生活飲用水處理技術(shù)樣本

資料內(nèi)容僅供您學習參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。生活飲用水處理技術(shù)第一節(jié)飲用水的重要性飲用水(又稱生活飲用水)是指人們的飲水和生活用水,主要經(jīng)過飲水和食物經(jīng)口攝入體內(nèi),并可經(jīng)過洗漱、洗滌物品、沐浴等生活用水接觸皮膚或呼吸攝入人體。飲用水與人體健康和生活質(zhì)量密切相關,其重要性不亞于食品。水是生命之源,是地球上一切生物維持生命的必要條件之一。當水體受到人為因素或自然因素的影響而使水質(zhì)發(fā)生改變時,將影響水的正常和有效利用,并使生態(tài)環(huán)境遭到破壞,甚至危害人體健康。雖然從總量上看中國水資源豐富,地表水資源量居世界第六位,但由于中國人口眾多,人均水資源占有量僅為世界人均占有量的1/4,因此屬于水資源相對貧乏的國家。另外,由于中國水資源地區(qū)分布不均衡,水體污染不斷加劇,使得有些地區(qū)可利用的水資源十分有限。這些情況不但影響人們的正常生活和身體健康,也制約了經(jīng)濟的發(fā)展。因此,在中國經(jīng)濟建設不斷發(fā)展的同時,做好環(huán)境保護工作防止水體污染,采用和推廣先進、可行的飲用水處理技術(shù),提高飲用水質(zhì)量,對保護人民健康和發(fā)展經(jīng)濟具有重要意義。一、水是人類生存和經(jīng)濟發(fā)展的基礎水為地球上的一切生物所必須。是生命之源。水的存在維持了生態(tài)系統(tǒng)的平衡,保證了人類獲得所需的食物。在社會發(fā)展和科技進步的進程中,人們擇水而居,逐步形成村莊,鄉(xiāng)鎮(zhèn),城市,并得以生存發(fā)展。人類生活中除了飲用水外,在保障個人衛(wèi)生,改進環(huán)境衛(wèi)生,綠化和改良環(huán)境氣候等方面都需要水,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水量更大,水成為基礎性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟資源。飲用水的需要量由于地區(qū)氣候、衛(wèi)生設施狀況和科學水平等有較大差異;飲用水的水質(zhì)、用量、水資源的科學合理利用和保護,是衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平,生活質(zhì)量高低,衛(wèi)生優(yōu)劣的一項重要指標。二、水為人體生理功能所必須,體內(nèi)水失衡將導致疾病㈠水在人體內(nèi)的生理功能1.水是人體構(gòu)造的主要成分水是保持每個細胞外型及構(gòu)成每一種體液所必須的物質(zhì)。體內(nèi)含水量與年齡和性別有關。成年男子含水量約為體重的60%,女子為50～55%,新生兒可達80%左右。水在體內(nèi)主要分布于細胞內(nèi)和細胞外。細胞內(nèi)水含量為水體總量的2/3,細胞外約為1/3。人體各組織器官的含水量相差很大,以血液中最多,脂肪組織中較少。2.水作為營養(yǎng)物質(zhì)的載體,參與食物的消化和吸收攝入體內(nèi)的各種營養(yǎng)物質(zhì),都必須經(jīng)過水運送到機體各部進行代謝,發(fā)揮作用。人體每日消化系統(tǒng)分泌許多液體,水在消化系統(tǒng)循環(huán),在小腸以上分泌出來,再經(jīng)過大腸吸收回去,使食物得以消化吸收。3.水作為代謝產(chǎn)物的溶劑,直接參與體內(nèi)物質(zhì)代謝及代謝產(chǎn)物的排泄,促進各種生理活動和生化反應體內(nèi)的一切生化反應都是在液體中進行的,沒有足夠量的水,代謝將發(fā)生紊亂或停止,腎臟是人體代謝產(chǎn)物的主要排泄器官,體內(nèi)的代謝產(chǎn)物經(jīng)血液帶入腎臟,經(jīng)腎小球而濾入腎小管內(nèi),腎小管再將大量水分和非代謝產(chǎn)物回收到血液中,代謝產(chǎn)物與少量水分以尿排出體外。4.調(diào)節(jié)體溫水是導熱體,借助于血液循環(huán)為體內(nèi)輸送營養(yǎng)和排泄代謝產(chǎn)物的同時,還可調(diào)節(jié)和保持身體表里的溫度,特別在高溫環(huán)境或體內(nèi)產(chǎn)熱過量時,借助于皮膚出汗而降低體溫。5.潤滑組織水可潤滑皮膚,保持關節(jié)、肌鞘、器官的潤滑及柔和。㈡人體維持生理功能所需的水的平衡量體內(nèi)水的來源包括飲水、食物中的水及內(nèi)生水三大部分。一般每人每日飲水約1200mL,食物中含水約1000mL,內(nèi)生水約300mL。內(nèi)生水主要來源于蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物代謝時產(chǎn)生的水。每克蛋自質(zhì)產(chǎn)生的代謝水為0.41克,脂肪為1.07克,碳水化合物為0.6克。體內(nèi)水的排出以經(jīng)腎臟為主,約占60%,其次是經(jīng)皮膚、肺和糞便。成年人一日水的來源和排出量維持在2500mL左右。㈢人體水失衡的癥狀1.缺乏癥水攝入不足或水丟失過多,可引起體內(nèi)缺水,重度缺水可使細胞外液電解質(zhì)濃度增加,形成高滲;細胞內(nèi)水分外流,引起脫水。缺水的臨床癥狀可分為輕度缺水:失水占體重2%,表現(xiàn)為口渴,尿少;中度缺水:失水占體重6%,表現(xiàn)為口干,少尿,心情煩躁;嚴重缺水,失水占體重7%以上,表現(xiàn)為幻覺、狂躁,眼眶下陷,皮膚失去彈性,起皺,全身無力,體溫、脈搏增加,血壓下降;失水超體重20%時,會引起死亡。由于出汗而出現(xiàn)缺水,因隨汗而排出鹽分,因此也出現(xiàn)缺鈉癥狀,在補充水分時,應補充適量的鹽。2.水過多及中毒如果水攝入量超過腎臟排出的能力,可引起體內(nèi)水過多或引起水中毒,這種情況多見于疾病,如腎臟疾病、肝臟病、充血性心力衰竭等。用甘油作為保水劑時,偶有發(fā)生。正常人中極少見水中毒。水中毒的臨床表現(xiàn)為漸進性精神遲鈍、恍惚、昏迷、驚厥等,嚴重者可引起死亡。三、污染的飲用水可引起疾病,供應合格的生活飲用水在預防控制疾病中起著重要作用㈠水經(jīng)口引起的疾病1.介水腸道傳染病介水傳染病是經(jīng)過飲用或接觸受病系體污染的水而傳播的疾病,又稱水性傳染病。其主要原因是水源受病原體污染后,未經(jīng)妥善處理和消毒即供居民飲用,或處理后的飲用水在輸配水和貯水過程中重新被病原體污染。地面水和淺井水都極易受病原體污染而導致介水傳染病的發(fā)生。介水傳染病一旦發(fā)生,危害較大。因為飲用同一水源的人較多,短期內(nèi)出現(xiàn)大量病人,多數(shù)患者發(fā)病日期集中在同一潛伏期內(nèi),嚴重者可呈暴發(fā)流行?！秱魅静》乐畏ā返?條所列的3類37種傳染病中,其中8種傳染病的傳播途徑之一,可經(jīng)過水傳染。即甲類傳染病中的霍亂:乙類傳染病中的病毒性肝炎(指甲型肝炎和戊型肝炎),脊髓灰質(zhì)炎,細菌性和阿米巴痢疾,傷寒和副傷寒,鉤端螺旋體病,血吸蟲病;丙類傳染病中的感染性腹瀉病。,上報法定傳染病發(fā)病人數(shù)4608910,其中介水傳播疾病發(fā)病人數(shù)l277980,占27.7%:介水傳播疾病中又以其它感染性腹瀉和細菌性及阿米巴性痢疾的發(fā)病人數(shù)最多。2.化學性污染急慢性中毒依經(jīng)過水攝入體內(nèi)化學污染物濃度的高低和時間,分為急性、慢性和遠期(致癌、致畸、致突變)危害。其中世界歷史上由水受工業(yè)有毒有害化學物質(zhì)污染引起的公害病,如甲基汞引起的水俁病和由鎘引起的痛痛病等,更是教訓深刻。3.地球性化學性疾病(水性地方病)某些地區(qū)由于地球化學特征形成水中氟濃度太低致兒童齲齒,水氟濃度太高致人群患氟斑牙、氟骨癥(地氟病);水碘濃度太低或太高致甲狀腺疾病(地甲病);水砷濃度太高致皮膚癌。㈡接觸水引起的疾病血吸蟲病、鉤端螺旋體病患者多發(fā)生于接觸該類病原體污染的水;游泳用水的污染可致人感染眼結(jié)膜炎、中耳炎和咽炎。四、優(yōu)質(zhì)充分的生活用水,既能防病,又提高了人們的生活質(zhì)量優(yōu)質(zhì)的飲用水水量充分,取用方便,有利于個人衛(wèi)生習慣的形成,如洗手,若能堅持經(jīng)常,則對腸道傳染病和腸寄生蟲病的控制有十分重要的作用。經(jīng)常沐浴和洗衣服可預防皮膚病和體外寄生蟲傳播的疾病(如虱子傳播的回歸熱和斑疹傷寒)。良好的生活用水供應對預防沙眼和結(jié)膜炎也有明顯的作用,如70年代初對臺灣省農(nóng)村調(diào)查結(jié)果顯示:自來水入戶的人群中沙眼罹患率為14.5%,而由室外汲水的人群罹患率高達24.1%。另據(jù)調(diào)查,住宅內(nèi)有上下水衛(wèi)生設施的居民,其腸道傳染病的發(fā)病率是取水和廁所均在室外居民的115%。人們在享受優(yōu)質(zhì)飲水的同時,充分的供水用于沐浴、洗衣、清洗炊具,環(huán)境清掃,可提高個人衛(wèi)生和生活質(zhì)量。