生活饮用水处理技术.doc

生活饮用水解决技术第一节 饮用水的重要性饮用水（又称生活饮用水）是指人们的饮水和生活用水，重要通过饮水和食物经口摄入体内，并可通过洗漱、洗涤物品、沐浴等生活用水接触皮肤或呼吸摄入人体。饮用水与人体健康和生活质量密切相关，其重要性不亚于食品。水是生命之源，是地球上一切生物维持生命的必要条件之一。当水体受到人为因素或自然因素的影响而使水质发生改变时，将影响水的正常和有效运用，并使生态环境遭到破坏，甚至危害人体健康。虽然从总量上看我国水资源丰富，地表水资源量居世界第六位，但由于我国人口众多，人均水资源占有量仅为世界人均占有量的1/4，因此属于水资源相对贫乏的国家。此外，由于我国水资源地区分布不均衡，水体污染不断加剧，使得有些地区可运用的水资源十分有限。这些情况不仅影响人们的正常生活和身体健康，也制约了经济的发展。因此，在我国经济建设不断发展的同时，做好环境保护工作防止水体污染，采用和推广先进、可行的饮用水解决技术，提高饮用水质量，对保护人民健康和发展经济具有重要意义。一、水是人类生存和经济发展的基础水为地球上的一切生物所必须。是生命之源。水的存在维持了生态系统的平衡，保证了人类获得所需的食物。在社会发展和科技进步的进程中，人们择水而居，逐步形成村庄，乡镇，城市，并得以生存发展。人类生活中除了饮用水外，在保障个人卫生，改善环境卫生，绿化和改良环境气候等方面都需要水，工农业生产需水量更大，水成为基础性的自然资源和战略性的经济资源。饮用水的需要量由于地区气候、卫生设施状况和科学水平等有较大差异；饮用水的水质、用量、水资源的科学合理运用和保护，是衡量一个国家经济发展水平，生活质量高低，卫生优劣的一项重要指标。二、水为人体生理功能所必需，体内水失衡将导致疾病 水在人体内的生理功能1.水是人体构造的重要成分水是保持每个细胞外型及构成每一种体液所必须的物质。体内含水量与年龄和性别有关。成年男子含水量约为体重的60%，女子为5055%，新生儿可达80%左右。水在体内重要分布于细胞内和细胞外。细胞内水含量为水体总量的2/3，细胞外约为1/3。人体各组织器官的含水量相差很大，以血液中最多，脂肪组织中较少。2.水作为营养物质的载体，参与食物的消化和吸取摄入体内的各种营养物质，都必须通过水运送到机体各部进行代谢，发挥作用。人体每日消化系统分泌许多液体，水在消化系统循环，在小肠以上分泌出来，再通过大肠吸取回去，使食物得以消化吸取。3.水作为代谢产物的溶剂，直接参与体内物质代谢及代谢产物的排泄，促进各种生理活动和生化反映体内的一切生化反映都是在液体中进行的，没有足够量的水，代谢将发生紊乱或停止，肾脏是人体代谢产物的重要排泄器官，体内的代谢产物经血液带入肾脏，经肾小球而滤入肾小管内，肾小管再将大量水分和非代谢产物回收到血液中，代谢产物与少量水分以尿排出体外。4.调节体温水是导热体，借助于血液循环为体内输送营养和排泄代谢产物的同时，还可调节和保持身体表里的温度，特别在高温环境或体内产热过量时，借助于皮肤出汗而减少体温。5.润滑组织水可润滑皮肤，保持关节、肌鞘、器官的润滑及柔和。 人体维持生理功能所需的水的平衡量体内水的来源涉及饮水、食物中的水及内生水三大部分。通常每人每日饮水约1200mL，食物中含水约1000mL，内生水约300mL。内生水重要来源于蛋白质、脂肪和碳水化合物代谢时产生的水。每克蛋自质产生的代谢水为0.41克，脂肪为1.07克，碳水化合物为0.6克。体内水的排出以经肾脏为主，约占60%，另一方面是经皮肤、肺和粪便。成年人一日水的来源和排出量维持在2500mL左右。 人体水失衡的症状1.缺少症水摄入局限性或水丢失过多，可引起体内缺水，重度缺水可使细胞外液电解质浓度增长，形成高渗；细胞内水分外流，引起脱水。缺水的临床症状可分为轻度缺水：失水占体重2%，表现为口渴，尿少；中度缺水：失水占体重6%，表现为口干，少尿，心情烦躁；严重缺水，失水占体重7%以上，表现为幻觉、狂躁，眼眶下陷，皮肤失去弹性，起皱，全身无力，体温、脉搏增长，血压下降；失水超体重20%时，会引起死亡。由于出汗而出现缺水，因随汗而排出盐分，所以也出现缺钠症状，在补充水分时，应补充适量的盐。2.水过多及中毒假如水摄入量超过肾脏排出的能力，可引起体内水过多或引起水中毒，这种情况多见于疾病，如肾脏疾病、肝脏病、充血性心力衰竭等。用甘油作为保水剂时，偶有发生。