1 前言

        飲用水的凈化技術(shù)與工程設(shè)施，是從人類(lèi)和水源污染及由此引起的疾病所做的長(zhǎng)期斗爭(zhēng)中產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。

        19世紀(jì)，歐美一些國(guó)家由于排出的污水、糞便和垃圾等使地表和地下水源受到污染，造成霍亂、痢疾、傷寒等水傳染病的多次大規(guī)模的爆發(fā)和蔓延，奪去了成千上萬(wàn)人的生命。這些慘痛教訓(xùn)，導(dǎo)致了傳統(tǒng)飲用水處理工藝的誕生。其代表處理流程是混凝→沉淀→過(guò)濾→投氯消毒，主要用以除去原水中的濁度和病原菌。

        自20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著工業(yè)和城市的迅速發(fā)展，飲用水源不僅受到越來(lái)越多的城市污水和工業(yè)廢水等點(diǎn)污染源的污染，而且還受到更難控制的非點(diǎn)污染源的污染，給水中帶來(lái)了難以或不能生物降解的有機(jī)物。面對(duì)越來(lái)越多的有機(jī)物，傳統(tǒng)水處理工藝相形見(jiàn)拙，表現(xiàn)在：

        （1）不能有效去除各種有機(jī)物。且氯化消毒產(chǎn)生的多種有機(jī)鹵化物，比其先質(zhì)毒性更大[5]；

        （2）水廠沉淀池、濾池濾料層的含泥量中有機(jī)物的溶出與遷移會(huì)帶來(lái)有機(jī)物；

        （3）為改進(jìn)絮凝，提高濾池效率，保證殺菌效果的多點(diǎn)投氯，為氯與水中的有機(jī)物（如富里酸、腐殖酸）反應(yīng)生成 THMs等消毒副產(chǎn)物創(chuàng)造了條件；

        （4）自來(lái)水在冗長(zhǎng)的輸水管道及水塔、水箱等設(shè)施中，余氯與水中的有機(jī)物有時(shí)間進(jìn)一步反應(yīng)，又因?yàn)楣芫W(wǎng)腐蝕、泄漏、接觸污染，會(huì)生成更多的 THMs，導(dǎo)致了二次污染。據(jù)北京市衛(wèi)生防疫站的檢測(cè)，由于二次污染，有15％的自來(lái)水超過(guò)飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

        新的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致了飲用水處理的第二次革命：不僅要除去濁度和病原菌，而且還要除去多種多樣的有機(jī)和無(wú)機(jī)微量污染物。其處理途徑概括為二：一是對(duì)氯化消毒副產(chǎn)物（DBP）的前驅(qū)物（THMFP）加以控制，從而減少 DBP的生成，如通過(guò)生物預(yù)處理法、臭氧-活性炭法、空氣吹脫法等方法處理后再進(jìn)行氯化消毒；二是對(duì)自來(lái)水進(jìn)行深度凈化，減少 DBP的含量，可采用的方法有：分質(zhì)供水（管道或桶裝）、多級(jí)蒸餾法、膜分離、離子交換、活性炭吸附等。

        2 傳統(tǒng)飲用水處理工藝的改進(jìn)：

        2.1 混凝

        混凝工藝主要去除水中的懸浮顆粒、濁度和消毒副產(chǎn)物（DBPS）的前驅(qū)物質(zhì)—天然有機(jī)物（NOM）。其效果與混凝藥劑品種、投加量、pH值、攪拌程度、混凝劑和助凝劑投加順序、原水特性等因素有關(guān)�？焖賱×业幕旌希诨炷巹⿺U(kuò)散和水中膠體的脫穩(wěn)。進(jìn)入80年代，加強(qiáng)混合才成為給水界的共識(shí)，現(xiàn)常用的混合設(shè)備有：水力隔板混合、水泵混合、機(jī)械混合、靜態(tài)混合器、混合池、槽等。在絮凝藥劑投加控制和使用方面：我國(guó)的絮凝劑品種少、質(zhì)量低，而在國(guó)外，用于原水調(diào)質(zhì)的助凝劑較為普遍；在藥劑的自動(dòng)控制工藝方面：我國(guó)大部分水廠才處于起步階段。