第二節(jié)飲用水安全存在的主要問題隨著工業(yè)廢水、城鄉(xiāng)生活污水的排放量和農(nóng)藥、化肥用量的不斷增加,許多飲用水源受到污染,水中污染物含量嚴重超標。飲用水水質(zhì)中感觀和細菌學指標超標問題依然嚴重,且越來越多的化學甚至毒理學指標超標。由于水質(zhì)惡化,直接飲用地表水和淺層地下水的城鄉(xiāng)居民飲水質(zhì)量和衛(wèi)生狀況難以保障。據(jù)調(diào)查,中國城市約1億人口飲用水不能完全符合生活飲用水衛(wèi)生標準,農(nóng)村有3.6億人飲水不安全,農(nóng)村約有1.9億人飲用水有害物質(zhì)含量超標,易導致疾病流行,有的地方還因此暴發(fā)傷寒、副傷寒以及霍亂等重大傳染病,個別地區(qū)癌癥發(fā)病率居高不下。一、微生物污染由于大量生產(chǎn)和生活廢棄物未經(jīng)處理排入各種水體,加之公共衛(wèi)生設施跟不上發(fā)展的需要,農(nóng)村大量人口飲用不安全衛(wèi)生水。農(nóng)村飲用水源大多受到污染,l983～l985年調(diào)查表明大腸菌群超標率達86%,全國約有7億人飲用這種超標水;1993年在全國26個省的180個縣全面展開的飲用水衛(wèi)生監(jiān)測網(wǎng)的監(jiān)測結(jié)果可在一定程度上反映出中國農(nóng)村飲用水現(xiàn)狀:微生物指標超標嚴重。飲用總大腸菌群超過3個/L水的人口數(shù)占總調(diào)查人數(shù)的51.8%,部分省如貴州、海南、安徽、廣西、湖北等省的超標率(指超過I級水標準)均已超過6o%。飲用水細菌總數(shù)超過1×105個/L(100個/mL)的人口數(shù)占總調(diào)查人數(shù)的39.1%;部分省,如甘肅、廣西、湖北、海南、浙江等省的超標率也已超過60%。分散式供水的超標情況更為嚴重,總大腸菌群和細菌總數(shù)的超標率分別達到69.22;和54.9%。此次調(diào)查結(jié)果顯示,中國仍有53%的人口使用分散式供水,集中式供水中未經(jīng)過任何處理的自來水也占到一半以上,由此造成了農(nóng)村飲用水微生物指標的嚴重超標,也就不可避免地造成了腸道傳染病的流行。中國幾次大的水致傳染病的暴發(fā)也充分反映出該問題的嚴重性。當前,微生物污染仍為農(nóng)村飲用水污染的主要類型,加強飲用水消毒工作是改進農(nóng)村飲用水衛(wèi)生狀況的有效措施。二、自來水廠常規(guī)水處理工藝受到挑戰(zhàn)長期以來,人們一直認為自來水是安全衛(wèi)生的。可是,因為水污染,自來水屢屢受到影響,使人們對自來水的安全性提出質(zhì)疑。近年來許多地區(qū)自來水存在有異味等問題,給居民的日常生活造成了不便和恐慌。l1月,南京市民反映家中自來水有異味,導致居民都不敢使用自來水管流出來的水。經(jīng)調(diào)查證實水中刺鼻氣味為余氯氣味。7月北京某小區(qū)居民中廚房或衛(wèi)生間的自來水有濃烈的刺鼻氣味,經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)造成自來水出現(xiàn)異味的原因是苯和苯乙烯嚴重超標。當前自來水的處理技術(shù)依然沿用一百年前的傳統(tǒng)工藝即”混凝沉淀一過濾一消毒一凈化”,將江河水或地下水簡單加工成可飲用水。經(jīng)過一百年的世紀洗禮,當代的水質(zhì)現(xiàn)狀與一百年前的水已經(jīng)截然不同了,傳統(tǒng)的水處理工藝對降低渾濁度,去除水中懸浮物有較好的凈化消毒作用,但對當前以有機污染為主的微污染,則不能徹底去除有機污染物、農(nóng)藥、環(huán)境內(nèi)分泌干擾物和藻毒素,致使出廠水時有檢出,甚至超標。三、消毒副產(chǎn)物帶來新的污染氯化消毒是中國沿用多年且依然普遍采用的自來水消毒技術(shù)。近二十年來,人們逐漸發(fā)現(xiàn)在氯化消毒的同時,會產(chǎn)生一系列消毒副產(chǎn)物,其中大部分對人體健康構(gòu)成潛在的威脅。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)氯化消毒副產(chǎn)物300多種,其中許多氯化副產(chǎn)物在動物實驗中證明具有致突變性和(或)致癌性,有的還有致畸形和(或)神經(jīng)毒性作用。譬如三氯甲烷、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷和三溴甲烷均對實驗動物有致癌性,可引起肝、腎和腸道腫瘤。鹵代乙酸類中的二氯乙酸、三氯乙酸、二溴乙酸等也能誘發(fā)小鼠肝腫瘤。三氯甲烷和二氯一溴甲烷已被世界衛(wèi)生組織列在其《飲用水水質(zhì)準則》中,作為有致癌性的物質(zhì)而確定了致癌危險性水平的限值。中國許多研究證明,氯化飲用水的有機提取物,在Ames試驗、小鼠骨髓微核試驗中均具有致突變性;有的還證實具有潛在致癌性。由于氯消毒會產(chǎn)生大量副產(chǎn)物,許多消毒產(chǎn)品已用于飲用水消毒。如二氧化氯、臭氧、紫外等。但同樣也會出現(xiàn)不同類型的消毒副產(chǎn)物。如二氧化氯消毒,會產(chǎn)生亞氯酸鹽、氯酸鹽等副產(chǎn)物。臭氧消毒可能會產(chǎn)生溴酸鹽、甲醛等副產(chǎn)物。這些副產(chǎn)物對健康也會產(chǎn)生危害。從保護人群健康出發(fā),在進行飲用水消毒時應盡量降低副產(chǎn)物的生成。其中最為重要的問題之一是水源水中是否含有與消毒劑生成消毒副產(chǎn)物的前體物質(zhì)。如氯消毒時原水中窩植質(zhì)等大分子團有機物含量,二氧化氯消毒時有機物含量,臭氧消毒時溴化物含量等。因此對減低消毒副產(chǎn)物的前體物質(zhì),選擇消毒劑最佳投加量等問題引起眾多科學工作者的關注與研究。四、自來水管網(wǎng)污染但中國大城市的輸配水主管道許多是20世紀五六十年代安裝配備的,經(jīng)過半個世紀的氧化和腐蝕,由于物理、化學、電化學、微生物等的作用,在給水管道的內(nèi)壁會逐漸形成不規(guī)則的”生長環(huán)”,且隨著管齡的增長而不斷增厚,使得過水斷面面積減小、輸水能力降低并嚴重污染水質(zhì),加之城市自來水管網(wǎng)年久失修,維護管理不力,管網(wǎng)滲漏高達20%以上,甚至40%,造成二次污染,安全堪憂。如1月,北方某大城市交通主干線污水管線發(fā)生漏水事故,導致交通主干線雙向交通斷行,給市民的生活帶來了極大的不便。由于管網(wǎng)陳舊、污染等問題,事件頻發(fā),在一定程度上抹殺了自來水部門為水質(zhì)所做的一切努力。中國疾病控制中心對全國35個城市調(diào)查表明,出廠水經(jīng)管網(wǎng)輸送到用戶自來水龍頭,自來水水質(zhì)合格率下降20%左右。根據(jù)某水務公司1月至9月210起用戶水質(zhì)投訴報告的調(diào)查表明,由于自來水管網(wǎng)引發(fā)的問題近50%,約25%由于管網(wǎng)流向的變化引起的管網(wǎng)水濁度升高,約16%的問題因為內(nèi)管質(zhì)量低劣影響水質(zhì)引起的紅水、黑水、白濁水等,約5%的問題是生物污染造成的,用戶在水中發(fā)現(xiàn)紅蟲、螞蝗,心理感覺非常不好,約2%的問題是由于施工造成污水進人管網(wǎng)對水質(zhì)造成嚴重影響,如某建筑公司把施工用水(抽地下室臭水)與用戶管網(wǎng)混在一起,送到某公寓后,全部住戶用水發(fā)臭;某地由于施工時污水進入給水管道,造成大片污染,一老年福利院水庫蓄滿污水,情況極其危險等。五、二次供水污染隨著城市化的發(fā)展,高層建筑迅速增加。高層建筑的供水設施與低層建筑不同,低層建筑是由自來水廠經(jīng)過管道直接供水,而高層建筑供水設施則需經(jīng)過二次供水設施才能獲得。一般,二次供水設施包括高、低位水箱、水泵、輸水管道等設施。自來水首先進人低位水箱,然后經(jīng)過水泵輸送到高位水箱,再經(jīng)過重力作用供給高層的各住戶。由于管理不善,存放水時間長等,造成飲用水二次污染的情況普遍存在。二次供水水質(zhì)污染的直接結(jié)果是影響用戶感官,使飲用者感到惡心、嘔吐、腹脹、腹瀉,嚴重的甚至發(fā)病,危害人體健康。全國由二次供水蓄水池污染引起的飲水污染危害健康事故屢有發(fā)生。據(jù)報道,北方某大城市在1990～1998年所發(fā)生了29起二次供水污染事件,二次供水污染集中發(fā)生在7月、8月、9月,占總二次污染事故的1/2。對南方某城市500個水箱的抽查結(jié)果表明,水箱飲用水總合格率在90%以上;但居民自己送檢的水樣,合格率僅為75%;居民前來投訴的水樣,100%水檢不合格。二次供水污染的原因是多方面的,既與水質(zhì)本身的性質(zhì)有關,又與同水接觸的截面性質(zhì)有關,也與外界許多條件相聯(lián)系。水二次污染的實質(zhì)是污染物在水中的遷移轉(zhuǎn)化,這種遷移轉(zhuǎn)化是一種物理、化學和生物學的綜合作用過程。