中国饮用水的水质问题与水的深度处理

一、我国河流湖泊的污染状况与主要污染指标
  
  
      我国1999年环境状况公报在总结一年中取得的成绩后指出："据环境监测结果统计，全国环境形势仍然严峻，各项污染排放总量很大，污染程度仍处于相当高的水平，一些地区的环境质量仍在恶化，相当多的城市水、气、声、土壤环境污染仍较严重……。"关于水环境状况列出："中国主要河流有机污染普遍，面源污染日益突出，辽河、海河污染严重，淮河水质较差，黄河水质不容乐观，松花汇水质尚可，珠江、长江水质总体良好。主要湖泊富营养化严重。……流经城市的河段普遍受到污染。"
  
  二、饮用水中有机物污染与肠道疾病
  
  
      根据卫生部中国预防医学科学院环境卫生监测所于1985～1988年对全国2074个县进行的调查（统计时以耗氧量，即高锰酸盐指数，作为有机物综合性指标，以3mg/L作为卫生标准）耗氧量超标率13.3％（其中自来水完全处理的超标12.3％，部分处理的超标6.65％，人力提水超标16.7％)。根据35个大城市从1985～1994年资料，供水的耗氧量合格率为77％，即有23％不合格。近年来水污染加重，耗氧量超标将有增无减。统计分析结果表明消化道疾病(包括肝癌)与耗氧量明显地成正相关。
  饮用水中耗氧量高说明有机物量较多，有机物多在水净化过程中加氯消毒后，消毒副产物增多使水的致突活性增强，对人体健康有长远的影响。有机物对人体的危害，往往是滞后的，一般发现得病，在人体上反映要达20～30年。现在没发现的，不等于今后就不发生。因此要重视、要研究有机物对人体健康影响。
  
   三、生活饮用水水质标准的修订，增加有机物综合性指标
  
  
  1．水污染防治法规定设立生活饮用水水源保护区
  
  
  1996年5月15日国家主席江泽民以主席令公布了修订后的中华人民共和国水污染防治法。水污染防治法第20条中规定"省级以上人民政府可以依法划定生活饮用水地表水源保护区。生活饮用水地表水保护区分为一级保护区和其他等级保护区。在生活饮用水地表水源取水口附近可以划定一定的水域和陆域为一级保护区。在生活饮用水地表水源一级保护区外可以划定一定的水域和陆域为其他等级保护区。各级保护区应当有明确的地理界线。对生活饮用水水源保护的具体办法见国务院规定?
  
  
  
  
  
  2．水污染防治法实施细则规定了生活饮用水水源保护区的水质
       2000年3月20日国务院总理以中华人民共和国国务院令发布了"中华人民共和国水污染防治法实施细则"。细则第21条对防止地表水污染明确规定：生活饮用水地表水源一级保护区内的水质适用国家"地表水环境质量标准"Ⅱ类标准，二级保护区的水质适用国家"地表水环境质量标;Ⅲ类标准。
  
  
  
  
  
  3．生活饮用水中有机污染指标的选择
      由国家环境保护总局发布的2000年1月1日实施的修订后的"地表水环境质量标准"中Ⅱ类水域水质中有关有机物综合性指标标准值有：化学需氧量（CODcr）15mg/L，生化需氧量（BOD5）3mg/L与高锰酸盐指数4 mg/L。这三项指标中CODcr值在小于100mg/L时测定较困难，不易准确；BOD5一般自来水部门不进行测定，而且数值小时也不易测准；惟有耗氧量CODMn（也即高锰酸指数）容易测定，可操作性强，并且在给水部门已经公认用作水源水质的判别。
  
