生活饮用水水质处理进展

来源：SCI期刊网 分类：农业论文 时间：2022-01-05 09:43 热度：

　　摘 要：综述了生活饮用水水质处理技术如饮用水水质标准、水源水水质处理标准、饮用水出厂水质处理、管网水质研究、末梢水质净化研究的进展，并指出今后应加强的改进建议。

　　关键词：水质标准;饮用水;预处理;消毒;深度处理;补救处理

　　随着人口的急剧增长、城市化的步伐加快、工业的高速发展，使得工业污水和生活污水的排放量日益增加，造成生活饮用水水源的污染日益广泛，82%的水域和93%的城市地下水被污染[1]。污染物的种类也日趋复杂，普遍表现为水源水中的有机物种类和含量增加。而许多饮用水处理厂的处理工艺还停留在原来的水平[2]，氯化消毒后的毒副产物检出很明显[3～8]，饮用水水质引起了人们的普遍关注。现就饮用水水质研究进展综述如下。

　　1 饮用水水质标准现状

　　饮用水水质标准状况是与生产力和分析手段的发展相适应的，标准直接反映了对饮用水水质的研究现状和认识水平。截止1994年，世界上主要的国际饮用水水质标准有世界卫生组织( WHO) 标准、欧洲共同体( EC) 标准、美国及其它国家的水质标准等[9～11]。各标准都在原标准的基础上作了大量修订，突出表现在水质指标数量的增加、有机物种类和浓度的严格限制。我国也正致力于水质标准的修订和完善工作，在原来水质指标的基础上增加了消毒副产物( DBP) 、农药、生物学等指标。如1992年我国建设部根据国内各地区发展不平衡状况将各地自来水公司按供水量的大小、城市的现状规定了第1类水司( 供水量大于100万 m 3 /d) 到2000年的水质目标，包括88个水质指标。虽然如此，我国的饮用水水质标准较国际水平和发达国家标准仍有一定的差距，表现为检测项目少，标准低，尤其是对农药、DBP 等有机物的种类和浓度限定较宽。如表1所示，我国 CCl4 的标准为0.003mg/L，低于 WHO 的标准(0.002 mg/L) ;我国六六六的标准为0.005mg/L，均低于 WHO、美国、欧共体联邦德国的标准。

　　2 水源水水质处理技术

　　水源水水质直接影响着水处理工艺和水处理效果，研究表明，水源水中的总有机碳( TOC) 、三卤甲烷的前体物( T HMFP) 、叶绿素 a、浮游动物、溶解氧( DO) 、 总 磷 ( T P ) 等 对 产 生 DBP，如 三 卤 甲 烷( T HMs) 、卤代乙酸( HAA ) 、总溶解有机卤化物( DOX)[4～8，12]、高溴根离子有很大的相关性[13]。目前尚未找到直接去除 T HMs 的有效方法[1]，为避免这些 DBP 在氯化消毒后的大量存在，对水源水的水质研究尤其是有机污染物的种类和数量分析检测[14]研究十分重要，在此基础上，研究在氯化前去除和降低它们的技术。该项预处理措施研究已取得了一定的进展。

　　2.1 生物预处理法

　　对污染较重[ρ( COD) >15mg/L]( COD 为生化需氧量) 或富营养化水源，生物预处理法能去除部分源水中的 DBP 前体物[1，15，16]，如可生物降解的有机物、NH3-N 和亚硝酸盐，但对微污染源水的处理效果不明显。日本、欧洲已普遍应用生物法预处理饮用水，在美国的研究较晚，我国正加紧研究并应用于实践中。如武汉市东湖水厂采用生物预处理法使水厂的后续处理效果得到明显改善[7]。目前研究出的生物预处理方法有生物滤池法、生物接触氧化法、生物流化床法。

　　2.2 加氯应急预处理法

　　对于微污染源水[ρ( COD) <15mg/L]，广东省环境监测中心的研究表明，采取加氯法应急预处理后源水能达到供给要求[17]。但是，加氯应急预处理工艺只能用于微污染水源，对于有机污染物含量高的源水则不适用。

　　2.3 预臭氧化技术处理法

　　预臭氧化过程可提高水中有机物的可生化性，提高混凝及过滤去除率，再配合生物预处理技术可大大提高处理效率。清华大学环境工程系在此方面取得了一定进展[18]。

　　此外，还有其它的源水预处理工艺，如膜生物反应器( MBR) 、电生物反应器等预处理方法，但尚处于一种基础理论和动力学研究阶段，离实际应用还有相当一段距离[18]。

