浅谈给水常规处理工艺的局限性

水是人类维持生命和发展经济的宝贵自然资源, 水的开发利用为人类社会进步、国民经济发展提供了必要的基本物质保证。人们对于水资源的开发利用没有加以保护和爱惜, 无序开采和不合理利用产生了一系列的环境、生态和地质问题, 主要表现为水资源短缺、生态环境恶化、地质环境不良、资源污染严重、水资源浪费严重及保护与管理不善。

地表水中的污染物可分为无机物、有机物和微生物等几大类。一般无机物比较容易通过常规处理工艺去除, 较难去除的是有机污染物, 有机成分对胶体产生严重保护作用, 影响混凝效果;水处理过程中氯化消毒产生的多种卤代有机副产物对人体危害较大;特别是传统的预氯化工艺, 高浓度的氯与原水中较高浓度的有机污染物直接作用, 生成的氯化消毒副产物浓度会更高。

与此同时, 湖泊水库中主要污染指标为总氮、总磷。由于流域周围生活污水、工业废水排放, 农业径流以及畜牧、水产、旅游的影响, 可造成氮、磷、有机碳等营养元素大量进入湖泊水库中, 导致湖泊的“富营养化”。其给饮用水生产运行带来的问题主要表现如下:水中的有机物、氨氮和大量藻类都会增加混凝剂和消毒剂的用量, 不但增加制水成本, 还可能增加出厂水中的消毒副产物;藻类具有较高的稳定性, 难于混凝, 沉淀效果差;此外, 藻类会粘附在滤料表面, 缩短滤池的过滤周期, 造成滤池频繁反冲洗;某些藻类尺寸很小, 可进入到管网中, 从而影响水质。

对于饮用水水资源的水质受到污染的普遍现象, 2006年12月国家卫生部颁布了《生活饮用水卫生标准》 (GB5749-2006) , 从而也使我国饮用水卫生标准接近国际先进水平。表1是1985年与2006年饮用水卫生标准对比, 表2是国内外水质标准项目数的比较。

新的水质标准中常规检验项目变动比较大:增加了新的有机物综合性指标——耗氧量, 耗氧量作为有机物综合指标, 限值是3mg/L, 这是相应于水源水耗氧量应小于4m g/L制定的, 因一般常规工艺能去除20%～30%的耗氧量;浑浊度这一指标由原来的3NTU改为1NTU。

地表水为水源时, 常规处理工艺的主要是去除水源水中的悬浮物、胶体杂质和病原微生物。在常规处理过程中, 混凝是向原水中投加混凝剂 (一般用铁盐、铝盐) , 使水中难以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) , 然后在沉淀池中沉淀下来, 最后成为污泥排除。沉淀是将混凝后形成的大颗粒絮体通过重力分离。混凝和沉淀过程也可以在澄清池中同时完成。过滤则是利用颗粒状滤料 (石英砂、无烟煤等) 截留经沉淀后出水中残留的颗粒物, 进一步去除水中杂质, 降低水中浑浊度。过滤之后采用消毒方法 (一般向水中加入的消毒剂为液氯、次氯酸钠、臭氧、二氧化氯等) 来灭活水中致病微生物, 从而保证饮用水卫生安全性。

以地下水为水源时, 常规处理工艺比较简单, 主要是去除水中的可能存在的病原微生物。对于不含其他污染物 (如铁、锰、氟、砷等) 的地下水, 只需消毒就可以达到饮用水的要求。

在水源水质较好的情况的下, 经常规处理工艺处理后, 出厂水基本上都能满足生活饮用水的水质标准要求。然而随着水环境的污染和饮用水水质标准的不断提高, 常规饮用水处理工艺已显得力不从心。国内外的实验研究和实际生产结果表明, 受污染水源水经常规的混凝、沉淀及过滤工艺只能去除水中有机物20%～30%。

常规水处理工艺去除有机物的能力有限, 其原因之一是水中有机物对胶体的保护作用。不仅不利于破坏胶体的稳定性并且使常规工艺对原水浊度去除率也明显下降。例如, 腐殖酸由于其表面含有多种官能团, 能够与水中金属离子络合, 影响水处理效果。有机物可吸附在胶体颗粒表面, 形成有机保护膜, 不但使胶体表面电荷密度增加, 而且阻碍了胶体颗粒间的结合。这是由于有机物一般带有较高的表面电荷, 如富里酸的表面电荷密度 (10～15C/mgDOC) 远高于粘土颗粒 (0.1～1.0C/mg) 。姚重华和严煦世通过试验测定, 如果粘土悬浮液中的富里酸浓度增加3mg/L (以TOC计) , 硫酸铝投量将增加5.3倍;如果富里酸浓度增加7mg/L (以TOC计) , 硫酸铝投量须增加到原来的10.2倍才能达到同样的混凝结果。水中有机物浓度高使混凝剂药耗增大、制水成本升高。另外一个原因, 由于溶解性有机物存在, 在氯化消毒过程中, 氯与水中的有机物反应产生三卤甲烷和其他卤化副产物, 这些卤化有机化合物有许多被推测是致癌物或诱变剂, 使得处理后的生活饮用水水质安全性难以保证。

综上所述, 在水源受污染的情况下, 由于给水常规处理工艺的局限性, 处理后的生活饮用水水质安全难以保证。常规工艺已不能与污染的水源和水质标准相适应。为了有效降低出水浑浊度、控制有机物、控制耗氧量, 必然将要对一些常规处理方法进行改进优化或者采用活性炭吸附、臭氧/活性炭联用、生物预处理, 深度处理等新技术, 甚至采用膜技术。

因此, 饮用水水质标准的提升也无形中将我国的给水净化事业推向一个新的高度, 也不断提高了我国人民饮用水水质质量。

摘要：该文介绍了水源受污染及饮用水卫生标准提高的情况下, 给水常规处理工艺局限性产生的原因。

关键词：饮用水卫生标准,常规处理,耗氧量,混凝,过滤