饮用水处理技术进展

最佳答案 - 由提问者2006-10-30 14:49:25选出

摘要：饮用水水源遭受有机污染现象日趋普遍和严重，传统净水工艺难以满足生产合格饮用水的要求。本文综了受污染水源水中有机物的来源、分类，饮用水水质标准的发展和饮用水处理技术特别是微生物处理技术的进展。饮用水水源遭受有机污染现象日趋普遍和严重，传统净水工艺难以满足生产合格饮用水的要求。本文综了受污染水源水中有机物的来源、分类，饮用水水质标准的发展和饮用水处理技术特别是微生物处理技术的进展。饮用水水源遭受有机污染现象日趋普遍和严重，传统净水工艺难以满足生产合格饮用水的要求。本文综了受污染水源水中有机物的来源、分类，饮用水水质标准的发展和饮用水处理技术特别是微生物处理技术的进展。

关键词 饮用水 处理技术 水源污染

饮用水水源 污染现象日趋普遍和严重
由于工业高速发展和城市的加速，产生了大量的工业污水和生活污水，而我国城市污水处理厂的年处理率仅为2.43%，绝大部分污水直接排入水体，致使82%的水域和93%的城市地下水源被污染，水源水质明显恶化。据调查，全国430个城市有90%以上的饮用水源遭受到不同程度的污染，造成经济损失达377亿元。
饮用水水源的污染，导致水处理成本急剧增加，用常规处理方法难以生产出符合饮用水水质标准的水，供水有异味、异臭、口感不适。水中有机物是消毒副产物的前体，致使水的安全性受到影响，Ames致突变实验呈现阳性。

水中有机污染物的来源、分类和影响
国内和国外的统计资料都表明水源水中的污染物主要来自有机物，这与工业化进程在20世纪高速发展息息相关，水体中的有机物来源于两个方面：一是外界向水体中排放的有机物；二是生长在水体中的生物群体产生的有机物以及水体底泥释放的有机物。前者包括地面径流和浅层地下水从土壤中渗沥出的有机物，主要是腐植质、农药、杀虫剂、化肥及城市污水和工业废水向水体排放的有机物、大气降水携带的有机物、水面养殖投加的有机物、各种事故排放的有机物等。后者一般情况下在总的有机物中所占的比例很小，但是对于富营养化水体，如湖泊，水库，则是不可忽略的因素。

水源水中的有机物大致可分为两类：一类是天然有机物（NOM），包括腐殖质、微生物分秘物、溶解的植物组织和动物的废弃物；另一类是人工合成的有机物（SOC），包括农药、商业用途的合成物及一些工业废弃物。

天然有机物
天然有机物主要是指动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的大分子有机物，其中腐殖质在地面水源中含量最高，是水体色度的主要成分，占有机物总量的60%~90%。饮用水处理中，它是主要去除的对象。腐殖质是一类含酚羟基、羧基、醇羟基等多种宫能团的大分子聚合物，分子量在102~106范围内，其中50%~60%是碳水化合物及其关联物质，10%~30%是木制素及其衍生物，1%~3%是蛋白质及其衍生物。腐殖质在水中的形态可分为酸不溶但碱溶的腐质酸（HA），酸溶但碱不溶的富里酸（FA），既不溶于酸也不溶于碱的胡敏酸，三种组分在结构上相似，但在分子量和官能团含量上有较大的区别。
腐殖质在天然水体中表现为带负电荷的大分子有机物，具有与水中大多数成分进行离子交换和络合的特性，这样使本来难溶与水的元素和微污染有机物在水环境中增大了溶解度，促使其迁移能力增强，分布范围更为广泛。另一方面，腐殖质已经被证明是多种消毒副产物（DBPS）的前体，是导致饮用水致突变活性增加的主要因素。去除腐殖质的主要方法有膜滤、混凝沉淀、臭氧氧化、活性炭（GAC）吸附及生物降解等。
水体中天然有机物中的非腐殖质部分，以前被引用水处理界所忽视，被认为对出水水质没有什么影响，但是近年来的研究表明，消毒副产物的前体中有相当一部分是来自水中的非腐殖质部分的天然有机物。按DOC计算，与腐殖质部分的天然有机物形成的消毒副产物相比，二者比例接近。贺北平博的研究表明，水中的非腐殖质部分的天然有机物是主要的可生物降解部分，具有较强的亲水性和较低的芳香度，可能由亲水酸、蛋白质、氨基酸、糖类等组成。