從當前調(diào)查的情況來看,造成二次供水污染的原因主要有:水設各內(nèi)表面涂層滲出有害物質(zhì);貯水設備的設計大小不合理,使之水在設備中的停留時間過長,影響飲用水水質(zhì);貯水設備的結(jié)構(gòu)不合理;泄水管與下水管連接不合理,溢、泄水管與下水或雨水管線直接聯(lián)通;水設備的位置選擇不合適,周圍環(huán)境臟、亂、差;貯水設各的配套不完善,如通氣孔無防污染措施、入孔蓋板密封不嚴密、埋地部分無防滲漏措施,溢泄水管出口無網(wǎng)罩等;二次供水系統(tǒng)管理不善,未定期進行水質(zhì)檢驗,按規(guī)范進行清洗、消毒,有的水池水面上還漂浮著雜質(zhì),有的水池內(nèi)壁長滿青苔,池底積滿厚厚的淤泥,致使水質(zhì)逐步惡化。六、突發(fā)飲用水衛(wèi)生事件飲用水不同于食品,某種食物出現(xiàn)問題時,能夠選擇其它食物來食用,而水則是無法選擇和替代的。社會的發(fā)展,城市化進程的加快,城市系統(tǒng)越來越發(fā)達,人們對城市系統(tǒng)的依賴程度也越來越高。城市供水是城市體系的重要組成部分,一旦遇到突發(fā)事件,就不得不進行大規(guī)模的清理行動并切斷數(shù)百萬民眾飲用水的供應。據(jù)解放日報6月30日報道,從到,全國共發(fā)生水污染事故3988起,平均每年近l000起,每天2～3起。據(jù)人民網(wǎng)環(huán)保頻道報道,自11月l3日松花江水質(zhì)污染事件以來,至9月,中國共發(fā)生130多起與水有關的污染事故,平均每兩至三天一起。特別是近年,大范圍的水污染事件不斷在媒體上曝光,能夠說件件驚心動魄。l1月13日由于吉林市中石油吉化公司爆炸而造成松花江硝基苯污染,導致哈爾濱市停水4天,而且還影響鄰國的個別城市。松花江水污染事件尚未平息,廣東北江流域又發(fā)生一起因企業(yè)違法超標排放金屬鎘導致的嚴重環(huán)境污染事故,導致北江下游韶關、清遠、英德三個城市的飲用水受到威脅,部分城市自來水供應停止,廣州、佛山也啟動了飲用水應急預案。11月24日湖南冷水江市金信化工有限責任公司尿素廠造粒塔底用于尿素清洗水的集水池發(fā)生墻體意外倒塌,含氨廢水流入資江,導致冷水江市停水。1月5日河南省鞏義市發(fā)生柴油泄漏事故,6t泄漏柴油經(jīng)黃河支流伊洛河進人黃河,形成60km污染帶。對此,山東省政府決定從7日起在污染水體進人山東之前全部關閉了沿黃63個取水口。1月6日湖南省株洲市霞灣港因清淤治理工程施工不當且未采取適當防范措施,造成湘江株洲霞灣港至長沙江段發(fā)生嚴重水污染事故,導致湘潭、長沙兩市水廠取水水源的水質(zhì)受到不同程度污染。1月6日上午,古蘭鎮(zhèn)重慶華強化肥有限公司大量硫酸廢水泄漏,直排綦江河,初步估算,約600t紫紅色硫酸廢水排人綦江河,在河面形成一條長達300m的污染帶。導致沿岸3萬居民停水2天。飲用水安全問題是關系到廣大人民群眾生活和生命健康的頭等大事,要慎重對待。針對不同原因而引起的飲用水安全問題,應采取積極有效的措施進行預防和控制。加強宣傳玫育,大力提高全社會的飲用水安全意識,要居安思危,重在預防;與此同時,加強應急能力建設,提高應對各種飲用水突發(fā)事件的預測能力和快速反應能力。第三節(jié)水質(zhì)處理技術(shù)飲用水處理是給水工程的一個重要的組成部分。它的目的是對所選取的水源水進行適當?shù)奶幚?去除水中的有害成分,使處理后的水滿足生活飲用水的水質(zhì)要求。飲用水處理涉及多種水處理技術(shù)。根據(jù)在水處理系統(tǒng)中的這些技術(shù)的使用位置和處理對象,能夠?qū)⑵浞譃槌Ｒ?guī)處理、深度處理、預處理、純凈水處理、特殊處理等幾大類水處理技術(shù)。一、常規(guī)處理技術(shù)㈠飲用水常規(guī)處理技術(shù)簡介飲用水常規(guī)處理技術(shù)及其工藝在20世紀初期就已形成雛形,并在飲用水處理的實踐中不斷得以完善。飲用水常規(guī)處理工藝的主要去除對象是水源水中的懸浮物、膠體物和病原微生物等。飲用水常規(guī)處理工藝所使用的處理技術(shù)有混凝、沉淀、澄清、過濾、消毒等。由這些技術(shù)所組成的飲用水常規(guī)處理工藝當前仍為世界上大多數(shù)水廠所采用,在中國當前95%以上的自來水廠都是采用常規(guī)處理工藝,因此常規(guī)處理工藝是飲用水處理系統(tǒng)的主要工藝?；炷窍蛟型都踊炷齽?使水中難于自然沉淀分離的懸浮物和膠體顆粒相互聚合,形成大顆粒絮體(俗稱礬花)。沉淀使將混凝形成的大顆粒絮體經(jīng)過重力沉降作用從水中分離。澄清則是把混凝與沉淀兩個過程集中在同一個處理構(gòu)筑物中進行。過濾是利用顆粒狀濾料(如石英砂等)截留經(jīng)過沉淀后水中殘留的顆粒物,進一步去除水中的雜質(zhì),降低水的渾濁度。消毒是飲用水處理的最后一步,向水中加人消毒劑(一般用液氯)來滅活水中的病原微生物。在以地表水為水源時,飲用水常規(guī)處理的主要去除對象是水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)和病原微生物,所需采用的技術(shù)包括混凝、沉淀、過濾、消毒,典型的以地表水為水源的凈水廠處理工藝流程如圖1所示。圖1以地表水為水源的自來水凈水廠典型處理工藝流程在以地下水為水源時,飲用水常規(guī)處理的主要去除對象是水中可能存在的病原微生物。對于不含有特殊有害物質(zhì)(如過量鐵、錳等)的地下水,飲用水處理只需進行消毒處理就能夠達到飲用水水質(zhì)要求。處理工藝流程見圖2。圖2以地下水為水源的自來水廠典型工藝流程飲用水常規(guī)處理工藝對水中的懸浮物、膠體物和病原微生物有很好的去除效果,對水中的一些無機污染物,如某些重金屬離子和少量的有機物也有一定的去除效果。地表水水源水經(jīng)過常規(guī)處理工藝處理后,能夠去除水中的懸浮物和膠體物,出廠水的濁度能夠降到lNTU以下(運行良好的出廠水濁度可在0.3NTU以下)。經(jīng)過良好消毒的自來水能夠滿足直接生飲對微生物學的健康要求。飲用水常規(guī)處理技術(shù)及其工藝在過去的百年中對于保護人類飲水安全、促進社會經(jīng)濟的發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用。㈡常規(guī)處理工藝的局限性在工業(yè)化和城市化尚不發(fā)達的時期,天然水體很少受到人類大規(guī)模活動的污染,飲用水水處理的主要對象是水體中的泥沙和膠體物質(zhì),以及少量的病原微生物。水源水經(jīng)過常規(guī)處理后就能夠得到透明、無色、無臭、味道可口的飲用水,那時飲用水處理的任務主要是去除水中的濁度和保證飲用者免受水傳播疾病的危害。隨著工業(yè)和城市的發(fā)展,以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大量使用化肥和農(nóng)藥等,越來越多的污染物隨著工業(yè)廢水、生活污水、城市廢水、農(nóng)田涇流、大氣降塵和降水、垃圾滲濾液等進入了水體,對水體形成了不同程度的污染,水中的有害物質(zhì)的種類和含量越來越多。當前飲用水處理面臨的問題,除了原有的泥沙、膠體物質(zhì)和病原微生物外,主要有:有機污染物、高氨氮、消毒副產(chǎn)物、水質(zhì)生物穩(wěn)定性等。有機污染是受污染水源水飲用水處理面臨的首要問題。人類合成的有機物中的相當大的一部分會經(jīng)過工業(yè)廢水和生活污水進人水體;未經(jīng)處理的生活污水中也含有大量的人體排泄的有機污染物;農(nóng)田涇流中含有化肥、農(nóng)藥;近年來引起人們普遍關注的二噁英、內(nèi)分泌干擾物質(zhì)(環(huán)境激素)等污染物質(zhì)也有可能存在于飲用水中。這些人工合成的和天然的有機物中有許多對人體健康有著毒理學影響,一些有機物(例如腐殖酸、富里酸等)還會在飲用水的處理過程中與所加入的消毒劑(例如氯)反應,生成具有”致突變、致畸、致癌”三致作用的消毒副產(chǎn)物,如三鹵甲烷、鹵乙酸等。對于有機污染物,常規(guī)水處理技術(shù)及其工藝的去除作用十分有限,國內(nèi)外的研究結(jié)果和實際生產(chǎn)結(jié)果表明,以去除水中泥沙和膠體物質(zhì)而發(fā)展起來的混凝、沉淀、過濾等常規(guī)處理工藝只能去除水中有機物的20%)左右,特別是對于水中溶解狀的有機物,除了極少量的有機物會被吸附在礬花和濾料表面上,常規(guī)處理工藝基本上沒有去除效果。未受到污染的水體中氨氮的含量原來是很低的,可是近年來由于水體被污染,不少地方地表水水源水中氨氮的質(zhì)量濃度超過或經(jīng)常超過飲用水水源水對氨氮的水質(zhì)要求(≤0.5mg/L)。中國許多水廠都采用折點氯化法進行消毒,對于氨氮過高的水源水,在加氯消毒時為了獲得自由性余氯必須投加大量的氯來分解氨氮,使水的加氯量大大增加。高的加氯量更加重了產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的問題。