楊福才

　　當前，由于世界上工業(yè)發(fā)達，人民生活水平提高，所處理的飲用水受到工業(yè)廢水和生活污水的污染，以致于飲用水按常規(guī)處理方法處理后水的水質(zhì)達不到嚴格水質(zhì)標準要求。先進國家都引進了深度凈水處理設(shè)施解決。我國也面臨著此問題，許多城市尤其是大城市，進行水處理的原水，基本上都受到污染，常規(guī)處理對很多有害微生物、化學物質(zhì)都不能徹底除去，不得不采取措施，以達到飲用水水質(zhì)標準。日本提出深度凈水處理一些辦法，并提出需解決的課題，現(xiàn)予以介紹，供我國給水工作者參考。

　　問題的提出

　　日本于1960年后半期積極推行供水普及率，于1998年全國到達96％的高普及率。日本在普及供水率期間建設(shè)了一些水庫等水源設(shè)施，使供做原水的河水量占總供水量的比例逐次降低。到了今天，河水量已與湖泊、水庫等貯水量成為幾乎相等比例的局面。日本處于浮游生物生長迅速的溫帶地域，受到這些貯水區(qū)域浮游生物繁殖造成的異嗅味和有機物的影響，但還不得不加以使用。
　　另外，由于供水普及率的提高，工業(yè)廢水和生活污水排放量隨之增加。結(jié)果由于上述原因，使得供應(yīng)原水的水質(zhì)顯然降低。日本國土廳對日本國民的接受程度進行了調(diào)查。結(jié)果是，用戶直接從水龍頭取水飲用的占約52％，煮沸自來水飲用的占約21％，飲用市售礦泉水的占約15％。
　　當前，日本國民從飲用自來水味道不適、飲用安全性差、有著嗅味等理由，助長著不將自來水作為飲用水觀點的傾向，這種傾向有損于用戶對自來水的繼續(xù)使用。
　　引發(fā)日本國民對自來水不信賴兆頭，是由于在日本全國頻發(fā)藻類引起的異嗅味危害、三鹵甲烷消毒副產(chǎn)物和微量化農(nóng)藥等化學物質(zhì)的存在危害，這種狀況到1980年更為明顯。日本當局根據(jù)這種情況，在修改水道法中的飲用水水質(zhì)標準的過程中，對存在水中的有害物質(zhì)進行全面調(diào)查，評價這些有害物質(zhì)對人體健康影響，以在全國等級風險水質(zhì)標準的評價和管理上，規(guī)定必須的標準項目、規(guī)定監(jiān)視風險的監(jiān)視項目、及規(guī)定飲用美觀自來水的目標項目。
　　修定的水質(zhì)標準與原規(guī)定的26項水質(zhì)標準不同。當前管理水質(zhì)目標要求的水平，不是僅僅達到標準項目，還要按照自來水事業(yè)者根據(jù)本身存在的水質(zhì)問題進行改善意圖，積極引進實用的深度凈水措施。這樣做，就可能使自來水用戶轉(zhuǎn)變不使用自來水的念頭。給水事業(yè)者也達到了所期望的具有優(yōu)質(zhì)、安全的飲用水目標。但是，琦玉縣越生地區(qū)則是以消除隱孢子蟲感染病癥為契機，努力做到清除感染微生物和使用消毒副產(chǎn)物的作用兩者平衡。或者謀求以兼容性方法解決。這樣做，使凈水處理加以更加困難。

