生活饮用水处理技术 46页

'生活饮用水处理技术第一节饮用水的重要性饮用水（又称生活饮用水）是指人们的饮水和生活用水，主要通过饮水和食物经口摄入体内，并可通过洗漱、洗涤物品、沐浴等生活用水接触皮肤或呼吸摄入人体。饮用水与人体健康和生活质量密切相关，其重要性不亚于食品。水是生命之源，是地球上一切生物维持生命的必要条件之一。当水体受到人为因素或自然因素的影响而使水质发生改变时，将影响水的正常和有效利用，并使生态环境遭到破坏，甚至危害人体健康。虽然从总量上看我国水资源丰富，地表水资源量居世界第六位，但由于我国人口众多，人均水资源占有量仅为世界人均占有量的1/4，因此属于水资源相对贫乏的国家。此外，由于我国水资源地区分布不均衡，水体污染不断加剧，使得有些地区可利用的水资源十分有限。这些情况不仅影响人们的正常生活和身体健康，也制约了经济的发展。因此，在我国经济建设不断发展的同时，做好环境保护工作防止水体污染，采用和推广先进、可行的饮用水处理技术，提高饮用水质量，对保护人民健康和发展经济具有重要意义。一、水是人类生存和经济发展的基础水为地球上的一切生物所必须。是生命之源。水的存在维持了生态系统的平衡，保证了人类获得所需的食物。在社会发展和科技进步的进程中，人们择水而居，逐步形成村庄，乡镇，城市，并得以生存发展。人类生活中除了饮用水外，在保障个人卫生，改善环境卫生，绿化和改良环境气候等方面都需要水，工农业生产需水量更大，水成为基础性的自然资源和战略性的经济资源。饮用水的需要量由于地区气候、卫生设施状况和科学水平等有较大差异；饮用水的水质、用量、水资源的科学合理利用和保护，是衡量一个国家经济发展水平，生活质量高低，卫生优劣的一项重要指标。二、水为人体生理功能所必需，体内水失衡将导致疾病㈠水在人体内的生理功能1.水是人体构造的主要成分 水是保持每个细胞外型及构成每一种体液所必须的物质。体内含水量与年龄和性别有关。成年男子含水量约为体重的60%，女子为50～55%，新生儿可达80%左右。水在体内主要分布于细胞内和细胞外。细胞内水含量为水体总量的2/3，细胞外约为1/3。人体各组织器官的含水量相差很大，以血液中最多，脂肪组织中较少。2.水作为营养物质的载体，参与食物的消化和吸收摄入体内的各种营养物质，都必须通过水运送到机体各部进行代谢，发挥作用。人体每日消化系统分泌许多液体，水在消化系统循环，在小肠以上分泌出来，再经过大肠吸收回去，使食物得以消化吸收。3.水作为代谢产物的溶剂，直接参与体内物质代谢及代谢产物的排泄，促进各种生理活动和生化反应体内的一切生化反应都是在液体中进行的，没有足够量的水，代谢将发生紊乱或停止，肾脏是人体代谢产物的主要排泄器官，体内的代谢产物经血液带入肾脏，经肾小球而滤入肾小管内，肾小管再将大量水分和非代谢产物回收到血液中，代谢产物与少量水分以尿排出体外。4.调节体温水是导热体，借助于血液循环为体内输送营养和排泄代谢产物的同时，还可调节和保持身体表里的温度，尤其在高温环境或体内产热过量时，借助于皮肤出汗而降低体温。5.润滑组织水可润滑皮肤，保持关节、肌鞘、器官的润滑及柔和。㈡人体维持生理功能所需的水的平衡量体内水的来源包括饮水、食物中的水及内生水三大部分。通常每人每日饮水约1200mL，食物中含水约1000mL，内生水约300mL。内生水主要来源于蛋白质、脂肪和碳水化合物代谢时产生的水。每克蛋自质产生的代谢水为0.41克，脂肪为1.07克，碳水化合物为0.6克。体内水的排出以经肾脏为主，约占60%，其次是经皮肤、肺和粪便。成年人一日水的来源和排出量维持在2500mL左右。㈢人体水失衡的症状1.缺乏症 水摄入不足或水丢失过多，可引起体内缺水，重度缺水可使细胞外液电解质浓度增加，形成高渗；细胞内水分外流，引起脱水。缺水的临床症状可分为轻度缺水：失水占体重2%，表现为口渴，尿少；中度缺水：失水占体重6%，表现为口干，少尿，心情烦躁；严重缺水，失水占体重7%以上，表现为幻觉、狂躁，眼眶下陷，皮肤失去弹性，起皱，全身无力，体温、脉搏增加，血压下降；失水超体重20%时，会引起死亡。由于出汗而出现缺水，因随汗而排出盐分，所以也出现缺钠症状，在补充水分时，应补充适量的盐。2.