淺析飲用水處理現(xiàn)狀及存在問題

【摘 要】 本文介紹了國(guó)內(nèi)外城市飲用水凈化處理技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展過程，探討了給水處理工藝技術(shù)的選擇方法，最后分析了我國(guó)給水處理存在的問題及解決對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】飲用水 給水處理工藝 發(fā)展進(jìn)程 問題 對(duì)策

1.引言

水，是人類的生命之源。城市供水工作直接關(guān)系到社會(huì)生活、生產(chǎn)等諸多方面，涉及千家萬戶。隨著人口急劇增加，水資源供需矛盾日趨尖銳，水資源問題已成為全球密切關(guān)注和亟待解決的熱點(diǎn)課題。近幾十年，我國(guó)隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展及農(nóng)村人口向城市的大規(guī)模遷移，缺水問題已經(jīng)越來越凸顯，已經(jīng)成為城市發(fā)展難以為繼的重要因素之一。“水危機(jī)”、“水戰(zhàn)爭(zhēng)”的提法時(shí)常不絕于耳，這已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。縱觀水資源有關(guān)資料，我國(guó)已列缺水國(guó)之列，人均淡水資源僅為世界人均量的四分之一，屬世界13個(gè)人均水資源貧水國(guó)之一[1] [2]。而且，據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)的地表水、地下水都受到了不同程度的污染，且有逐年加重的趨勢(shì)。

良好的水源是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飲用水的前提，日趨嚴(yán)重的水污染不僅降低了水體的使用功能，而且進(jìn)一步加劇了水資源短缺的矛盾，對(duì)我國(guó)正在實(shí)施的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略帶來了嚴(yán)重影響，嚴(yán)重阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速健康發(fā)展，因此保護(hù)好水源及尋找更為有效的水處理技術(shù)已是刻不容緩。

2.水源及分類

水源是水的來源和存在形式地域總稱。水源是生命之源，物質(zhì)，信息，能量傳遞的重要中介，是地球表面生物體生存的不可替代的資源。從給水處理的角度水源一般指給水工程所取用的原水水體，原水是指未經(jīng)任何處理或用以進(jìn)行水質(zhì)處理的待處理水。

水源主要存在于海洋，河湖，冰川雪山等區(qū)域。它們通過大汽運(yùn)動(dòng)等形式得到更新。給水水源一般分為如下5大類：

（1）地表水：地表水包括陸地表面形成的徑流及地表貯存的水（如江、河、湖、水庫(kù)等水）。由于受流域內(nèi)的自然環(huán)境影響較大，水質(zhì)往往有很大的差異。如：地表水的渾濁度與水溫變化幅度都較大，水易受到污染，但是，水的礦化度、硬度較低，含鐵量及其他物質(zhì)含量較小，徑流量較大，但季節(jié)變化性較強(qiáng)。

（2）地下水：地下水包括地下徑流或埋藏于地下的，經(jīng)過提取可被利用的淡水（如潛水、承壓水、巖溶水，裂隙水等）。地下水具有水質(zhì)清澈，無色無味，水溫恒定，不易受到污染等特點(diǎn)，但它的徑流量小，礦化度和硬度較高。

（3）城市污水回用水：經(jīng)過處理達(dá)到特定用戶用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)且又回用到用戶使用過程的部分城市污水。

（4）海水：沿海城市的一些工業(yè)用做冷卻水水源或?yàn)槠渌康乃〉哪遣糠趾Ｋㄗⅲ撼鞘形鬯赜盟c海水是水源的一部分，但目前對(duì)這兩種水使用率偏低）。

（5）其他水：有些企業(yè)根據(jù)本身的特定條件使用上述各種水以外的水作為取水水源稱為其他水。

給水處理水源主要是考慮水量和水質(zhì)兩個(gè)主要要素，但近年來，飲用水水源受到一定程度污染對(duì)飲用水處理技術(shù)提出了新的課題，對(duì)水處理技術(shù)的要求就更高。