正常人中很少见水中毒。水中毒的临床表现为渐进性精神迟钝、恍惚、昏迷、惊厥等，严重者可引起死亡。三、污染的饮用水可引起疾病，供应合格的生活饮用水在防止控制疾病中起着重要作用 水经口引起的疾病1.介水肠道传染病介水传染病是通过饮用或接触受病系体污染的水而传播的疾病，又称水性传染病。其重要因素是水源受病原体污染后，未经妥善解决和消毒即供居民饮用，或解决后的饮用水在输配水和贮水过程中重新被病原体污染。地面水和浅井水都极易受病原体污染而导致介水传染病的发生。介水传染病一旦发生，危害较大。由于饮用同一水源的人较多，短期内出现大量病人，多数患者发病日期集中在同一潜伏期内，严重者可呈暴发流行。传染病防治法第3条所列的3类37种传染病中，其中8种传染病的传播途径之一，可通过水传染。即甲类传染病中的霍乱：乙类传染病中的病毒性肝炎（指甲型肝炎和戊型肝炎），脊髓灰质炎，细菌性和阿米巴痢疾，伤寒和副伤寒，钩端螺旋体病，血吸虫病；丙类传染病中的感染性腹泻病。2023年，上报法定传染病发病人数4608910，其中介水传播疾病发病人数l277980，占27.7%：介水传播疾病中又以其他感染性腹泻和细菌性及阿米巴性痢疾的发病人数最多。2.化学性污染急慢性中毒依通过水摄入体内化学污染物浓度的高低和时间，分为急性、慢性和远期（致癌、致畸、致突变）危害。其中世界历史上由水受工业有毒有害化学物质污染引起的公害病，如甲基汞引起的水俣病和由镉引起的痛痛病等，更是教训深刻。3.地球性化学性疾病（水性地方病）某些地区由于地球化学特性形成水中氟浓度太低致儿童龋齿，水氟浓度太高致人群患氟斑牙、氟骨症（地氟病）；水碘浓度太低或太高致甲状腺疾病（地甲病）；水砷浓度太高致皮肤癌。 接触水引起的疾病血吸虫病、钩端螺旋体病患者多发生于接触该类病原体污染的水；游泳用水的污染可致人感染眼结膜炎、中耳炎和咽炎。四、优质充足的生活用水，既能防病，又提高了人们的生活质量优质的饮用水水量充足，取用方便，有助于个人卫生习惯的形成，如洗手，若能坚持经常，则对肠道传染病和肠寄生虫病的控制有十分重要的作用。经常沐浴和洗衣服可防止皮肤病和体外寄生虫传播的疾病（如虱子传播的回归热和斑疹伤寒）。良好的生活用水供应对防止沙眼和结膜炎也有明显的作用，如70年代初对台湾省农村调查结果显示：自来水入户的人群中沙眼罹患率为14.5%，而由室外汲水的人群罹患率高达24.1%。另据调查，住宅内有上下水卫生设施的居民，其肠道传染病的发病率是取水和厕所均在室外居民的115%。人们在享受优质饮水的同时，充足的供水用于沐浴、洗衣、清洗炊具，环境清扫，可提高个人卫生和生活质量。第二节 饮用水安全存在的重要问题随着工业废水、城乡生活污水的排放量和农药、化肥用量的不断增长，许多饮用水源受到污染，水中污染物含量严重超标。饮用水水质中感观和细菌学指标超标问题仍然严重，且越来越多的化学甚至毒理学指标超标。由于水质恶化，直接饮用地表水和浅层地下水的城乡居民饮水质量和卫生状况难以保障。据调查，我国城市约1亿人口饮用水不能完全符合生活饮用水卫生标准，农村有3.6亿人饮水不安全，农村约有1.9亿人饮用水有害物质含量超标，易导致疾病流行，有的地方还因此暴发伤寒、副伤寒以及霍乱等重大传染病，个别地区癌症发病率居高不下。一、微生物污染由于大量生产和生活废弃物未经解决排入各种水体，加之公共卫生设施跟不上发展的需要，农村大量人口饮用不安全卫生水。农村饮用水源大多受到污染，l983l985年调查表白大肠菌群超标率达86%，全国约有7亿人饮用这种超标水；1993年在全国26个省的180个县全面展开的饮用水卫生监测网的监测结果可在一定限度上反映出我国农村饮用水现状：微生物指标超标严重。饮用总大肠菌群超过3个/L水的人口数占总调查人数的51.8%，部分省如贵州、海南、安徽、广西、湖北等省的超标率（指超过I级水标准）均已超过6o%。饮用水细菌总数超过1105个/L（100个/mL）的人口数占总调查人数的39.1%；部分省，如甘肃、广西、湖北、海南、浙江等省的超标率也已超过60%。分散式供水的超标情况更为严重，总大肠菌群和细菌总数的超标率分别达成69.22；和54.9%。本次调查结果显示，我国仍有53%的人口使用分散式供水，集中式供水中未通过任何解决的自来水也占到一半以上，由此导致了农村饮用水微生物指标的严重超标，也就不可避免地导致了肠道传染病的流行。