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    隨著我國社會與經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展，對水量與水質的需求不斷增加。1990～1995年我國供水量年增長率為9%，1998年城市市政公共供水系統(tǒng)共有水廠2075個，綜合生產(chǎn)能力為11513萬m3/d，用水人口1.8493億，年供水總量263.1億m3。最近幾年，由于工業(yè)用水量的下降，我國的城市供水行業(yè)售水量開始出現(xiàn)副增長的趨勢，從水量和生產(chǎn)能力角度考慮，大部分城市的供水能力不足問題已經(jīng)得到緩解，目前和今后相當長的一段時期內我國供水行業(yè)所面臨的突出問題是水質問題，一方面水源普遍受到污染，另一方面水質需求標準不斷提高。

    飲用水水源的污染，致使飲用水水質惡化，對城市居民身體健康構成嚴重威脅，制約經(jīng)濟進一步發(fā)展和影響社會穩(wěn)定；其中，化學污染物會導致人類基因突變，嚴重地影響人口的整體素質。水源水質污染的另一個重要方面是氮、磷營養(yǎng)物大量排入水體所導致的水體富營養(yǎng)化，水體中藻類的過量繁殖已經(jīng)嚴重影響自來水廠的凈化效果。我國水土流失嚴重，水中天然有機物濃度較高，也增加了飲用水的處理難度。

    有機物在氯化消毒過程中與氯作用，不但增加氯耗影響消毒效果，而且生成多種對人體有害的氯化消毒副產(chǎn)物，其中大部分對人體健康構成潛在危脅。特別是傳統(tǒng)的預氯化工藝，高濃度的氯與源水中較高濃度的有機污染物直接作用，生成的氯化消毒副產(chǎn)物濃度會更高。

    隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對城市飲用水水質要求將不斷提高，到2000年大中型城市一類水司試行的水質指標由現(xiàn)行水質標準的35項增加到88項，新的國家飲用水標準也即將頒布，將對水中多種微量有機污染物進行嚴格控制。研究安全、優(yōu)質飲用水處理技術將是一項非常重要的研究課題。

    1. 我國城市飲用水處理的科技問題分析

    我國城市自來水水質明顯低于國外發(fā)達國家。這一方面是由于我國多數(shù)水源的原水水質相對較低、污染嚴重、水中濁度和色度及有機物濃度偏高；另一方面是由于我國絕大多數(shù)水廠仍然主要采用的是常規(guī)給水處理工藝，對某些特殊有機污染物的去除效果有限，難以充分適應不斷變化的水質。由于污水處理設施建設的長期欠缺，加上工程投資大、運行管理費用高，因而我國的污水處理率在短時期內難以得到明顯提高，在今后相當長時期內，對于微污染水（含有微量污染物的水）的凈化處理將是一個重要的研究課題。目前制約飲用水處理領域的科技問題可以歸納為以下幾個方面：

    （1）水中微量有機污染物去除的工藝理論與技術；

    （2）水中藻類及其代謝產(chǎn)物（嗅味、藻毒素等）的強化處理技術；

    （3）水處理過程副產(chǎn)物的去除與控制技術；

    （4）常規(guī)水處理的強化技術；

    （5）高效消毒技術等。

    飲用水中微量有機污染物對人體危害大，但難于去除。特別是高穩(wěn)定性的溶解性有機污染物，如鹵代有機物、硝基化合物、多環(huán)芳烴等，對人體危害較大。傳統(tǒng)給水處理工藝對這些有機微污染物的去除效果有限，迫切需要研究開發(fā)經(jīng)濟高效的微污染物去除技術。