3.城市給水處理工藝

3.1 給水處理工藝的發(fā)展過程

給水處理的主要任務(wù)和目的就是通過必要的處理方法去除水中的雜質(zhì)， 以價(jià)格合理、水質(zhì)優(yōu)良安全的水供給人們使用。

水處理技術(shù)的采用和發(fā)展可以追溯到人類首次定居之后。據(jù)相關(guān)資料記載，4000年前古印度人就利用木炭對(duì)水進(jìn)行過濾，并將濾后水貯存于鋼制容器中以保持新鮮。3500年前埃及也出現(xiàn)了飲用水過濾裝置[3]。隨著用水水質(zhì)要求的提高及水源水質(zhì)的變化，給水處理到后來逐漸出現(xiàn)過濾、煮沸、蒸餾和混凝等水處理方法。據(jù)資料記載，我國(guó)于明朝時(shí)候就開始采用明礬對(duì)水進(jìn)行凈化處理，而且處理效果在同期處于不錯(cuò)的水平[4] [5]。

隨著用戶的需求及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的提高，給水處理技術(shù)走向不斷優(yōu)化組合和更新?lián)Q代的發(fā)展階段。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(jì)在歐洲開始得到應(yīng)用，到二十世紀(jì)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。

自二十世紀(jì)六十年代后世界各國(guó)隨工業(yè)的發(fā)展，水源水普遍受到有機(jī)物的污染，主要是小分子、溶解性的合成有機(jī)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(shí)能與有機(jī)物反應(yīng)生成對(duì)人體健康有害的消毒副產(chǎn)物。而常規(guī)處理工藝對(duì)這些有機(jī)物基本無去除能力，因此飲用水水質(zhì)對(duì)人體健康的影響受到了極大的關(guān)注，迫使人們尋求新的飲用水處理技術(shù)，以彌補(bǔ)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。

膜技術(shù)最早的研究起源于二十世紀(jì)五十年代，真正大規(guī)模應(yīng)用在二十世紀(jì)九十年代中期開始，并在二十一世紀(jì)得到快速增長(zhǎng)。膜技術(shù)被美國(guó)EPA推薦為最佳工藝之一，日本則把膜技術(shù)作為21世紀(jì)水處理的基本技術(shù)，并實(shí)施國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目“21世紀(jì)水處理膜研究（MAC21）”專門開發(fā)膜凈水系統(tǒng)。膜過濾是用天然或人工合成高分子有機(jī)薄膜或者無機(jī)陶瓷膜做介質(zhì)，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力，對(duì)雙組分或多組分溶液進(jìn)行過濾分離、分級(jí)提純和富集的物理處理方法。

3.2 飲用水處理工藝

3.1.1 常規(guī)處理工藝

常規(guī)水處理工藝是以去除原水中懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、細(xì)菌、病毒以及其他有害成分為目的的處理過程，一般包括混凝、沉淀、過濾、消毒工藝。

常規(guī)給水處理流程如圖1。

常規(guī)處理工藝是保證飲用水的基本安全性的有效措施。鑒于常規(guī)處理工藝的應(yīng)用對(duì)控制水媒傳染病的爆發(fā)、保障人體健康和公共安全做出的杰出貢獻(xiàn)，美國(guó)工程院于2004年評(píng)選20世紀(jì)對(duì)人類生活貢獻(xiàn)最大的二十項(xiàng)重大科技成果時(shí)將飲用水的常規(guī)凈化工藝列在前幾位。

