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1、城市饮用水处理领域的科技发展问题探讨摘要随着我国社会与经济的稳步发展，对水量与水质的需求不断增加。19901995年我国供水量年增长率为9，1998年城市市政公共供水系统共有水厂2075个，综合生产能力为11513万m3/d，用水人口亿，年供水总量亿m3。按照建设部建设事业“九五”计划和2010年规划纲要，我国“九五”期间需新增供水能力4000万m3/d，到2000年我国城市供水普及率要达到97，2010年要达到98。关键词科技发展 饮用水处理1. 社会经济发展对城市饮用水处理科技发展的需求随着我国社会与经济的稳步发展，对水量与水质的需求不断增加。19901995年我国供水量年增长率为9%，1
2、998年城市市政公共供水系统共有水厂2075个，综合生产能力为11513万m3/d，用水人口亿，年供水总量亿m3。按照建设部建设事业“九五”计划和2010年规划纲要，我国“九五”期间需新增供水能力4000万m3/d，到2000年我国城市供水普及率要达到97%，到2010年要达到98%。在供水水质水量需求不断增长的同时，水资源短缺问题也越来越严重。我国人均水资源占有量为世界人均占有量的1/4，被列为12个贫水国家之一，而且在时空上分布很不均匀。北方严重缺水，南方洪涝严重，降雨量季节差异很大。据统计，我国1996年全国666个城市中有330个城市不同程度缺水，其中严重缺水的达108个；在32个百万
3、人口以上的特大城市中，有30个城市长期受缺水困扰。最近几年，由于工业用水量的下降，我国的城市供水行业售水量开始出现副增长的趋势，从水量和生产能力角度考虑，大部分城市的供水能力不足问题已经得到缓解，目前和今后相当长的一段时期内我国供水行业所面临的突出问题是水质问题，一方面水源普遍受到污染，另一方面水质需求标准不断提高。我国污水处理率低，污染物排放量继续呈增加趋势。据我国七大水系和内陆河流的110个重要河段统计，符合“地面水环境质量标准”I、II类的占32%，III类的占29%，属于IV、V类的占39%。水中曾一次性检测出有机污染物高达上百种，其中部分是具有致癌、致畸、致突变作用的有机污染物。饮用
4、水水源的污染，致使饮用水水质恶化，对城市居民身体健康构成严重威胁；由于化学污染物会导致人类基因突变，因而严重地影响我国人口的整体素质，也是制约经济进一步发展和影响社会稳定的一个重要因素。水源水质污染的另一个重要方面是氮、磷营养物大量排入水体所导致的水体富营养化，水体中藻类的过量繁殖已经严重影响自来水厂的净化效果，由于我国绿化程度不高，水土流失严重，导致水中天然有机物浓度较高，也增加了给水处理难度，有机成分对胶体产生严重保护作用，影响混凝效果，导致耗药量显着增加，水中铝的剩余浓度升高。有机物在氯化消毒过程中与氯作用，不但增加氯耗影响消毒效果，而且生成多种对人体有害的氯化消毒副产物，其中大部分对人
5、体健康构成潜在危胁。特别是传统的预氯化工艺，高浓度的氯与源水中较高浓度的有机污染物直接作用，生成的氯化消毒副产物浓度会更高。随着我国经济的迅速发展，对城市饮用水水质要求将不断提高，到2000年大中型城市一类水司试行的水质指标将由现行水质标准的35项增加到88项，将对水中多种微量有机污染物进行严格控制。研究安全优质饮用水处理技术将是一项非常重要的研究课题。目前我国在给水净化处理方面存在的问题有以下几个方面：1).水质污染问题普遍，90%以上的水厂面临着水源污染问题，但由于资金短缺，难以大规模地采用国外昂贵的除污染技术；2).我国水源污染引起的水质问题复杂，不但水中含有多种有害的污染物质，而且还具