    水中藻類一般帶負電，具有較高的穩(wěn)定性，難于混凝，嚴重地影響給水處理效果；藻類比重小，沉淀效果差；藻類在代謝過程中產(chǎn)生多種嗅味，對水的感官性狀產(chǎn)生直接影響；某些藻類尺寸很小，可穿透濾池進入到給水管網(wǎng)中，影響管網(wǎng)內水質；藻類是典型的氯化消毒副產(chǎn)物前驅物質，在后續(xù)消毒過程中與氯作用生成多種有害副產(chǎn)物，增加水的致突變活性；某些藻類（如藍藻）能產(chǎn)生藻毒素，對人體和動物構成威脅，其中有些藻毒素是肝毒素和神經(jīng)毒素。此外，藻類會粘附在濾料表面，使濾池過濾周期顯著縮短，造成濾池頻繁反沖洗；

    有機成分對膠體產(chǎn)生嚴重保護作用，影響混凝效果，導致耗藥量顯著增加，水中鋁的剩余濃度升高。

    水處理過程中引入的一些副產(chǎn)物（如聚丙烯酰胺中的單體等），也會對飲用水水質產(chǎn)生不良影響。在氯化消毒過程中產(chǎn)生的多種鹵代有機副產(chǎn)物對人體危害較大，是飲用水中重點控制的副產(chǎn)物。特別是傳統(tǒng)的預氯化工藝，高濃度的氯與原水中較高濃度的有機污染物直接作用，生成的氯化消毒副產(chǎn)物濃度會更高。

    消毒一直是給水處理中最為重要的環(huán)節(jié)。消毒效果不佳將造成流行病爆發(fā)，特別是甲第蟲、隱孢子蟲等致病原生動物的滅活，是目前消毒技術研究的關鍵問題。

    目前我國的生活飲用水水質標準過低，明顯低于發(fā)達國家。有必要動態(tài)地、及時地、科學地對飲用水水質標準進行系統(tǒng)研究，并及時地對標準作出補充。

    一般除污染工藝設備投資較大，由于受資金限制，難以大規(guī)模地采用昂貴的除污染工藝，這也是目前我國飲用水質量偏低的主要原因，急迫需要研究與發(fā)展適合我國國情、易于在我國推廣應用的安全與優(yōu)質飲用水處理技術。

    2. 城市飲用水處理領域國內外科技發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢分析

    我國飲用水源污染嚴重，但絕大多數(shù)城市水廠采用的是傳統(tǒng)的常規(guī)給水處理工藝，其主要功能是除濁、除色和殺菌，對水中溶解性有機污染物的去除作用有限。國內外近些年來發(fā)展了一些受污染水的凈化處理技術，主要可分為吸附法、氧化法、生物法、膜法等幾大類方法。

    活性炭吸附

    活性炭吸附是一種較早地被應用于生產(chǎn)的除微污染技術，其原理是利用活性炭巨大的比表面積吸附水中的有機污染物。粒狀活性炭的使用通過活性炭濾床實現(xiàn)，將其置于砂濾后或者取代現(xiàn)有砂濾床。受污染的水經(jīng)過活性炭濾床后，有機污染物被截留在活性炭濾床中。但由于我國水源污染較重，活性炭使用不久便飽和、失效，水體污染嚴重時活性炭只能運行幾周時間。活性炭的吸附性能可以通過再生得到恢復，但更換活性炭頻繁、再生費用很高。粉末活性炭在應用中基建與設備投資較低，使用靈活方便。但活性炭難以回收，使用過程中運行費用較大，僅在污染嚴重時期使用。近些年來，人們將粉末活性炭預涂到某些載體上，提高了粉末活性炭利用率，也提高了有機污染物的去除效率。

    粉狀活性炭在運行過程中可逐漸地形成生物活性炭，微生物不斷對吸附在活性炭表面的有機污染物進行生物降解，從而可以有效地延長活性炭的使用周期。預氧化可以提高有機污染物的可生化性，延長活性炭使用周期。

    氧化工藝

    氧化除污染方法是利用強氧化劑分解水中的有機污染物。氧化工藝一般除污染效果好、適應面廣，應用得相對較多。目前能夠用于給水處理的氧化劑主要有氯、二氧化氯、高錳酸鉀、過氧化氫和臭氧，它們在標準狀態(tài)下的氧化還原電位分別為1.36V、1.50V、1.69V、1.77V和2.07V。

