淺談飲用水水質(zhì)安全的問題

【摘要】分析當(dāng)前常規(guī)水凈化處理工藝存在的問題，闡述解決水污染問題的途徑和方法。

【關(guān)鍵詞】氯化法 氧化法

近半個(gè)世紀(jì)以來，世界各國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，現(xiàn)代化工業(yè)，尤其是合成化工業(yè)更是突飛猛進(jìn)，這些化學(xué)物質(zhì)的大部分通過人類活動(dòng)進(jìn)入水體，如生活污水和工業(yè)廢水的排放，農(nóng)業(yè)使用化肥、殺蟲劑的流失等，使接納水體的物理化學(xué)性狀發(fā)生了顯著的變化。80年代初就發(fā)現(xiàn)，水中有2000多種有機(jī)物，飲用水中有700多種，其中有20種致癌物，23種可疑致癌物，18種促癌物，56種致突變物。世界各國現(xiàn)在都十分重視微量有機(jī)化合物污染與人體健康的關(guān)系。

目前世界上許多發(fā)展中國家對于飲用水的凈化方法，基本上還是采用常規(guī)的混凝→沉淀→砂濾→投氯消毒工藝。這種工藝對于澄清水質(zhì)，消除水中病原菌是十分有效的。一般認(rèn)為經(jīng)過常規(guī)的流程，濾后水中大腸桿菌等傳染病菌和病毒能得到基本的去除。但隨著水體污染的加劇，種類繁多的有機(jī)物進(jìn)入水體形成真溶液，常規(guī)工藝幾乎無能為力。我國GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中水質(zhì)檢測項(xiàng)目共35項(xiàng)，歐共體飲用水水質(zhì)指令規(guī)定共66項(xiàng)，世界衛(wèi)生飲用水水質(zhì)規(guī)定共47項(xiàng)，與我國標(biāo)準(zhǔn)相比，增加的主要為微量有機(jī)物方面的項(xiàng)目。對飲用水有機(jī)污染的現(xiàn)狀，必須尋求新的處理方法。

一、目前常用的消毒方法

我國水處理普遍采用氯化工藝。它具有成本低、設(shè)備簡單、運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)。但加氯可與水中有機(jī)物發(fā)生取代反應(yīng)生成有機(jī)囟化物，即所謂的“三致”物質(zhì)，對人體健康構(gòu)成潛在的危害。

70年代，荷蘭和美國水處理工作者發(fā)現(xiàn)，加氯消毒后，飲用水中產(chǎn)生三鹵甲烷（TCM）類化合物，主要是氯仿、二氯乙酸、氯和溴之間的中間產(chǎn)物。氯化后的飲用水中不僅生成三囟甲烷，而且還生成其它囟代有機(jī)物（TCO），其濃度一般為TCM濃度的5～10倍，它們對人體健康同樣產(chǎn)生不利的影響。TCM和TCO的主要前驅(qū)物質(zhì)為三大類：①由植物殘骸所導(dǎo)致的腐殖酸和黃腐酸等降解產(chǎn)物，如間苯二酚，香草酸和黃腐酸等降解產(chǎn)物；②來自于藻類的氨基酸嘧啶、色氨酸、脯氨酸、尿嘧啶、蛋白質(zhì)等；③工業(yè)廢水中的某些化合物，如酚類等。

用Cl2消毒導(dǎo)致TCM和TCO的產(chǎn)生，人們認(rèn)識到其存在的隱患。因此非氯消毒工藝技術(shù)的研究得以迅速發(fā)展。

二、對策及發(fā)展趨勢

解決飲用水污染問題，有兩種途徑：①保護(hù)飲用水水源；②強(qiáng)化水處理工藝。從總體上說，我國水環(huán)境質(zhì)量短時(shí)期內(nèi)還難以改善。對飲用水水質(zhì)要求越來越高，要從污染水源獲得優(yōu)質(zhì)飲用水，可供選擇的方法是強(qiáng)化水處理工藝，即采用先進(jìn)的水質(zhì)深度處理技術(shù)。現(xiàn)簡要介紹如下：

（一）氧化法

1.臭氧氧化法（O3）

臭氧（O3）的氧化能力比氯強(qiáng)，能殺滅細(xì)菌，能迅速而廣泛地氧化分解水中的大部分有機(jī)物，有效地除色、濁、嗅味，除鐵錳、硫化物、酚、農(nóng)藥等，但臭氧的氧化很難達(dá)到完全礦化的程度，過程中對紫外光有強(qiáng)吸收性的大分子往往被氧化成小分子。近年來，水處理工作者開始研究應(yīng)用臭氧氧化與其它方法聯(lián)用技術(shù)。

（1）臭氧—生物活性炭技術(shù)（O3—BAC技術(shù)）。實(shí)踐證明，O3—BAC技術(shù)對去除水中COD、色度與嗅味、酚、硝基苯、氯仿、六六六、DDT、氨氮、油、木質(zhì)素、氰化物等均有明顯效果，Ames試驗(yàn)結(jié)果為陰性，凈化后的飲用水能完全達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