        當(dāng)水中有污染或污染較輕的情況下，可采用強(qiáng)化混凝或二次混凝達(dá)到預(yù)期效果。

        2.2 沉淀

        沉砂池去除污水中泥砂等粗大顆粒，有平流沉砂池和曝氣沉砂池；沉淀池除去有機(jī)和無(wú)機(jī)可沉懸浮物和膠體混凝物�？煞譃槠搅鞒恋沓睾托惫艹恋沓�，一般以斜管沉淀池性能為佳。

        2.3 過(guò)濾

        集常規(guī)過(guò)濾、顆�；钚蕴课脚c生物膜氧化技術(shù)于一體的生物過(guò)濾，可有效去除水中氨氮、鐵錳、有機(jī)物及濁度。,改善和提高了飲用水的生物穩(wěn)定性和安全性，且運(yùn)行可靠、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低。但尚需解決：① 控制進(jìn)入輸配水管網(wǎng)的最大可生物降解有機(jī)物質(zhì)（BOM）的濃度；② 生物過(guò)濾的最佳反沖洗標(biāo)準(zhǔn)；③ 非生物顆粒對(duì)生物膜性能可能產(chǎn)生的影響；④ 慢速生物降解有機(jī)物的去除機(jī)理與條件；⑤ 水中有機(jī)物與氨氮共存的情況下，氨氮對(duì)有機(jī)物降解的影響；鐵、錳共存的情況下，鐵的存在對(duì)除錳的影響。生物過(guò)濾替換傳統(tǒng)過(guò)濾，是減少飲用水有機(jī)污染、提高飲用水的安全性與生物穩(wěn)定性的客觀需要。

        2.4 消毒

        (1)氯氣消毒法除不能盡除水中有機(jī)物，易生成“三致”氯代物外，其產(chǎn)品水的味覺(jué)與嗅覺(jué)的不佳；由于長(zhǎng)期使用,細(xì)菌產(chǎn)生了抗藥性,使氯氣的用量逐年增加。

        (2)二氧化氯消毒技術(shù)：相對(duì)于臭氧和氯消毒，殺菌能力更強(qiáng)，剩余量更穩(wěn)定，作用更持久，消毒后不產(chǎn)生有毒的三氯甲烷等氯化有機(jī)物，并能有效地控制出水的色度、嗅味，還可沉淀水中的鐵、錳等，因此用量少、作用快、殺菌率高。但成本較氯高；不易壓縮儲(chǔ)存，只能在使用現(xiàn)場(chǎng)制造。常用于代替預(yù)氯處理或（混凝沉淀）前加氯，即作為第一次消毒及氧化。

        (3)臭氧氧化技術(shù)：通過(guò)臭氧與其它消毒劑比較研究后得出以下結(jié)論：從消毒效果看，臭氧＞二氧化氯＞氯＞氯胺。而從消毒后水的致突變性看則氯＞氯胺＞二氧化氯＞臭氧。由此可顯示出臭氧消毒的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)際上已普遍應(yīng)用，特別是法國(guó)普及率很高。但由于臭氧對(duì)細(xì)菌有顯著的后增長(zhǎng)效果，因此近來(lái)人們注意將臭氧與其它凈水技術(shù)結(jié)合使用：如臭氧一氯、臭氧-紫外線消毒、臭氧與生物活性炭（O3·BAC）等，能獲得滿意的殺菌效果。       

        (4)光氧化技術(shù)：利用在可見(jiàn)光或紫外光照射作用下，產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的OH基，進(jìn)行復(fù)雜反應(yīng)，將有機(jī)物高效去除。光激發(fā)氧化技術(shù)是以O(shè)3、H2O2、O2和空氣等作為氧化劑，將氧化劑的氧化作用和光化學(xué)輻射相結(jié)合，其氧化效果要比單獨(dú)使用UV或O3、H2O2、O2好得多。