我国几次大的水致传染病的暴发也充足反映出该问题的严重性。当前，微生物污染仍为农村饮用水污染的重要类型，加强饮用水消毒工作是改善农村饮用水卫生状况的有效措施。二、自来水厂常规水解决工艺受到挑战长期以来，人们一直认为自来水是安全卫生的。但是，由于水污染，自来水屡屡受到影响，使人们对自来水的安全性提出质疑。近年来许多地区自来水存在有异味等问题，给居民的平常生活导致了不便和恐慌。2023年l1月，南京市民反映家中自来水有异味，导致居民都不敢使用自来水管流出来的水。经调查证实水中刺鼻气味为余氯气味。2023年7月北京某社区居民中厨房或卫生间的自来水有浓烈的刺鼻气味，经调查发现导致自来水出现异味的因素是苯和苯乙烯严重超标。目前自来水的解决技术仍然沿用一百年前的传统工艺即“混凝沉淀一过滤一消毒一净化”，将江河水或地下水简朴加工成可饮用水。通过一百年的世纪洗礼，当代的水质现状与一百年前的水已经截然不同了，传统的水解决工艺对减少浑浊度，去除水中悬浮物有较好的净化消毒作用，但对目前以有机污染为主的微污染，则不能彻底去除有机污染物、农药、环境内分泌干扰物和藻毒素，致使出厂水时有检出，甚至超标。三、消毒副产物带来新的污染氯化消毒是我国沿用数年且仍然普遍采用的自来水消毒技术。近二十年来，人们逐渐发现在氯化消毒的同时，会产生一系列消毒副产物，其中大部分对人体健康构成潜在的威胁。现已发现氯化消毒副产物300多种，其中许多氯化副产物在动物实验中证明具有致突变性和（或）致癌性，有的尚有致畸形和（或）神经毒性作用。譬如三氯甲烷、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷和三溴甲烷均对实验动物有致癌性，可引起肝、肾和肠道肿瘤。卤代乙酸类中的二氯乙酸、三氯乙酸、二溴乙酸等也能诱发小鼠肝肿瘤。三氯甲烷和二氯一溴甲烷已被世界卫生组织列在其饮用水水质准则中，作为有致癌性的物质而拟定了致癌危险性水平的限值。我国许多研究证明，氯化饮用水的有机提取物，在Ames实验、小鼠骨髓微核实验中均具有致突变性；有的还证实具有潜在致癌性。由于氯消毒会产生大量副产物，许多消毒产品已用于饮用水消毒。如二氧化氯、臭氧、紫外等。但同样也会出现不同类型的消毒副产物。如二氧化氯消毒，会产生亚氯酸盐、氯酸盐等副产物。臭氧消毒也许会产生溴酸盐、甲醛等副产物。这些副产物对健康也会产生危害。从保护人群健康出发，在进行饮用水消毒时应尽量减少副产物的生成。其中最为重要的问题之一是水源水中是否具有与消毒剂生成消毒副产物的前体物质。如氯消毒时原水中窝植质等大分子团有机物含量，二氧化氯消毒时有机物含量，臭氧消毒时溴化物含量等。因此对减低消毒副产物的前体物质，选择消毒剂最佳投加量等问题引起众多科学工作者的关注与研究。四、自来水管网污染但我国大城市的输配水主管道许多是20世纪五六十年代安装配备的，通过半个世纪的氧化和腐蚀，由于物理、化学、电化学、微生物等的作用，在给水管道的内壁会逐渐形成不规则的“生长环”，且随着管龄的增长而不断增厚，使得过水断面面积减小、输水能力减少并严重污染水质，加之城市自来水管网年久失修，维护管理不力，管网渗漏高达20%以上，甚至40%，导致二次污染，安全堪忧。如2023年1月，北方某大城市交通主干线污水管线发生漏水事故，导致交通主干线双向交通断行，给市民的生活带来了极大的不便。由于管网陈旧、污染等问题，事件频发，在一定限度上抹杀了自来水部门为水质所做的一切努力。中国疾病控制中心对全国35个城市调查表白，出厂水经管网输送到用户自来水龙头，自来水水质合格率下降20%左右。根据某水务公司2023年1月至2023年9月210起用户水质投诉报告的调查表白，由于自来水管网引发的问题近50%，约25%由于管网流向的变化引起的管网水浊度升高，约16%的问题由于内管质量低劣影响水质引起的红水、黑水、白浊水等，约5%的问题是生物污染导致的，用户在水中发现红虫、蚂蝗，心理感觉非常不好，约2%的问题是由于施工导致污水进人管网对水质导致严重影响，如某建筑公司把施工用水（抽地下室臭水）与用户管网混在一起，送到某公寓后，所有住户用水发臭；某地由于施工时污水进入给水管道，导致大片污染，一老年福利院水库蓄满污水，情况极其危险等。五、二次供水污染随着城市化的发展，高层建筑迅速增长。高层建筑的供水设施与低层建筑不同，低层建筑是由自来水厂通过管道直接供水，而高层建筑供水设施则需通过二次供水设施才干获得。