水过多及中毒如果水摄入量超过肾脏排出的能力，可引起体内水过多或引起水中毒，这种情况多见于疾病，如肾脏疾病、肝脏病、充血性心力衰竭等。用甘油作为保水剂时，偶有发生。正常人中极少见水中毒。水中毒的临床表现为渐进性精神迟钝、恍惚、昏迷、惊厥等，严重者可引起死亡。三、污染的饮用水可引起疾病，供应合格的生活饮用水在预防控制疾病中起着重要作用㈠水经口引起的疾病1.介水肠道传染病介水传染病是通过饮用或接触受病系体污染的水而传播的疾病，又称水性传染病。其主要原因是水源受病原体污染后，未经妥善处理和消毒即供居民饮用，或处理后的饮用水在输配水和贮水过程中重新被病原体污染。地面水和浅井水都极易受病原体污染而导致介水传染病的发生。介水传染病一旦发生，危害较大。因为饮用同一水源的人较多，短期内出现大量病人，多数患者发病日期集中在同一潜伏期内，严重者可呈暴发流行。《传染病防治法》第3条所列的3类37种传染病中，其中8种传染病的传播途径之一，可通过水传染。即甲类传染病中的霍乱：乙类传染病中的病毒性肝炎（指甲型肝炎和戊型肝炎），脊髓灰质炎，细菌性和阿米巴痢疾，伤寒和副伤寒，钩端螺旋体病，血吸虫病；丙类传染病中的感染性腹泻病。2006年，上报法定传染病发病人数4608910，其中介水传播疾病发病人数l277980，占27.7%：介水传播疾病中又以其他感染性腹泻和细菌性及阿米巴性痢疾的发病人数最多。2.化学性污染急慢性中毒 依通过水摄入体内化学污染物浓度的高低和时间，分为急性、慢性和远期（致癌、致畸、致突变）危害。其中世界历史上由水受工业有毒有害化学物质污染引起的公害病，如甲基汞引起的水俣病和由镉引起的痛痛病等，更是教训深刻。3.地球性化学性疾病（水性地方病）某些地区由于地球化学特征形成水中氟浓度太低致儿童龋齿，水氟浓度太高致人群患氟斑牙、氟骨症（地氟病）；水碘浓度太低或太高致甲状腺疾病（地甲病）；水砷浓度太高致皮肤癌。㈡接触水引起的疾病血吸虫病、钩端螺旋体病患者多发生于接触该类病原体污染的水；游泳用水的污染可致人感染眼结膜炎、中耳炎和咽炎。四、优质充足的生活用水，既能防病，又提高了人们的生活质量优质的饮用水水量充足，取用方便，有利于个人卫生习惯的形成，如洗手，若能坚持经常，则对肠道传染病和肠寄生虫病的控制有十分重要的作用。经常沐浴和洗衣服可预防皮肤病和体外寄生虫传播的疾病（如虱子传播的回归热和斑疹伤寒）。良好的生活用水供应对预防沙眼和结膜炎也有明显的作用，如70年代初对台湾省农村调查结果显示：自来水入户的人群中沙眼罹患率为14.5%，而由室外汲水的人群罹患率高达24.1%。另据调查，住宅内有上下水卫生设施的居民，其肠道传染病的发病率是取水和厕所均在室外居民的115%。人们在享受优质饮水的同时，充足的供水用于沐浴、洗衣、清洗炊具，环境清扫，可提高个人卫生和生活质量。第二节饮用水安全存在的主要问题随着工业废水、城乡生活污水的排放量和农药、化肥用量的不断增加，许多饮用水源受到污染，水中污染物含量严重超标。饮用水水质中感观和细菌学指标超标问题依然严重，且越来越多的化学甚至毒理学指标超标。由于水质恶化，直接饮用地表水和浅层地下水的城乡居民饮水质量和卫生状况难以保障。据调查，我国城市约1亿人口饮用水不能完全符合生活饮用水卫生标准，农村有3.6亿人饮水不安全，农村约有1.9亿人饮用水有害物质含量超标，易导致疾病流行，有的地方还因此暴发伤寒、副伤寒以及霍乱等重大传染病，个别地区癌症发病率居高不下。一、微生物污染 由于大量生产和生活废弃物未经处理排入各种水体，加之公共卫生设施跟不上发展的需要，农村大量人口饮用不安全卫生水。农村饮用水源大多受到污染，l983～l985年调查表明大肠菌群超标率达86%，全国约有7亿人饮用这种超标水；1993年在全国26个省的180个县全面展开的饮用水卫生监测网的监测结果可在一定程度上反映出我国农村饮用水现状：微生物指标超标严重。饮用总大肠菌群超过3个/L水的人口数占总调查人数的51.8%，部分省如贵州、海南、安徽、广西、湖北等省的超标率（指超过I级水标准）均已超过6o%。饮用水细菌总数超过1×105个/L（100个/mL）的人口数占总调查人数的39.1%；部分省，如甘肃、广西、湖北、海南、浙江等省的超标率也已超过60%。