生活饮用水处理技术及进展

生活饮用水处理技术南京农业大学工学院李坤权一、饮用水的重要性二、饮用水存在卫生问题三、水质处理技术四、地面水除藻技术生活饮用水处理技术一、饮用水的重要性水是人类生存和经济发展的基础水的生理功能与水相关疾病优质充足的生活用水，既能防病，又提高了人们的生活质量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。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、水资源的科学合理利用和保护，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人体维持生理功能所需的水的平衡量人体水失衡的症状㈠水在人体内的生理功能水是人体构造的主要成分水作为营养物质的载体，参与食物的消化和吸收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应调节体温润滑组织㈡人体维持生理功能所需的水的平衡量体内水的来源包括饮水、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。内生水主要来源于蛋白质、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%，其次是经皮肤、肺和粪便。成年人一日水的来源和排出量维持在2500mL左右。㈢人体水失衡的症状水缺乏症水摄入不足或水丢失过多，可引起体内缺水，重度缺水可使细胞外液电解质浓度增加，形成高渗；细胞内水分外流，引起脱水。失水超体重20%时，会引起死亡。水过多及中毒如果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。正常人中极少见水中毒。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、污染的饮用水引起的疾病水经口引起的疾病接触水引起的疾病㈠水经口引起的疾病介水肠道传染病介水传染病是通过饮用或接触受病原体污染的水而传播的疾病，又称水性传染病。其主要原因是水源受病原体污染后，未经妥善处理和消毒即供居民饮用，或处理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。可经水传播的8种法定传染病：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。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。㈠水经口引起的疾病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。㈠水经口引起的疾病地球性化学性疾病（水性地方病）某些地区由于地球化学特征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。㈡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、充足优质的生活用水，既能防病，又可提高生活质量优质的饮用水水量充足，取用方便，有利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预防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预防沙眼和结膜炎也有明显的作用。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。二、饮用水安全存在的主要问题微生物污染自来水厂常规水处理工艺受到挑战消毒副产物带来新的污染自来水管网污染二次供水污染突发饮用水卫生事件一、微生物污染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显示：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60%。饮用水细菌总数超过1×105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到69.22和54.9%。此次调查结果显示，我国仍有53%的人口使用分散式供水，集中式供水中未经过任何处理的自来水也占到一半以上，由此造成了农村饮用水微生物指标的严重超标，也就不可避免地造成了肠道传染病的流行。当前，微生物污染仍为农村饮用水污染的主要类型，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、自来水厂常规水处理工艺受到挑战长期以来，人们一直认为自来水是安全卫生的。但是，因为水污染，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，给居民的日常生活造成了不便和恐慌。目前自来水的处理技术依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单加工成可饮用水。经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，传统的水处理工艺对降低浑浊度，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多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，有的还有致畸形和（或）神经毒性作用。我国许多研究证明，氯化饮用水的有机提取物，在Ames试验、小鼠骨髓微核试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。臭氧消毒可能会产生溴酸盐、甲醛等副产物。这些副产物对健康也会产生危害。四、自来水管网污染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，经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、输水能力降低并严重污染水质，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%，造成二次污染，安全堪忧。由于管网陈旧、污染等问题，事件频发，在一定程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个城市调查表明，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。五、二次供水污染随着城市化的发展，高层建筑迅速增加。高层建筑供水设施需通过二次供水设施才能获得。通常，二次供水设施包括高、低位水箱、水泵、输水管道等设施。自来水首先进人低位水箱，然后通过水泵输送到高位水箱，再通过重力作用供给高层的各住户。由于管理不善，存放水时间长等，造成饮用水二次污染的情况普遍存在。二次供水污染的原因是多方面的，既与水质本身的性质有关，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。五、二次供水污染从目前调查的情况来看，造成二次供水污染的原因主要有：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，周围环境脏、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，未定期进行水质检验，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据解放日报2005年6月30日报道，从2001年到2004年，全国共发生水污染事故3988起，平均每年近1000起，每天2～3起。据人民网环保频道报道，自2005年11月l3日松花江水质污染事件以来，至2006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。三、水质处理技术饮用水处理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处理，去除水中的有害成分，使处理后的水满足生活饮用水的水质要求。饮用水处理涉及多种水处理技术。根据在水处理系统中的这些技术的使用位置和处理对象，可以将其分为常规处理、深度处理、预处理、纯净水处理、特殊处理等几大类水处理技术。三、水质处理技术常规处理技术深度处理技术预处理技术强化混凝技术纯水和净水处理技术特种水质处理技术一、常规处理技术饮用水常规处理技术简介饮用水常规处理技术及其工艺在20世纪初期就已形成雏形，并在饮用水处理的实践中不断得以完善。饮用水常规处理工艺的主要去除对象是水源水中的悬浮物、胶体物和病原微生物等。饮用水常规处理工艺所使用的处理技术有混凝、沉淀、澄清、过滤、消毒等。由这些技术所组成的饮用水常规处理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处理工艺，因此常规处理工艺是饮用水处理系统的主要工艺。一、常规处理技术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相互聚合，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处理构筑物中进行。过滤是利用颗粒状滤料（如石英砂等）截留经过沉淀后水中残留的颗粒物，进一步去除水中的杂质，降低水的浑浊度。消毒是饮用水处理的最后一步，向水中加人消毒剂（一般用液氯）来灭活水中的病原微生物一、常规处理技术在以地表水为水源时，饮用水常规处理的主要去除对象是水中的悬浮物质、胶体物质和病原微生物，所需采用的技术包括混凝、沉淀、过滤、消毒，典型的以地表水为水源的净水厂处理工艺流程如图1所示。一、常规处理技术在以地下水为水源时，饮用水常规处理的主要去除对象是水中可能存在的病原微生物。对于不含有特殊有害物质（如过量铁、锰等）的地下水，饮用水处理只需进行消毒处理就可以达到饮用水水质要求。处理工艺流程见图2。一、常规处理技术饮用水常规处理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。地表水水源水经过常规处理工艺处理后，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（运行良好的出厂水浊度可在0.3NTU以下）。经过良好消毒的自来水可以满足直接饮用对微生物学的健康要求。饮用水常规处理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。㈡常规处理工艺的局限性在工业化不发达时期，天然水体很少受到人类活动的污染，水处理的主要对象是水中的泥沙和胶体物质，以及少量的病原微生物。水源水经过常规处理后就可以得到透明、无色、无臭、味道可口的饮用水。随着工业和城