的有效方法。只要膜設(shè)備運(yùn)行正常，即使進(jìn)水水質(zhì)發(fā)生變化，一般出水中致病原生動(dòng)物的數(shù)量也都在檢出限以下[27]。國(guó)外已經(jīng)有許多水廠采用膜過(guò)濾工藝，保證了用水安全。

常規(guī)水處理技術(shù)去除賈第鞭毛蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)效率不高，膜法能有效去除且效率達(dá)6log以上。O3與ClO2聯(lián)用、紫外線輻射能有效滅活且效率達(dá)4log。但膜技術(shù)和臭氧活性炭工藝，投資大、技術(shù)難度高，對(duì)我國(guó)現(xiàn)有水廠改造只能逐步推進(jìn)。常規(guī)凈水工藝在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍將是主導(dǎo)工藝。強(qiáng)化常規(guī)工藝，重點(diǎn)是強(qiáng)化混凝和過(guò)濾，可避免管理上的疏漏。將濾后水濁度控制在0.3NTU以下時(shí)，對(duì)賈第鞭毛蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)的對(duì)數(shù)去除率可達(dá)到子3～4log。

2.3.2 劍水蚤

劍水蚤是小型甲殼動(dòng)物，體長(zhǎng)0.3～2.0mm之間，身體窄長(zhǎng)、體節(jié)透明，在全球分布極為廣泛。劍水蚤具有堅(jiān)硬而且較厚的外表面，對(duì)水體中不良的外界環(huán)境具有較強(qiáng)的抵抗能力，難以被傳統(tǒng)的氯消毒工藝氧化滅活。劍水蚤在水體中可以以急劇的跳躍作間斷的游動(dòng)，這是其能夠穿透濾池的一個(gè)重要原因[28]。國(guó)內(nèi)外已發(fā)生過(guò)多起管網(wǎng)水中出現(xiàn)劍水蚤的事故，不僅給用戶帶來(lái)了不良的感官影響，而且劍水蚤是許多致病生物的中間宿主，成為傳播疾病的重要媒介，威脅飲用水安全[29]。

國(guó)內(nèi)外研究認(rèn)為劍水蚤最適宜的去除方法是：①使浮游動(dòng)物失去活性；②通過(guò)濾料的調(diào)整降低濾料間的空隙以及產(chǎn)生表面過(guò)濾的效果；③降低濾料的粒徑(<0.5mm）。更具可行性的方法是在生物不能生存的水層上取水。德國(guó)Wahnbachtalsperrenverband凈水廠、美國(guó)紐約Ivry水廠都對(duì)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，取得良好的效果[30－31]。而阿根廷羅薩里奧市Potabillisation水廠，美國(guó)Lowlandriver河水的處理中，發(fā)現(xiàn)氯氨對(duì)劍水蚤的去除更為有效，可降低80％的三鹵甲烷的生成而且不影響水體的消毒[32－33]。

近年來(lái)生物操控技術(shù)研究趨熱：濾食性的鰱、鳙魚(yú)對(duì)浮游生物的生長(zhǎng)更具有生物操縱能力，適宜生物量(30g/m3）下鰱、鳙的放養(yǎng)，鰱、鳙的混養(yǎng)(20g/m3）可以有效地抑制劍水蚤的孳生，通過(guò)對(duì)內(nèi)源性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用，對(duì)水體水質(zhì)的恢復(fù)也可以起到積極地促進(jìn)作用[34]。

2.3.3 搖蚊幼蟲(chóng)

搖蚊幼蟲(chóng)是水體污染的主要指示生物，國(guó)外多將其作為污染物質(zhì)急性和慢性毒性測(cè)試生物。天然水體污染程度加重，直接導(dǎo)致?lián)u蚊幼蟲(chóng)在水體中占優(yōu)勢(shì)地位，搖蚊幼蟲(chóng)在水庫(kù)、湖泊類(lèi)水源水中大量孳生，大量的搖蚊幼蟲(chóng)隨水流進(jìn)入水處理系統(tǒng)，出現(xiàn)在城市凈水工藝中。有時(shí)甚至出現(xiàn)在用戶的水龍頭中。不僅引起人體感官不適，造成社會(huì)恐慌，而且病毒和細(xì)菌容易寄居其體內(nèi)，導(dǎo)致疾病傳播，危害人體健康。

20世紀(jì)80年代后期，美國(guó)Tacoma的4個(gè)蓄水池中出現(xiàn)大量搖蚊幼蟲(chóng)。經(jīng)過(guò)治理，污染得以控制。采取控制污染的措施是：封閉、沖洗受污染的開(kāi)放式蓄水池，避免搖蚊產(chǎn)卵繁殖；在蓄水池的進(jìn)出口安裝精密過(guò)濾器，防止搖蚊幼蟲(chóng)和卵進(jìn)入供水系統(tǒng)。此前英國(guó)Essex發(fā)生搖蚊污染城市供水系統(tǒng)的事件，采取的措施為：清洗消毒水處理構(gòu)筑物，采用除蟲(chóng)菊酯殺滅凈水工藝中出現(xiàn)的搖蚊幼蟲(chóng)[35]，除蟲(chóng)菊酯當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是無(wú)毒無(wú)害的殺蟲(chóng)劑，但之后研究發(fā)現(xiàn)除蟲(chóng)菊酯對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)有一定的損傷。