分散式供水的超标情况更为严重，总大肠菌群和细菌总数的超标率分别达到69.22；和54.9%。此次调查结果显示，我国仍有53%的人口使用分散式供水，集中式供水中未经过任何处理的自来水也占到一半以上，由此造成了农村饮用水微生物指标的严重超标，也就不可避免地造成了肠道传染病的流行。我国几次大的水致传染病的暴发也充分反映出该问题的严重性。当前，微生物污染仍为农村饮用水污染的主要类型，加强饮用水消毒工作是改善农村饮用水卫生状况的有效措施。二、自来水厂常规水处理工艺受到挑战长期以来，人们一直认为自来水是安全卫生的。但是，因为水污染，自来水屡屡受到影响，使人们对自来水的安全性提出质疑。近年来许多地区自来水存在有异味等问题，给居民的日常生活造成了不便和恐慌。2004年l1月，南京市民反映家中自来水有异味，导致居民都不敢使用自来水管流出来的水。经调查证实水中刺鼻气味为余氯气味。2006年7月北京某小区居民中厨房或卫生间的自来水有浓烈的刺鼻气味，经调查发现造成自来水出现异味的原因是苯和苯乙烯严重超标。目前自来水的处理技术依然沿用一百年前的传统工艺即“混凝沉淀一过滤一消毒一净化”，将江河水或地下水简单加工成可饮用水。经过一百年的世纪洗礼，当代的水质现状与一百年前的水已经截然不同了，传统的水处理工艺对降低浑浊度，去除水中悬浮物有较好的净化消毒作用，但对目前以有机污染为主的微污染，则不能彻底去除有机污染物、农药、环境内分泌干扰物和藻毒素，致使出厂水时有检出，甚至超标。三、消毒副产物带来新的污染 氯化消毒是我国沿用多年且仍然普遍采用的自来水消毒技术。近二十年来，人们逐渐发现在氯化消毒的同时，会产生一系列消毒副产物，其中大部分对人体健康构成潜在的威胁。现已发现氯化消毒副产物300多种，其中许多氯化副产物在动物实验中证明具有致突变性和（或）致癌性，有的还有致畸形和（或）神经毒性作用。譬如三氯甲烷、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷和三溴甲烷均对实验动物有致癌性，可引起肝、肾和肠道肿瘤。卤代乙酸类中的二氯乙酸、三氯乙酸、二溴乙酸等也能诱发小鼠肝肿瘤。三氯甲烷和二氯一溴甲烷已被世界卫生组织列在其《饮用水水质准则》中，作为有致癌性的物质而确定了致癌危险性水平的限值。我国许多研究证明，氯化饮用水的有机提取物，在Ames试验、小鼠骨髓微核试验中均具有致突变性；有的还证实具有潜在致癌性。由于氯消毒会产生大量副产物，许多消毒产品已用于饮用水消毒。如二氧化氯、臭氧、紫外等。但同样也会出现不同类型的消毒副产物。如二氧化氯消毒，会产生亚氯酸盐、氯酸盐等副产物。臭氧消毒可能会产生溴酸盐、甲醛等副产物。这些副产物对健康也会产生危害。从保护人群健康出发，在进行饮用水消毒时应尽量降低副产物的生成。其中最为重要的问题之一是水源水中是否含有与消毒剂生成消毒副产物的前体物质。如氯消毒时原水中窝植质等大分子团有机物含量，二氧化氯消毒时有机物含量，臭氧消毒时溴化物含量等。因此对减低消毒副产物的前体物质，选择消毒剂最佳投加量等问题引起众多科学工作者的关注与研究。四、自来水管网污染但我国大城市的输配水主管道许多是20世纪五六十年代安装配备的，经过半个世纪的氧化和腐蚀，由于物理、化学、电化学、微生物等的作用，在给水管道的内壁会逐渐形成不规则的“生长环”，且随着管龄的增长而不断增厚，使得过水断面面积减小、输水能力降低并严重污染水质，加之城市自来水管网年久失修，维护管理不力，管网渗漏高达20%以上，甚至40%，造成二次污染，安全堪忧。如2006年1月，北方某大城市交通主干线污水管线发生漏水事故，导致交通主干线双向交通断行，给市民的生活带来了极大的不便。 由于管网陈旧、污染等问题，事件频发，在一定程度上抹杀了自来水部门为水质所做的一切努力。中国疾病控制中心对全国35个城市调查表明，出厂水经管网输送到用户自来水龙头，自来水水质合格率下降20%左右。根据某水务公司2000年1月至2002年9月210起用户水质投诉报告的调查表明，由于自来水管网引发的问题近50%，约25%由于管网流向的变化引起的管网水浊度升高，约16%的问题因为内管质量低劣影响水质引起的红水、黑水、白浊水等，约5%的问题是生物污染造成的，用户在水中发现红虫、蚂蝗，心理感觉非常不好，约2%的问题是由于施工造成污水进人管网对水质造成严重影响，如某建筑公司把施工用水（抽地下室臭水）与用户管网混在一起，送到某公寓后，全部住户用水发臭；某地由于施工时污水进入给水管道，造成大片污染，一老年福利院水库蓄满污水，情况极其危险等。