淺析飲用水處理現狀及存在問題

【摘 要】 本文介紹了國內外城市飲用水凈化處理技術現狀及其發展過程，探討了給水處理工藝技術的選擇方法，最后分析了我國給水處理存在的問題及解決對策。

【關鍵詞】飲用水 給水處理工藝 發展進程 問題 對策

1.引言

水，是人類的生命之源。城市供水工作直接關系到社會生活、生產等諸多方面，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注和亟待解決的熱點課題。近幾十年，我國隨著經濟的飛速發展及農村人口向城市的大規模遷移，缺水問題已經越來越凸顯，已經成為城市發展難以為繼的重要因素之一。“水危機”、“水戰爭”的提法時常不絕于耳，這已經引起了國內外的廣泛關注。縱觀水資源有關資料，我國已列缺水國之列，人均淡水資源僅為世界人均量的四分之一，屬世界13個人均水資源貧水國之一[1] [2]。而且，據監測數據表明，我國的地表水、地下水都受到了不同程度的污染，且有逐年加重的趨勢。

良好的水源是生產優質飲用水的前提，日趨嚴重的水污染不僅降低了水體的使用功能，而且進一步加劇了水資源短缺的矛盾，對我國正在實施的可持續發展戰略帶來了嚴重影響，嚴重阻礙了社會經濟的快速健康發展，因此保護好水源及尋找更為有效的水處理技術已是刻不容緩。

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，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，原水是指未經任何處理或用以進行水質處理的待處理水。

水源主要存在于海洋，河湖，冰川雪山等區域。它們通過大汽運動等形式得到更新。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、水庫等水）。由于受流域內的自然環境影響較大，水質往往有很大的差異。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，含鐵量及其他物質含量較小，徑流量較大，但季節變化性較強。

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

（3）城市污水回用水：經過處理達到特定用戶用水水質標準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用做冷卻水水源或為其他目的所取的那部分海水（注：城市污水回用水與海水是水源的一部分，但目前對這兩種水使用率偏低）。

（5）其他水：有些企業根據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兩個主要要素，但近年來，飲用水水源受到一定程度污染對飲用水處理技術提出了新的課題，對水處理技術的要求就更高。

3.城市給水處理工藝

3.1 給水處理工藝的發展過程

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

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

隨著用戶的需求及水質標準要求的提高，給水處理技術走向不斷優化組合和更新換代的發展階段。常規處理、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。

常規處理通常由混凝、沉淀、過濾和消毒組成，最早于十九世紀在歐洲開始得到應用，到二十世紀在全世界得到十分廣泛的應用，目前仍然是全世界的主流飲用水凈化工藝。

自二十世紀六十年代后世界各國隨工業的發展，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、包括農藥、殺蟲劑、除草劑、各種添加劑、內分泌干擾素等，七十年代又發現氯消毒時能與有機物反應生成對人體健康有害的消毒副產物。而常規處理工藝對這些有機物基本無去除能力，因此飲用水水質對人體健康的影響受到了極大的關注，迫使人們尋求新的飲用水處理技術，以彌補常規處理工藝的不足，在這種背景下，臭氧活性炭處理技術被開發并在歐洲得到較多應用。

膜技術最早的研究起源于二十世紀五十年代，真正大規模應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。膜技術被美國EPA推薦為最佳工藝之一，日本則把膜技術作為21世紀水處理的基本技術，并實施國家攻關項目“21世紀水處理膜研究（MAC21）”專門開發膜凈水系統。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，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。

3.2 飲用水處理工藝

3.1.1 常規處理工藝

常規水處理工藝是以去除原水中懸浮物質、膠體物質、細菌、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。

常規給水處理流程如圖1。

常規處理工藝是保證飲用水的基本安全性的有效措施。鑒于常規處理工藝的應用對控制水媒傳染病的爆發、保障人體健康和公共安全做出的杰出貢獻，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凈化工藝列在前幾位。

