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1 給水處理工藝發(fā)展簡述
常規(guī)處理、臭氧活性炭深度處理和膜處理可以稱為飲用水凈化的第一代、第二代和第三代的凈水技術(shù)。常規(guī)處理通常由混凝、沉淀、過濾和消毒組成，最早于十九世紀在歐洲開始得到應(yīng)用，到二十世紀在全世界得到十分廣泛的應(yīng)用，目前仍然是全世界的主流飲用水凈化工藝，其主要去除對象為水中懸浮物、膠體物、和部分大分子有機物、并殺滅水中絕大部分細菌和病毒，保證飲用水的基本安全性。因常規(guī)處理工藝的應(yīng)用對控制水媒傳染病的爆發(fā)、保障人體健康和公共安全作出的杰出貢獻，美國工程院于2004年評選20世紀對人類生活貢獻最大的二十項重大科技成果時將飲用水的常規(guī)凈化工藝列在第四位(前三位分別為;電、汽車和飛機)。
但自二十世紀六十年代后世界各國隨工業(yè)的發(fā)展，水源水普遍受到有機物的污染，主要是小分子、溶解性的合成有機物、包括農(nóng)藥、殺蟲劑、除草劑、各種添加劑、內(nèi)分泌干擾素等，七十年代又發(fā)現(xiàn)氯消毒時能與有機物反應(yīng)生成對人體健康有害的消毒副產(chǎn)物，而常規(guī)處理工藝對這些有機物基本無去除能力，因此飲用水水質(zhì)對人體健康的影響受到極大的關(guān)注，迫使人們尋求新的飲用水凈化技術(shù)，以彌補常規(guī)處理工藝的不足，在這種背景下，臭氧活性炭處理技術(shù)被開發(fā)并在歐洲得到較多應(yīng)用。因此臭氧活性炭可以稱為第二代的飲用水凈化技術(shù)。
各國水處理工作者一致發(fā)現(xiàn)，活性炭吸附是從水中去除多種有機物的“最佳實用技術(shù)”，可有效地去除嗅、味、色度、氯化有機物、農(nóng)藥、放射性污染物及其它人工合成有機物。水處理中顆粒活性炭(GAC)使用較多，并已發(fā)展為球形活性炭、浸透型活性炭、高分子涂層活性炭等多種類型。用活性炭做吸附劑去除水中污染物，雖能取得良好的效果，但其價格較貴，對大部分極性短鏈含氧有機物，如甲醇、乙醇、甲醛、丙酮、甲酸等不能去除，而且活性炭在應(yīng)用一定的周期后其吸附能力喪失，需要再生后才能重新應(yīng)用，因此單純活性炭的應(yīng)用受到很大局限
臭氧(O3)是應(yīng)用最廣泛的新型氧化劑。作為深度處理臭氧與活性炭聯(lián)用有以下優(yōu)勢：(1) 臭氧氧化能力較強，可以將大分子有機物分解成小分子有機物，從而增加后續(xù)活性炭對有機物的吸附能力;(2)臭氧分解為氧氣后增加了水中溶解氧濃度，加上臭氧氧化有機物后水中可生物利用有機物增加，有利于活性炭上微生物的生長，因此活性炭變成生物活性炭，利用活性炭上微生物對有機物的降解作用，提高了對有機物的去除效率的效率和活性炭的使用周期;(3)臭氧消毒反應(yīng)迅速，殺菌效率高;(4) 臭氧活性炭能夠減少水中氯代消毒副產(chǎn)物的生成量。
但臭氧活性炭的應(yīng)用在二十一世紀受到新的挑戰(zhàn)，主要原因有：
(1)臭氧化副產(chǎn)物問題。采用臭氧氧化工藝，將產(chǎn)生一些臭氧化副產(chǎn)物，主要可分為兩類：一類是溴酸鹽和次溴酸鹽，其中溴酸鹽具有強致癌性，我國，美國、歐洲、日本和世界衛(wèi)生組織等均將飲用水中溴酸鹽控制標準定為10mg/L。2006年1月4日頒布、3月6日正式生效的美國新的消毒劑/消毒副產(chǎn)物法(D/DBP rule)規(guī)定溴酸鹽的目標控制值是0mg/L。如果原水中含有一定濃度的溴離子，則有導致臭氧化后的水中產(chǎn)生溴酸鹽的風險。其次，次溴酸鹽是溴仿和溴化有機物的前驅(qū)物，而溴代消毒副產(chǎn)物也是飲用水標準嚴格限制的。另一類是臭氧化有機物后產(chǎn)生的小分子有機物，如醛類、脂肪酸、羧酸、酮類、AOC等，這些有機物有些具有較強的生物毒性，不過在經(jīng)過生物活性炭處理后，由于活性炭的吸附作用和生物降解作用，可在一定程度上將這些有機物分解。
(2)生物安全性問題。臭氧生物活性炭工藝在活性炭上會生長大量的微生物，這些微生物將對炭濾后出水水質(zhì)產(chǎn)生影響。1)這些微生物會產(chǎn)生一些胞外分泌物，其中一些胞外分泌物可能具有一定的生物毒性;2)這些微生物會穿透活性炭床進入到出水中去，而且由于這些微生物已經(jīng)經(jīng)過了臭氧消毒工藝后存活下來的，對消毒劑一般具有更強的耐受能力，不容易被殺滅;3)進入到出水中的微生物往往被包裹在細微顆粒之中，因此很難接觸到消毒劑。這些都造成了后續(xù)消毒工藝的困難。此外在南方城市已經(jīng)發(fā)現(xiàn)臭氧生物活性炭工藝出水中出現(xiàn)了較多的藻類，如劍水藻等，這些藻類一方面影響了水的感觀指標，另一方面也可能出現(xiàn)一些有生物毒性的藻類或藻毒素。
(3)氧化藻類分泌藻毒素的問題。在原水藻類較多的情況下，臭氧能氧化藻類，使原來包裹在藻細胞內(nèi)的胞內(nèi)毒素釋放出來，水中藻毒素增加。