　　因時、因地制宜

　　深度凈水處理有種種方式，有一些凈水處理設(shè)施經(jīng)費受國家補助。在1997年內(nèi)受國家補助的凈水處理設(shè)施在全國有75處。總處理能力達到1050萬m3/d。
　　日本深度凈水處理的凈水設(shè)施處理能力在5萬m3/d以下規(guī)模的特別多，約為43處，其中采用全部或部分活性炭處理的占大多數(shù)有35處，全部處理能力約為200萬m3/d。以往這些設(shè)施使用的粉末活性炭都投加干凈水設(shè)施前或凈水設(shè)施中部。一般運行情況很少投加粉末活性炭，多在水中發(fā)生異嗅及夏季三鹵甲烷濃度高時投加。小規(guī)模自來水公司采用此種設(shè)施，能以最低成本取得最高處理效果。
　　最近日本于湖泊、水庫采用先進的空氣揚水筒設(shè)施處理，全國現(xiàn)已有8處湖泊、水庫應(yīng)用，總處理水量35萬m3/d。這種揚水筒是一種在筒上端置浮室，筒中下端置有進水和進空氣的裝置。揚水筒垂直放到水中，由筒的底端一處進水，并由筒底的另一處進入壓縮空氣曝氣，空氣與底部進入的水混合，上升到頂端，以達到去除目的。揚水筒一般直徑為0.3～0.5m，大的湖泊、水庫可以用到1～2m，垂直長度1～30m。一般湖泊、水庫的水深10m以上效果最好，5～10m可以使用，5m以下效果差些。
　　小規(guī)模凈水設(shè)施多以地下水為水源，為了處理地下水中的三氯乙烯和揮發(fā)性有機物，采用脫色處理的6處，總處理水量有9萬m3/d。對非人為污染來自地質(zhì)的砷元素都進行深度處理。此外，生物處理和附加活性炭的生物處理等，可使消耗氯的氨氮降低，并可使危害的異嗅味和三鹵甲烷盡可能減少。小規(guī)模水廠多用不受人為影響的地下水水源，及采用受惠于上中游的比較優(yōu)質(zhì)的河水水源。然而，小規(guī)模水廠遇有其所采用的原水水質(zhì)變惡時，也多數(shù)引入深度凈水處理，以改善凈水水質(zhì)。但是小規(guī)模水廠因受到人力和財力資源的缺乏影響，也采用另外途徑，一般是與水源所在地區(qū)當局協(xié)商，以取得該水源地域免受污染的安全協(xié)議解決。
　　凈水能力超過25萬m3/d大規(guī)模設(shè)施，采用組合生物處理——臭氧——生物活性炭處理和臭氧——生物活性炭處理等兩種方式以上的深度凈水處理程序中的深度技術(shù)的必要方式。大規(guī)模凈水設(shè)施由于多位于河流的中下游，受到人為的異嗅味污染，或受到限定三鹵甲烷等水質(zhì)標準項目以外的種種化學物質(zhì)的影響。由于此種水源，引用臭氧氧化處理和臭氧活性炭吸附分離與生物處理等的連續(xù)性深度凈水處理方式，以能保持經(jīng)常供應(yīng)優(yōu)質(zhì)、安全的飲用水，具有非常大的意義。
　　深度凈水處理的設(shè)置，主要是為了降低危害異嗅味和去除三鹵甲烷等化學物質(zhì)。日本琦玉縣越生地區(qū)即以該地區(qū)發(fā)生的隱孢子蟲感染癥為契機，對隱孢子蟲和賈第蟲感染性微生物處理，設(shè)立深度凈水處理裝置，特別是由于隱孢子蟲抗氯性強，必須對受發(fā)生原的家畜、家畜廢棄物以及生活污水等影響的原水，在凈水設(shè)施上采取切實的對策。
　　日本厚生省已經(jīng)對防止隱孢子蟲等出現(xiàn)訂立了“暫定指針”的對策，要求快濾池的過濾后水濁度必須在0.1NTU以下，因此應(yīng)切實執(zhí)行凝聚、沉淀及過濾的操作程序。在原水濁度穩(wěn)定、受有機性污水影響少的場合，不需要在凝聚、沉淀、快濾等操作上，再采用深度運轉(zhuǎn)技術(shù)。但是，在隱孢子蟲污染可能性高的場合，亦即在水源缺水，河流流量少情況下，受到上游畜立廢水嚴重污染的場合，于降雨初期，地表和河床堆積物隨水流流下，造成水源原水為高濁度時，則需要凝聚、沉淀、快濾操作之外，采用深度運轉(zhuǎn)技術(shù)。
　　小規(guī)模凈水廠因受人的資源制約，確保實施深度運轉(zhuǎn)操作技術(shù)困難的場合，可采用膜過濾器。膜過濾器有深度凈水能力，是快砂濾池速率的100～1000倍，維護操作容易，采用自動化管理可能性大，產(chǎn)水水質(zhì)良好、穩(wěn)定，風險也比常規(guī)處理設(shè)施小。因此，小規(guī)模水廠設(shè)施以膜過濾為主的簡易處理設(shè)施是良好辦法。現(xiàn)全日本采用膜過濾法的約185家，總凈水能力約8.2萬m3/d。500m3/d以下的小規(guī)模水廠就有143家，占全國膜過濾水廠總數(shù)的77％。小規(guī)模水廠采用的膜過濾設(shè)施有應(yīng)用于快濾池后部和快濾池沖洗排水方面的方式，這種方式使膜過濾發(fā)揮有效利用的特點，并使制水成本降到最低限度，特別是，在凈水設(shè)施運轉(zhuǎn)上，受到人資源制約的小規(guī)模水廠，是對付隱孢子蟲的最好的對策。對付生長和再生的隱孢子蟲感染病，是從日本到歐美各國面臨的共同課題，當前歐美各國已經(jīng)在大型水廠上采用膜過濾設(shè)施，日本大型水廠也開始逐漸采用膜過濾設(shè)施。