通常，二次供水设施涉及高、低位水箱、水泵、输水管道等设施。自来水一方面进人低位水箱，然后通过水泵输送到高位水箱，再通过重力作用供应高层的各住户。由于管理不善，存放水时间长等，导致饮用水二次污染的情况普遍存在。二次供水水质污染的直接结果是影响用户感官，使饮用者感到恶心、呕吐、腹胀、腹泻，严重的甚至发病，危害人体健康。全国由二次供水蓄水池污染引起的饮水污染危害健康事故屡有发生。据报道，北方某大城市在19901998年所发生了29起二次供水污染事件，二次供水污染集中发生在7月、8月、9月，占总二次污染事故的1/2。2023年对南方某城市500个水箱的抽查结果表白，水箱饮用水总合格率在90%以上；但居民自己送检的水样，合格率仅为75%；居民前来投诉的水样，100%水检不合格。二次供水污染的因素是多方面的，既与水质自身的性质有关，又与同水接触的截面性质有关，也与外界许多条件相联系。水二次污染的实质是污染物在水中的迁移转化，这种迁移转化是一种物理、化学和生物学的综合作用过程。从目前调查的情况来看，导致二次供水污染的因素重要有：水设各内表面涂层渗出有害物质；贮水设备的设计大小不合理，使之水在设备中的停留时间过长，影响饮用水水质；贮水设备的结构不合理；泄水管与下水管连接不合理，溢、泄水管与下水或雨水管线直接联通；水设备的位置选择不合适，周边环境脏、乱、差；贮水设各的配套不完善，如通气孔无防污染措施、入孔盖板密封不严密、埋地部分无防渗漏措施，溢泄水管出口无网罩等；二次供水系统管理不善，未定期进行水质检查，按规范进行清洗、消毒，有的水池水面上还漂浮着杂质，有的水池内壁长满青苔，池底积满厚厚的淤泥，致使水质逐步恶化。六、突发饮用水卫生事件饮用水不同于食品，某种食物出现问题时，可以选择其他食物来食用，而水则是无法选择和替代的。社会的发展，城市化进程的加快，城市系统越来越发达，人们对城市系统的依赖限度也越来越高。城市供水是城市体系的重要组成部分，一旦碰到突发事件，就不得不进行大规模的清理行动并切断数百万民众饮用水的供应。据解放日报2023年6月30日报道，从2023年到2023年，全国共发生水污染事故3988起，平均每年近l000起，天天23起。据人民网环保频道报道，自2023年11月l3日松花江水质污染事件以来，至2023年9月，我国共发生130多起与水有关的污染事故，平均每两至三天一起。特别是近年，大范围的水污染事件不断在媒体上曝光，可以说件件惊心动魄。2023年l1月13日由于吉林市中石油吉化公司爆炸而导致松花江硝基苯污染，导致哈尔滨市停水4天，并且还影响邻国的个别城市。松花江水污染事件尚未平息，广东北江流域又发生一起因公司违法超标排放金属镉导致的严重环境污染事故，导致北江下游韶关、清远、英德三个城市的饮用水受到威胁，部分城市自来水供应停止，广州、佛山也启动了饮用水应急预案。2023年11月24日湖南冷水江市金信化工有限责任公司尿素厂造粒塔底用于尿素清洗水的集水池发生墙体意外倒塌，含氨废水流入资江，导致冷水江市停水。2023年1月5日河南省巩义市发生柴油泄漏事故，6t泄漏柴油经黄河支流伊洛河进人黄河，形成60km污染带。对此，山东省政府决定从7日起在污染水体进人山东之前所有关闭了沿黄63个取水口。2023年1月6日湖南省株洲市霞湾港因清淤治理工程施工不妥且未采用适当防范措施，导致湘江株洲霞湾港至长沙江段发生严重水污染事故，导致湘潭、长沙两市水厂取水水源的水质受到不同限度污染。2023年1月6日上午，古兰镇重庆华强化肥有限公司大量硫酸废水泄漏，直排綦江河，初步估算，约600t紫红色硫酸废水排人綦江河，在河面形成一条长达300m的污染带。导致沿岸3万居民停水2天。饮用水安全问题是关系到广大人民群众生活和生命健康的头等大事，要慎重对待。针对不同因素而引起的饮用水安全问题，应采用积极有效的措施进行防止和控制。加强宣传玫育，大力提高全社会的饮用水安全意识，要居安思危，重在防止；与此同时，加强应急能力建设，提高应对各种饮用水突发事件的预测能力和快速反映能力。第三节 水质解决技术饮用水解决是给水工程的一个重要的组成部分。它的目的是对所选取的水源水进行适当的解决，去除水中的有害成分，使解决后的水满足生活饮用水的水质规定。饮用水解决涉及多种水解决技术。根据在水解决系统中的这些技术的使用位置和解决对象，可以将其分为常规解决、深度解决、预解决、纯净水解决、特殊解决等几大类水解决技术。