因此出于對飲用水水質(zhì)安全的綜合考慮，臭氧在飲用水凈化中的應(yīng)用已經(jīng)在美國、歐洲、日本等發(fā)達國家受到了一定的限制。在中國的實際應(yīng)用中還有設(shè)備購買與維護，氣源管理與安全等問題。
膜技術(shù)最早的研究起源于二十世紀五十年代，真正大規(guī)模應(yīng)用在二十世紀九十年代中期開始，并在二十一世紀得到快速增長。膜技術(shù)被美國EPA推薦為最佳工藝之一，日本則把膜技術(shù)作為21世紀水處理的基本技術(shù)，并實施國家攻關(guān)項目“21世紀水處理膜研究(MAC21)”專門開發(fā)膜凈水系統(tǒng)。因此膜技術(shù)可以稱為第三代的飲用水凈化技術(shù)。膜過濾是用天然或人工合成高分子有機薄膜或者無機陶瓷膜做介質(zhì)，以外界能量或化學位差為推動力，對雙組分或多組分溶液進行過濾分離、分級提純和富集的物理處理方法。目前常見的膜法有：微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析、滲透蒸發(fā)、液膜等。從膜濾法的功能上看，反滲透能有效的去除水中的農(nóng)藥、表面活性劑、消毒副產(chǎn)物、THMs、腐殖酸和色度等。納濾膜用于分子量在300以上的有機物去除。超濾通常孔徑為0.01或0.04微米，能去除分子量大于1000以上的有機物、微生物(包括兩蟲、細菌和病毒)，微濾通常孔徑比超濾要大，因此過濾效率不如超濾。因為兩蟲(隱孢子蟲和賈第蟲)具有抗氯性，是目前飲用水處理中倍受關(guān)注的致病微生物，因此超濾對兩蟲的去除可以有效保證飲用水的微生物學安全性。同時超濾可以充分保證濁度物質(zhì)的去除，解決目前常規(guī)處理對濁度去除不充分的問題，而且超濾可以大大減少占地面積，節(jié)約土地資源。因此合考慮技術(shù)特點和成本因素，目前超濾是飲用水凈化中的主流技術(shù)。
但膜技術(shù)也有缺點，超濾是純物理截留作用，對低分子有機物不能去除，因此必須與活性炭結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，才能提高整個處理工藝對有機物的處理效率。膜處理的成本問題、使用經(jīng)驗問題和膜污染的控制問題等仍然備受關(guān)注。但近幾年膜處理的成本已經(jīng)大幅度下降，與常規(guī)工藝已經(jīng)具有可比性。隨著膜技術(shù)的發(fā)展和研究的不斷深入，不久的將來，膜技術(shù)在飲用水凈化中的應(yīng)用一定會得到大力推廣。
2 深度處理工藝的必要性。
水質(zhì)標準的不斷提高、水源水質(zhì)的不斷惡化和常規(guī)處理工藝的局限性決定了飲用水新的凈化工藝必須包括深度處理工藝。
我國目前執(zhí)行的國家水質(zhì)標準《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》(GB5749-85)是1985年前定的，當時只規(guī)定了35項水質(zhì)項目，迄今為止尚無新的國家標準頒布。但與發(fā)達國際相比，我國現(xiàn)行的飲用水水質(zhì)標準已經(jīng)大大落后，也不適應(yīng)現(xiàn)在水源水質(zhì)狀況化和供水技術(shù)的進步要求，新的國家飲用水水質(zhì)標準的出臺勢在必行。
我國衛(wèi)生部于2001年以《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》名義頒布了水質(zhì)檢驗項目，其中常規(guī)檢驗項目34項，非常規(guī)檢驗項目62項。2005年我國建設(shè)部頒布了《城市供水水質(zhì)標準》(CJ/T206-2005)，于2005年6月1日實施。遵循不低于衛(wèi)生部的標準并盡量與之協(xié)調(diào)的原則，該標準規(guī)定常規(guī)檢驗40余項，非常規(guī)檢驗60余項。
目前新的國家飲用水水質(zhì)標準《生活飲用水衛(wèi)生標準》(5749-2006)報批稿正在公示中，有望很快正式批準生效。該標準總共規(guī)定水質(zhì)指標106項，因此現(xiàn)有飲用水處理工藝將面臨嚴重挑戰(zhàn)。
實際上國家的水質(zhì)標準只是及格標準，是各水司必須達到的最低標準，各供水企業(yè)可以而且應(yīng)該有更嚴格的標準。如美國規(guī)定濁度為1NTU， 但實際上美國的飲用水濁度大多數(shù)在0.1NTU以下。
水質(zhì)項目耗氧量是針對我國原水有機物污染較普遍、較嚴重的現(xiàn)狀進行總量控制所必須的，因為檢測眾多的單個有機物目前尚為困難，但有機污染量微，卻對健康有著潛在的威脅，隨著時間的推移，在人體中積累到一定程度就會對健康有不利影響，況且人們對有機污染物的危害還有漫長的認識過程，今后有關(guān)有機污染物的水質(zhì)項目還會增加、濃度限值會更加嚴格，因此少攝入總比多攝入好。常規(guī)地表水處理工藝對有機污染去除有限，為了保證飲用水CODMn<3mg/L的要求必將采用深度處理。