        (5)光催化氧化技術(shù)：使用過(guò)渡金屬氧化物TiO2等為代表的催化劑而進(jìn)行的光敏氧化反應(yīng)，產(chǎn)生的OH，具強(qiáng)氧化性、對(duì)分解作用對(duì)象無(wú)選擇性及最終可使有機(jī)物完全礦化,耗氧速度不高、反應(yīng)速率受水溫變化影響較小、pH值變化對(duì)催化劑活性沒(méi)有影響,但處理費(fèi)用高，設(shè)備復(fù)雜,在經(jīng)濟(jì)上還只限于小水量規(guī)模的處理。催化劑的中毒情況和再生仍需研究，TiO2粉末顆粒細(xì)微、不便回收；光浪費(fèi)嚴(yán)重；效率相對(duì)較低；缺乏殘余消毒能力。

        (6)超臨界水氧化：利用水在超臨界狀態(tài)下能與有機(jī)物和氧氣（空氣）以任何比例互溶這種特殊性質(zhì)，使水中有機(jī)物得以除去。

        優(yōu)點(diǎn)是：

        （1）效率高，處理徹底

        （2）反應(yīng)速率快，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小

        （3）適用范圍廣

        （4）不形成二次污染

        （5）當(dāng)有機(jī)物含量超過(guò)2％就可依靠反應(yīng)過(guò)程中自身氧化放熱來(lái)維持反應(yīng)所需的溫度。但尚需考慮設(shè)備的腐蝕、鹽的沉淀、催化劑的使用及熱量的傳遞等因素。

         （6）濕式催化氧化法：在高溫高壓及催化劑存在條件下，空氣中的氧氣可以將有機(jī)物降解，其催化劑一般為貴金屬，催化劑的失活與再生有待于進(jìn)一步研究，高溫、高壓的反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)設(shè)備提出了特殊的要求。

         （7）超聲氧化法（UltrasonicIrradiation,UI）能將THMs、氯酚、含氮酚完全或大部分氧化分解。超聲氧化法與臭氧結(jié)合，能加速對(duì)大腸桿菌等細(xì)菌的殺菌作用，并且比單獨(dú)使用O3節(jié)約用量50%。

         （8）微波消毒：利用微波（1～120mm）熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)及其它因素共同作用殺滅細(xì)菌，操作簡(jiǎn)單，能耗低,且不產(chǎn)生二次污染.

         （9）高錳酸鉀氧化：能有效去除水中的多種有機(jī)污染物；能顯著控制氯化消毒副產(chǎn)物；用于預(yù)處理，可以破壞氯仿和四氯化碳的前驅(qū)物質(zhì)，并有一定的色、嗅、味的去除效果。缺點(diǎn)是：對(duì)高分子量、高沸點(diǎn)有機(jī)污染物，去除效果很差；KMnO4投加量控制不當(dāng)時(shí)會(huì)引起水的色度和濁度增加；另外,反應(yīng)中生成MnO2產(chǎn)生了額外的污泥。高錳酸鉀與粒狀活性炭聯(lián)用，由于相互促進(jìn)的協(xié)同作用，對(duì)原水表現(xiàn)出優(yōu)良的去除效果。

         （10）高鐵酸鉀氧化：通過(guò)其強(qiáng)烈的氧化作用，殺死了菌體，它集消毒、絮凝、氧化、吸附及助凝于一體，具有殺毒效果好、功能多、安全性好、應(yīng)用廣的優(yōu)點(diǎn)，但高鐵酸鉀不穩(wěn)定，難于制備。