一、常规解决技术 饮用水常规解决技术简介饮用水常规解决技术及其工艺在20世纪初期就已形成雏形，并在饮用水解决的实践中不断得以完善。饮用水常规解决工艺的重要去除对象是水源水中的悬浮物、胶体物和病原微生物等。饮用水常规解决工艺所使用的解决技术有混凝、沉淀、澄清、过滤、消毒等。由这些技术所组成的饮用水常规解决工艺目前仍为世界上大多数水厂所采用，在我国目前95%以上的自来水厂都是采用常规解决工艺，因此常规解决工艺是饮用水解决系统的重要工艺。混凝是向原水中投加混凝剂，使水中难于自然沉淀分离的悬浮物和胶体颗粒互相聚合，形成大颗粒絮体（俗称矾花）。沉淀使将混凝形成的大颗粒絮体通过重力沉降作用从水中分离。澄清则是把混凝与沉淀两个过程集中在同一个解决构筑物中进行。过滤是运用颗粒状滤料（如石英砂等）截留通过沉淀后水中残留的颗粒物，进一步去除水中的杂质，减少水的浑浊度。消毒是饮用水解决的最后一步，向水中加人消毒剂（一般用液氯）来灭活水中的病原微生物。在以地表水为水源时，饮用水常规解决的重要去除对象是水中的悬浮物质、胶体物质和病原微生物，所需采用的技术涉及混凝、沉淀、过滤、消毒，典型的以地表水为水源的净水厂解决工艺流程如图1所示。图1 以地表水为水源的自来水净水厂典型解决工艺流程在以地下水为水源时，饮用水常规解决的重要去除对象是水中也许存在的病原微生物。对于不具有特殊有害物质（如过量铁、锰等）的地下水，饮用水解决只需进行消毒解决就可以达成饮用水水质规定。解决工艺流程见图2。图2 以地下水为水源的自来水厂典型工艺流程饮用水常规解决工艺对水中的悬浮物、胶体物和病原微生物有很好的去除效果，对水中的一些无机污染物，如某些重金属离子和少量的有机物也有一定的去除效果。地表水水源水通过常规解决工艺解决后，可以去除水中的悬浮物和胶体物，出厂水的浊度可以降到lNTU以下（运营良好的出厂水浊度可在0.3NTU以下）。通过良好消毒的自来水可以满足直接生饮对微生物学的健康规定。饮用水常规解决技术及其工艺在过去的百年中对于保护人类饮水安全、促进社会经济的发展发挥了巨大的作用。 常规解决工艺的局限性在工业化和城市化尚不发达的时期，天然水体很少受到人类大规模活动的污染，饮用水水解决的重要对象是水体中的泥沙和胶体物质，以及少量的病原微生物。水源水通过常规解决后就可以得到透明、无色、无臭、味道可口的饮用水，那时饮用水解决的任务重要是去除水中的浊度和保证饮用者免受水传播疾病的危害。随着工业和城市的发展，以及现代农业大量使用化肥和农药等，越来越多的污染物随着工业废水、生活污水、城市废水、农田泾流、大气降尘和降水、垃圾渗滤液等进入了水体，对水体形成了不同限度的污染，水中的有害物质的种类和含量越来越多。目前饮用水解决面临的问题，除了原有的泥沙、胶体物质和病原微生物外，重要有：有机污染物、高氨氮、消毒副产物、水质生物稳定性等。有机污染是受污染水源水饮用水解决面临的首要问题。人类合成的有机物中的相称大的一部分会通过工业废水和生活污水进人水体；未经解决的生活污水中也具有大量的人体排泄的有机污染物；农田泾流中具有化肥、农药；近年来引起人们普遍关注的二噁英、内分泌干扰物质（环境激素）等污染物质也有也许存在于饮用水中。这些人工合成的和天然的有机物中有许多对人体健康有着毒理学影响，一些有机物（例如腐殖酸、富里酸等）还会在饮用水的解决过程中与所加入的消毒剂（例如氯）反映，生成具有“致突变、致畸、致癌”三致作用的消毒副产物，如三卤甲烷、卤乙酸等。对于有机污染物，常规水解决技术及其工艺的去除作用十分有限，国内外的研究结果和实际生产结果表白，以去除水中泥沙和胶体物质而发展起来的混凝、沉淀、过滤等常规解决工艺只能去除水中有机物的20%）左右，特别是对于水中溶解状的有机物，除了很少量的有机物会被吸附在矾花和滤料表面上，常规解决工艺基本上没有去除效果。未受到污染的水体中氨氮的含量本来是很低的，但是近年来由于水体被污染，不少地方地表水水源水中氨氮的质量浓度超过或经常超过饮用水水源水对氨氮的水质规定（0.5mg/L）。我国许多水厂都采用折点氯化法进行消毒，对于氨氮过高的水源水，在加氯消毒时为了获得自由性余氯必须投加大量的氯来分解氨氮，使水的加氯量大大增长。高的加氯量更加重了产生消毒副产物的问题。饮用水的水质生物稳定性问题是20世纪90年代提出的。抱负的饮用水中应当不具有有机物，因此异养微生物无法在自来水中大量繁殖。