五、二次供水污染随着城市化的发展，高层建筑迅速增加。高层建筑的供水设施与低层建筑不同，低层建筑是由自来水厂通过管道直接供水，而高层建筑供水设施则需通过二次供水设施才能获得。通常，二次供水设施包括高、低位水箱、水泵、输水管道等设施。自来水首先进人低位水箱，然后通过水泵输送到高位水箱，再通过重力作用供给高层的各住户。由于管理不善，存放水时间长等，造成饮用水二次污染的情况普遍存在。二次供水水质污染的直接结果是影响用户感官，使饮用者感到恶心、呕吐、腹胀、腹泻，严重的甚至发病，危害人体健康。全国由二次供水蓄水池污染引起的饮水污染危害健康事故屡有发生。据报道，北方某大城市在1990～1998年所发生了29起二次供水污染事件，二次供水污染集中发生在7月、8月、9月，占总二次污染事故的1/2。2001年对南方某城市500个水箱的抽查结果表明，水箱饮用水总合格率在90%以上；但居民自己送检的水样，合格率仅为75%；居民前来投诉的水样，100%水检不合格。二次供水污染的原因是多方面的，既与水质本身的性质有关，又与同水接触的截面性质有关，也与外界许多条件相联系。水二次污染的实质是污染物在水中的迁移转化，这种迁移转化是一种物理、化学和生物学的综合作用过程。从目前调查的情况来看，造成二次供水污染的原因主要有：水设各内表面涂层渗出有害物质；贮水设备的设计大小不合理，使之水在设备中的停留时间过长，影响饮用水水质；贮水设备的结构不合理；泄水管与下水管连接不合理，溢、泄水管与下水或雨水管线直接联通；水设备的位置选择不合适，周围环境脏、乱、差；贮水设各的配套不完善，如通气孔无防污染措施、入孔盖板密封不严密、埋地部分无防渗漏措施，溢泄水管出口无网罩等；二次供水系统管理不善，未定期进行水质检验，按规范进行清洗、消毒，有的水池水面上还漂浮着杂质，有的水池内壁长满青苔，池底积满厚厚的淤泥，致使水质逐步恶化。 六、突发饮用水卫生事件饮用水不同于食品，某种食物出现问题时，可以选择其他食物来食用，而水则是无法选择和替代的。社会的发展，城市化进程的加快，城市系统越来越发达，人们对城市系统的依赖程度也越来越高。城市供水是城市体系的重要组成部分，一旦遇到突发事件，就不得不进行大规模的清理行动并切断数百万民众饮用水的供应。据解放日报2005年6月30日报道，从2001年到2004年，全国共发生水污染事故3988起，平均每年近l000起，每天2～3起。据人民网环保频道报道，自2005年11月l3日松花江水质污染事件以来，至2006年9月，我国共发生130多起与水有关的污染事故，平均每两至三天一起。特别是近年，大范围的水污染事件不断在媒体上曝光，可以说件件惊心动魄。2005年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，导致哈尔滨市停水4天，而且还影响邻国的个别城市。松花江水污染事件尚未平息，广东北江流域又发生一起因企业违法超标排放金属镉导致的严重环境污染事故，导致北江下游韶关、清远、英德三个城市的饮用水受到威胁，部分城市自来水供应停止，广州、佛山也启动了饮用水应急预案。2005年11月24日湖南冷水江市金信化工有限责任公司尿素厂造粒塔底用于尿素清洗水的集水池发生墙体意外倒塌，含氨废水流入资江，导致冷水江市停水。2006年1月5日河南省巩义市发生柴油泄漏事故，6t泄漏柴油经黄河支流伊洛河进人黄河，形成60km污染带。对此，山东省政府决定从7日起在污染水体进人山东之前全部关闭了沿黄63个取水口。2006年1月6日湖南省株洲市霞湾港因清淤治理工程施工不当且未采取适当防范措施，造成湘江株洲霞湾港至长沙江段发生严重水污染事故，导致湘潭、长沙两市水厂取水水源的水质受到不同程度污染。2006年1月6日上午，古兰镇重庆华强化肥有限公司大量硫酸废水泄漏，直排綦江河，初步估算，约600t紫红色硫酸废水排人綦江河，在河面形成一条长达300m的污染带。