　　3 饮用水出厂水质处理

　　饮用水的传统净化过程包括沉淀、吸附、絮凝沉淀、过滤、消毒。消毒是饮用水生产过程中最重要的环节，目的是要杀死或去除致病生物体和有机物。目前研究最多的是消毒环节，消毒剂的正、负效应及出厂水的深度处理工艺成为研究热点。

　　3.1 出厂水消毒

　　液氯( Cl2) 的广泛运用已有近100年的历史， 99%的消毒剂选用了氯[19]。氯化消毒处理后出厂水中的 T HMs、HAA、DOX、Mx[3-氯-4( 二氯甲基)-5- 羟基-2(5H)-呋喃酮]等 DBP 产生机理及其毒理问题已有研究[4～8，12]、消毒过程中所存在及产生的另一种副产物氯酸盐离子( ClO - 3 )[20]、需氯量与总三卤甲烷( T T HM ) 形成过程的模型也正成为研究热点[21]，但普遍缺乏对氯化消毒机理和余氯规律的研究。二氧化氯( ClO2) 受到人们高度重视[22]，WHO 确定 ClO2为完全无致癌、致畸性的安全消毒物质中的 A1级产品。但有资料表明，长时间饮用含有 ClO2的水，可能损害肝、肾、中枢神经的功能，影响周围血液的组成，抑制甲状腺的功能。ClO2法在消毒过程中产生的副产物氯酸盐离子( ClO - 3 )[22]、亚氯酸盐的毒性也引起了们的重视和研究。O3能使水中无机物氧化还原，有机物减少，去除率达90%以上[23，24]，且产生 T HMs 等副产物的可能性小。但是，因 O3不能有效防治细菌再生或二次污染的问题及经济方面的限制，故 O3通常不作为管网中的消毒剂，必须与其它的处理手段联合使用才能够取得比较满意的效果[24]。此外，对氯胺( NH2Cl) 、次氯酸( HOCl) 、OCl -、双氧水( H2O2) 、苯酚、硝酸银以及氯、溴、碘的卤系化合物，如 BrCl，ICl，IBr 等化学消毒剂也有过研究和应用[25～27]。

　　物理消毒法的研究与运用也有报道，如紫外线( UV ) 消毒法[28～30]、电磁辐射消毒法等。如欧洲 Boxalls Lane 饮用水处理厂采用 UV 处理技术，高峰流量可达670m 3 /h(16080m 3 /d)[29]。但是，UV 工艺存在很多问题[30，31]。因此，UV 消毒法在水处理工艺中方兴未艾，但不能迅速代替氯化法。也有学者认为，在水处理工艺中，有望以 UV 消毒法代替传统的加氯消毒法[28]。电磁辐射消毒法不能作为一种独立的方法使用，目前尚处于实验室研究阶段。热消毒法不适用于水处理厂的规模。

　　3.2 出厂水深度处理

　　水质深度处理新工艺，最有代表性的是与物理化学消毒法联合使用的光氧化法、O3-UV-超声波法[32]、UV-微 O3 法[33]、UV-H2O2 法、Fe 3+-H2O2 法、 O3-H2O2法、活性炭吸附法[34]、膜过滤法[35]等。沈阳自动控制研究院研究的 O3-UV-超声波法，产水量为24～48m 3 /d，对 T HMs、四氯化碳、芳香族化合物、氯苯类化合物、五氯苯酚等污染物有令人满意的去除效果[32]。但是，深度处理工艺复杂，应用上受到限制，仅局限在末梢或小范围供水系统中。

　　活性炭能有效地去除水中的异嗅味、余氯、 T HMs、溶解氧、微量有机物及部分 DBP 的前体物[34]，粒状活性炭( GAC) 被认为是效果较好的、能达到 EC 饮用水标准的处理工具，但是活性炭对 CHCl3的吸附性能较差，对其它有机卤化物的吸附性能较好，活性炭吸附有机卤化物后能再生，如生成氯化二口恶英( PCDDs) 与氯化氧芴( PCDFs) ，其致癌性不能忽视[3]。

　　传统的过滤工艺只能去除水中1μm 以上的物质，对于溶于水中的许多有机或无机污染物质则无能为力。膜分离技术不仅能去除钙、镁离子，还能非常有效地去除色度和 DBP 的前体物。目前研究较多的有纳滤膜( NF) 技术[32]、超滤膜技术( UF)[35]、反渗透[RO]技术、微滤( MF) 技术。但是，由于经济因素、膜阻塞和清洗、膜的寿命、材料等方面的问题，目前还不能说它们是成熟的水处理技术，离大规模处理应用还有距离。