3.1.2 強(qiáng)化處理工藝

雖然常規(guī)處理工藝對(duì)原水中的有機(jī)物等有一定的處理能力，但是相對(duì)于日益復(fù)雜的原水水質(zhì)，常規(guī)處理工藝去除有害物的能力相對(duì)比較有限，溶解性有機(jī)碳去除率一般小于30%，對(duì)水中的可生物降解有機(jī)物的去除不穩(wěn)定、波動(dòng)性大，且受原水水質(zhì)及水溫影響均較大[6][7]。針對(duì)上述存在的問題，在常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上開創(chuàng)了強(qiáng)化混凝處理工藝和強(qiáng)化過濾工藝等。強(qiáng)化混凝工藝即向水源中投加過量的混凝劑并控制合適的pH值，進(jìn)而提高工藝對(duì)有機(jī)污染物等的去除能力。經(jīng)相關(guān)研究表明[8]，強(qiáng)化混凝處理技術(shù)對(duì)DOC和BDOC的去除率分別能提高32%和20%。該技術(shù)雖然在一定程度上提高了有機(jī)物的去除率，但對(duì)水中的氨氮、亞硝酸鹽氮及小分子有機(jī)物的去除能力仍相對(duì)有限，因此還需要其他的工藝配套組合才能達(dá)到更好的去除效果。強(qiáng)化過濾工藝主要是為了充分發(fā)揮濾料和脫穩(wěn)顆粒的接觸凝聚作用而去除濁度和細(xì)菌等。強(qiáng)化過濾需要在濾料中培養(yǎng)生物膜，使得亞硝酸鹽、硝酸鹽等在相應(yīng)菌群的作用下得以去除。

3.1.3 預(yù)處理和深度處理工藝

雖然常規(guī)處理工藝對(duì)原水中的有機(jī)物等有一定的處理能力，但是對(duì)于受到污染水源來說，常規(guī)處理工藝已滿足不了水處理的要求。因此，在常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上增加了預(yù)處理和深度處理單元。

預(yù)處理的方法有：生物預(yù)處理法、臭氧預(yù)氧化法和活性炭吸附法等。生物預(yù)處理即是在常規(guī)處理工藝前增設(shè)生物處理工藝，利用生物的新陳代謝作用去除水中的污染物。臭氧預(yù)氧化法是利用臭氧的強(qiáng)氧化性，將細(xì)菌等病原微生物進(jìn)行殺滅去除，同時(shí)還將大分子有機(jī)物氧化分解成容易去除的中間產(chǎn)物，提高工藝的處理效率。活性炭吸附法較多采用的是粉末活性炭，主要是利用活性炭強(qiáng)大的有效吸附面積對(duì)污染物進(jìn)行吸附去除。

深度處理的方法有粒狀活性炭吸附法，臭氧-粒狀活性炭法、生物活性炭法、化學(xué)氧化法、離子交換法以及膜過濾法等。目前采用較多的深度處理方法主要是臭氧-活性炭法，這種方法基建投資和運(yùn)行費(fèi)用均較高，但其處理效果較好，在國(guó)外應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，我國(guó)現(xiàn)階段也逐漸鋪開采用。

3.3 飲用水處理工藝的選擇

隨著水源狀況的變化及飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的變化，水處理工藝及方法也在不斷的變化中。水處理方法主要是根據(jù)水源水質(zhì)和用水對(duì)象對(duì)水質(zhì)的要求進(jìn)行確定，同時(shí)結(jié)合考慮工程的投資效應(yīng)等因素。

在20 世紀(jì)70 和80 年代， 給水工程技術(shù)人員面臨的主要問題是工程的投資效益， 即如何以最低的工程總投資來完成簡(jiǎn)單的處理目標(biāo)。然而， 到了20 世紀(jì)80 和90 年代， 新的問題出現(xiàn)了， 即飲用水中存在的微量有機(jī)物對(duì)人體健康具有長(zhǎng)期潛在的危害。為了對(duì)待這些新情況， 滿足凈水處理要求， 工程技術(shù)人員和研究人員又成功地設(shè)計(jì)出去除水中有機(jī)污染物的方法。目前，很多新投入的項(xiàng)目較多都是采用常規(guī)處理+深度處理工藝。

4.我國(guó)飲用水處理處理過程中存在的問題及解決措施

4.1 存在問題

雖然近些年我國(guó)給水處理得到了較快的發(fā)展并已經(jīng)取得了顯著的成效，但是仍存在一些問題，存在的問題如下：

（1）、給水處理發(fā)展不平衡：根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)仍有約數(shù)百個(gè)城市供水不足，上百個(gè)城市嚴(yán)重缺水。此外，廣大小城市及農(nóng)村由于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的局限，給水處理設(shè)施不是很健全，對(duì)自來水的供應(yīng)要求也顯得越來越迫切。