         （11）磁化消毒：利用磁場(chǎng)降解水中的污染物。其影響因素有：磁場(chǎng)力、水流流速、流體與磁體表面的接觸面積、懸浮顆粒或絮凝體的粒徑、懸浮顆粒的磁化率等。磁分離設(shè)備簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、處理量大,不受自然溫度的影響。用于水的殺菌消毒處理、不會(huì)產(chǎn)生有害的副產(chǎn)品、能同時(shí)凈化多種污染、可處理礦化度較高的水源、可去除那些耐藥性和毒性很強(qiáng)的病原微生物、細(xì)菌以及一些難降解的有機(jī)物等。通過(guò)投加磁種和混凝劑，可使各種性質(zhì)的弱磁性微細(xì)顆粒甚至半膠體顆粒在高梯度磁場(chǎng)中能得到高效去除。但是，由于剩磁作用，被吸附的磁性顆粒難以被沖洗干凈，影響著下一周期的工作效率。

         （12）面接觸觸消毒技術(shù)：將消毒介質(zhì)固定化，避免了對(duì)環(huán)境的二次污染；并可進(jìn)行回收利用；但其流動(dòng)性和分散性不佳。

         （13）膜消毒技術(shù)：其中微濾（MF），超濾（UF），納濾（NF）以及反滲透（RO）技術(shù)已經(jīng)用到這個(gè)領(lǐng)域，可以將水中全部或大部分地細(xì)菌、病毒和其它微生物體隔離開(kāi)來(lái)，避免了熱源的產(chǎn)生。處理后的水質(zhì)優(yōu)良，不需要消耗化學(xué)藥劑或僅需很少量的化學(xué)藥劑，低能耗，低運(yùn)行費(fèi)用，消毒效果不受原水水質(zhì)影響，出水水質(zhì)穩(wěn)定，其去除效率與膜材料、膜孔徑、膜的負(fù)荷、料液的控制條件及操作條件有關(guān)，而膜的污染、堵塞、完整性、運(yùn)行過(guò)程的控制和產(chǎn)品水的生物穩(wěn)定性等問(wèn)題有待解決[24]。

         （14）Fenton反應(yīng)： Fenton反應(yīng)對(duì)微量有機(jī)物的除去有顯著效果，F(xiàn)enton反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是不需要特制的反應(yīng)系統(tǒng)，也不分解產(chǎn)生新的有害物質(zhì)，僅僅需要催化劑Fe2+。反應(yīng)產(chǎn)物Fe3+對(duì)環(huán)境無(wú)害，而且Fe3+可以與OH-反應(yīng)形成Fe(OH)3而沉淀出來(lái)。將Fenton試劑輔以紫外或可見(jiàn)光輻射，極大的提高了傳統(tǒng)Fenton氧化反應(yīng)的處理效果。

         （15）電化學(xué)氧化（ElectrochemicalOxidation）：通過(guò)電極產(chǎn)生具有滅菌作用的活性物質(zhì)以及水分子在電流作用下形成電子活化水，二者協(xié)同作用達(dá)到殺菌的效果。滅菌效果與電流密度、電極類(lèi)型及滅菌時(shí)間有關(guān)。優(yōu)點(diǎn)在于，整個(gè)過(guò)程僅需要電流作用，且反應(yīng)在室溫條件下即可進(jìn)行。缺點(diǎn)是當(dāng)水中溶解物質(zhì)濃度太低時(shí)，反應(yīng)較慢；電極材料較昂貴。在歐洲，電化學(xué)氧化法在水的消毒和有害廢棄物的處理等方面有越來(lái)越多的應(yīng)用。

         （16）凝效果，與水完全混溶，避免了溶解度的限制或排出泵產(chǎn)生氣栓；無(wú)二次污染；氧化選擇性高。缺點(diǎn)是：氧化作用往往不徹底，過(guò)程中生成的小分子有機(jī)物更容易生成THMs。一般很少單獨(dú)使用,而是與其它消毒劑聯(lián)合采用。

         （17）生物活性碳技術(shù)：是物理吸附和生物降解的簡(jiǎn)單組合。吸附飽和的生物活性碳在不需要再生的情況下，可利用其生物降解能力，繼續(xù)發(fā)揮控制污染物的作用，與原先單獨(dú)使用活性碳吸附工藝相比，出水水質(zhì)得到提高，也增加了水中溶解性有機(jī)物的去除，從而降低了氯化時(shí)的Cl2投加量,降低了CHCl3的生成量，而且延長(zhǎng)了活性碳的再生周期，減少運(yùn)行費(fèi)用。