  
      耗氧量作为生活饮用水的一个水质项目，它不是一个具体的物质，也没有对人体健康有危害的具体数据。发达国家不采用耗氧量作水质指标，因为他们可以测出水中具体的各种有毒有害有机物的量。他们中有用TOC（总有机碳）作水质指标，但无具体数值，只规定TOC不得有大的变动。
      作为有机物的综合性指标，大家认为TOC是最好的指标，但TOC值需由TOC仪测得，TOC仪价格昂贵，不是所有大城市都有，制水部门就更少了。将CODMn作为暂时性的水质指标，因其测定所用设备简单，分析测定方便，不需复杂的技术，一般水厂分析人员都可测定，所以是最适宜的。
  
  四、生活饮用水中有机物综合性指标耗氧量限值的讨论
  
      按照国家水污染防治法规定：集中供水取水口处水域的水质应为地表水环境质量Ⅱ类，也即耗氧量为4mg/L。水源水的耗氧量为4mg/L，经过给水常规处理工艺（混凝沉淀-过滤-消毒），CODMn可以有20～30%去除率，因此生活饮用水的耗氧量定为3mg/L（报批稿），考虑到有些城市水源受污染较严重又无新的好水源，标准中留有余地，即"特殊情况下不超过5mg/L，"注明特殊情况包括水源限制等情况。
      修订的生活饮用水水质标准中增加耗氧量作为水质指标是结合我国国情，全面提高市政供水水质、改善居民饮用水质量的一个重要措施，是这次水质标准修改的重要进展。在规定的常规检验项目中还增加了铝（0.2mg/L）、粪大肠菌群（每100mL水样中不得检出）。另一个重要修改是将浊度由3NTU改成1NTU，也留有余地，即特殊情况下不超过5NTU。还有将镉由0.01mg/L改成0.005mg/L、铅由0.05 mg/L改为0.01 mg/L 、四氯化碳由0.03 mg/L 改为0.002mg/L。在非常规检验项目中增加了有关的农药、除草剂、微囊藻毒素-LR，消毒副产物：三卤甲烷、卤乙酸、亚氯酸盐、一氯胺等与其它有毒有害有机物。在水源选择时不要对常规与非常规检验项目外32项有害物质进行测定。修改后的水质标准应该认为比之85年颁布的老标准有很大提高，为与国际水质标准接轨迈出一大步。
      对于给水工作者，除全面达到生活饮用水水质标准，其中最主要的是浊度与耗氧量两个指标。浊度要达到1NTU/L要比3NTU困难得多。即使出厂水在1NTU的下，进了管网后也有可能受管中腐蚀、沉积的锈垢影响而超过1NTU。耗氧量按3mg/L来控制出厂水、管网水，只要水源水质正常，是能达到的，但对水源水质达不到4mg/L时，要通过常规净化工艺去除30～40%是困难的，但可按特殊情况不超过5mg/L来对待。Ⅲ类水域水质耗氧量现已放宽到8 mg/L，如通过常规工艺处理到5mg/L，也较困难，可以采取一些强化措施（如强化混凝、强化过滤）争取去除40%，那样也可达到5mg/L。总之增加耗氧量指标、提高浊度标准将给制水行业带来压力，但能满足居民需求，因控制了耗氧量，控制了水中有机物总量，感官性指标色、臭、味将有很大改善。
  
      五、生活饮用水水质标准的修订对给水工作者既是压力，又是动力与机遇。
  对于给水界，由于提高了水质标准的要求，无疑增加了负担，加重了责任，但也应看到水质标准的提高给给水界同行提供了改善水质，采用先进净水技术的机遇，正是大干事业的时候。
  1．水质标准的修订不应牵就现状而应改造现状
  对一些水网地区（江苏、浙江一带，珠江三角洲一带地区）水源受污染较严重，市政供水要达到耗氧量3mg/L标准是有难度。水质标准的制定是要使居民饮用和生活用水的水质确保终身饮用安全。应该向前看并逐步向国际接轨，当然水质标准修订也应根据国情一步一步走，要考虑实施的可能性。目前矛盾较大的地区也是前段时间经济发展比较快的地区，这些地区的居民为该地区的经济发展做出了贡献，该地区政府应该也能够拿出资金来改善居民的生活饮用水水质。
  