    顯然，臭氧在可用于給水處理的幾種氧化劑中具有最高的氧化還原電位（氧化電位+2.07 V），因而具有最強的氧化性，對水質的適應能力強，目前已被發(fā)達國家較多地應用于給水處理中。臭氧能使水中多種有機污染物氧化破壞，但僅能使水中含有不飽和鍵或者部分芳香類的有機污染物氧化分解，相當多的穩(wěn)定性有機污染物(如農(nóng)藥、鹵代有機物和硝基化合物等)難以被氧化分解。雖然臭氧氧化技術在我國也進行了多年的研究工作，但由于投資很大、運行管理費用很高，在我國一直難以推廣應用。

    “八五”期間，我國開展了高錳酸鉀除微污染技術研究，投資相對較小，已在多個水廠和凈水設施中應用。過氧化氫除污染能力很低，但與二價鐵聯(lián)用在酸性條件下有較強的氧化能力，由于在給水處理中難以進行pH調整，因而過氧化氫的應用受到限制。二氧化氯具有很強的消毒能力，但與有機物氧化時被還原成亞氯酸根，后者對紅血球有破壞作用。氯對有機物具有一定的氧化作用，長期以來被用做給水處理的預氧化劑，但由于氯與原水中多種有機污染物作用，生成一些列對人體危害較大的鹵代有機物，因而預氯化逐漸地受到各國的限制。建設部在 “九五”期間研究了化學預氧化除污染技術，對比了各種化學預氧化技術的相對除污染效能，發(fā)現(xiàn)某些化學預氧化復合技術對于去除水中微量有機污染物有良好的效果。

    我國部分高校對光化學氧化除污染技術進行了研究，利用光催化氧化降解水中微量有機污染物，一般可應用于小型凈水設施，但在大規(guī)模水廠中應用設備投資較大。

    生物預處理技術

    生物預處理技術是在常規(guī)給水處理工藝流程之前或在處理過程中，利用微生物對水中有機污染物進行代謝分解，使之無機化。“八五”和“九五”期間，我國對各種生物預處理技術進行了系統(tǒng)研究工作，表明對于可生化性較高的水，生物預處理能夠顯著地去除水中氨氮，對有機污染物有一定去除效果。在我國的華南地區(qū)已進行了生產(chǎn)性試驗，當水中有機污染物可生化性較強時，可明顯地提高水質；但對于受工業(yè)廢水污染、可生化性較低的原水，生物預處理除污染效率較低。生物預處理對于北方地區(qū)，特別對于低溫水的處理效果有限，由于微生物活性較低，需要停留時間較長，因而設備投資較大。

    膜技術

    膜技術是近些年來發(fā)展起來的給水處理工藝。膜在除污染中的作用是通過其很小的孔徑將水中有機物分子截留到膜的一側，從水相中去除。具有除污染作用的膜主要有納濾膜和反滲透膜。目前膜處理技術設備投資大，膜更換費用較高，一般只用于小規(guī)模的凈水設施，難以應用于大規(guī)模水廠。此外，膜過濾在去除水中有害成分（微污染物）的同時，還將水中無機離子去除（如反滲透），長期飲用高純水并不利于身體健康。

    總之，目前國內外在受污染水處理技術領域開展了大量研究工作，但能夠在生產(chǎn)中推廣應用從而經(jīng)濟有效地提高飲用水水質的新技術與設備還仍然有限。特別缺乏具有高效低耗等特征易于在我國推廣應用的除微污染技術與設備。我國在“八五”和“九五”期間主要是針對單項除微污染技術進行研究，但對于除微污染集成技術與成套設備的研究尚較薄弱。由于我國飲用水源普遍受到污染，對受污染水源水的凈化處理集成技術與成套設備在我國具有相當大的潛在市場，是我國水工業(yè)產(chǎn)業(yè)的一個重要方面，有重要的研究與開發(fā)價值。