6、有藻类、嗅味、氯化消毒副产物等多种问题；3）.虽然对于单一的除微污染技术已进行了较为系统的研究工作，但缺少除微污染集成技术与成套设备，难以形成高新技术产业，投入到生产中。在水源污染严重，急需技术与设备投入的同时，严重地缺乏能经济有效地提高饮用水水质的成套技术与设备，形成强烈反差。2. 我国城市饮用水处理的科技问题分析我国城市自来水水质明显低于国外发达国家。这一方面是由于我国多数水源的原水水质相对较低、污染严重、水中浊度和色度及有机物浓度偏高；另一方面是由于我国绝大多数水厂仍然主要采用的是常规给水处理工艺，对某些特殊有机污染物的去除效果有限，难以充分适应不断变化的水质。由于污水处理设施建设的长期
7、欠缺，加上工程投资大、运行管理费用高，因而我国的污水处理率在短时期内难以得到明显提高，在今后相当长时期内，对于微污染水的净化处理将是一个重要的研究课题。目前制约饮用水处理领域的科技问题可以归纳为以下几个方面：1) 水中微量有机污染物去除的工艺理论与技术；2) 水中藻类及其代谢产物的强化处理技术；3) 水处理过程副产物的去除与控制技术；4) 常规水处理的强化技术；5) 高效消毒技术。饮用水中微量有机污染物对人体危害大，但难于去除。特别是高稳定性的溶解性有机污染物，如卤代有机物、硝基化合物、多环芳烃等，对人体危害较大。传统给水处理工艺对这些有机微污染物的去除效果有限，迫切需要研究开发经济高效的微污
8、染物去除技术。水中藻类一般带负电，具有较高的稳定性，难于混凝，严重地影响给水处理效果；藻类比重小，沉淀效果差；藻类在代谢过程中产生多种嗅味，对水的感官性状产生直接影响；某些藻类尺寸很小，可穿透滤池进入到给水管网中，影响管网内水质；藻类是典型的氯化消毒副产物前驱物质，在后续消毒过程中与氯作用生成多种有害副产物，增加水的致突变活性；某些藻类(如蓝藻)能产生藻毒素，对人体和动物构成威胁，其中有些藻毒素是肝毒素和神经毒素。此外，藻类会粘附在滤料表面，使滤池过滤周期显着缩短，造成滤池频繁反冲洗；有机成分对胶体产生严重保护作用，影响混凝效果，导致耗药量显着增加，水中铝的剩余浓度升高。水处理过程中引入的一些
9、副产物(如聚丙烯酰胺中的单体等)，也会对饮用水水质产生不良影响。在氯化消毒过程中产生的多种卤代有机副产物对人体危害较大，是饮用水中重点控制的副产物。特别是传统的预氯化工艺，高浓度的氯与原水中较高浓度的有机污染物直接作用，生成的氯化消毒副产物浓度会更高。消毒一直是给水处理中最为重要的环节。消毒效果不佳将造成流行病爆发，特别是甲第虫、隐孢子虫等致病原生动物的灭活，是目前消毒技术研究的关键问题。我国生活饮用水水质标准过低，明显低于发达国家。没能够动态地、及时地、科学地对饮用水水质标准进行系统研究，并及时地对标准作出补充。企业对于工艺技术更新的积极性不高，科技投入低，处理工艺相对落后，难以保障良好的饮
10、用水水质。一般除污染工艺设备投资较大，由于受资金限制，难以大规模地采用昂贵的除污染工艺，这也是目前我国饮用水质量偏低的主要原因，急迫需要研究与发展适合我国国情、易于在我国推广应用的安全与优质饮用水处理技术。3. 国内外城市饮用水处理技术发展现状与趋势分析我国饮用水源污染严重，但绝大多数城市水厂采用的是传统的常规给水处理工艺，其主要功能是除浊、除色和杀菌，对水中溶解性有机污染物的去除作用有限。国内外近些年来发展了一些受污染水的净化处理技术，主要可分为吸附法、氧化法、生物法、膜法等几大类方法。活性炭吸附是一种较早地被应用于生产的除微污染技术，其原理是利用活性炭巨大的比表面积吸附水中的有机污染物。活
11、性炭可分为粒状炭与粉状炭两种形式。粒状活性炭的使用通过活性炭滤床实现，将其置于砂滤后或者取代现有砂滤床。受污染的水经过活性炭滤床后，有机污染物被截留在活性炭滤床中。但由于我国水源污染较重，活性炭使用不久便饱和、失效，水体污染严重时活性炭只能运行几周时间。活性炭的吸附性能可以通过再生得到恢复，但更换活性炭频繁、再生费用很高。粉末活性炭在应用中基建与设备投资较低，使用灵活方便。但活性炭难以回收，使用过程中运行费用较大，仅在污染严重时期使用。近些年来，人们将粉末活性炭预涂到某些载体上，提高了粉末活性炭利用率，也提高了有机污染物的去除效率。粉状活性炭在运行过程中可逐渐地形成生物活性炭，微生物不断对吸附