（2）、水資源缺乏：如前所述，我國(guó)的水資源短缺較為嚴(yán)重，是全球十幾個(gè)貧水國(guó)之一，而且由于地域分布和時(shí)空分布的不平衡，在我國(guó)北方地區(qū)缺水更嚴(yán)重，鑒于此種情況，我國(guó)實(shí)行了南水北調(diào)工程。

（3）、水源水質(zhì)污染嚴(yán)重：由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的不利影響、工業(yè)污染治理水平低、污水處理效率低及環(huán)境監(jiān)管能力不足等原因，現(xiàn)在我國(guó)很多水庫(kù)、湖泊、河流等均受到了不同程度的污染，水源污染加重了水源選擇和處理的困難。

（4）、飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高：隨著人民生活水平的提高，飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也在逐步提高，我國(guó)現(xiàn)行施行的最新的《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》（GB 5749—2006），水質(zhì)指標(biāo)由GB 5749-85的35項(xiàng)增加至106項(xiàng)，對(duì)凈水技術(shù)提出了新的要求。

4.2 解決措施

針對(duì)上述存在的問題，主要需采取以下幾個(gè)方面的措施：

（1）保護(hù)及開發(fā)更多的有效水資源，協(xié)調(diào)水資源及水處理的合理發(fā)展：加強(qiáng)水資源保護(hù)立法；確保各項(xiàng)立法的有效實(shí)施；提高民眾的節(jié)水護(hù)水意識(shí)；協(xié)調(diào)區(qū)域水源的合理調(diào)配。

（2）加快飲用水處理技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展，提高凈水技術(shù)水平，為推動(dòng)我國(guó)給水事業(yè)發(fā)展的強(qiáng)有力的支撐。

（3）對(duì)現(xiàn)有給水處理設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化改造：增加深度處理構(gòu)筑物；增加預(yù)處理構(gòu)筑物；不增加常規(guī)工藝前后凈化構(gòu)筑物的基礎(chǔ)上改造現(xiàn)有處理工藝單元；綜合考慮前幾種優(yōu)化組合。

5、結(jié)語

由于我國(guó)地域廣闊，南北氣候迥異，水源水質(zhì)各具特點(diǎn)，因之給水處理技術(shù)，有其共同點(diǎn)，也有其不同點(diǎn)。隨著用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，對(duì)飲用水凈水技術(shù)提出了更高的要求。

面對(duì)來越嚴(yán)峻的用水形勢(shì)，推進(jìn)飲用水凈化技術(shù)的優(yōu)化整合已經(jīng)勢(shì)在必行。不同工藝技術(shù)的優(yōu)化整合，將有利于有效的提高水資源的利用效率，更有利于實(shí)現(xiàn)水資源的良性循環(huán)，并最終實(shí)現(xiàn)人水的和諧共生。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年報(bào).建設(shè)部.2001

[2] 《中華人民共和國(guó)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家報(bào)告》編寫組. 中華人民共和國(guó)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家報(bào)告. 北京： 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社， 2002， 21

[3] 中村玄正 入門 上水道。東京：工業(yè)圖書株式會(huì)社，2001

[4] 中國(guó)大百科權(quán)屬總編委員會(huì)《土木工程》編輯委員會(huì)。中國(guó)大百科權(quán)屬（土木工程）. 北說：中國(guó)大百科權(quán)屬出版社，1987

[5] 程偉.給水廠凈水工藝的發(fā)展及工藝比較.沿海企業(yè)與科技，2005（9）

[6] 王麗花，張曉健，吳紅偉，等.國(guó)內(nèi)飲用水生物穩(wěn)定性的調(diào)查研究[J].凈水技術(shù)，2005，24（3）：45-47

[7] Hem L J. Assimilable organic carbon in molecular weight fractions of natural organic matter [J]. Wat. Res，2001，35（4）：1106-1100

[8] Volk C，Bell K，Ibrahim E， et al. Impact of enhanced and optimized coagulation on removal of organic matter and its biodegradable fraction in drinking water[J]. Wat. Res，2000，34（12）：3247-3257