1987年美國(guó)印第安那州的Lowell發(fā)生了城市供水系統(tǒng)搖蚊污染。在Lowell也采取Essex一樣清洗消毒等處理措施，但是沒(méi)有取得明顯的效果。一些研究人員發(fā)現(xiàn)蘇云金桿菌對(duì)搖蚊幼蟲(chóng)有顯著的殺滅效果，但是美國(guó)法律上不允許在飲用水中投加殺蟲(chóng)劑，所以研究人員選擇Cat_flocLs(食品級(jí)聚合物）作為絮凝劑，去除搖蚊幼蟲(chóng)所需的食物——硫化細(xì)菌和鐵細(xì)菌。此后在Lowell的供水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中，再未發(fā)現(xiàn)搖蚊的存在，因此Cat_flocLs并沒(méi)有得到大規(guī)模應(yīng)用[36]。

在20世紀(jì)90年代早期，在以色列TelAviv的飲用水系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)搖蚊幼蟲(chóng)大量孳生。一般方法例如排干并清潔蓄水池、噴水、電死搖蚊成蟲(chóng)等方法，效果較差。后采用shock氯胺處理工藝進(jìn)行控制和殺滅，在以色列夏季高峰期，該方法可有效控制搖蚊在飲用水系統(tǒng)中暴發(fā)[37]。

近些年來(lái)，我國(guó)水環(huán)境污染日益加劇，水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，搖蚊大量孳生。我國(guó)廣東、北京、天津、上海、江蘇、浙江、四川、湖北、湖南和福建等地相繼有凈水工藝系統(tǒng)中發(fā)生搖蚊幼蟲(chóng)污染的報(bào)道[38]。廣州、深圳、漢口水務(wù)集團(tuán)的調(diào)查顯示，在每年的春夏季節(jié)均有不同程度的搖蚊幼蟲(chóng)污染現(xiàn)象發(fā)生。主要選用常用的消毒劑，如二氧化氯、液氯、過(guò)氧化氫、臭氧、次氯酸鈉、高錳酸鉀、石灰水等殺滅搖蚊幼蟲(chóng)，再利用后續(xù)常規(guī)工藝去除，取得了較好的效果[39]。

2.3.4 藻

因藻類(lèi)大量繁殖引起的水源污染，造成許多自來(lái)水廠被迫減產(chǎn)或停產(chǎn)。藻類(lèi)及其副產(chǎn)物給傳統(tǒng)凈水工藝帶來(lái)的諸多不利影響，主要表現(xiàn)在：使飲用水產(chǎn)生令人厭惡的臭和味；藻類(lèi)及其可溶性代謝產(chǎn)物是氯化消毒副產(chǎn)物的前體物；影響沉淀效果；濾池運(yùn)行周期縮短，反沖水量增加；造成管網(wǎng)水質(zhì)惡化，加速配水系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢。

現(xiàn)有藻類(lèi)處理方法中，以預(yù)氧化_氣浮_強(qiáng)化過(guò)濾工藝為主。由于采用氯氣預(yù)氧化存在飲用水安全問(wèn)題，預(yù)氧化劑多采用二氧化氯、臭氧和PPC藥劑，對(duì)不同的水質(zhì)，采用何種氧化劑需經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。我國(guó)實(shí)際生產(chǎn)采用PPC藥劑的水廠較多，加壓溶氣氣浮工藝在全國(guó)各地水廠應(yīng)用廣泛，有較好的除藻效果。過(guò)濾工藝可根據(jù)各地的具體情況采用改進(jìn)濾料、直接過(guò)濾等強(qiáng)化措施，延長(zhǎng)過(guò)濾周期。