    3. 城市飲用水處理領域的科技發(fā)展思路與目標分析

    我國供水行業(yè)計劃從2000年開始試行新的行業(yè)標準(城市供水2000年技術進步發(fā)展規(guī)劃)，例如在一類水司飲用水標準將要增加到88項（目前為35 項），其中不少指標是有機污染物指標。因而在“十五”期間應重點研究與發(fā)展能夠滿足新的行業(yè)標準與國家標準、具有高效低耗特征、易于在我國推廣應用的安全飲用水處理工藝技術。

    我國目前對飲用水源的保護已經(jīng)引起高度重視，采取了重點治理污染源的策略。根據(jù)規(guī)劃，到2010年城市污水處理率將提高到40%～50%。為此，15年內需要投資2000～3000億元。由于我國是發(fā)展中國家，做這樣的投資確是一項重大舉措，其發(fā)展速度與國外發(fā)達國家相比也是非常快的。但即使如此，也難以使我國的水污染狀況得到顯著改善。此外，由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展和大量農(nóng)藥的使用，非點源污染也會明顯影響飲用水源水質。因而對于受污染水的凈化處理技術要求也會越來越高。所以在遠期計劃中，仍然要將受污染水的凈化處理技術研究與發(fā)展放到重要位置。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和資金的積累，在給水處理上的投資將逐漸增加，因而遠期計劃發(fā)展高效優(yōu)質的先進除污染技術，重點是能夠全面提高水質的集成化成套安全優(yōu)質飲用水凈化處理工藝技術。

    因此，有必要針對我國飲用水水源污染范圍廣、原水水質復雜的特點，研究能夠適應不同污染程度，滿足不同程度使用要求的飲用水除污染成套技術與設備。以實際工程為依托，開展大型生產(chǎn)性試驗研究工作。從給水處理的各個關鍵環(huán)節(jié)入手，強化對水中多種有機污染物的去除。在混凝階段，通過研制多功能復合藥劑，強化與拓寬混凝工藝的除污染效能。從除污染、除嗅味、除藻、除重金屬、強化混凝和控制氯化消毒副產(chǎn)物等多方面入手，全面地提高飲用水水質。對于藥劑調整，不需要增加大型設施和基建投資，比較符合我國國情，特別適合于現(xiàn)有水廠的改造。研究復合藥劑預氧化處理與活性炭吸附組合除污染工藝，利用氧化和吸附工藝的互補性和協(xié)同作用，進一步提高對有機污染物的去除效率。當水中有機物可生化性較高時，可采用生物預處理強化去除水中氨氮、藻類和有機污染物。

    在具體實施方面，可以在“八五”、“九五”國家重點科技攻關的基礎上，將小試、中試和大型生產(chǎn)性試驗相結合，將基礎理論研究和生產(chǎn)性試驗相結合。重點放在除微污染技術集成與成套設備的研制上。通過系統(tǒng)深入的研究工作，形成能夠對于不同污染程度的原水進行處理的成套新工藝。選擇典型受污染水源，建立除微污染依托工程，獲得整套設計參數(shù)和成套工藝技術與設備。研制出能夠經(jīng)濟有效地改善我國飲用水水質、易于在我國推廣應用的除微污染和安全飲用水成套工藝技術與設備，保障和提高我國的飲用水水質。

    4. 城市飲用水處理領域的科技研究方向建議

    城市飲用水處理領域今后的發(fā)展重點應放在經(jīng)濟低耗、具有多功能凈水作用、可顯著提高飲用水水質的除微污染成套工藝技術上，同時重點發(fā)展高效優(yōu)質除污染技術，強調技術與設備的系列化、成套化、標準化。