（2）臭氧—過氧化氫混合氧化（O3—H2O2）。臭氧氧化有兩種：①臭氧分子或單個(gè)氧原子直接參與反應(yīng)；②是臭氧衰減產(chǎn)生的羥基自由基（·OH）引起的。·OH是水中氧化能力最強(qiáng)的氧化劑，對有機(jī)物常常無選擇性且可完全礦化為二氧化碳和水等。將臭氧與過氧化氫混合，可以生成·OH。

（3）臭氧—輻射技術(shù)。利用放射性同位素的γ射線或加速器產(chǎn)生的電子束對水進(jìn)行照射處理，分解生成·OH.e-等反應(yīng)性很強(qiáng)的活性物質(zhì)，與水中微量有機(jī)物反應(yīng)，氧化分解成CO2和H2O。輻射與臭氧聯(lián)用可降低成本且臭氧在輻射條件下可產(chǎn)生連鎖氧化，大大提高處理效果，且該技術(shù)適應(yīng)廣泛的pH值和溫度范圍，對濃度很低的有機(jī)物也有很好的處理效果。

2.光化學(xué)氧化法

光化學(xué)氧化法分為光催化氧化和光激發(fā)氧化法。

光激發(fā)氧化法即將O3、H2O2、O2等氧化劑與光化學(xué)輻射相結(jié)合，產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的的自由基，如·OH等，在氧化有機(jī)物過程中起主要作用。紫外——臭氧聯(lián)用（UV—O3）技術(shù)在飲用水深度處理和難降解有機(jī)廢水的處理中，具有良好應(yīng)用前景，對三氯甲烷、四氯化碳、六氯苯、多氯聯(lián)苯等都可迅速氧化，UV—H2O可使三氯甲烷、氯苯、氯酚及鄰苯二甲酸二乙酯濃度降低到原來濃度的1%。

光催化氧化法即當(dāng)用能量大于禁帶寬度的光照射n型半導(dǎo)體時(shí)，其滿帶上電子被激發(fā)躍過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)在滿帶上產(chǎn)生空穴。空穴可奪取半導(dǎo)體顆粒表面的有機(jī)物或溶劑中的電子，使原本吸收入射光的物質(zhì)被活化氧化。已證明，n型半導(dǎo)體中TiO2的催化活性與穩(wěn)定性最好，UV—TiO2技術(shù)可迅速降解有機(jī)囟化物、芳香族化合物、有機(jī)酸、醇類含硫磷等雜原子的有機(jī)物、表面活性劑等。

3.高錳酸鉀氧化法

馬軍等系統(tǒng)研究了KMnO4去除與控制水中有機(jī)物的效能與機(jī)理，發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀在中性條件下對松花江水中137種有機(jī)物具有廣譜的去除效果，反應(yīng)過程中產(chǎn)生新生態(tài)的MnO2，對有機(jī)物的去除效果有重要影響。

（二）空氣吹脫

空氣吹脫已用于去除毒性揮發(fā)性有機(jī)物（VOC2）。Gamy L.Amy和Davidw.Hand試驗(yàn)表明，采用填料式吹脫塔的去除率在95%和63%以上。在114種有機(jī)優(yōu)先污染物中可吹脫的能達(dá)31種。

（三）吸附

以活性炭為代表的吸附工藝是目前對付有機(jī)優(yōu)先污染物首選實(shí)用技術(shù)，目前正開發(fā)一些新型吸附材料如多孔合成樹脂、活性炭纖維等。

（四）膜法

膜法是深度處理的一種高級手段，反滲透（RO）、超濾（UF）、微濾（MF）和納濾（NF）能有效去除水中嗅味、色素、消毒副產(chǎn)物前體及其它有機(jī)物和微生物。近年來，膜法對消毒副產(chǎn)物的良好控制，被EPA推薦為最佳工藝之一。

以上水處理新工藝目前又都存在其不足之處，有待于進(jìn)一步探討和研究。如UV—O3與UV—CO2是目前最有前途的兩種光化學(xué)氧化技術(shù)，渴望在家庭或集團(tuán)用戶的飲用水深度處理和特種有機(jī)廢水處理中發(fā)揮重要作用。UV—O3聯(lián)用技術(shù)已被美國環(huán)保署（EPA）鑒定為處理多聯(lián)氯苯最有效的技術(shù)。不過目前該工藝在使用中的障礙在于CO2從水中分離問題，選擇合適的載體和固定化方法，或制備其它形狀的光催化劑，以及研究開發(fā)與光化學(xué)氧化法處理水的需要相結(jié)合的紫外燈或金屬囟化燈，做到功率大、波長適宜、使用方便。膜法操作運(yùn)行方便，處理效果好，但易淤塞和污染，其投資和運(yùn)行費(fèi)用太高。KMnO4和O3氧化，往往生成許多中間產(chǎn)物，甚至對某些有機(jī)物根本不起作用。所以，近年來水處理工作者越來越強(qiáng)調(diào)將物理、化學(xué)、生物的凈化有機(jī)地結(jié)合起來，大膽嘗試、研究諸如O3-H2O2-BAC、O3-混凝-活性污泥、KMnO4-BAC、O3-UV-H2O2、O3-膜處理、O3-吹脫等可能的聯(lián)用技術(shù)，充分發(fā)揮各自手段的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢進(jìn)行綜合治理，以期達(dá)到最佳去除效果。

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