飲用水的水質(zhì)生物穩(wěn)定性問題是20世紀90年代提出的。理想的飲用水中應該不含有有機物,因此異養(yǎng)微生物無法在自來水中大量繁殖。傳統(tǒng)的消毒理論認為,在已消毒的水中保持有一定濃度的剩余消毒劑的條件下,水中微生物無法再繁殖,從而保證自來水在自來水配水管網(wǎng)系統(tǒng)中的生物穩(wěn)定性?？墒墙陙淼难芯勘砻?如果自來水中含有一定量的能夠被異養(yǎng)微生物作為基質(zhì)利用的有機物,則此種自來水為生物不穩(wěn)定的水,即使在水中保持一定濃度的剩余消毒劑,依然存在著較高的微生物再繁殖的風險。特別是對于超大型城市配水管網(wǎng)和高位水箱,由于存在水的停留時間過長、剩余消毒劑被完全分解的可能性,生物穩(wěn)定性差的飲用水更容易出現(xiàn)管網(wǎng)或水箱中微生物再繁殖的問題。近年來,中國水污染的狀況十分嚴重。根據(jù)國家環(huán)保總局發(fā)布的《中國環(huán)境狀況公報》,中國七大重點流域地表水普遍受到有機污染,各流域干流的斷面滿足地表水三類及其以上水體水質(zhì)要求的為57.7%,21.6%的斷面為四類水質(zhì),6.9%的斷面屬五類水質(zhì),13.8%的斷面屬劣五類水質(zhì),主要污染指標為高錳酸鹽指數(shù)和氨氮;主要湖泊富營養(yǎng)化程度問題突出,如太湖、滇池、巢湖等,氮、磷、高錳酸鹽指數(shù)嚴重超標;全國多數(shù)城市地下水受到一定程度的點狀或面狀污染,局部地區(qū)地下水部分水質(zhì)指標超標,主要有礦化度、總硬度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、鐵、錳、氯化物、硫酸鹽、氟化物、pH值等。能夠說,水源受到不同程度的污染是困擾大多數(shù)自來水廠的普遍問題。另一方面,隨著對于飲水與健康關系的研究的不斷深入和生活水平的提高,人們對于飲用水水質(zhì)的要求也在不斷提高。例如,在中國衛(wèi)生部頒布的于9月1日實施的新的《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范》中,設定了水質(zhì)常規(guī)檢測項目34項,非常規(guī)檢測項目62項。與原來的《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-85)的35項指標相比較,檢測項目增加了很多,而且許多項目的指標更加嚴格。對于許多水源受到污染的水廠,常規(guī)處理工藝已經(jīng)無法解決水源不斷惡化、而飲用水水質(zhì)標準不斷提高的矛盾。必須在現(xiàn)有常規(guī)處理技術(shù)與工藝的基礎上,發(fā)展新的水處理技術(shù)與工藝。從20世紀70年代開始,經(jīng)過幾十年的努力,國內(nèi)外水處理工作者已經(jīng)研究開發(fā)出許多水處理的新技術(shù)新工藝,而且己有大量的工程應用,取得了較好的凈化效果。二、深度處理技術(shù)當飲用水的水源受到一定程度的污染,又無適當?shù)奶娲磿r,為了達到生活飲用水的水質(zhì)標準,在常規(guī)處理的基礎上,需要增設深度處理工藝。應用較廣泛的深度處理技術(shù)有:活性炭吸附、臭氧氧化、生物活性炭、膜分離技術(shù)等。㈠活性炭吸附1.活性炭處理概念及其優(yōu)缺點活性炭是一種具有較大吸附能力的多孔性物質(zhì),它是一種非極性吸附劑,對水中非極性、弱極性有機物質(zhì)有很好的吸附能力,其吸附作用主要來源于物理表明吸附作用,如范德華力等。對于物理吸附,它的選擇性低,能夠多層吸附,脫附相對容易,這有利于活性炭吸附飽和后的再生?；钚蕴吭诟邷刂苽溥^程中,炭的表面形成了多種官能團,這些官能團對水中離子有化學吸附作用,因此活性炭也能夠去除多種重金屬離子。其作用機理是經(jīng)過絡合鰲合作用,它的選擇性較高,屬單層吸附,而且脫附較為困難?；钚蕴恳榔渫庥^形式,活性炭分為粒狀炭(GAC)和粉狀炭(PAC)兩種。粒狀炭多用于水的深度處理,其處理方式一般為粒狀活性炭濾床過濾,經(jīng)過一段時間吸附飽和后的活性炭被再生后重復使用。粉狀炭多用于水的預處理,例如在混凝時投加到水中,吸附水中的有機物后在沉淀時與礬花一起從水中去除,所投加的粉狀炭屬一次性使用,不再進行再生。與粉狀炭相比,粒狀炭過濾的處理效果穩(wěn)定,出水水質(zhì)好,吸附飽和后的活性炭能夠再生重復使用,運行費用較低,因此水廠一般都使用粒狀炭吸附技術(shù)。粒狀炭的缺點是需單設炭濾池或濾罐,設備投資比粉狀炭高?；钚蕴课绞窃诔Ｒ?guī)處理的基礎上去除水中有機污染物最有效最成熟的水處理深度處理技術(shù)。早在20世紀50年代初期,西歐和美國的一些以地表水為水源的水廠就開始使用活性炭消除水中的色、臭。直到當前,西歐以地表水為水源的水廠絕大多數(shù)仍采用活性炭吸附,以去除水中的微量有機污染物、色、臭等,對于需要長年吸附運行的水廠,一般均采用粒狀炭過濾,粉狀炭主要用于季節(jié)性投加的場所。中國從20世紀70年代末、80年代初開始,也有少數(shù)水廠采用了粒狀活性炭吸附深度處理技術(shù)?；钚蕴课綄λ卸喾N污染物有廣泛的去除作用?；钚蕴磕軌蛴行コ鹚谐粑兜奈镔|(zhì),如土臭素(geosmin)、2-甲基異莰醇(MIB)等。對芳香族化合物、多種農(nóng)藥等有很好的吸附能力。對許多重金屬離子,如汞、六價鉻、鎘、鉛等也有較好的吸附效果。活性炭對水中致突變性物質(zhì)有較好的去除效果,多項研究表明,致突變活性檢測為陽性的水經(jīng)過活性炭吸附后致突變活性轉(zhuǎn)為陰性。美國環(huán)保局(USEPA)推薦活性炭吸附技術(shù)作為提高地表水水源水廠處理水質(zhì)的最佳實用技術(shù)。可是活性炭吸附也有一定的局限性。對于三鹵甲烷類物質(zhì),活性炭的吸附容量較低,如果以三鹵甲烷穿透作為活性炭濾床運行周期的終點,炭床的再生周期一般只有3個月左右,而炭床吸附有機物的能力一般能夠保持一年以上?；钚蕴繉ο靖碑a(chǎn)物的前體物的去除作用也有限。試驗研究表明,飲用水處理中活性炭吸附去除的有機物的分子量主要分布在500～1000u(道爾頓)之間,分子量過大的有機物無法進人活性炭的微孔吸附區(qū),飲用水水源水中分子量較小的物質(zhì)多含有較多的羧基、羥基等,分子的極性較強,因活性炭屬于非極性吸附劑,對極性分子的吸附作用較差。2.活性炭在飲用水處理中的應用⑴飲用水深度處理水源水→常規(guī)處理→粉狀炭吸附→消毒→出廠水水源水→常規(guī)處理→臭氧氧化→粉狀炭吸附→消毒→出廠水水源水→常規(guī)處理→臭氧氧化→生物活性炭→消毒→出廠水⑵飲用水物化預處理在飲用水物化預處理中,主要使用粉狀炭吸附水中的有機物和有異臭、異味的物質(zhì),與混凝劑同時投加。對于季節(jié)性嚴重污染的水源水,能夠設立投加粉狀炭的水源水質(zhì)惡化應急處理系統(tǒng)。⑶優(yōu)質(zhì)直飲水、純凈水制備㈡臭氧氧化臭氧是一種強氧化劑,它能夠經(jīng)過氧化作用分解有機污染物。臭氧在水處理中的應用最早是用于消毒,如20世紀初法國Nice城就開始使用臭氧。到20世紀中期,使用臭氧的目的轉(zhuǎn)為去除水中的色、臭。20世紀70年代以后,隨著水體有機污染的日趨嚴重,臭氧用于水處理的主要目的是去除水中的有機污染物。當前歐洲己有上千家水廠使用臭氧氧化作為深度處理的一個組成部分。中國從80年代開始,也有少數(shù)水廠使用了臭氧氧化技術(shù)。臭氧能夠分解多種有機物、除色、除臭。可是因為水處理中臭氧的投加量有限,不能把有機物完全分解成二氧化碳和水,其中間產(chǎn)物仍存在水中。經(jīng)過臭氧氧化處理,水中有機物上增加了羧基、羥基等,其生物降解性得到大大提高,如不加以進一步處理,容易引起微生物的繁殖。另外,臭氧處理出水再進行加氯消毒時,某些臭氧化中間產(chǎn)物更易于與氯反應,往往產(chǎn)生更多的三鹵甲烷類物質(zhì),使水的致突變活性增加。某些有機物的被臭氧氧化的中間產(chǎn)物也具有一定的致突變活性。因此,在飲用水處理中,臭氧氧化一般并不單獨使用,或者是用于臭氧替代原有的預氯化,或者是在活性炭床前設置臭氧氧化與活性炭聯(lián)合使用。㈢臭氧生物活性炭臭氧生物活性炭技術(shù)是在歐洲飲用水處理的實踐中產(chǎn)生的。在20世紀70年代德國慕尼黑市的Dohne水廠,在以預臭氧代替了原來的預氯化后,在活性炭濾床中出現(xiàn)了明顯的生物活性,從而發(fā)展成為臭氧生物活性炭深度處理工藝。在原有水廠普遍采用的預氯化處理的條件下,水中所含有的氯使微生物無法在活性炭床中大量生長。改為預臭氧后,臭氧氧化出水中有機物的可生物降解性大為提高,水中剩余臭氧能夠被活性炭迅速分解,加之臭氧氧化出水中的溶解氧濃度較高(因臭氧化氣體的曝氣作用),使得臭氧后設置的活性炭床中生長了大量的細菌,生物分解水中可生物降解的有機物,由原有單純進行吸附的活性炭床演變成為同時具有明顯生物活性的活性炭床,因此這種活性炭技術(shù)被稱之為生物活性炭。圖3所示為采用了臭氧生物活性炭技術(shù)的德國Dohne水廠處理工藝流程圖。