我国饮用水安全保障问题

李圭白：我国饮用水安全保障问题 时间：2009-12-08 来源：水世界 作者：李圭白 我今天演讲的题目是“我国饮用水安全保障问题”，城市饮用水的安全保障分两方面： 一个是水质问题；另一个是水量问题，我主要讲水质问题，就水质问题，一个是水的生物 安全，另一个是水的化学性安全问题，这两方面构成了保障饮用水质安全的主要方面。 我国的水环境，水污染还是比较严重的，特别是有机污染和氨氮，由于水环境污染比 较严重使我们国家不断提高饮用水水质标准，确保人民生命健康得到保障，所以我们近年 来也不断的出台各种饮用水质标准，2006 年我们国家颁布了新的国标，水质指标达到 106 项，和国外饮用水水质指标基本上接轨。一方面我们水环境水质比较差；另一方面饮用水 指标大大提高了，形成了比较大的矛盾，也是挑战，正是这种矛盾、这种挑战对我们水处 理技术的发展是一个强大的推动力，为了说明这个问题，结合我们国家现有的水的处理技 术谈一下城市饮用水水处理工艺的发展过程。 我们知道，20 世纪以前，城市饮用水安全得不到保障，致使水分烈性传染病流行，给 城市居民的生命健康构成了重大威胁，这使人类面临着一个重大的生存安全问题，这就是 生物安全性问题，为了解决这个问题，20 世纪初，研发出了混凝、沉淀、过滤、氯消毒工 艺，我们把这个工艺称之为常规水处理工艺，使传染病流行得到控制，可称之为第一代工 艺。上世纪 50 年代又发现水中间病毒性疾病的流行问题，为了控制病毒性水界流行病的传 播，人们发现这些病毒在水中不是单独存在的，都是吸附在颗粒物质表面存在，如果我们 能够把水中颗粒物质浑浊度大大降低，就可以显著减少水中间病毒的浓度，再经过第一代 工艺处理以后仍然能够有效的控制病毒，浊度原来是作为生活饮用水感性指标考虑的，现 在具有了生物安全性的作用，所以被世界各国所高度关注。美国列出了微生物学指标，对 浊度的要求，大大推动了第一代工艺的发展。上世纪 70 年代又发现了一些有毒物，这些物 质能够致癌，长期饮用对人体有害，人类又一次面临饮水安全问题，这次遇到的是化学安 全性问题，为了解决这个问题，我们又开发出了在第一代工艺基础上增加臭氧颗粒活性炭 的工艺，我们称作第二代工艺，国外把它作为通用的工艺来推广，国内也继续在推广这样 的工艺。 第二代工艺后头用颗粒活性炭，把水中间有毒害的有机物生产消毒副产物的有机物有 效的消除了，但是在颗粒活性炭过程中繁殖了大量微生物，微生物能够随水流出，而且具 有很强的抗毒性，使得水的生物安全性又有所降低，第二代工艺还不是很理想的。从那以 后我们又出现了一系列新的水的安全性问题，例如我们解决了水中有毒、有害物质以后， 又面临一些新的化学性安全问题，例如水中有毒、有害、有机物在日益增多，我们知道每 年由于化学科学发展又合成成千上万种新的有机物，它们有一部分进入水体，对水体造成 污染，现在发现的消毒副产物达到几百种，绝大部分对人体都是有害的。另外我们用了一 些氧化剂，比如臭氧，除了氯以外，二氧化氯也会生长一些有毒害的氧化物。此外还有有 机物，有些复合型的污染物，刚才我们提出了一些有机和无机的污染物，现在我们只了解 单独的毒性，多种污染物存在时候，复合毒性我们了解的很有限，虽然有时候复合毒性可 能更强，这都是我们面临的新的化学安全性问题，另外还有出现了一些重大的生物安全性 问题，例如以两虫为代表的生物安全性问题，所谓两虫，就是有能够致病的原生动物，上 世纪末后半叶陆续体现的，他们的致病性非常强，并且有抗强的抗毒性，一旦进入到饮用 水中，我们就可能受到污染，就得这种病，1993 年美国由于这种病的爆发感染了 40 多万 人，从那以后大家对“两虫”高度重视。由于水环境污染，藻毒素以及其它有害生物也是 最近频繁出现的一些水质问题，比如太湖水藻藻臭，藻类爆发产生的臭味问题，我们国家 多个城市都曾经遇到过这个问题。还有一个水的生物稳定性问题，水的生物稳定性问题， 出厂水虽然控制住了致病的细菌或者病毒，但是水中仍然存在相当数量的没有被完全消灭 的微生物，这些微生物的存在，本身就存在一些还没有被我们认识的新的致病因子，当水 中微生物多的时候，水生物安全性就越低。当水从自来水龙头出来以后，虽然符合国家标 准，但是仍然还有一些微生物，如果这些微生物还能够在输水和储存过程中不断的增殖， 显然水的生物安全性就会相应的下降，这也是一个生物安全性问题。 针对这些新的生物安全性问题，第一代工艺或者第二代工艺都不能非常有效的使新的 生物安全性得到解决和控制，所以有待发展更新的、更有效的技术和工艺。如果说第三代 工艺是一代工艺，首先解决的是水的生物安全性问题，对水来说，生物安全性问题对人类 危害是最大的，首先要保证水的生物安全性问题。