导致沿岸3万居民停水2天。饮用水安全问题是关系到广大人民群众生活和生命健康的头等大事，要慎重对待。针对不同原因而引起的饮用水安全问题，应采取积极有效的措施进行预防和控制。加强宣传玫育，大力提高全社会的饮用水安全意识，要居安思危，重在预防；与此同时，加强应急能力建设，提高应对各种饮用水突发事件的预测能力和快速反应能力。 第三节水质处理技术饮用水处理是给水工程的一个重要的组成部分。它的目的是对所选取的水源水进行适当的处理，去除水中的有害成分，使处理后的水满足生活饮用水的水质要求。饮用水处理涉及多种水处理技术。根据在水处理系统中的这些技术的使用位置和处理对象，可以将其分为常规处理、深度处理、预处理、纯净水处理、特殊处理等几大类水处理技术。一、常规处理技术㈠饮用水常规处理技术简介饮用水常规处理技术及其工艺在20世纪初期就已形成雏形，并在饮用水处理的实践中不断得以完善。饮用水常规处理工艺的主要去除对象是水源水中的悬浮物、胶体物和病原微生物等。饮用水常规处理工艺所使用的处理技术有混凝、沉淀、澄清、过滤、消毒等。由这些技术所组成的饮用水常规处理工艺目前仍为世界上大多数水厂所采用，在我国目前95%以上的自来水厂都是采用常规处理工艺，因此常规处理工艺是饮用水处理系统的主要工艺。混凝是向原水中投加混凝剂，使水中难于自然沉淀分离的悬浮物和胶体颗粒相互聚合，形成大颗粒絮体（俗称矾花）。沉淀使将混凝形成的大颗粒絮体通过重力沉降作用从水中分离。澄清则是把混凝与沉淀两个过程集中在同一个处理构筑物中进行。过滤是利用颗粒状滤料（如石英砂等）截留经过沉淀后水中残留的颗粒物，进一步去除水中的杂质，降低水的浑浊度。消毒是饮用水处理的最后一步，向水中加人消毒剂（一般用液氯）来灭活水中的病原微生物。在以地表水为水源时，饮用水常规处理的主要去除对象是水中的悬浮物质、胶体物质和病原微生物，所需采用的技术包括混凝、沉淀、过滤、消毒，典型的以地表水为水源的净水厂处理工艺流程如图1所示。图1以地表水为水源的自来水净水厂典型处理工艺流程 在以地下水为水源时，饮用水常规处理的主要去除对象是水中可能存在的病原微生物。对于不含有特殊有害物质（如过量铁、锰等）的地下水，饮用水处理只需进行消毒处理就可以达到饮用水水质要求。处理工艺流程见图2。图2以地下水为水源的自来水厂典型工艺流程饮用水常规处理工艺对水中的悬浮物、胶体物和病原微生物有很好的去除效果，对水中的一些无机污染物，如某些重金属离子和少量的有机物也有一定的去除效果。地表水水源水经过常规处理工艺处理后，可以去除水中的悬浮物和胶体物，出厂水的浊度可以降到lNTU以下（运行良好的出厂水浊度可在0.3NTU以下）。经过良好消毒的自来水可以满足直接生饮对微生物学的健康要求。饮用水常规处理技术及其工艺在过去的百年中对于保护人类饮水安全、促进社会经济的发展发挥了巨大的作用。㈡常规处理工艺的局限性在工业化和城市化尚不发达的时期，天然水体很少受到人类大规模活动的污染，饮用水水处理的主要对象是水体中的泥沙和胶体物质，以及少量的病原微生物。水源水经过常规处理后就可以得到透明、无色、无臭、味道可口的饮用水，那时饮用水处理的任务主要是去除水中的浊度和保证饮用者免受水传播疾病的危害。随着工业和城市的发展，以及现代农业大量使用化肥和农药等，越来越多的污染物随着工业废水、生活污水、城市废水、农田泾流、大气降尘和降水、垃圾渗滤液等进入了水体，对水体形成了不同程度的污染，水中的有害物质的种类和含量越来越多。目前饮用水处理面临的问题，除了原有的泥沙、胶体物质和病原微生物外，主要有：有机污染物、高氨氮、消毒副产物、水质生物稳定性等。有机污染是受污染水源水饮用水处理面临的首要问题。人类合成的有机物中的相当大的一部分会通过工业废水和生活污水进人水体；未经处理的生活污水中也含有大量的人体排泄的有机污染物；农田泾流中含有化肥、农药；近年来引起人们普遍关注的二噁英、内分泌干扰物质（环境激素）等污染物质也有可能存在于饮用水中。这些人工合成的和天然的有机物中有许多对人体健康有着毒理学影响，一些有机物（例如腐殖酸、富里酸等）还会在饮用水的处理过程中与所加入的消毒剂（例如氯）反应，生成具有“致突变、致畸、致癌” 三致作用的消毒副产物，如三卤甲烷、卤乙酸等。