人工合成有机物
随着各国工业的发展，人工合成的有机物呈现越来越多的趋势，目前已知的有机物种类达400多万种，其中人工合成的有机物在10万种以上，且以每年2000种的速度递增。它们在生产、运输、使用过程中以各种途径进入环境。工业污染源主要来自化学化工、石油加工、制药、酿造、造纸等行业，例如淮河蚌埠段，造纸废水占每日COD排放总量的52%，酿造（酿酒和味精）废水及化肥分别占17.54%和11.24%。农业中使用的沙虫剂、肥料也是人工合成有机物在水体中的另一个主要来源。它们可以渗透入地下水中，或者通过地面径流进入水源水中。
1977年美国国家环保局（USEPA）根据有机污染物的毒性、生物降解的可能性以及在水体中出现的几率等因素，从7万种有机物化合物中筛选出65类129种优先控制的污染物 ，其中有机化合物114种，占总数的88.4%，包括21种杀虫剂、26种卤代脂肪烃，8种多氯联苯、11种酚、7种亚硝酸及其它化合物。这些化合物本身有一定的生物积累性，有些本身有毒性，有些有三致作用。欧共体、国际卫生组织（WHO）、日本 、中国等，也相继建立了各自的优先控制有机污染物的名单，并加强水源及饮用水制备过程中对这些指标的控制。

水中有机物对传统净水工艺及水质的影响
水源水中的有机污染物给公众的健康带来了较大的危害，并且传统净水工艺不能满足出水要求，主要集中表现在以下几个方面：
水中有机污染物大多是带负电荷的化合物，它们的存在使水的ZETA电位升高，要保证一定的出水水质，需要投加过量的混凝剂和氯，从而增加了水除了成本。而且，近来的研究表明，传统工艺无法去除某些有机污染物。
现有的传统水处理工艺对有机物的去除效率一般为20%~50%，对氨氮的去除率为10%左右，出水中有机物含量很高，且其中有些有机物具有致癌性。加氯消毒使水中的致突变物质含量增加，对人体健康造成危害。据估计，我国有4亿人饮用受到有机物污染的水。
有机污染物进入管网后，会被管壁上附着的微生物所利用，它们在氯化消毒之后仍然存活，比起一般的微生物有更大的危害。它们能够腐蚀管壁，从而使铁屑和重金属离子溶入水中，减少了管网的使用寿命，增加了输水能耗，致使爆管事件经常发生。更为令人担心的是从毒理学 上的考虑，因为这种反应能够形成非生物稳定性的水，具有三致特性。

饮用水处理技术的发展
早在90年代初，全球各个国家政府、行业协会都对21世纪的发展战略提出了构想。1991年美国AWWA年会的主体就是对未来10年的饮用水处理行业发展研究的焦点提出了各自的看法，包括：饮用水消毒副产物的研究、饮用水生物稳定项的研究、臭味的控制、生物处理技术、膜技术、臭氧化工艺的研究、氯化杀菌的研究、合成有机物的去处、健康风险的评估以及水处理经济效益的分析等。经过水处理工作者的不懈努力，饮用水处理机使有了较大发展，主要表现在以下几个方面：
预氯化处理技术
在水处理中，对那些远距离输送源水的水厂或者以藻类含量高的水库水为水源的水厂，为了防止输水管道中的微生物和藻类的滋长，减轻后续单元的处理负荷，通常在取水口出投加少量的氯。这种方法曾经一度受到人们的重视，在节省混凝剂方面起到一定的作用，北京市第九水厂日产水量100万吨，以密云、怀柔水库为水源，在处理过程中采用了预加氯的方式已控制水中的藻类。但是近几年来的研究表明，由于原水的预氯化能使氯与水中的腐殖质及其它的有机物反应，生成大量的不能被后续单元取出的三卤甲烷、有机卤化物等致癌物质，对人们产生更大的危害，所以这种方法在新建水厂中逐渐被淘汰。