传统的消毒理论认为，在已消毒的水中保持有一定浓度的剩余消毒剂的条件下，水中微生物无法再繁殖，从而保证自来水在自来水配水管网系统中的生物稳定性。但是近年来的研究表白，假如自来水中具有一定量的可以被异养微生物作为基质运用的有机物，则此种自来水为生物不稳定的水，即使在水中保持一定浓度的剩余消毒剂，仍然存在着较高的微生物再繁殖的风险。特别是对于超大型城市配水管网和高位水箱，由于存在水的停留时间过长、剩余消毒剂被完全分解的也许性，生物稳定性差的饮用水更容易出现管网或水箱中微生物再繁殖的问题。近年来，我国水污染的状况十分严重。根据国家环保总局发布的2023年中国环境状况公报，我国七大重点流域地表水普遍受到有机污染，各流域干流的断面满足地表水三类及其以上水体水质规定的为57.7%，21.6%的断面为四类水质，6.9%的断面属五类水质，13.8%的断面属劣五类水质，重要污染指标为高锰酸盐指数和氨氮；重要湖泊富营养化限度问题突出，如太湖、滇池、巢湖等，氮、磷、高锰酸盐指数严重超标；全国多数城市地下水受到一定限度的点状或面状污染，局部地区地下水部分水质指标超标，重要有矿化度、总硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、铁、锰、氯化物、硫酸盐、氟化物、pH值等。可以说，水源受到不同限度的污染是困扰大多数自来水厂的普遍问题。另一方面，随着对于饮水与健康关系的研究的不断进一步和生活水平的提高，人们对于饮用水水质的规定也在不断提高。例如，在我国卫生部颁布的于2023年9月1日实行的新的生活饮用水水质卫生规范中，设定了水质常规检测项目34项，非常规检测项目62项。与本来的生活饮用水卫生标准（GB5749-85）的35项指标相比较，检测项目增长了很多，并且许多项目的指标更加严格。对于许多水源受到污染的水厂，常规解决工艺已经无法解决水源不断恶化、而饮用水水质标准不断提高的矛盾。必须在现有常规解决技术与工艺的基础上，发展新的水解决技术与工艺。从20世纪70年代开始，通过几十年的努力，国内外水解决工作者已经研究开发出许多水解决的新技术新工艺，并且己有大量的工程应用，取得了较好的净化效果。二、深度解决技术当饮用水的水源受到一定限度的污染，又无适当的替代水源时，为了达成生活饮用水的水质标准，在常规解决的基础上，需要增设深度解决工艺。应用较广泛的深度解决技术有：活性炭吸附、臭氧氧化、生物活性炭、膜分离技术等。 活性炭吸附1. 活性炭解决概念及其优缺陷活性炭是一种具有较大吸附能力的多孔性物质,它是一种非极性吸附剂，对水中非极性、弱极性有机物质有很好的吸附能力，其吸附作用重要来源于物理表白吸附作用，如范德华力等。对于物理吸附，它的选择性低，可以多层吸附，脱附相对容易，这有助于活性炭吸附饱和后的再生。活性炭在高温制备过程中，炭的表面形成了多种官能团，这些官能团对水中离子有化学吸附作用，因此活性炭也可以去除多种重金属离子。其作用机理是通过络合鳌合作用，它的选择性较高，属单层吸附，并且脱附较为困难。活性炭依其外观形式，活性炭分为粒状炭（GAC）和粉状炭（PAC）两种。粒状炭多用于水的深度解决，其解决方式一般为粒状活性炭滤床过滤，通过一段时间吸附饱和后的活性炭被再生后反复使用。粉状炭多用于水的预解决，例如在混凝时投加到水中，吸附水中的有机物后在沉淀时与矾花一起从水中去除，所投加的粉状炭属一次性使用，不再进行再生。与粉状炭相比，粒状炭过滤的解决效果稳定，出水水质好，吸附饱和后的活性炭可以再生反复使用，运营费用较低，因此水厂一般都使用粒状炭吸附技术。粒状炭的缺陷是需单设炭滤池或滤罐，设备投资比粉状炭高。活性炭吸附是在常规解决的基础上去除水中有机污染物最有效最成熟的水解决深度解决技术。早在20世纪50年代初期，西欧和美国的一些以地表水为水源的水厂就开始使用活性炭消除水中的色、臭。直到目前，西欧以地表水为水源的水厂绝大多数仍采用活性炭吸附，以去除水中的微量有机污染物、色、臭等，对于需要长年吸附运营的水厂，一般均采用粒状炭过滤，粉状炭重要用于季节性投加的场合。我国从20世纪70年代末、80年代初开始，也有少数水厂采用了粒状活性炭吸附深度解决技术。活性炭吸附对水中多种污染物有广泛的去除作用。活性炭可以有效去除引起水中臭味的物质，如土臭素（geosmin）、2-甲基异莰醇（MIB）等。