圖3德國Dohne水廠處理工藝流程圖工藝流程中臭氧氧化的主要目的是用最少量的臭氧盡可能多的使水中不可生物降解的有機物變成可生物降解的有機物,增加被處理水的可生物降解性,為生物活性炭中微生物的降解創(chuàng)造條件,并降低活性炭的物理吸附負荷。臭氧氧化的另外兩個有點是能夠?qū)Ρ惶幚硭M行充氧和臭氧處理具有微絮凝作用。在生物活性炭床中,活性炭起著雙重作用。首先,它是一種高效吸附劑,吸附水中的污染物質(zhì);其次是作為生物載體,為微生物的附著生長創(chuàng)造條件,經(jīng)過這些微生物對水中可生物降解的有機物進行生物分解。由于生物分解過程比吸附過程的速度慢,因此要求炭床中的水力停留時間比單純活性炭吸附的時間長。與單純采用活性炭吸附相比,生物活性炭具有以下優(yōu)點:①提高了出水水質(zhì),經(jīng)過物理吸附(主要對非極性分子物質(zhì))和生物分解(主要對小分子極性物質(zhì))的共同作用,增加了對水中有機物的去除效果;②降低了活性炭的吸附負荷,延長了活性炭的再生周期,從而降低了處理的運行費用;③氨氮能夠被生物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽;④出水需氯量低,由此降低了消毒副產(chǎn)物的生成量。⑤比單一使用臭氧氧化法經(jīng)濟。㈣膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)是從20世紀70年代開始發(fā)展起來的水處理新技術(shù),在90年代得到飛速發(fā)展,當前被認為是最有前途的水處理技術(shù)。膜分離技術(shù)是一種以壓力為推動力、利用不同孔徑的膜進行水與水中顆粒物質(zhì)(廣義上的顆粒,能夠是離子、分子、病毒、細菌、黏土、沙粒等)篩除分離的技術(shù)。根據(jù)膜孔徑從大到小排列,能夠把膜濾分為微濾、超濾、納濾和反滲透4種。膜材料主要有乙酸纖維膜、芳香族聚酰胺膜、聚砜膜、聚丙烯膜、無機陶瓷膜等。膜組件的形式主要有板式、卷式、中空纖維、管式等。微濾的孔徑為零點幾微米到幾微米,配合混凝劑的使用,能夠去除水源水中的懸浮顆粒、膠體物質(zhì)和細菌,操作壓力為0.1-0.2MPa。微濾能夠替代飲用水常規(guī)處理的混凝、沉淀、過濾,在一個設備中實現(xiàn)常規(guī)工藝多個處理構(gòu)筑物才能完成的凈水效果。當前微濾技術(shù)已經(jīng)成功地用于小型地表水凈水廠。世界上最大規(guī)模為每天3萬t,中國也已建成數(shù)個每天幾千噸規(guī)模的微濾膜凈水廠。超濾膜的孔徑在5nm～0.1μm之間,能夠去除相對分子質(zhì)量在300～300000之間的大分子、細菌、病毒和膠體微粒,操作壓力在0.1～1.0MPa。超濾被廣泛用于從工業(yè)廢水中回收有用物質(zhì),如造紙廢水中回收木質(zhì)素,洗毛廢水中回收羊毛脂,電泳涂漆廢水中回收電泳漆,食品工業(yè)廢水中回收蛋白、乳清等。在飲用水處理領域,大多數(shù)家用凈水器(一般構(gòu)成:粗濾-粒狀活性炭-超濾)中都設有中空纖維超濾膜來截留水中的雜質(zhì)顆粒和細菌。反滲透膜的孔徑最小,在2～3nm以下。除了水分子外,其它所有雜質(zhì)顆粒(包括離子)都不能經(jīng)過反滲透膜,因此反滲透膜分離得到的水為純水。反滲透技術(shù)已經(jīng)廣泛用于海水淡化、苦咸水脫鹽、工業(yè)給水高純水的制備(電子工業(yè)用水、鍋爐給水等),近年來迅速發(fā)展起來的飲用純凈水、優(yōu)質(zhì)直飲水的核心技術(shù)就是反滲透。反滲透技術(shù)的操作壓力較高,必須超過所處理水的滲透壓。對于海水淡化,操作壓力一般在3MPa以上。對于用自來水制備飲用純凈水,操作壓力一般在1MPa以下(根據(jù)原水含鹽量、純水收率、膜特性而確定)。納濾膜的孔徑略大于反滲透膜,為幾個納米,操作壓力也低于反滲透。納濾能夠截留二價以上的離子和其它顆粒,所透過的只有水分子和一些一價的離子(如鈉、鉀、氯離子)。納濾能夠用于生產(chǎn)直飲水,出水中仍保留一定的離子,比純水有益于健康,并可降低處理費用。膜分離技術(shù)具有多項優(yōu)點:不需要投加藥劑,去除的污染物范圍廣,可經(jīng)過選用不同的膜實現(xiàn)預定的分離效果,運行可靠,設備緊湊、易于實現(xiàn)自動控制等。缺點是:設備費和運行費高,運行中膜易堵塞,需要定期進行化學清洗,前處理要求較高,存在濃縮液的處理與處理問題等。近年來隨著膜材料價格的不斷降低,膜分離技術(shù)在水處理應用中具有越來越強的競爭力。三、預處理技術(shù)預處理是針對傳統(tǒng)工藝的缺陷,為了強化水處理工藝、改進處理出水水質(zhì),在常規(guī)處理工藝之前,采用一定的物理、化學或生物的方法,對水中污染物進行初步去除,特別是去除那些常規(guī)工藝不能有效去除的污染物,使常規(guī)工藝更好的發(fā)揮作用,減輕常規(guī)處理和深度處理的負擔,更好地發(fā)揮水處理工藝的整體作用。預處理工藝可分為氧化法和吸附法,其中氧化法又可分為化學氧化法和生物氧化法。當飲用水的水源水受到一定的污染,或者具有某些特殊性質(zhì)時,在常規(guī)處理之前,需要先進行預處理,包括粗大懸浮物和漂浮物的篩除、沉砂、高濁度水的預沉淀、原水儲存、土層滲濾、曝氣去除揮發(fā)型物質(zhì)、粉狀炭吸附、化學預氧化、生物預處理等。下面主要介紹用于受污染水源水處理的后兩種預處理技術(shù)。㈠化學預氧化化學預氧化技術(shù)是經(jīng)過投加氧化劑,利用氧化劑的氧化能力,分解破壞水中的污染物質(zhì)。常見的氧化劑有氯、高錳酸鉀、臭氧,正在研究開發(fā)中的還有紫外光催化氧化等。⒈預氯化預氯化是飲用水處理中應用最為廣泛的一種預氧化技術(shù),當前仍為中國絕大多數(shù)水廠所采用。預氯化是在地表水的取水口或凈水廠的入口處向水中加人一定量的氯,投加量在1～2mg/L(根據(jù)水質(zhì)而定,對于受到污染的水源水預氯化的所需加氯量遠高于此值)。由于氯是氧化劑,預氯化能夠氧化分解水中的一部分有機物質(zhì),降低嗅味,增強混凝效果,去除氨氮(生成氯胺,或者經(jīng)過折點氯化而被破壞),能夠控制微生物和藻類在取水口至水廠的管道中和在凈水廠的處理構(gòu)筑物中生長繁殖,并可起到一定的消毒殺菌效果。預氯化能夠采用簡單加氯法或折點氯化法。預氯化的缺點是當水源水中有機物含量較高時,投加的氯會與水中的有機物反應,生成三鹵甲烷、鹵乙酸等具有三致作用的消毒副產(chǎn)物。⒉預臭氧由于臭氧比液氯具有更強的氧化能力,故可有效殺滅藻類、細菌、病毒等,同時能夠快速氧化大分子難降解物,有較強的脫色、除臭能力。臭氧預氧化法可使水源水水化學耗氧量有一定程度的下降,對氧化三鹵甲烷前體物有較好的效果。由于投加臭氧的成本較高,一般采用低劑量投加,在這種情況下,大部分投加的臭氧只能把大分子有機物氧化為小分子有機物(如酮、醛、酸等),而不是將有機物徹底降解。這樣就導致了處理出水溶解性的、可生化的有機物量比例得以提高。因此,如能將臭氧預氧化法與生物法結(jié)合起來,能起到優(yōu)勢互補的作用,反之,單純的臭氧預氧化法由于可使出水溶解性有機物量提高,可能會導致最終出廠水中AOC的升高,管網(wǎng)細菌量升高,反而降低飲用水質(zhì)。預臭氧是為了避免預氯化產(chǎn)生氯代有機物的問題而采用的替代方法,已經(jīng)在歐洲得到廣泛的應用,在中國當前尚未采用。加入臭氧除了有前述的氧化、除嗅作用外,還能夠增加水中有機物的可生物降解性,有利于后續(xù)的生物處理,如生物氧化預處理或生物活性炭。預臭氧液有一定的改進混凝的效果。預臭氧的最大優(yōu)點是不產(chǎn)生氯代有機物,但費用較高。另外,因臭氧在水中會迅速分解,此法不適于長距離輸水管道的菌藻控制。⒊高錳酸鉀預氧化高錳酸鉀預氧化曾是一種傳統(tǒng)水處理預氧化技術(shù),近年來由于中國水源水的污染日趨嚴重,高錳酸鉀預氧化技術(shù)發(fā)展較快,現(xiàn)已經(jīng)開發(fā)出高錳酸鉀預氧化與混凝劑聯(lián)合使用的復合藥劑。高錳酸鉀氧化不產(chǎn)生氯代副產(chǎn)物,氧化能力強,除臭效果好,高錳酸鉀氧化后生成的二氧化錳對高錳酸鉀的氧化具有催化作用,同時又具有助凝作用,從而大大增強混凝效果。該法不需要增加新設備,運行費用低,便于根據(jù)原水水質(zhì)情況調(diào)整投藥量,有著良好的應用前景。㈡生物預處理眾所周知,在廢水處理中生物處理法是去除水中溶解狀有機物的有效而經(jīng)濟的方法。隨著飲用水水源污染問題的日趨嚴重,生物處理法也已經(jīng)被開發(fā)成為處理受污染水源水的飲用水處理技術(shù)。生物預處理主要依靠微生物的生命活動(氧化、吸附、生物絮凝等)來去除水中的污染物。在這些微生物中,對凈化水質(zhì)起主要作用的絕大多數(shù)屬于貧營養(yǎng)型微生物,具有世代周期長、繁殖緩慢的特性。為了保證處理效果和加快凈化的效率,必須保證有足夠的微生物量(生物濃度)。