3.1.2 強化處理工藝

雖然常規處理工藝對原水中的有機物等有一定的處理能力，但是相對于日益復雜的原水水質，常規處理工藝去除有害物的能力相對比較有限，溶解性有機碳去除率一般小于30%，對水中的可生物降解有機物的去除不穩定、波動性大，且受原水水質及水溫影響均較大[6][7]。針對上述存在的問題，在常規處理工藝的基礎上開創了強化混凝處理工藝和強化過濾工藝等。強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，進而提高工藝對有機污染物等的去除能力。經相關研究表明[8]，強化混凝處理技術對DOC和BDOC的去除率分別能提高32%和20%。該技術雖然在一定程度上提高了有機物的去除率，但對水中的氨氮、亞硝酸鹽氮及小分子有機物的去除能力仍相對有限，因此還需要其他的工藝配套組合才能達到更好的去除效果。強化過濾工藝主要是為了充分發揮濾料和脫穩顆粒的接觸凝聚作用而去除濁度和細菌等。強化過濾需要在濾料中培養生物膜，使得亞硝酸鹽、硝酸鹽等在相應菌群的作用下得以去除。

3.1.3 預處理和深度處理工藝

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

預處理的方法有：生物預處理法、臭氧預氧化法和活性炭吸附法等。生物預處理即是在常規處理工藝前增設生物處理工藝，利用生物的新陳代謝作用去除水中的污染物。臭氧預氧化法是利用臭氧的強氧化性，將細菌等病原微生物進行殺滅去除，同時還將大分子有機物氧化分解成容易去除的中間產物，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大的有效吸附面積對污染物進行吸附去除。

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行費用均較高，但其處理效果較好，在國外應用已經很廣泛，我國現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標準的變化，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水源水質和用水對象對水質的要求進行確定，同時結合考慮工程的投資效應等因素。

在20 世紀70 和80 年代， 給水工程技術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單的處理目標。然而， 到了20 世紀80 和90 年代， 新的問題出現了， 即飲用水中存在的微量有機物對人體健康具有長期潛在的危害。為了對待這些新情況， 滿足凈水處理要求， 工程技術人員和研究人員又成功地設計出去除水中有機污染物的方法。目前，很多新投入的項目較多都是采用常規處理+深度處理工藝。

4.我國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

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

（1）、給水處理發展不平衡：根據資料統計，目前全國仍有約數百個城市供水不足，上百個城市嚴重缺水。此外，廣大小城市及農村由于經濟和社會發展的局限，給水處理設施不是很健全，對自來水的供應要求也顯得越來越迫切。

（2）、水資源缺乏：如前所述，我國的水資源短缺較為嚴重，是全球十幾個貧水國之一，而且由于地域分布和時空分布的不平衡，在我國北方地區缺水更嚴重，鑒于此種情況，我國實行了南水北調工程。

（3）、水源水質污染嚴重：由于經濟發展模式的不利影響、工業污染治理水平低、污水處理效率低及環境監管能力不足等原因，現在我國很多水庫、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）、飲用水水質標準不斷提高：隨著人民生活水平的提高，飲用水水質標準也在逐步提高，我國現行施行的最新的《生活飲用水衛生規范》（GB 5749—2006），水質指標由GB 5749-85的35項增加至106項，對凈水技術提出了新的要求。

4.2 解決措施

針對上述存在的問題，主要需采取以下幾個方面的措施：

（1）保護及開發更多的有效水資源，協調水資源及水處理的合理發展：加強水資源保護立法；確保各項立法的有效實施；提高民眾的節水護水意識；協調區域水源的合理調配。

（2）加快飲用水處理技術的優化發展，提高凈水技術水平，為推動我國給水事業發展的強有力的支撐。

（3）對現有給水處理設施進行優化改造：增加深度處理構筑物；增加預處理構筑物；不增加常規工藝前后凈化構筑物的基礎上改造現有處理工藝單元；綜合考慮前幾種優化組合。

5、結語

由于我國地域廣闊，南北氣候迥異，水源水質各具特點，因之給水處理技術，有其共同點，也有其不同點。隨著用水水質標準的提高，對飲用水凈水技術提出了更高的要求。

面對來越嚴峻的用水形勢，推進飲用水凈化技術的優化整合已經勢在必行。不同工藝技術的優化整合，將有利于有效的提高水資源的利用效率，更有利于實現水資源的良性循環，并最終實現人水的和諧共生。

參考文獻

[1] 中國城市建設統計年報.建設部.2001

[2] 《中華人民共和國可持續發展國家報告》編寫組. 中華人民共和國可持續發展國家報告. 北京： 中國環境科學出版社， 2002， 21

[3] 中村玄正 入門 上水道。東京：工業圖書株式會社，2001

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

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

[6] 王麗花，張曉健，吳紅偉，等.國內飲用水生物穩定性的調查研究[J].凈水技術，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