从目前技术来看，膜技术能够非常有效 的提高水的生物安全性，例如超滤膜，孔径有几十纳米，原则上说可以讲水中间一切微生 物截留下来，使得水的安全性大大提高一步，像超滤这样的技术，基本上还是物理截留技 术，对溶解性或者小分子的物质效果比较差，所以我们说它单独使用去除微生物可能是非 常有效的，但是对待其它一些有毒害的溶解性物质率比较差。所以新一代节水工艺应该是 以超滤为核心技术的组合工艺，不仅对颗粒物和细菌有很好的去除效果，为有机物以及其 它的有毒害的物质也能够很好的控制 以超滤为核心技术的组合工艺大体上的组成怎么样呢？去除颗粒物、微生物及大分自 由基无，使颗粒物、微生物、大分自由基无及部分溶解物质声称可为超滤去除的颗粒物。 吸附去除中等分子的有机物，生物氧化和吸附去除小分自有机物，化学氧化，提高混凝、 吸附、生物处理的去除效率。膜后处理，使水保持生物稳定性和化学稳定性，第三代工艺 有望将生物安全性和化学安全性都显著提高，达到新国际要求。 刚才我们谈的是水的净化技术，还要保障生活饮用水的安全性，特别是水质的安全性， 是一个系统工程，要从全水流程的各个组成部分都能够进行工作，首先是城市饮用水水源， 国内 90%左右以上城市水源都遭受到不同程度的污染，在这种情况下，我们首先要设法提 高城市水源水质，水源水质的提高，是保障饮水水质安全一个基础，流域的污染防治，使 得水源水质获得安全保障的根本途径，恢复水源水质用生态恢复这样的方法，对于改善水 源水质是比较有效的，最近我参观了一个利用湿地进行水源水质生态恢复工程，日处理量 24 万吨，还是比较有效的，能够使水从四类水体提高到三类水体水源水质生态恢复有多种 方法，湿地还是比较有效的方法。 常规工艺升级换代改造，我国现有城市水厂 95%为常规井水工艺，因水源水质污染， 出水水质难以达到新国际要求，需升级换代改造，是一项急待解决的重大工程。在常规工 艺后增设臭氧-活性炭，难以在短期内实现，要求资金巨大，常无预留场地，高程方面的 困难。在“十一五”水专项里提出一个概念，短流程深度处理工艺：在常规工艺基础上， 实现深度处理，强化混凝、预氧化、投加粉末活性炭，将滤改造为活性炭-砂滤池等。用 膜技术改造常规工艺，也可以有多种形式，以第三代的模式改造第一代工艺，可能有几种 模式：一种在滤池后面增加超滤膜过滤，好处是能够使水质大大提高，超滤膜用于自来水 主要有两个功能：第一个功能，能够截留几乎所有的有机物，包括“两虫”，解决了“两 虫”“藻类”细菌引发的疾病，第二膜后的水基本不含微生物或者只含少量微生物，完全 达到饮用的标准，膜后的水不需要杀菌消毒，按照设计规范，只需要再投加少量的消毒剂 使水具有一定的持续消毒能力，避免二次污染，消毒剂大大减少了，有利于控制和解决消 毒副产物这样一个技术难题。另一个方式将滤池改造成膜滤池，根据现在我们国内产的外 压式低压超滤膜，在一平方米上过滤的水量大致能达到每小时 15 吨，为了提高滤后水水质， 一般采用 5-7 米滤速，如果改造成膜滤池，甚至可以把水量提高到 15 吨，翻一倍，对国内 很多自来水厂具有绝对的吸引力，因为很多地方还在发展，还需要建新的水厂，还需要提 高供水量，如果旧水厂用膜改造滤池，水量就提高一倍，有很大吸引力，就不用再新建一 个新的水厂。第三种方式是把一部分沉淀池改成超滤膜滤池，还能够节省很多地。这三种 模式在国内在陆续应用，例如在滤池后面加一个超滤膜装置，国内不久就会建成 10 万吨的 水厂。第三种方式是把沉淀池改造成膜滤池，今年也有可能有一个 25000 吨水厂投产。利 用膜技术提升第一代技术也是非常好的方向。 水的生物稳定性问题，我们要控制它，从目前的研究来看，主要有两个参数可以控制 出厂水的生物繁殖：一个是水中间的可为生物利用的 AOC，另外一个磷。饮用水供给的末 端处理，由于国内自来水厂大多数是第一代工艺，还不能够达到要求，我们在末端设一个 提高水质的设施，是一种可以接受的方式。有些人提出一个人一天就喝 2 升洁净水就可以 解决问题了呢？这是一种误导，是生产瓶装水厂家的误导，根据国内外的研究，自来水中 间的污染物进入人体大概是三个途径：一个是入口，就是饮水；第二洗浴，皮肤吸收；另 外水雾，肺吸收。每只喝 2 升水，并没有完全解决问题。只解决 1/3 的问题，在楼宇、小 区建直饮水系统，不能有效防治污染无对人体危害。在楼宇、小区有必要对全部水进行除 污染。在住户安装家用净水设备，也是一种途径，安装超滤膜，可提高生物安全性。装活 性炭，可提高化学安全性。这两项技术是比较有效的终端处理技术，这两项技术作为终端 处理用在各家各户，关键在于管