生物膜法因微生物附著在載體填料上,相對而言能獲得更穩(wěn)定的生長環(huán)境,適合于世代周期長的微生物生存和繁殖,因而絕大多數(shù)的生物預處理都采用生物膜法的形式。生物預處理是指在常規(guī)凈水工藝前增設生物處理工藝,借助于微生物的新陳代謝活動,對水中的氨氮、有機污染物、亞硝酸鹽、鐵、錳等污染物進行初步的去除,減輕常規(guī)處理和深度處理的負荷,經(jīng)過綜合發(fā)揮生物預處理和后續(xù)處理的物理、化學和生物的作用,努力提高處理后出水水質(zhì)。飲用水生物預處理采用好氧生物膜法。已經(jīng)開發(fā)實用的處理技術(shù)主要有:生物接觸氧化法和淹沒式生物濾池法。生物接觸氧化法采用掛滿彈性填料或纖維束填料的水池,池中設有穿孔管曝氣裝置,供給生物處理所需要的氧。淹沒式生物濾池采用顆粒填料作為生物生長的載體,一般采用陶粒填料,池型與給水處理的砂濾池相似,只是在濾料下增加了穿孔管曝氣系統(tǒng)。水的流向多采用升流式,濾池定期(幾天到一月)進行氣水反沖洗,洗去截留的懸浮物和多余的生物膜。淹沒式生物濾池具有填料比表面積大,生物量高,對氨氮和有機物的處理效果好,有過濾作用,有較好的除藻功能,在低溫條件(＞5℃)下仍有較好的處理效果,可承受一定的進水懸浮物濃度等優(yōu)點。不足之處是基建費高于生物接觸氧化法。淹沒式生物濾池既能夠用于預處理,設在常規(guī)處理之前;也能夠設在混凝沉淀之后砂濾之前,對其進行生物處理生物預處理有如下的去除效果。(1)能夠有效去除水中可生物降解的有機物減低消毒副產(chǎn)物的生成,提高水質(zhì)的生物穩(wěn)定性,降低后續(xù)常規(guī)處理的負荷,改進常規(guī)處理的運行條件(如降低混凝劑的投加量,延長過濾周期,減少加氯量等)。飲用水生物預處理能夠去除進水中80%左右的可生物降解有機物,如以高錳酸鹽指數(shù)(耗氧量)表示,生物預處理的去除率一般在20%～30%。對高錳酸鹽指數(shù)去除率偏低的原因是:①水源水中有機物包括了可生物降解和不可生物降解兩大部分;②高錳酸鹽的氧化能力低,對一些可生物降解有機物測不出,如草酸等。如果采用預臭氧一生物處理工藝,將能夠大大提高生物預處理對有機物的去除效果。(2)能夠有效去除水中的氨氮在生物預處理構(gòu)筑物中氨氮在亞硝化菌的作用下先被生物轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽,再在硝化菌的作用下進一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。生物預處理對氨氮去除率能夠達到70%～90%,例如,在進水氨氮質(zhì)量濃度為2～3mg/L的條件下,出水在0.lmg/L左右。在飲用水生物預處理中,對氨氮的硝化比去除有機物更容易實現(xiàn),所需要的水力停留時間也較短。采用生物硝化去除氨氮的預處理已經(jīng)成為飲用水預處理的一個重要處理目的。四、強化混凝技術(shù)強化混凝是指在混凝處理中投加過量的混凝劑、新型混凝劑或助凝劑、或者是其它的藥劑,經(jīng)過加強混凝與絮凝作用,使常規(guī)處理工藝盡可能多地去除水中的有機物和消毒副產(chǎn)物的前體物(主要指腐殖酸、富里酸等有機物)。混凝所去除的有機物及其去除機理主要包括:膠體狀有機物的吸附電中和與凝聚、混凝形成的金屬氫氧化物礬花的巨大比表面積對溶解有機物的吸附和共沉作用、腐殖酸和富里酸的聚合沉淀等。強化混凝提高對有機物的去除機理主要是加強混凝產(chǎn)生的絮體對有機物的吸附作川。例如,北京笫九水廠的生產(chǎn)實踐表明,在相同加藥量下,機械攪拌澄清池對有機物和消毒副產(chǎn)物前體物的去除效果要優(yōu)于反應池一沉淀池工藝,其原因就是在機械攪拌澄清池中大量保持的礬花能夠充分發(fā)揮其吸附作用,而反應一沉淀工藝中礬花形成后即被沉淀去除,其吸附潛力尚未完全發(fā)揮。強化混凝的措施有:從鋁鹽混凝劑改為鐵鹽混凝劑(鐵鹽比鋁鹽更易于形成與腐殖酸和富里酸的聚合物),減低pH值(pH值為5～6的條件有利于形成腐殖酸、富里酸的聚合物),投加有機或無機絮凝劑,采用具有絮凝作用的新型混凝藥劑(如聚硅酸鹽鐵鹽、聚硅酸鹽鋁鹽等),增加混合與絮凝反應的時間,選用澄清工藝等。在混凝中同時進行高錳酸鉀預氧化、粉狀炭吸附(如采用含有高錳酸鉀、粉狀炭、混凝劑的復合藥劑)也能夠起到強化混凝的效果,盡管其中還包括了氧化、吸附等作用。常規(guī)處理對水中溶解有機物的去除效果一般在10%～20%,經(jīng)過強化混凝能夠把去除率提高到25%～30%,具體效果依原水水質(zhì)和強化混凝的措施而定。五、純水和凈水處理技術(shù)近年來,純凈水(包括桶裝水、瓶裝水)、優(yōu)質(zhì)直飲水等日趨流行。造成這一現(xiàn)象的原因有:因水源水質(zhì)的惡化,對城市自來水水質(zhì)產(chǎn)生疑慮;對飲水水質(zhì)要求的提高,愿意消費更為安全且有益于健康的水;飲水方式的時尚。特別是在一些自來水水質(zhì)較差的城市或地區(qū),純凈水和優(yōu)質(zhì)直飲水發(fā)展的速度很快。純水和凈水是有一定區(qū)別的?！奔兯边@一術(shù)語來源于工業(yè)給水的純水,即去除了水中一切雜質(zhì)(包括各種離子)的水,水的純度用電導率表示。雖然飲用純水對水的電導率要求并不需要像對電子工業(yè)、高壓鍋爐給水那樣嚴格,但中國現(xiàn)行的飲用純水行業(yè)標準中仍對水的電導率進行了嚴格的規(guī)定。盡管離子交換、蒸餾等技術(shù)在早期曾用于生產(chǎn)飲用純水,當前生產(chǎn)純水所普遍采用的核心技術(shù)是反滲透,其工藝流程如圖4所示。圖4飲用純水生產(chǎn)工藝流程圖用戶使用飲用純水的方式包括瓶裝水(主要是作為飲料)、桶裝水、凈水屋、樓宇或小區(qū)專用飲水管道,家用純水機等。飲用凈水的含義實際上是指優(yōu)質(zhì)直飲水。按照生活飲用水水質(zhì)標準的制定原則,凡符合該標準的自來水實際上都能夠直接生飲?？墒窃趯嶋H操作中,為了提高直飲水的衛(wèi)生學質(zhì)量和具有較好的口感,又制定了優(yōu)質(zhì)直飲水的水質(zhì)標準。由于純水中不含任何礦物質(zhì),長期飲用可能對人體健康產(chǎn)生不利影響,因此,優(yōu)質(zhì)直飲水并不要求必須是純水。優(yōu)質(zhì)直飲水系統(tǒng)一般設在采用分質(zhì)供水系統(tǒng)的樓宇或住宅小區(qū)中,它以市政自來水或當?shù)氐牡叵滤疄樗?再經(jīng)過特殊的凈化處理后.由專用管道送到用戶家中。優(yōu)質(zhì)直飲水的處理系統(tǒng)有許多種,包括:①另選用優(yōu)質(zhì)的地下水源和先進的消毒工藝,優(yōu)水優(yōu)用;②”臭氧氧化一活性炭吸附一紫外線消毒或二氧化氯消毒”的飲用水深度處理工藝流程;③”粗過濾-活性炭吸附-精細過濾-反滲透-臭氧消毒或紫外線消毒”的飲用純水處理流程;④把反滲透生產(chǎn)的純水與納濾生產(chǎn)的水(或活性炭出水)按比例勾兌成一定礦化度的水的組合處理工藝。六、特種水質(zhì)處理技術(shù)㈠除鐵、除錳某些地下水中含有較高濃度的鐵和錳離子。由于地下水一般缺氧,這些鐵和錳主要以還原形式(氧化態(tài)+2價)存在于水中。中國一些地區(qū)地下水含鐵、含錳,含鐵量在5～15mg/L,有的高達20～30mg/L,含錳量在0.5～20mg/L之間,個別的高達5～10mg/L。水中含有過量的鐵錳將給生活飲用及工業(yè)用水帶來危害。中國《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》規(guī)定鐵的質(zhì)量濃度≤0.3mg/L、錳≤0.1mg/L。當原水的鐵錳含量超過上述標準時就要進行除鐵除錳處理,其基本流程為氧化過濾流程,具體處理方法如下。⒈曝氣氧化過濾法除鐵工藝利用空氣中的氧把二價鐵氧化成三價鐵,使其形成氫氧化鐵沉淀物從水中析出,再經(jīng)過濾池加以去除。水的pH值越高,氧化速度越快。⒉曝氣接觸氧化錳砂過濾法除鐵、除錳工藝經(jīng)曝氣使含溶解氧的水經(jīng)過含有鐵質(zhì)或錳質(zhì)的活性濾料,在所含鐵質(zhì)和二氧化錳的催化作用下,二價的鐵、錳的氧化速率大大加快,進而被濾料去除?；钚詾V料能夠采用天然錳砂,也能夠由普通砂濾料經(jīng)熟化而形成。接觸氧化法除錳需要在pH值大于7的條件下進行。⒊氯氧化過濾法除鐵工藝氯的氧化能力大于氧,它在pH值大于5的條件下就能夠迅速地把二價鐵氧化成三價鐵,再經(jīng)砂濾池過濾去除生成的氫氧化鐵析出物。⒋高錳酸鉀氧化除鐵除錳工藝高錳酸鉀是比氧和氯更強的氧化劑,能夠在中性或弱酸性條件下迅速地把水中的二價錳氧化成二氧化錳,再經(jīng)過濾予以去除。為了降低投藥量,原水應先進行曝氣。此法的另一形式是采用錳沸石過濾吸附水中的二價錳,再用高錳酸鉀對錳沸石再生。⒌充氧回灌地下水層除鐵除錳工藝將曝氣后含有大量溶解氧的水,經(jīng)過取水井周圍的回灌井定期注人到地下水層,或是經(jīng)過取水井本身進行周期性的回灌。在取水井周圍地下水層中形成氧化帶,其中生長有大量的鐵錳細菌。