对芳香族化合物、多种农药等有很好的吸附能力。对许多重金属离子，如汞、六价铬、镉、铅等也有较好的吸附效果。活性炭对水中致突变性物质有较好的去除效果，多项研究表白，致突变活性检测为阳性的水通过活性炭吸附后致突变活性转为阴性。美国环保局（USEPA）推荐活性炭吸附技术作为提高地表水水源水厂解决水质的最佳实用技术。但是活性炭吸附也有一定的局限性。对于三卤甲烷类物质，活性炭的吸附容量较低，假如以三卤甲烷穿透作为活性炭滤床运营周期的终点，炭床的再生周期一般只有3个月左右，而炭床吸附有机物的能力一般可以保持一年以上。活性炭对消毒副产物的前体物的去除作用也有限。实验研究表白，饮用水解决中活性炭吸附去除的有机物的分子量重要分布在5001000u（道尔顿）之间，分子量过大的有机物无法进人活性炭的微孔吸附区，饮用水水源水中分子量较小的物质多具有较多的羧基、羟基等，分子的极性较强，因活性炭属于非极性吸附剂，对极性分子的吸附作用较差。2. 活性炭在饮用水解决中的应用 饮用水深度解决 水源水常规解决粉状炭吸附消毒出厂水水源水常规解决臭氧氧化粉状炭吸附消毒出厂水水源水常规解决臭氧氧化生物活性炭消毒出厂水 饮用水物化预解决 在饮用水物化预解决中，重要使用粉状炭吸附水中的有机物和有异臭、异味的物质，与混凝剂同时投加。对于季节性严重污染的水源水，可以设立投加粉状炭的水源水质恶化应急解决系统。 优质直饮水、纯净水制备 臭氧氧化臭氧是一种强氧化剂，它可以通过氧化作用分解有机污染物。臭氧在水解决中的应用最早是用于消毒，如20世纪初法国Nice城就开始使用臭氧。到20世纪中期，使用臭氧的目的转为去除水中的色、臭。20世纪70年代以后，随着水体有机污染的日趋严重，臭氧用于水解决的重要目的是去除水中的有机污染物。目前欧洲己有上千家水厂使用臭氧氧化作为深度解决的一个组成部分。我国从80年代开始，也有少数水厂使用了臭氧氧化技术。臭氧可以分解多种有机物、除色、除臭。但是由于水解决中臭氧的投加量有限，不能把有机物完全分解成二氧化碳和水，其中间产物仍存在水中。通过臭氧氧化解决，水中有机物上增长了羧基、羟基等，其生物降解性得到大大提高，如不加以进一步解决，容易引起微生物的繁殖。此外，臭氧解决出水再进行加氯消毒时，某些臭氧化中间产物更易于与氯反映，往往产生更多的三卤甲烷类物质，使水的致突变活性增长。某些有机物的被臭氧氧化的中间产物也具有一定的致突变活性。因此，在饮用水解决中，臭氧氧化一般并不单独使用，或者是用于臭氧替代原有的预氯化，或者是在活性炭床前设立臭氧氧化与活性炭联合使用。 臭氧生物活性炭臭氧生物活性炭技术是在欧洲饮用水解决的实践中产生的。在20世纪70年代德国慕尼黑市的Dohne水厂，在以预臭氧代替了本来的预氯化后，在活性炭滤床中出现了明显的生物活性，从而发展成为臭氧生物活性炭深度解决工艺。在原有水厂普遍采用的预氯化解决的条件下，水中所具有的氯使微生物无法在活性炭床中大量生长。改为预臭氧后，臭氧氧化出水中有机物的可生物降解性大为提高，水中剩余臭氧可以被活性炭迅速分解，加之臭氧氧化出水中的溶解氧浓度较高（因臭氧化气体的曝气作用），使得臭氧后设立的活性炭床中生长了大量的细菌，生物分解水中可生物降解的有机物，由原有单纯进行吸附的活性炭床演变成为同时具有明显生物活性的活性炭床，因此这种活性炭技术被称之为生物活性炭。图3所示为采用了臭氧生物活性炭技术的德国Dohne水厂解决工艺流程图。图3 德国Dohne水厂解决工艺流程图工艺流程中臭氧氧化的重要目的是用最少量的臭氧尽也许多的使水中不可生物降解的有机物变成可生物降解的有机物，增长被解决水的可生物降解性，为生物活性炭中微生物的降解发明条件，并减少活性炭的物理吸附负荷。臭氧氧化的此外两个有点是可以对被解决水进行充氧和臭氧解决具有微絮凝作用。在生物活性炭床中，活性炭起着双重作用。一方面，它是一种高效吸附剂，吸附水中的污染物质；另一方面是作为生物载体，为微生物的附着生长发明条件，通过这些微生物对水中可生物降解的有机物进行生物分解。由于生物分解过程比吸附过程的速度慢，因此规定炭床中的水力停留时间比单纯活性炭吸附的时间长。与单纯采用活性炭吸附相比，生物活性炭具有以下优点：提高了出水水质，通过物理吸附（重要对非极性分子物质）和生物分解（重要对小分子极性物质）的共同作用，增长了对水中有机物的去除效果；减少了活性炭的吸附负荷，延长了活性炭的再生周期，从而减少了解决的运营费用；氨氮可以被生物转化为硝酸盐；出水需氯量低，由此减少了消毒副产物的生成量。