　　4 管网水质研究

　　达到水质标准的出厂水进入管网后，经过水塔、水泵、长距离的管材等中间环节，以及管网中微生物的作用等，管网水质发生了变化，保证管网中的水质是饮用水水质安全的一个重要环节。安全优质的管网水也应包括化学物质和微生物的安全性。科学工作者开始对维护管网水质进行研究，主要表现在对管网中有机物的检测分析、消毒剂追加技术的研究。

　　我国对管网水质的变化监测研究表明，采用色谱-质谱( GC-MS) 方法，例如，对某自来水公司各工段水中有机物进行了分析[2]，从出厂水到管网水，检测出的有机物数目大量增加，而有机残渣含量并未增加，其中，在管网中出现的4种有机物在出厂水工段前出现但在出厂水水质检测中没有发现;7种有机物是在管网水中产生的，而在出厂水中并没有检出，对产生此现象的原因尚待深入研究。刘恩栋[3]对武汉市自来水氯化消毒前后从水源水、出厂水、用户水中的 T HMs 含量进行了分析，结果表明，T HMs 总量呈明显增加的趋势，原因是氯化作用引起出厂水中 T HMs 增加且进入管网后氯化反应继续进行。

　　消毒剂在管网中的稳定性成为中选的重要指标，为确保从水厂到末梢水中有足够的自由消毒剂( 如按我国水质标准，用户水中自由氯的质量浓度应不低于0.05mg/L) ，势必在出厂水中投入大量的消毒剂，给产生 T HMs 等 DBP 带来很大的可能性，而且可改变水的物理性质。因此，管网水质的研究现状体现在对影响氯化消毒工艺的效率、经济等多种因素的评估工作[19]、最佳需氯量与形成 T T HM 的模型研究[36]、管网中追加消毒剂处理技术研究[37]中。

　　5 末梢水质净化

　　水源水的水质不佳使得传统水处理工艺易产生副产物，但寻找未受污染的水源既不经济、不现实，也不符合持续发展的需要，水厂内将水全部进行深度处理和城市分质供水在目前的条件下难以实施，有些学者提出在末梢用户水龙头上进行补救处理，即使用家用净水器[38]。但是，这种补救措施存在许多问题：其一是环境方面，从水中转移到家用净水器过滤介质上的污染物成为另一种污染源，净水器技术没有成熟到自动提醒用户“净水器饱和”，超时使用的净水器中的水是更严重的劣质水;其二是社会方面，水厂出厂的产品--自来水不合格，还需要用户再负责补救净化，这种责任转嫁的行为使得居民不得不再增加一项不必要的开支，花钱购买不合格的半成品，这在商业社会是不合理的;其三是经济方面，发展家用净水器技术，安全生产、无毒无害的净水器材料需要资金维持。因此，这不是长远的、最优的供水措施，只能在目前新技术尚未普及的条件下作为补充手段。

　　6 总 结

　　饮用水水质标准的日益完善和发展是饮用水水质研究水平的标志，我国的水质标准离世界水平和发达国家的水平还有一定的差距，应尽快使水质指标与国际接轨。为此，可以增加对饮用水水质的研究力度，加强水质监测、毒理学研究，完善水质数据库;对原标准进行修订，分批实现水质标准与国际接轨。并因地制宜，根据各地具体的水源水质和供水量状况制定灵活的地方性水质标准，使水质标准具有良好的可行性与可操作性。

　　在对水源水水质全面研究的基础上，根据其污染程度采取相应的水质处理措施，并加强对水质预处理、水厂处理与深度处理相结合的研究，使其系统化，经济合理，有利于大规模生产和全面推广。

　　出厂水水质研究仍然侧重于消毒工艺的研究和发展，对于新的消毒工艺，可以密切结合管网水质变化特征，使饮用水的化学物质和微生物安全性达到统一;氯化消毒工艺作为最终消毒剂时，研究去除消毒副产物前体物的方法、氯化消毒机理、氯消毒剂在管网中的运移变化规律、与其它消毒剂结合使用的最佳模式。

　　管网水质是不可忽视的环节，对进入管网的水质进行详细的监测，研究有机物、消毒剂、微生物以及无机物等在管网中的运移、分布规律，可以为出厂水消毒工艺提供参考，为在管网水中进行追加处理、维护提供依据。管网布局、管材、供水系统设置等方面也需加强研究。

　　用户水质环节，要加强对家用净水器技术的安全生产、无毒无害净水器材料的选择、净水器的合理使用与管理，以及环境、社会、经济效应的全面研究，保证用户安全饮用。——论文作者：罗 泽 娇

　　参考文献：

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文章名称：生活饮用水水质处理进展

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