當取水時,地下水在經(jīng)過充氧地層的過程中,在鐵錳細菌的參與下,水中溶解氧把二價的鐵和錳氧化成不溶的析出物,截留在地層中。㈡除藻易受日照影響的較淺和流動緩慢的水體(如湖泊),在富營養(yǎng)條件下水中藻類易于大量繁殖,特別是在水溫較高的夏秋季節(jié),水中的含藻量將很高。水中的藻類除了會使水產(chǎn)生令人厭惡的味和嗅外,還因為它們的比重接近于水,混凝沉淀的效果不好,易于堵塞濾池,影響水廠的正常運行。因此在處理藻類含量較多的湖泊水時,應考慮除藻問題。常見的除藻方法有如下3種。⒈微濾機除藻微濾機是一種截留細小懸浮物的篩網(wǎng)過濾裝置。除藻用的微濾機多采用孔眼20～40μm的濾網(wǎng),它對藻類的去除效率在40%～70%,對浮游生物的去除率可達97%～100%。此法主要用于處理低濁高藻的湖泊水。⒉氣浮法除藻在含有較多藻類和一定濁度的水中投加混凝劑,反應生成絮凝體,再用氣浮法把絮體浮升到水面除去,能夠取得遠比沉淀為快的分離速度。⒊加藥滅藻法在取水湖泊或原水存貯池中定期投加硫酸銅(2～3mg/L),能夠殺滅藻類或控制其繁殖。但此法對魚類有毒害作用。在凈水工藝中采用預氯化法,能夠控制藻類在凈水構(gòu)筑物中的生長。㈢除氟長期飲用過量含氟化物的水,輕者患牙斑癥,牙齒斑果,早期脫落;重者則患氟骨癥,骨骼發(fā)脆、變形、骨折。中國《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》規(guī)定飲水中氟化物的適宜質(zhì)量濃度在0.5～1.0mg/L之間。有些地區(qū)的水屬于高氟水,含氟量可達10mg/L以上,必須經(jīng)除氟處理后才能飲用。除氟的方法如下。⒈吸附法以活性氧化鋁、磷酸二鈣等作為吸附劑,過濾吸附水中的氟離子。飽和的活性氧化鋁用硫酸鋁溶液再生,磷酸三鈣用氫氧化鈉再生。⒉混凝沉淀法用硫酸鋁、聚合氯化鋁等混凝劑形成的絮體吸附氟離子,經(jīng)沉淀過濾去除。因為此法的投藥量很大,一般為含氟量的100～200倍,已較少使用。⒊離子交換法利用離子交換樹脂的交換能力去除氟離子。此法當前應用較少。⒋電滲析法利用離子交換膜的選擇透過性除氟。㈣過硬源水的軟化、苦咸水淡化、海水淡化在沒有替代水源的情況下,對于含有過量硬度的源水能夠采用軟化法制取生活飲用水,常見的方法是石灰軟化法和離子交換法,小規(guī)模使用時也能夠采用膜分離法。采用石灰軟化法時,軟化一般與澄清同時進行,此時應選用二氯化鐵作為混凝劑(在石灰軟化中,因水的pH值較高,鋁鹽混凝劑不適用)。離子交換法采用鈉型磺酸基陽離子交換樹脂,用所含鈉離子交換水中的鈣離子。為了保持飲用水有較好的口感,出廠水中應保留一定的殘余硬度,其方法是只從水中去除一部分硬度,或是在總水量中只軟化一部分水,再與其它的水混合。飲用水的軟化處理當前主要用在歐美國家的一些地區(qū)。含鹽量很高(幾千毫克每升以上)的水稱為苦咸水,中國西北部地區(qū),如青海、甘肅、新疆等內(nèi)陸干旱地區(qū)常遇到這種水。以苦咸水為源水制取飲用水需要進行淡化處理。常見的淡化方法有反滲透法、電滲析法等,可供鉆井隊、勘探隊、小的社區(qū)等小規(guī)模用水單位飲用。海水能夠經(jīng)過淡化供飲用,但費用較高。常見的方法有:反滲透法、蒸餾法、電滲析法、結(jié)冰法等。大規(guī)模海水淡化廠多采用蒸餾法、反滲透法。小規(guī)模海水淡化,如船用海水淡化器、島用海水淡化器,多采用反滲透法或電滲析法。第四節(jié)地面水除藻技術(shù)藻類一般是指一群在水中以浮游方式生活、能進行光合作用的自養(yǎng)型微生物,個體大小一般在2-200μm,其種類繁多,均含葉綠素,在顯微鏡下觀察是帶綠色的有規(guī)則的小個體或群體。由于它們是水體中重要的有機物質(zhì)制造者,故在整個水體生態(tài)系統(tǒng)中占有舉足輕重的作用,是生態(tài)系統(tǒng)中不可缺少的一個環(huán)節(jié)。今年來,隨著湖泊富營養(yǎng)化和世界各地的淡水水華頻頻發(fā)生,由此而引起的人畜中毒甚至死亡的事件時有報道。淡水藻中產(chǎn)生藻毒素最多的是藍藻,藍藻是絕大部分富營養(yǎng)化水體中的優(yōu)勢藻類,藍藻的生長和水華的發(fā)生受水體理化、生物因素和氣候的影響,某些種類的藍藻產(chǎn)生毒素。一、藍藻及毒素㈠藍藻毒素的結(jié)構(gòu)及毒性機理藍藻,又稱藍綠藻,是由于其光合作用而形成的顏色得名,是廣泛出現(xiàn)在世界各地的主要藻種,在淡水中生長的藍藻在水體表面聚集形成水華,或集中在表面形成藍綠色的浮藻群。某些種類的藍綠藻產(chǎn)生毒素,依據(jù)它們的作用方式,可歸類為肝毒素(如微囊藻毒素)、神經(jīng)毒素(如類毒素)、皮膚刺激物或其它毒素。其中肝毒素和神經(jīng)毒素都是由在地表水中普遍存在的藍藻所分泌的,因此這些毒素與供水水質(zhì)相關。⒈肝毒素包括微囊藻毒素、節(jié)球藻毒素和cylindrospermopsin。微囊藻毒素是一組環(huán)狀七肽,一般結(jié)構(gòu)為環(huán),相對分子質(zhì)量約為1000。到當前為止已發(fā)現(xiàn)60多種微囊藻毒素,其中有些毒素可能是在水華中產(chǎn)生的。含量較多、存在較普遍、毒性較大的是LR、RR和YR,其中L、R、Y分別代表Leu、Arg和Tyr。微囊藻毒素主要存在于微囊藻、魚腥藻、顫藻和念珠藻中,也有人從眠狀軟管藻中分離到了微囊藻毒素。節(jié)球藻毒素是一組環(huán)狀五肽,一般結(jié)構(gòu)為環(huán)。節(jié)球藻毒素的相對分子質(zhì)量為824,存在于泡沫節(jié)球藻中,當前已分離到7種節(jié)球藻毒素。研究發(fā)現(xiàn)微囊藻毒素和節(jié)球藻毒素被認為是潛在的促腫瘤劑。同時,有人發(fā)現(xiàn)節(jié)球藻毒素能夠引起腫瘤的發(fā)生,可能是一種新的致癌物。最早確認化學結(jié)構(gòu)的微囊藻毒素是MC-LR,迄今為止的大部分工作都采用這種毒素,大部分國家的微囊藻毒素中毒事件多半也與MC-LR有關。⒉神經(jīng)毒素主要包括魚腥藻毒素、石房蛤毒素、新石房蛤毒素和膝溝藻毒素等,其中后三者統(tǒng)稱為麻痹性貝毒。當前發(fā)現(xiàn)魚腥藻、顫藻、束絲藻、柱孢藻和微囊藻能夠產(chǎn)生魚腥藻毒素。神經(jīng)毒素在水體中的存在較微囊藻毒素為少,其危險程度也不如微囊藻的慢性暴露那樣嚴重。類毒素-a等神經(jīng)毒素具有高度的神經(jīng)毒性,但它們的生物半衰期短。根據(jù)攝人毒素種類、數(shù)量和胃中生物量的不同,急性暴露于神經(jīng)毒素可在幾分鐘或幾小時內(nèi)引起死亡。蘇格蘭曾報道狗食人含有類毒素-a的顫藻引起中毒。⒊其它毒素脂多糖內(nèi)毒素是藍藻細胞壁的組成部分,由脂A、核心寡糖和O特異多糖組成。當前已從裂須藻、顫藻、魚腥藻、微囊藻和Anacystis中分離到。藍藻脂多糖內(nèi)毒素的脂A與革蘭陰性細菌的脂多糖不完全相同,種類更多,而且往往含有少量的磷酸。皮膚毒素主要從海洋藍藻巨大鞘絲藻中發(fā)現(xiàn),人在含有這些毒素的海域中游泳后會產(chǎn)生皮膚過敏、口腔和胃腸發(fā)炎等癥狀。皮膚毒素可能是蛋白激酶C的活化劑,具有促腫瘤作用。到當前為止,尚未見有淡水藍藻中存在皮膚毒素的報道。㈡藍藻的發(fā)生和生長特定種屬的藍藻在世界各地的發(fā)生顯然受到水體化學性質(zhì)的地區(qū)差異和氣候條件的影響。例如,柱形藻出現(xiàn)在熱帶地區(qū)的水體中,但在溫帶地區(qū)的水體中則沒有發(fā)現(xiàn)其存在。與此類似的是,微囊藻和項圈藻水華廣泛發(fā)生于溫帶地區(qū)的水體?？偟膩碚f,50%～75%的水華中含有毒素,且常常不止一種。同一種藻類中,也會有產(chǎn)毒的和不產(chǎn)毒的藻株同時存在。在發(fā)生水華的水體中,由于藻毒素的濃度可隨時間、空間變化,因此水華的全面毒性是不確定的。沒有簡便方法鑒別產(chǎn)毒株和非產(chǎn)毒株。任何水華的毒性產(chǎn)物的不可預見性使其具有潛在危險并應時刻對其保持警惕,防止藍藻水華的發(fā)生也是控制有毒水華的關鍵之一。藍藻的生長和水華的發(fā)生受到理化和生物因素的影響,由于這些因素的相互作用,每年藍藻的生長和產(chǎn)生毒素都可能有很大變化,優(yōu)勢藻種也有季節(jié)差異。藍藻在富含氮、磷等無機營養(yǎng)物、水溫常年介于15～30℃之間、pH值介于6～9之間的水體中常年存在。水華常常發(fā)生在夏末或初秋,常發(fā)生在富營養(yǎng)化水體中。最佳的光照度因藻種而異。另外,一些藍藻(如銅綠微囊藻)能夠隨光照調(diào)節(jié)其浮力。這一特性使藍藻可在不同熱度梯度的水中游移,并可吸收水溫較低的較深層水中的營養(yǎng)。其浮力主要是由光合作用產(chǎn)生的碳水化合物控制的。如果CO2的量不足,這種控制機制就無法實現(xiàn)。雖然夜間的浮力無法調(diào)節(jié),但夜間的呼吸作用引起CO2的減少使藍藻浮上水面。湍流和高速水流使藍藻不能保持在原位,不利于藍藻的生長。大暴雨加速了水體中的營養(yǎng)流失,不利于水華的形成。