  2．给水同行应突破思想禁锢，迎困难而上，为改善居民水质做出贡献
      水源受较重污染的水厂要达到新订的水质标准就要突破现有的净化工艺。常规工艺，也是传统工艺已使用了100多年。当时的水源水质与现在的水源水质相比，相差太远。过去只需要控制感官性指标浊度与微生物指标余氯就可供饮用，而社会发展到现在，人工合成有机物日益增多，对人类的危害还不十分清楚（目前热点是内分泌干扰物质的分析与控制），原有的净化工艺已不适应发展了的现状，但是为什么迄今为止我们的常规工艺却对付着日益恶化了的水源水质，而水厂出厂水却是达到国家生活饮用水水质标准的，这不能不归于现有的国家水质标准的落后了。1985年修订以来水质标准15年未变，而国民经济翻了两番，水源水质已经后退了一类或两类了。我国水环境的主要污染是有机污染，可现行标准中正好缺少有机物综合性指标。中国预防医学科学院徐风丹教授进行的上海黄浦江原水毒理学Ames致突活性的测定，结果显示，随黄浦江而下（由上游至下游）致突活性逐步增强并且与消化道癌症成正相关。
      根据建设部测定浊度、余氯、细菌总数、总大肠菌群4项合格率超过98%。这4项标准主要是微生物指标，可保证居民不发生水致传染病，但却回避了有机物污染问题，有机物多了必然引起色、臭、味感官性能的问题，水的口感变差，居民是最直接感受到的。如果我们一再强调自来水水质是达标的，而居民却认为自来水水质不好，那么不应该要居民适应我们陈旧的水质标准，应该由我们提高水质去适应居民的要求。
  
  
  
  
  3．水质要求高了要增加净化费用，居民能否承受
  
  
  常规工艺要达到高要求的水质是不够的，必须要增加深度处理，采用活性炭技术来吸附有机物提高水质，经估算只要增加0.15元/m3，如采用臭氧-活性炭技术则需要0.2元/m3，居民多花0.2元/m3，喝上好水，用上好水，一户每月多花2～10元是可以承受的。水价必须按市场经济原则，优质优价，应开放水价。水价政策不落实，很难调动制水行业的积极性。
  
  
  
  4．工业用水量占城市供水量的比例大，水价提高了，企业能否承受
     要提高水质，水价要调整，对一些生活饮用水水质相同的企业，愿意多花一些钱用好水，如饮料、食品等行业。水价调整到一些工业企业认为受不了时，那么工业企业节水才有希望，才能认真地搞节水，使水尽其用，避免浪费。我们不能以低廉的水价去适应工业对水的浪费，而应让工业企业通过节水来适应提高后的水价。
  
  
  
  六、去除水中有机物的技术
    水源中主要污染是有机，一般去除有机污染的技术有下列几种：
  
  
  1 氧化
    用氧化剂氧化有机物，使之成为无害的中间产物。氧化剂也用来消毒。从氧化还原电位（见表1）可知臭氧为最高。臭氧在水中易自分解，且不会产生二次污染（除中间产物可能有害外），是理想的氧化剂。
  
  
  
  
  
  
  
  

种类	分子式	氧化还原电位（伏）
臭氧	O3	2.07
过氧化氢	H2O2	1.76
高锰酸钾	KMnO4	1.68
二氧化氯	ClO2	0.95
氯	Cl2	1.3

  
  
  2 吸附
    吸附剂可以吸附水中有机物，最常用是活性炭，活性炭具有许多微孔，因此具有很大的表面积，能够吸附分子量为3000-1000的有机物，大分子有机物由于位阻效应不能进入微孔，小分子有机物往往亲水，不易被吸附，对水中嗅、味、色的去除较有效，对加氯后形成致突变物、致癌物的前体物的却除有效。可使反映毒理学指标Ames致突活性从阳性转变为阴性。当活性炭约5000元/吨，再生一次1700元/吨）。视原水水质，再生周期不一。一般在半年左右，频繁的再生使水厂生畏。
  