         （18）飲用水的消毒技術(shù)近年來(lái)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，各種新技術(shù)的問(wèn)世，給人們帶來(lái)了新的希望，可是由于價(jià)格、性能或產(chǎn)品水生物穩(wěn)定性等方面的制約，這些新技術(shù)還不能替代氯消毒。

         2.5 深度處理工藝

         深度處理通常是指在常規(guī)處理工藝以后，采用適當(dāng)?shù)奶幚矸椒�，將常�?guī)處理工藝不能有效去除的污染物或消毒副產(chǎn)物的前體物加以去除,提高和保證飲用水質(zhì)。顯而易見(jiàn),較之傳統(tǒng)工藝，深度處理成本大，代價(jià)高。深度處理國(guó)外應(yīng)用較為普遍，我國(guó)尚處于起步階段，大部分老水廠均未采用深度處理，只是部分新水廠采用了活性炭吸附處理。常見(jiàn)深度處理技術(shù)還有：化學(xué)氧化、空氣攪拌、生物法、膜技術(shù)及新型合成吸附劑等。

         粒狀活性炭吸附法能有效地去除水中有機(jī)污染物，但對(duì)重金屬離子的去除能力有限。

         化學(xué)氧化法與光化學(xué)氧化法也只對(duì)水中有機(jī)污染物有效。

         納濾、超濾、微濾能有效地去除水中懸浮物、膠體、大分子有機(jī)物、細(xì)菌與病毒,但不能去除水中的小分子有機(jī)物。

         反滲透系統(tǒng)能夠有效地去除水中的重金屬離子、有機(jī)污染物、細(xì)菌與病毒，并能將對(duì)人體有益的微量元素、礦物質(zhì)（如鈣、磷、鎂、鐵、碘等）一并去除干凈。

         吹脫技術(shù)能有效去除揮發(fā)性有機(jī)物，但對(duì)難揮發(fā)性有機(jī)物去除效果很差.用于去除水中低濃度揮發(fā)性的有機(jī)物，去除效果隨溫度的升高而增加.在飲用水深度處理中，吹脫法費(fèi)用低，約為活性碳運(yùn)行費(fèi)用的1/2～1/4。

         3 結(jié)束語(yǔ)

         水環(huán)境的惡化、需水量的增長(zhǎng)、海水等成為飲用水的待用水源、環(huán)境危機(jī)、能源危機(jī)、可持續(xù)性發(fā)展的理念、以及人們對(duì)優(yōu)質(zhì)健康飲用水的渴求等因素，都對(duì)飲用水處理技術(shù)提出了新的要求。面對(duì)資源性缺水、水質(zhì)性缺水、生活污水以及供水水質(zhì)的變化等不同情況，如何合理凈化污水，如何采用適當(dāng)加工方法，去除水中的礦物質(zhì)、有機(jī)成分、有害雜質(zhì)及微生物等，同時(shí)又在一定程度上保留了人體健康所必須的各種微量元素和礦物質(zhì)，獲得沒(méi)有任何添加物（臭氧除外）可以直接飲用的水，正是飲用水處理技術(shù)的目的所在。

         近年來(lái)，傳統(tǒng)飲用水處理技術(shù)的改進(jìn)和深度處理的迅猛發(fā)展，使優(yōu)質(zhì)飲用水成為可能，但在考慮到處理效果是否良好，能否引起二次污染，是否具有殘余消毒能力，價(jià)格是否低廉等因素時(shí)，往往不能獲得滿意效果，將現(xiàn)有工藝組合（如臭氧-紫外線消毒、高錳酸鉀與粒狀活性炭聯(lián)用等），揚(yáng)長(zhǎng)避短，得到潔凈、高效、價(jià)廉的工藝，是今后飲用水處理的方向所在。
 
 
 
 

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