溫暖的氣候條件有利于浮藻的形成。比較高的大氣壓、微風或中等風速的風,再加上持續(xù)的水體環(huán)流,使水中保持一定位置的大量藍藻得以利用這些有利因素生長。一旦風和環(huán)流停止,則藍藻會突然變得”過量”。如果藍藻不能及時地調(diào)整其浮力或根本不能調(diào)節(jié)其浮力(夜間時),水華就會浮上水面并形成浮藻群。因而,浮藻往往是夜間形成的,這些浮藻可能漂到下風向,在僻靜的岸邊或海灣停留,并釋放出毒素,最終藻類死亡。㈢毒素的產(chǎn)生和存在為更好地了解藍藻毒素并防止它們引起的危害,研究人員對藍藻毒素的環(huán)境行為進行了廣泛的研究。由于在世界各地廣泛存在而且危害較大的藍藻毒素是微囊藻毒素,因此文獻報道多集中在微囊藻毒素的研究上。據(jù)調(diào)查,影響毒素產(chǎn)生的兩大因素是光照和溫度。產(chǎn)生藍藻毒素的最適溫度是25～30℃,這表明藍藻在溫帶地區(qū)溫暖的天氣條件下最具毒性。但在不同國家,最適溫度可能有所變化。光密度(而非光照量)對銅綠微囊藻產(chǎn)生毒素具有重要影響。相對于白光、紅光和綠光可使毒性和毒素/蛋白的比率均增高,光照度小于40μE/(9m2·s)［micro-einstein/(m2·s)］時,藍藻的毒性隨著光密度的增加而增強,隨著水深的增加而減弱?？墒?當有不同深度的水流混合,特別是當風速大時,情況就不盡如此了。一些試驗研究顯示:pH值、氮、磷和CO2也可能影響微囊藻毒素的產(chǎn)生。對南非Hartbeespoot水壩中銅綠微囊藻浮萍中的六種微囊藻毒素監(jiān)測2.5年,發(fā)現(xiàn)冬天毒素濃度很低或未檢出,夏季毒素濃度達到高峰。其中四種毒素的總濃度(5～4l5μg/g干藻)與太陽輻射、表面水溫、pH值以及氧飽和度直接相關。未見藻類毒性與地表水中有機或無機營養(yǎng)物濃度相關的報道。對三個季節(jié)中加拿大Alberta中部三個富營養(yǎng)化的硬水湖泊中MC-LR的出現(xiàn)模式的研究(用高效液相色譜HPLC檢測MC-LR,計為μg/g銅綠微囊藻),結(jié)果表明:同一湖泊一年中各季節(jié)、不同年份以及不同湖泊之間銅綠微囊藻隨時間變化有很大差異,甚至可能相差3個數(shù)量級。MC-LR濃度的季節(jié)變化與銅綠微囊藻的豐度和生物量、總磷、總?cè)芙饬?、pH值、葉綠素呈正相關關系,出人意料的是,MC-LR的濃度和氮濃度呈負相關關系且和水溫無關。在一晝夜中MC-LR的濃度在夜間比白天下降了6倍多。有學者在英國研究了水體中的營養(yǎng)供給和水溫與藍綠培養(yǎng)液中MC-LR濃度的關系,結(jié)果表明:當?shù)^量而且最高水溫在20～25℃時,每單位干重的藍藻中所含微囊藻毒素的量較高,但當水溫低于20℃或高于25℃時反而減少。鑒于同種藻類的不同株產(chǎn)生毒素的巨大差異,藻類的基因差異和代謝過程也可能對毒素的產(chǎn)生造成重要影響。有研究表明不同地點或同一片水華產(chǎn)生毒素的能力隨時空變化。藍藻毒素與膜結(jié)合或游離在細胞中,試驗研究表明:雖然生長期的藻細胞也能主動釋放毒素,但大部分的毒素是在細胞衰老和死亡時釋放。對培養(yǎng)的藻細胞生長靜止期、指數(shù)期和穩(wěn)定期中毒性的研究表明:最大的毒性出現(xiàn)在指數(shù)期和穩(wěn)定增長期之間,培養(yǎng)的2株微囊藻的最大產(chǎn)毒細胞數(shù)出現(xiàn)在指數(shù)生長期末期。微囊藻毒素和生物堿在水中降解,但在顯著降解前有一個滯后期。英國用濃度為10μgMC-LR/mL水庫水開展的研究顯示MC-LR的半衰期小于一周,也有學者發(fā)現(xiàn)微囊藻毒在環(huán)境水體中可發(fā)生生物降解,其半衰期約為一周。一般,如果有一個滯后期,則毒素的半衰期約為9～10天。在一項研究中,用滅藻劑處理水華后,一直到21天后才出現(xiàn)微囊藻毒素,究其原因可能是硫酸銅引起的”休克”作用。MC-LR在水中很穩(wěn)定,可對抗極端的pH值和高達300℃的高溫,水中MC-LR是經(jīng)過自然降解和光解作用降解的。㈣藍藻毒素的危害對藍藻毒素的研究之因此廣受重視,是與它們的危害分不開的。自從1878年Francis首次報道了動物由于飲用含藍藻的水而死亡的事件以來,世界各地藍藻毒素引起鳥類、魚類、動物甚至人類死亡的事件頻繁發(fā)生。由于水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象日益加劇,藍藻水華的發(fā)生也越來越頻繁。研究表明,世界各地25%～70%的藍藻水華可產(chǎn)生毒素。那些以河流、湖泊、水庫為飲水水源的人就有攝人藍藻毒素的危險。另外,人類與含藍藻毒素的水體直接接觸(如游泳、劃船等),也可能中毒。由于水體中的藍藻毒素往往含量較低,經(jīng)常表現(xiàn)出來的是慢性毒性。流行病學調(diào)查表明,中國江蘇海門、啟東和廣西扶綏地區(qū)的原發(fā)肝癌發(fā)病率高與當?shù)鼐用耖L期飲用含微量微囊藻毒素的淺塘水和河流水有關,而當?shù)仫嬘蒙罹木用裨l(fā)肝癌發(fā)病率則相當?shù)?。藍藻毒素也具有急性毒性,如1996年,巴西一個血液透析中心由于使用被藍藻毒素污染的水而導致60多人死亡⑼二、藻類對制水的影響含藻原水進人凈水廠后,會使水質(zhì)發(fā)生變化,從而干擾水處理作業(yè),對制水生產(chǎn)工藝、藥耗以及構(gòu)筑物池壁都會產(chǎn)生極大的不利影響,主要表現(xiàn)在以下幾個方面。㈠對混凝的影響。在光合作用下,水中pH值升高,且由于藻類作用,溶解氧增加,礬花密度降低,沉淀去除率下降,導致需要投加的混凝劑增多,高藻水的處理需要消耗大量的混凝劑。另外,部分藻細胞易穿透絮凝體,破壞絮凝過程,導致出水有藻類污染物。㈡干擾過濾。藻類物質(zhì)在濾池中可大量繁殖,會使濾料層堵塞,從而縮短過濾運行周期,導致反洗水用量增加,反洗頻率加大,實際用水產(chǎn)量下降并影響出水水質(zhì)。㈢對構(gòu)筑物的影響。藻類細胞成層成為黏質(zhì)物,附在混凝土池壁表面,形成一層潤滑層,既影響制水過程中的感官質(zhì)量,又增加了洗池的頻率和費用以及工人的勞動強度。另外,藻類對混凝土池壁構(gòu)成很大的威脅,如長沙三水廠構(gòu)筑物池壁由于藻類等物質(zhì)的長期腐蝕,致使池壁粗糙老化,反過來又給藻類物質(zhì)的寄生繁殖、水垢青苔的附著生長,提供了有利的棲息場所。㈣藻類致臭。藻類所分泌的臭味物質(zhì)導致飲用水出現(xiàn)異味,水中藻細胞數(shù)量的增大也增加了氯的使用量,當水處理中氧化劑使用量較低時,不但無法消除臭味的影響,有時還會和一些臭味有機物反應生成新的致臭物質(zhì)。藻類在代謝過程中易產(chǎn)生三鹵甲烷的前驅(qū)物質(zhì),三鹵甲烷是對人體具有潛在危害的致癌性物質(zhì)。部分藻類在代謝過程或死亡后釋放藻毒素,對生物體造成毒性和危害,常規(guī)的水處理工藝對毒素中常見而且危害較大的肝毒素難于去除。藻類所產(chǎn)生的有機物質(zhì)易造成微生物在水供給系統(tǒng)中重新生長,對管網(wǎng)和管網(wǎng)水質(zhì)不利。由于存在這些問題,飲用水處理中不能忽視藻類的影響。三、藻類去除方法易受日照影響的較淺和流動緩慢的水體(如湖泊、水庫等),在富營養(yǎng)條件下水中藻類易于大量繁殖,特別是在水溫較高的夏秋季節(jié),水中的含藻量將很高。水中的藻類除了會使水產(chǎn)生令人厭惡的味和臭外,還因為它們的密度接近于水,混凝沉淀的效果不好,易于堵塞濾池,影響水廠的正常運行。因此,在處理藻類含量較多的湖泊、水庫水時,應考慮除藻問題。世界各地根據(jù)原水水質(zhì)、水源地環(huán)境及藻類的種類、數(shù)量,采取對應的去除方法,取得了不同程度的效果,從文獻報道來看,當前水處理中除藻單元工藝主要有如下幾種方法。㈠化學藥劑法(加藥滅藻法)加藥滅藻法控制藻類既可在水源地進行,也可在水處理廠進行,美國、澳大利亞等國常采用此法控制藻類在湖泊、水庫中的生長。常見的除藻劑有硫酸銅(控制藻類生長的硫酸銅濃度一般需大于1.0rng/L,這使得水中銅鹽濃度上升,因而需謹慎使用)、氯、二氧化氯等。預氯化常見于水處理工藝中,以殺死藻類,使其易于在后續(xù)水處理工藝中去除,但預氯化使水中消毒副產(chǎn)物增加,也是一種不得已而為之的方法?；瘜W藥劑法應用較為靈活,但使水中增加了新的對健康不利的化學物質(zhì)。另外,還可采用投加活化硅酸、活性炭、高錳酸鹽等方法滅藻。⒈折點加氯殺藻把反應池前的加氯量加大,以氧化水中的有機物,殺滅藻類。這是一種較為簡單的能快速殺藻的方法,在國內(nèi)水廠使用較多,能夠有效地殺滅藻類,抑制藻類產(chǎn)生和繁殖。據(jù)有關試驗表明,采用該種方法,除藻率一般能達到50%左右,并能除去水中的一部分異味,除藻后的原水再經(jīng)常規(guī)水處理工藝,能使飲用水中不含或稍含藻。但這種較為簡捷的除藻工藝同時存在著某些不是之處。①當水中含有大量天然有機物如腐殖質(zhì)、灰黃酸、富里酸及