对于有机污染物，常规水处理技术及其工艺的去除作用十分有限，国内外的研究结果和实际生产结果表明，以去除水中泥沙和胶体物质而发展起来的混凝、沉淀、过滤等常规处理工艺只能去除水中有机物的20%）左右，特别是对于水中溶解状的有机物，除了极少量的有机物会被吸附在矾花和滤料表面上，常规处理工艺基本上没有去除效果。未受到污染的水体中氨氮的含量本来是很低的，但是近年来由于水体被污染，不少地方地表水水源水中氨氮的质量浓度超过或经常超过饮用水水源水对氨氮的水质要求（≤0.5mg/L）。我国许多水厂都采用折点氯化法进行消毒，对于氨氮过高的水源水，在加氯消毒时为了获得自由性余氯必须投加大量的氯来分解氨氮，使水的加氯量大大增加。高的加氯量更加重了产生消毒副产物的问题。饮用水的水质生物稳定性问题是20世纪90年代提出的。理想的饮用水中应该不含有有机物，因此异养微生物无法在自来水中大量繁殖。传统的消毒理论认为，在已消毒的水中保持有一定浓度的剩余消毒剂的条件下，水中微生物无法再繁殖，从而保证自来水在自来水配水管网系统中的生物稳定性。但是近年来的研究表明，如果自来水中含有一定量的可以被异养微生物作为基质利用的有机物，则此种自来水为生物不稳定的水，即使在水中保持一定浓度的剩余消毒剂，仍然存在着较高的微生物再繁殖的风险。特别是对于超大型城市配水管网和高位水箱，由于存在水的停留时间过长、剩余消毒剂被完全分解的可能性，生物稳定性差的饮用水更容易出现管网或水箱中微生物再繁殖的问题。近年来，我国水污染的状况十分严重。根据国家环保总局发布的《2000年中国环境状况公报》，我国七大重点流域地表水普遍受到有机污染，各流域干流的断面满足地表水三类及其以上水体水质要求的为57.7%，21.6%的断面为四类水质，6.9%的断面属五类水质，13.8%的断面属劣五类水质，主要污染指标为高锰酸盐指数和氨氮；主要湖泊富营养化程度问题突出，如太湖、滇池、巢湖等，氮、磷、高锰酸盐指数严重超标；全国多数城市地下水受到一定程度的点状或面状污染，局部地区地下水部分水质指标超标，主要有矿化度、总硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、铁、锰、氯化物、硫酸盐、氟化物、pH值等。可以说，水源受到不同程度的污染是困扰大多数自来水厂的普遍问题。另一方面，随着对于饮水与健康关系的研究的不断深入和生活水平的提高，人们对于饮用水水质的要求也在不断提高。例如，在我国卫生部颁布的于2001年9月1日实施的新的《生活饮用水水质卫生规范》中，设定了水质常规检测项目34项，非常规检测项目62项。与原来的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）的35项指标相比较，检测项目增加了很多，并且许多项目的指标更加严格。 对于许多水源受到污染的水厂，常规处理工艺已经无法解决水源不断恶化、而饮用水水质标准不断提高的矛盾。必须在现有常规处理技术与工艺的基础上，发展新的水处理技术与工艺。从20世纪70年代开始，经过几十年的努力，国内外水处理工作者已经研究开发出许多水处理的新技术新工艺，并且己有大量的工程应用，取得了较好的净化效果。二、深度处理技术当饮用水的水源受到一定程度的污染，又无适当的替代水源时，为了达到生活饮用水的水质标准，在常规处理的基础上，需要增设深度处理工艺。应用较广泛的深度处理技术有：活性炭吸附、臭氧氧化、生物活性炭、膜分离技术等。㈠活性炭吸附1.活性炭处理概念及其优缺点活性炭是一种具有较大吸附能力的多孔性物质,它是一种非极性吸附剂，对水中非极性、弱极性有机物质有很好的吸附能力，其吸附作用主要来源于物理表明吸附作用，如范德华力等。对于物理吸附，它的选择性低，可以多层吸附，脱附相对容易，这有利于活性炭吸附饱和后的再生。活性炭在高温制备过程中，炭的表面形成了多种官能团，这些官能团对水中离子有化学吸附作用，因此活性炭也可以去除多种重金属离子。其作用机理是通过络合鳌合作用，它的选择性较高，属单层吸附，并且脱附较为困难。活性炭依其外观形式，活性炭分为粒状炭（GAC）和粉状炭（PAC）两种。粒状炭多用于水的深度处理，其处理方式一般为粒状活性炭滤床过滤，经过一段时间吸附饱和后的活性炭被再生后重复使用。