  
  
  3 生物氧化解
      使水通过装有填料的池子，而填料上生长着微生物通过水与微生物接触，使微生物降解水中有机物。微生物只能降解易被生物氧化的有机物，一般对亲水的小于1000分子量的有机物去除效率高。由于还可以去除氨氮、亚硝酸盐氮（硝化作用）使水质得到全面提高，减轻后续处理的负担，常用于原水预处理。
  
  七、臭氧在水净化中的应用
  
  1 臭氧氧化
      臭氧氧化的作用有两个方面：一是直接的，是臭氧作用，它有选择性，反应较慢；另是间接的，通过中间产物OH自由基的作用，它无选择性，反应快。
  
  
  臭氧碳碳双键有机物，使键断裂，对苯环可开环。因此对这类有机物的氧化很有效，但对强氧化有机物，如DDT、环氧七氯、狄氏剂等无效。由于投加量有限，不能完全将有机物矿化成为无机物。
  
  
  
  
  臭氧可以将大分子有机物氧化成小分子有机物，有利后续活性炭吸附，但产生羧酸、醛等不易被吸附的极性分子，对碳的吸附不利。这些新水小分子有机物是微生物的很好食料（属于生物同化有机碳），提高了水的可生化性，有利于后续生物处理。臭氧能使水中胶体脱稳，再经滤池后使水清澈。 臭氧对水中霉、泥土、鱼腥的嗅、味能够去除，但有时会产生水果味。
      臭氧投加于水与一些有毒有害有机物作用，使之产生无毒害的中间产物，但也有可能与其它有机物作用产生有毒害的中间产物，这与原水水质有关。
      臭氧用于消毒，如臭氧化的水直接进入管网，由于水中可生化解有机物（AOC）增加有可能使管网中细菌繁殖，腐蚀加剧，使居民水龙头水质变差。
  
  
  综上所述，单独臭氧净水时有利有弊，需视原水水质而异。但如果臭氧与其他处理技术结合，则将利大于弊。
  
  
  
  2 臭氧与生物处理联用
  
  
      臭氧与生物处理联用，此时臭氧作为预氧化，不需完全氧化有机物，只需断键、开环将其氧化成小分子有机物即可，使水的可生化性提高，主要依靠生物处理去除有机物。根据我们试验数据，单独物生物预处理去除有机物CODcr30%，如果预0.5mg/L臭氧，则可去除CODcr40%，CODcr去除率提高10%，BOD去除率提高20%。并可有效降低AOC。
  
  
  
  3 臭氧与活性碳联用
  
  
  
  国外常用臭氧-活性炭作为深度处理的主要技术，也称生物活性碳技术。
      臭氧与活性碳联用，除使某些有害有机物变成无害外，可以增加小分子有机物便于活性碳吸附，由于很好地充氧，使活性碳表面生长良好的生物膜，可以生物降解未被氧化的有机物与被氧化成小分子的羧酸、醛，这样就兼有化学氧化、物理吸附与牲降解三个作用。臭氧活性碳的综合作用使处理后的出水水质大为提高，往往可以使原本出水的毒理学评价Ames致突活性从阳性转为阴性；有机物的去除率达到50%左右，氨氮、亚硝酸盐氮去除90%左右；色、嗅、浊度全面降低；能很有效地降低AOC值，使出水生物稳定性大为提高；由于活性炭上的微生物生长良好，即使碳的吸附饱和后，生物作用依然存在，并能与碳的物理吸附相辅相成的（脱附与吸附），使活性碳长期保持降低有机物的作用，使炭的再生周期大为延长（一般可以1-1.5年）。
  
  
  臭氧-活性炭的基建投资为150元/M3/d左右，运转费约0.2元/M3。
  
  
  