歐美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家預(yù)氧化除藻劑常采用臭氧，效果好，但設(shè)備投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。預(yù)臭氧化作用是殺藻，使死亡的藻類(lèi)易于被后續(xù)工藝去除。例如南非Wiggins水廠處理含藻量38.9萬(wàn)/L的源水，投加5mg/LO3預(yù)氧化時(shí)的除藻率為58％，與后續(xù)常規(guī)工藝聯(lián)用可將除藻效率提高到90％[40_41]。但有研究認(rèn)為預(yù)臭氧可使藻類(lèi)懸濁液DOC濃度增加3倍，THMFP增加10％～30％[42]。美國(guó)Wachusett水庫(kù)的試驗(yàn)表明，鋁鹽投加量為10mg/L時(shí)，氣浮池的除藻效率達(dá)90％以上。而德國(guó)Wahnback廠采用獨(dú)特的三層濾料設(shè)計(jì)，直接過(guò)濾除藻效率達(dá)99.9％。巴黎的Joinville水廠處理含有2000萬(wàn)/L綠藻的原水，采用氣浮_預(yù)濾_慢濾_臭氧_GAC過(guò)濾_消毒工藝，獲得極佳的除藻效果(95％～99％）。而且運(yùn)行方式靈活：采用預(yù)臭氧＋氣浮可獲90％去除率，其后如經(jīng)過(guò)接觸過(guò)濾及慢濾池處理，可獲得藻類(lèi)100％去除率[43]。法國(guó)奧頓水廠、里昂市Pape備用水廠運(yùn)行資料表明：臭氧和氣浮聯(lián)用可去除80％的鞭毛裸藻類(lèi)或40％的絲狀硅藻，使水中葉綠素濃度降低40％～80％。

目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)是生物調(diào)控方法，其原理是利用生態(tài)系統(tǒng)食物鏈攝取和生物的相生相克關(guān)系。通過(guò)采用特異性微生物"噬藻體"、原生生物捕食、某些魚(yú)類(lèi)(如鰱魚(yú)、羅非魚(yú)）吞食水華藻類(lèi)、營(yíng)建人工生態(tài)系統(tǒng)等方法，強(qiáng)化水體自凈能力。該工藝成本低，是一個(gè)很有前途的方法[44－45]。

3 水源污染與全流程安全保障技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，水污染事件已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)高發(fā)期，主要污染物質(zhì)由過(guò)去傳統(tǒng)COD轉(zhuǎn)變到現(xiàn)在多種污染物質(zhì)，這些國(guó)內(nèi)外的污染事例給與我們?cè)S多警示和思索。面對(duì)飲用水源中眾多的污染物質(zhì)，常規(guī)工藝無(wú)法有效去除污染物，滿足飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。隨著水污染的加重和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，普遍將常規(guī)處理工藝分別擴(kuò)展至上游技術(shù)和下游技術(shù)，即更注重全流程的多級(jí)安全保障技術(shù)，具體內(nèi)容包括水源保護(hù)與水體修復(fù)；原水輸送保質(zhì)；水廠內(nèi)安全凈化；管網(wǎng)水的安全輸配等。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

4 展望

供水企業(yè)普遍面臨原水水質(zhì)惡化和出廠水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高的雙重壓力，面對(duì)這一對(duì)基本矛盾，針對(duì)不同水源中的污染物質(zhì)，采用全流程的多級(jí)安全保障技術(shù)，保障飲用水的安全性。今后我國(guó)飲用水處理工藝研究重點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：①環(huán)境中新合成污染物日益增多，并有不斷加重的趨勢(shì)。水處理工藝針對(duì)新的污染物質(zhì)，加強(qiáng)新工藝、新材料研究，增強(qiáng)去除效果。常規(guī)工藝強(qiáng)化是我國(guó)現(xiàn)在可行的主要技術(shù)手段，根據(jù)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)條件不同，可因地制宜采取預(yù)處理和深度處理工藝。②現(xiàn)有的大量研究成果，由于種種原因不能推廣應(yīng)用。今后應(yīng)該加強(qiáng)科技成果的轉(zhuǎn)化力度，對(duì)于多元復(fù)雜污染和突發(fā)事件，現(xiàn)有水廠需要進(jìn)行大量改造工作，迫切需要科技成果的技術(shù)支撐。③我國(guó)松花江和北江水質(zhì)污染凸現(xiàn)，現(xiàn)有水廠技術(shù)儲(chǔ)備和技術(shù)設(shè)施嚴(yán)重不足，對(duì)此，應(yīng)在水廠設(shè)計(jì)階段增強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備，考慮工藝的靈活性和組合性，提高水源預(yù)警和應(yīng)急處理能力。及時(shí)有效去除水中污染物質(zhì)。④目前我國(guó)實(shí)施飲用水標(biāo)準(zhǔn)總體指標(biāo)上接近國(guó)際先進(jìn)水平，檢測(cè)指標(biāo)有100多項(xiàng)，但水廠日常檢測(cè)不便。如何有效建立綜合性指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)性控制，是水廠管理的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。我國(guó)“十五”期間做過(guò)一些相關(guān)工作，但不夠深入，今后應(yīng)加大相關(guān)研究的力度。⑤今年中央號(hào)召建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村，農(nóng)村人口是我國(guó)人口主要部分，有機(jī)污染、含氟、含砷、苦咸水等水質(zhì)問(wèn)題較多，針對(duì)這些水質(zhì)問(wèn)題，應(yīng)重點(diǎn)建立小型分散給水裝置，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易高效水處理工藝及設(shè)施，保障農(nóng)村人民的飲用水安全。

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