    在國家“九五”重點科技攻關計劃中，微污染水源水的凈化處理專題主要圍繞著各種不同微生物載體的生物預處理技術開展了攻關研究工作，發(fā)現(xiàn)生物預處理主要在受污染水中有機物可生化性較高和溫度較高的情況下有除污染效果。對于一般的難生物降解有機污染物，處理效率很低。這主要是由于受污染水源水中有機污染物屬于微污染物，濃度處于微克/升數(shù)量級以下，對人體危害較大的主要是難生物降解的穩(wěn)定性有機污染物。因此，對于受污染水源水的凈化處理，“十五”期間的重點應放在除微污染技術集成，研究成套除微污染技術與設備，經(jīng)濟高效地改善飲用水水質。

    高效多功能復合藥劑與除微污染成套技術設備研究

    在國家“九五”重點科技攻關研究中，開展了復合藥劑的初步研制，針對不同地區(qū)的原水水質調整復合藥劑的優(yōu)化配比，使之具有除微污染、除嗅味、控制氯化消毒副產(chǎn)物等多種功能，在我國受嚴重污染的地區(qū)應用取得了較明顯效果。可以將此技術研究進一步深入，結合具有不同原水水質的受污染水源，優(yōu)化復合藥劑的配比，研究以高價態(tài)金屬氧化劑為核心的復合藥劑，開發(fā)以復合藥劑為核心的高效組合除微污染工藝，在不同地區(qū)建立除微污染依托工程，研究復合藥劑的制備、投加、控制等成套技術與設備。主要內容可分為以下幾個方面：復合藥劑的制備、投加、計量與控制系統(tǒng)與設備；復合藥劑除污染、除嗅味、除藻、強化混凝效能與優(yōu)化工作條件研究；復合藥劑與活性炭聯(lián)用工藝研究；穩(wěn)定性復合藥劑的制造工藝。

    生物預處理改善微污染水凈化效果研究

    在國家“九五”重點科技攻關計劃中，已經(jīng)對各種不同的微生物載體分別進行了優(yōu)化研究，篩選出某些微生物載體，對于可生化性較高的受污染水，在溫度較高的華南地區(qū)，生物預處理可有效地去除水中有機污染物，降低水中氨氮濃度。但對于一般的可生化性較低的受污染水，生物預處理效果不佳。建議“十五”期間將生物預處理作為改善受污染水處理效果的預處理方法，進一步深入研究生物預處理對可生化性較高的水的預處理作用，如微生物優(yōu)勢菌種的培養(yǎng)、新型微生物載體與曝氣方法的研究。主要研究可分為以下幾個方面：生物預處理優(yōu)勢菌種的篩選與培養(yǎng)；微生物載體與曝氣條件的進一步優(yōu)化；生物預處理對后續(xù)除污染效果的強化作用；生物預處理技術的開發(fā)與工程應用。

    建筑小區(qū)（居民小區(qū)）優(yōu)質水供給系統(tǒng)與設備

    小康住宅建設是我國下世紀初城市建設的一個重點內容。優(yōu)質飲用水是小康住宅建設的一個重要組成部分。目前一些城市已開始對自來水進行深度凈化處理，將優(yōu)質飲用水與城市自來水進行分質供應。這種方法可以在短期內滿足用戶對優(yōu)質飲用水的使用要求。但目前尚缺乏高效的優(yōu)質飲用水處理系統(tǒng)。

    自來水中的有機物主要為鹵代有機物，具有很高的穩(wěn)定性，難于從水中去除。建議“十五”期間對建筑小區(qū)（居民小區(qū)）優(yōu)質水供給系統(tǒng)與設備開展研究，主要研究內容可分為以下幾個方面：膜技術除污染工藝研究；氧化-吸附組合除污染技術與設備研究；催化氧化除污染技術與設備研究等；