　　尚待解決的問題

　　深度凈水處理是對付有害異嗅味和對付三氯甲烷等有害化學物質(zhì)的對策，特別是著重對付以隱孢子蟲等感染性微生物為對象的對策。日本70％的河水和湖泊、水庫水中都存在著種種污染物質(zhì)，隨著供水量的提高，及貯存于湖泊、水庫水水量的原水比例增加，使得水源受到原生生物影響也大加大。原生物不僅產(chǎn)生異嗅味有害物質(zhì)，且產(chǎn)生三氯甲浣等氯消毒副產(chǎn)物的母體。因此，日本在飲用水水質(zhì)管理上不可避免要重點研究此課題。
　　再者，由于位于河流上中游地區(qū)的城市，使用水量的增加和由于這些城市下水道建設(shè)的緩慢，生活污水得到了充分處理，畜產(chǎn)廢棄水排水對策也沒有充分執(zhí)行，使得一些流量缺少河流的供水水源水質(zhì)惡化；特別是受到農(nóng)業(yè)使用的有關(guān)農(nóng)藥化學物質(zhì)影響和受到來自糞尿感染性微生物影響的飲用水原水的城市，水源水質(zhì)更受污染，因此必須增加供應(yīng)優(yōu)質(zhì)、安全用水的深度給水處理設(shè)施。
　　對受著危害異嗅味和受著有害三氯甲烷等氯劑處理副產(chǎn)物等的大規(guī)模凈水設(shè)施的多數(shù)對策是，應(yīng)用臭氧-生物活性炭處理、用氯劑消毒滅活有害的隱孢子蟲等感染性微生物。一般采用臭氧滅活比氯劑好，在技術(shù)上認為臭氧滅活是最先進的處理方法。但是使用臭氧活性炭處理，對水質(zhì)管理上的所有問題還不能全部解決：三氯甲烷不能全部除去，三氯甲烷以外的鹵乙酸、醛類等氧化氯形成的副產(chǎn)物也會在凈水中殘存，特別是在原水中還存在著溴，采用臭氧處理會生成溴酸鹽。這些物質(zhì)對人體健康影響的風險，在科學上要全面解釋還不可能。因此，水質(zhì)標準中所訂的水質(zhì)管理目標，要求水中不能存在這些物質(zhì)。為此希望水廠應(yīng)在其處理的可能范圍內(nèi)，努力提高管理技術(shù)，以減低這些物質(zhì)。
　　日本在水道法上提出作為衛(wèi)生要求的措施，規(guī)定在消火栓上采取的自來水，需保留一定數(shù)量以上的剩余消毒劑，并認定是自來水公司應(yīng)盡的責任。歐洲各國變更了這種規(guī)定，認為管道上都能檢出剩余消毒劑，不需要規(guī)定消火栓所取水中必須保留剩余消毒劑是自來水公司應(yīng)盡的責任。消火栓所取水中，如果不需要留有剩余氯劑，而且少有三氯甲烷等氯劑處理副產(chǎn)物，而能以對水中感染性微生物消除的對策是，在供水設(shè)施上增設(shè)紫外線消毒。但是，由于輸配水管網(wǎng)微生物會再生，且可在管網(wǎng)內(nèi)生長生物膜等產(chǎn)生對管網(wǎng)危害，因此還需要增設(shè)深度凈水設(shè)施，以減少生物有機碳濃度并將生物減低到10μg/L。氯劑的另外一種的二氧化氯為生成三氯甲烷等氯素副產(chǎn)物。能在水中消耗低的二氧化氯，替代氯劑和次氯酸鹽做消毒劑使用。以同一目的使用氯氨作為消毒劑的也有，日本已對此問題加以探討。現(xiàn)在在給水上，不僅在凈水設(shè)施上已使用了微濾膜（MF）和超濾膜（UF），且為了減低微量農(nóng)藥、硬度硝酸性氮，也用了低壓滲透膜（納諾膜-NF）。荷蘭阿姆斯特丹市近郊不久開始建設(shè)的凈水量5萬m3/d凈水廠，已引入反滲透膜處理設(shè)施。
　　日本厚生省已進一步根據(jù)水道法規(guī)定設(shè)施要求，進行探討新規(guī)定設(shè)施標準的性能標準或機能標準，提出按照當?shù)貙嶋H情況，組合凈水能力的供水原水特性等的種種處理程序，以達到滿足要求的水量、水質(zhì)目標。現(xiàn)在往往使用單一的定型凈水設(shè)施，認為應(yīng)當正確組合多單元的多樣化凈水設(shè)施。利用組合多單元凈水設(shè)施的結(jié)果是，這種經(jīng)過多樣化程序取得更安全、水質(zhì)良好飲用水的方式，會得到自來水事業(yè)者更易于理解和信賴，而采用結(jié)合不同地區(qū)各自特點，設(shè)置合乎要求的凈水設(shè)施。希望厚生省、自來水事業(yè)者、民間企業(yè)和大學研究機構(gòu)等供水界能合為一體，遵循《高效率凈水技術(shù)開發(fā)研究》目標，實行多樣化凈水設(shè)施。
　　這一代國民應(yīng)盡的責任是，要防止地球溫暖化、要保護地球水資源、節(jié)約用水及確保合理的水循環(huán)。為此，要達到消耗低、水資源節(jié)約、能量減少，同時要確立供應(yīng)優(yōu)質(zhì)、安全的飲用水凈水技術(shù)。