粉状炭多用于水的预处理，例如在混凝时投加到水中，吸附水中的有机物后在沉淀时与矾花一起从水中去除，所投加的粉状炭属一次性使用，不再进行再生。与粉状炭相比，粒状炭过滤的处理效果稳定，出水水质好，吸附饱和后的活性炭可以再生重复使用，运行费用较低，因此水厂一般都使用粒状炭吸附技术。粒状炭的缺点是需单设炭滤池或滤罐，设备投资比粉状炭高。活性炭吸附是在常规处理的基础上去除水中有机污染物最有效最成熟的水处理深度处理技术。早在20世纪50年代初期，西欧和美国的一些以地表水为水源的水厂就开始使用活性炭消除水中的色、臭。直到目前，西欧以地表水为水源的水厂绝大多数仍采用活性炭吸附，以去除水中的微量有机污染物、色、臭等，对于需要长年吸附运行的水厂，一般均采用粒状炭过滤，粉状炭主要用于季节性投加的场所。我国从20世纪70年代末、80年代初开始，也有少数水厂采用了粒状活性炭吸附深度处理技术。 活性炭吸附对水中多种污染物有广泛的去除作用。活性炭可以有效去除引起水中臭味的物质，如土臭素（geosmin）、2-甲基异莰醇（MIB）等。对芳香族化合物、多种农药等有很好的吸附能力。对许多重金属离子，如汞、六价铬、镉、铅等也有较好的吸附效果。活性炭对水中致突变性物质有较好的去除效果，多项研究表明，致突变活性检测为阳性的水经过活性炭吸附后致突变活性转为阴性。美国环保局（USEPA）推荐活性炭吸附技术作为提高地表水水源水厂处理水质的最佳实用技术。但是活性炭吸附也有一定的局限性。对于三卤甲烷类物质，活性炭的吸附容量较低，如果以三卤甲烷穿透作为活性炭滤床运行周期的终点，炭床的再生周期一般只有3个月左右，而炭床吸附有机物的能力一般可以保持一年以上。活性炭对消毒副产物的前体物的去除作用也有限。试验研究表明，饮用水处理中活性炭吸附去除的有机物的分子量主要分布在500～1000u（道尔顿）之间，分子量过大的有机物无法进人活性炭的微孔吸附区，饮用水水源水中分子量较小的物质多含有较多的羧基、羟基等，分子的极性较强，因活性炭属于非极性吸附剂，对极性分子的吸附作用较差。2.活性炭在饮用水处理中的应用⑴饮用水深度处理水源水→常规处理→粉状炭吸附→消毒→出厂水水源水→常规处理→臭氧氧化→粉状炭吸附→消毒→出厂水水源水→常规处理→臭氧氧化→生物活性炭→消毒→出厂水⑵饮用水物化预处理在饮用水物化预处理中，主要使用粉状炭吸附水中的有机物和有异臭、异味的物质，与混凝剂同时投加。对于季节性严重污染的水源水，可以设立投加粉状炭的水源水质恶化应急处理系统。⑶优质直饮水、纯净水制备㈡臭氧氧化臭氧是一种强氧化剂，它可以通过氧化作用分解有机污染物。臭氧在水处理中的应用最早是用于消毒，如20世纪初法国Nice城就开始使用臭氧。到20世纪中期，使用臭氧的目的转为去除水中的色、臭。20世纪70年代以后，随着水体有机污染的日趋严重，臭氧用于水处理的主要目的是去除水中的有机污染物。目前欧洲己有上千家水厂使用臭氧氧化作为深度处理的一个组成部分。我国从80年代开始，也有少数水厂使用了臭氧氧化技术。 臭氧可以分解多种有机物、除色、除臭。但是因为水处理中臭氧的投加量有限，不能把有机物完全分解成二氧化碳和水，其中间产物仍存在水中。经过臭氧氧化处理，水中有机物上增加了羧基、羟基等，其生物降解性得到大大提高，如不加以进一步处理，容易引起微生物的繁殖。另外，臭氧处理出水再进行加氯消毒时，某些臭氧化中间产物更易于与氯反应，往往产生更多的三卤甲烷类物质，使水的致突变活性增加。某些有机物的被臭氧氧化的中间产物也具有一定的致突变活性。因此，在饮用水处理中，臭氧氧化一般并不单独使用，或者是用于臭氧替代原有的预氯化，或者是在活性炭床前设置臭氧氧化与活性炭联合使用。㈢臭氧生物活性炭臭氧生物活性炭技术是在欧洲饮用水处理的实践中产生的。在20世纪70年代德国慕尼黑市的Dohne水厂，在以预臭氧代替了原来的预氯化后，在活性炭滤床中出现了明显的生物活性，从而发展成为臭氧生物活性炭深度处理工艺。在原有水厂普遍采用的预氯化处理的条件下，水中所含有的氯使微生物无法在活性炭床中大量生长。