  4 混凝前或过滤前预投臭氧
  
  预臭氧可以代替预氯化达到氧化有机物、节约混凝剂投量，改善混凝的作用，并可以减少预氯化带来的消毒副产物。
  臭氧加在过滤前可促使胶体脱稳，使滤后水更加清澈，还可以减少水头损失。
  
  
  
  
  根据我国水环境污染状况，一般地表水源水中有机物CODMn小于4mg/L的甚少（一般在大江、大河上游的干流），大都已受生活污染或工业污染，CODMn在6mg/L左右，有的甚至10mg/L。一般常规工只能去除30%左右，如需要使管网水CODMn≤3mg/L，则必须进行深度处理，当单加活性炭还不能满足时，就要用臭氧-活性炭技术，甚至是生物预处理-常规处理-臭氧活性炭工艺才行。因此臭氧技术在我国自来水厂将越来越多地得到应用。
  
  
  
  为了适应今后自来水厂发展的需要，我们应做好臭氧设备开发。国内缺乏大型臭氧发生器装置，如每台每小时生产3kg、5kg、10kg臭氧发生全套装置以备3万、5万、10万m3/d自来水厂的需要，这应保证设备的质量、减少电耗。
  臭氧应用中还要开发有效的臭氧扩散与水混合、臭氧尾气的吸收与水中臭氧浓度测定的设备、仪器，使之配套，以便科学地进行运行管理。
  
  
  
  八、常规净水工艺的改造
  
  
  
  
  以上述及深度处理中活性碳与臭氧技术，都需要新增加构筑物与设备。生物预处理滤速较低（4-6m/h），因此占地较大，构筑物较大，投资较高，处理1M3/d的基建投资需100～120元，对于1万M3/d水厂，即需120万元。最经济可行的是在现有工艺基础上进行改造。采取强化混凝与强化过滤的办法，不增加构筑物，因此改造费用单位水量（M3/d）投资只需20～25元，运转费用增另0.03～0.05元/M3。氨氮及亚硝酸盐氮的去除效率约80%，有机物CODMn15～20%。
  
  
  1．强化混凝
                    　　可以有以下几种方法：
  
  1）多投混凝剂使有机物的水化壳压缩，水解的阳离子与有机物阴离子电中和消除由于有机物对无机胶体的影响，从而使无机胶体脱稳。
  
  
  2）投加絮凝剂，增加吸附、架桥作用，使有机物易被絮体粘附而下沉。
  
  3）投加氧化剂，使有机物被氧化。
  
  4）调整混合与絮凝反应的时间，使药剂充分发挥作用，即从水力条件上改进。
  
  5）调整pH，一般有机物多时，pH5～6效果好。
  
  6）根据我们试验研究结果，以投加絮凝剂，改善水力条件共同进行能取得好的效果，且经济可行。
  
  
  2．强化过滤
  
  
                    　　滤池主要功能是发挥滤料与脱稳颗粒的接触凝聚作用而去除浊度、细菌。如果滤料洗涤不干净，滤料表面就会积泥，当预加氯时抑制了滤料中生物的生长，因此滤料层没有或较少生物降解作用。如果不预加氯，滤料层中就会有生物作用，滤池出水中氨氮有所降低，亚硝酸盐氮增加就是具有亚硝酸盐菌的结果。
  
  
                    　　强化过滤就是让滤料既能去浊，又能降解有机物，降解氨氮、亚硝酸盐氮。这样，就需要在滤料中培养生物膜，要既有亚硝酸盐菌，又要有硝酸盐菌使氨氮、亚硝酸盐氮都得有效去除。技术的难点是：
  
  
  
  
  
  1）选择滤料（有利于细菌生长）；
  
  2）控制反冲洗强度既能冲去积泥，又能保持一定的生物膜；
  
  3）要保证出水浊度小于1.0NTU；
  
  4）要使滤池的微环境有利于生物膜成长；
  
  5）其他技术问题，如冲洗水的强度、膨胀率等。

先顶后看  

有才的不在少数啊