12、在活性炭表面的有机污染物进行生物降解，从而可以有效地延长活性炭的使用周期。预氧化可以提高有机污染物的可生化性，延长活性炭使用周期。氧化工艺一般除污染效果好、适应面广，应用得相对较多。氧化除污染方法是利用强氧化剂分解水中的有机污染物。目前能够用于给水处理的氧化剂主要有氯、二氧化氯、高锰酸钾、过氧化氢和臭氧，它们在标准状态下的氧化还原电位分别为、和。显然，臭氧在可用于给水处理的几种氧化剂中具有最高的氧化还原电位(氧化电位Eo = +V)，因而具有最强的氧化性，对水质的适应能力强，目前已被发达国家较多地应用于给水处理中。臭氧能使水中多种有机污染物氧化破坏，但仅能使水中含有不饱和键或者部分芳香类的有机
13、污染物氧化分解，相当多的稳定性有机污染物(如农药、卤代有机物和硝基化合物等)难以被氧化分解。虽然臭氧氧化技术在我国也进行了多年的研究工作，但由于投资很大、运行管理费用很高，在我国一直难以推广应用。“八五”期间，开展了高锰酸钾除微污染技术研究，投资相对较小，已在多个水厂和净水设施中应用。过氧化氢除污染能力很低，但与二价铁联用在酸性条件下有较强的氧化能力，由于在给水处理中难以进行pH调整，因而过氧化氢的应用受到限制。二氧化氯具有很强的消毒能力，但与有机物氧化时被还原成亚氯酸根，后者对红血球有破坏作用。氯对有机物具有一定的氧化作用，长期以来被用做给水处理的预氧化剂，但由于氯与原水中多种有机污染物作用
14、，生成一些列对人体危害较大的卤代有机物，因而预氯化逐渐地受到各国的限制。建设部在“九五”期间研究了化学预氧化除污染技术，对比了各种化学预氧化技术的相对除污染效能，发现某些化学预氧化复合技术对于去除水中微量有机污染物有良好的效果。我国部分高校对光化学氧化除污染技术进行了研究，利用光催化氧化降解水中微量有机污染物，一般可应用于小型净水设施，但在大规模水厂中应用设备投资较大。生物预处理技术是在常规给水处理工艺流程之前或在处理过程中，利用微生物对水中有机污染物进行代谢分解，使之无机化。 “八五”和“九五”期间，我国对各种生物预处理技术进行了系统研究工作，表明对于可生化性较高的水，生物预处理能够显着地去
15、除水中氨氮，对有机污染物有一定去除效果。在我国的华南地区已进行了生产性试验，当水中有机污染物可生化性较强时，可明显地提高水质；但对于受工业废水污染、可生化性较低的原水，生物预处理除污染效率较低。生物预处理对于北方地区，特别对于低温水的处理效果有限，由于微生物活性较低，需要停留时间较长，因而设备投资很大。膜技术是近些年来发展起来的给水处理工艺。膜在除污染中的作用是通过其很小的孔径将水中有机物分子截留到膜的一侧，从水相中去除。具有除污染作用的膜主要有纳滤膜和反渗透膜。膜处理技术设备投资很大，膜更换费用较高，一般只用于很小规模的净水设施，难以应用于大规模水厂。此外，膜过滤在去除水中有害成分(微污染物
16、)的同时，还将水中无机离子去除(如反渗透)，长期饮用高纯水并不利于身体健康。总之，目前国内外在受污染水处理技术领域开展了大量研究工作，但能够在生产中推广应用从而经济有效地提高饮用水水质的新技术与设备还仍然有限。特别缺乏具有高效低耗等特征易于在我国推广应用的除微污染技术与设备。我国在“八五”和“九五”期间主要是针对单项除微污染技术进行研究，但对于除微污染集成技术与成套设备的研究尚较薄弱。由于我国饮用水源普遍受到污染，对受污染水源水的净化处理集成技术与成套设备在我国具有巨大的潜在市场，是我国水工业产业的一个重要方面，有重要的研究与开发价值。4. 城市饮用水处理领域的科技发展思路与目标分析我国供水行业计划从2000年开始试行新的行业标准(城市供水2000