    預氧化與吸附組合除污染工藝

    研究與發(fā)展經(jīng)濟高效的組合除微污染工藝，重點研究組合工藝的聯(lián)合除污染優(yōu)化條件與除污染效能。預氧化對于后續(xù)的吸附工藝有重要影響，某些氧化劑的預氧化作用能夠促進有機物在后續(xù)吸附工藝中的吸附性能或者對于促進有機物的分解（如生物活性炭），是一種高效的凈水工藝，可作為今后安全飲用水高技術發(fā)展的重點內容，包括臭氧預氧化與活性炭組合除污染工藝、高價態(tài)復合藥劑預氧化與活性炭吸附聯(lián)合除污染工藝等。

    強化常規(guī)給水處理工藝及其優(yōu)化調度

    混凝工藝是強化傳統(tǒng)給水處理工藝的核心部分，研制高效混凝劑與混凝設備，能夠有效地提高傳統(tǒng)給水處理工藝的除污染能力。研制高效的混凝劑，提高混凝效果、降低鋁的剩余濃度。常規(guī)給水處理的強化是目前亟待解決的問題，應作為技術攻關的內容，包括高效混凝劑的制備與混凝設備研究、高效過濾工藝與設備研制等。

    提高水廠自動化程度與研究供水系統(tǒng)優(yōu)化調度對于保證安全供水，提高供水系統(tǒng)水質、節(jié)約能量有重要意義。包括：水廠自動化研究；供水系統(tǒng)的優(yōu)化調度；水處理工藝過程自動監(jiān)控的理論、特性及優(yōu)化運行模式等。

    高級氧化處理工藝理論與技術

    高級氧化是利用在一定條件下產(chǎn)生的具有很強氧化能力的自由基，強化分解水中的有機污染物，可用于水源污染較重和水質要求較高的情況。高級氧化技術成本較高，但可以獲得較高的水質，可作為遠期發(fā)展的重點內容。可利用光激發(fā)產(chǎn)生自由基或合成特殊的催化劑(如固體催化劑等)引發(fā)自由基。研究內容可包括：光化學催化氧化處理工藝理論與技術；催化氧化除污染工藝理論與技術；紫外、同位素凈水工藝理論與技術等。

    膜處理技術

    膜處理技術是提高飲用水水質一種新途徑，被認為是21世紀的水處理技術。研制新型膜處理工藝與設備，在引進消化國外膜技術的同時發(fā)展適合我國國情的新型膜處理技術。在全面提高飲用水水質的同時，可降低水處理過程副產(chǎn)物生成量。膜處理技術應作為科技發(fā)展的重點內容。

    新型高效消毒與有害副產(chǎn)物控制技術

    消毒一直是給水處理的核心問題。由于氯化消毒會產(chǎn)生鹵代有機副產(chǎn)物，采用安全氯化消毒工藝或尋求替代氯化消毒的新技術，或者采用具有高的消毒效果與低的副產(chǎn)物的組合消毒技術是今后消毒技術的發(fā)展方向。水處理過程產(chǎn)生的一些其他副產(chǎn)物也引起了廣泛關注。今后的研究內容可包括：安全氯化消毒技術；非氯消毒技術；水處理過程致突變活性的影響因素；水處理過程有害副產(chǎn)物控制技術；余鋁控制理論和技術；水質營養(yǎng)、活性與人體健康的研究等。

    城市供水水源的保護與修復技術

    主要包括地下水污染的形成機制及污染控制技術；以受污染地下水為水源水的供水技術；污染地下水的物理、化學、生物凈化新技術與設備；地下含水層儲水與恢復技術；城市污水深度處理回灌技術；供水水源污染防護體系及工程新技術等。

    城市供水水質控制準則的技術依據(jù)與實施技術

    主要包括城市供水水源水水質準則、供水水質準則的技術依據(jù)和相關實施技術研究；水處理工程設計建設技術準則、規(guī)范的技術依據(jù)與實施技術研究；水處理設備產(chǎn)品控制標準；供水基礎信息與技術服務網(wǎng)絡體系研究等。

信息來源:中國工業(yè)水處理網(wǎng)