比单一使用臭氧氧化法经济。 膜分离技术膜分离技术是从20世纪70年代开始发展起来的水解决新技术，在90年代得到飞速发展，目前被认为是最有前程的水解决技术。膜分离技术是一种以压力为推动力、运用不同孔径的膜进行水与水中颗粒物质（广义上的颗粒，可以是离子、分子、病毒、细菌、黏土、沙粒等）筛除分离的技术。根据膜孔径从大到小排列，可以把膜滤分为微滤、超滤、纳滤和反渗透4种。膜材料重要有乙酸纤维膜、芳香族聚酰胺膜、聚砜膜、聚丙烯膜、无机陶瓷膜等。膜组件的形式重要有板式、卷式、中空纤维、管式等。微滤的孔径为零点几微米到几微米，配合混凝剂的使用，可以去除水源水中的悬浮颗粒、胶体物质和细菌，操作压力为0.1-0.2MPa。微滤可以替代饮用水常规解决的混凝、沉淀、过滤，在一个设备中实现常规工艺多个解决构筑物才干完毕的净水效果。目前微滤技术已经成功地用于小型地表水净水厂。世界上最大规模为天天3万t，我国也已建成数个天天几千吨规模的微滤膜净水厂。超滤膜的孔径在5nm0.1m之间，可以去除相对分子质量在300300000之间的大分子、细菌、病毒和胶体微粒，操作压力在0.11.0MPa。超滤被广泛用于从工业废水中回收有用物质，如造纸废水中回收木质素，洗毛废水中回收羊毛脂，电泳涂漆废水中回收电泳漆，食品工业废水中回收蛋白、乳清等。在饮用水解决领域，大多数家用净水器（一般构成：粗滤-粒状活性炭-超滤）中都设有中空纤维超滤膜来截留水中的杂质颗粒和细菌。反渗透膜的孔径最小，在23nm以下。除了水分子外，其他所有杂质颗粒（涉及离子）都不能通过反渗透膜，因此反渗透膜分离得到的水为纯水。反渗透技术已经广泛用于海水淡化、苦咸水脱盐、工业给水高纯水的制备（电子工业用水、锅炉给水等），近年来迅速发展起来的饮用纯净水、优质直饮水的核心技术就是反渗透。反渗透技术的操作压力较高，必须超过所解决水的渗透压。对于海水淡化，操作压力一般在3MPa以上。对于用自来水制备饮用纯净水，操作压力一般在1MPa以下（根据原水含盐量、纯水收率、膜特性而拟定）。纳滤膜的孔径略大于反渗透膜，为几个纳米，操作压力也低于反渗透。纳滤可以截留二价以上的离子和其他颗粒，所透过的只有水分子和一些一价的离子（如钠、钾、氯离子）。纳滤可以用于生产直饮水，出水中仍保存一定的离子，比纯水有益于健康，并可减少解决费用。膜分离技术具有多项优点：不需要投加药剂，去除的污染物范围广，可通过选用不同的膜实现预定的分离效果，运营可靠，设备紧凑、易于实现自动控制等。缺陷是：设备费和运营费高，运营中膜易堵塞，需要定期进行化学清洗，前解决规定较高，存在浓缩液的解决与处置问题等。近年来随着膜材料价格的不断减少，膜分离技术在水解决应用中具有越来越强的竞争力。三、预解决技术预解决是针对传统工艺的缺陷，为了强化水解决工艺、改善解决出水水质，在常规解决工艺之前，采用一定的物理、化学或生物的方法，对水中污染物进行初步去除，特别是去除那些常规工艺不能有效去除的污染物，使常规工艺更好的发挥作用，减轻常规解决和深度解决的承担，更好地发挥水解决工艺的整体作用。预解决工艺可分为氧化法和吸附法，其中氧化法又可分为化学氧化法和生物氧化法。当饮用水的水源水受到一定的污染，或者具有某些特殊性质时，在常规解决之前，需要先进行预解决，涉及粗大悬浮物和漂浮物的筛除、沉砂、高浊度水的预沉淀、原水储存、土层渗滤、曝气去除挥发型物质、粉状炭吸附、化学预氧化、生物预解决等。下面重要介绍用于受污染水源水解决的后两种预解决技术。 化学预氧化化学预氧化技术是通过投加氧化剂，运用氧化剂的氧化能力，分解破坏水中的污染物质。常用的氧化剂有氯、高锰酸钾、臭氧，正在研究开发中的尚有紫外光催化氧化等。预氯化 预氯化是饮用水解决中应用最为广泛的一种预氧化技术，目前仍为我国绝大多数水厂所采用。预氯化是在地表水的取水口或净水厂的入口处向水中加人一定量的氯，投加量在12mg/L（根据水质而定，对于受到污染的水源水预氯化的所需加氯量远高于此值）。由于氯是氧化剂，预氯化可以氧化分解水中的一部分有机物质，减少嗅味，增强混凝效果，去除氨氮（生成氯胺，或者通过折点氯化而被破坏），可以控制微生物和藻类在取水口至水厂的管道中和在净水厂的解决构筑物中生长繁殖，并可起到一定的消毒杀菌效果。预氯化可以采用简朴加氯法或折点氯化法。预氯化的缺陷是当