改为预臭氧后，臭氧氧化出水中有机物的可生物降解性大为提高，水中剩余臭氧可以被活性炭迅速分解，加之臭氧氧化出水中的溶解氧浓度较高（因臭氧化气体的曝气作用），使得臭氧后设置的活性炭床中生长了大量的细菌，生物分解水中可生物降解的有机物，由原有单纯进行吸附的活性炭床演变成为同时具有明显生物活性的活性炭床，因此这种活性炭技术被称之为生物活性炭。图3所示为采用了臭氧生物活性炭技术的德国Dohne水厂处理工艺流程图。图3德国Dohne水厂处理工艺流程图 工艺流程中臭氧氧化的主要目的是用最少量的臭氧尽可能多的使水中不可生物降解的有机物变成可生物降解的有机物，增加被处理水的可生物降解性，为生物活性炭中微生物的降解创造条件，并降低活性炭的物理吸附负荷。臭氧氧化的另外两个有点是可以对被处理水进行充氧和臭氧处理具有微絮凝作用。在生物活性炭床中，活性炭起着双重作用。首先，它是一种高效吸附剂，吸附水中的污染物质；其次是作为生物载体，为微生物的附着生长创造条件，通过这些微生物对水中可生物降解的有机物进行生物分解。由于生物分解过程比吸附过程的速度慢，因此要求炭床中的水力停留时间比单纯活性炭吸附的时间长。与单纯采用活性炭吸附相比，生物活性炭具有以下优点：①提高了出水水质，通过物理吸附（主要对非极性分子物质）和生物分解（主要对小分子极性物质）的共同作用，增加了对水中有机物的去除效果；②降低了活性炭的吸附负荷，延长了活性炭的再生周期，从而降低了处理的运行费用；③氨氮可以被生物转化为硝酸盐；④出水需氯量低，由此降低了消毒副产物的生成量。⑤比单一使用臭氧氧化法经济。㈣膜分离技术膜分离技术是从20世纪70年代开始发展起来的水处理新技术，在90年代得到飞速发展，目前被认为是最有前途的水处理技术。膜分离技术是一种以压力为推动力、利用不同孔径的膜进行水与水中颗粒物质（广义上的颗粒，可以是离子、分子、病毒、细菌、黏土、沙粒等）筛除分离的技术。根据膜孔径从大到小排列，可以把膜滤分为微滤、超滤、纳滤和反渗透4种。膜材料主要有乙酸纤维膜、芳香族聚酰胺膜、聚砜膜、聚丙烯膜、无机陶瓷膜等。膜组件的形式主要有板式、卷式、中空纤维、管式等。微滤的孔径为零点几微米到几微米，配合混凝剂的使用，能够去除水源水中的悬浮颗粒、胶体物质和细菌，操作压力为0.1-0.2MPa。微滤可以替代饮用水常规处理的混凝、沉淀、过滤，在一个设备中实现常规工艺多个处理构筑物才能完成的净水效果。目前微滤技术已经成功地用于小型地表水净水厂。世界上最大规模为每天3万t，我国也已建成数个每天几千吨规模的微滤膜净水厂。超滤膜的孔径在5nm～0.1μm之间，可以去除相对分子质量在300～300000之间的大分子、细菌、病毒和胶体微粒，操作压力在0.1～1. 0MPa。超滤被广泛用于从工业废水中回收有用物质，如造纸废水中回收木质素，洗毛废水中回收羊毛脂，电泳涂漆废水中回收电泳漆，食品工业废水中回收蛋白、乳清等。在饮用水处理领域，大多数家用净水器（一般构成：粗滤-粒状活性炭-超滤）中都设有中空纤维超滤膜来截留水中的杂质颗粒和细菌。反渗透膜的孔径最小，在2～3nm以下。除了水分子外，其他所有杂质颗粒（包括离子）都不能通过反渗透膜，因此反渗透膜分离得到的水为纯水。反渗透技术已经广泛用于海水淡化、苦咸水脱盐、工业给水高纯水的制备（电子工业用水、锅炉给水等），近年来迅速发展起来的饮用纯净水、优质直饮水的核心技术就是反渗透。反渗透技术的操作压力较高，必须超过所处理水的渗透压。对于海水淡化，操作压力一般在3MPa以上。对于用自来水制备饮用纯净水，操作压力一般在1MPa以下（根据原水含盐量、纯水收率、膜特性而确定）。纳滤膜的孔径略大于反渗透膜，为几个纳米，操作压力也低于反渗透。纳滤可以截留二价以上的离子和其他颗粒，所透过的只有水分子和一些一价的离子（如钠、钾、氯离子）。纳滤可以用于生产直饮水，出水中仍保留一定的离子，比纯水有益于健康，并可降低处理费用。膜分离技术具有多项优点：不需要投加药剂，去除的污染物范围广，可通过选用不同的膜实现预定的分离效果，运行可靠，设备紧凑、易于实现自动控制等。缺点是：设备费和运行费高，运行中膜易堵塞，需要定期进行化学清洗，前处理要求较高，存在浓缩液的处理与处置问题等。近年来随着膜材料价格的不断降低，膜分离技术在水处理应用中具有越来越强的竞争力。三、预处理技术预处理是针对传统工艺的缺陷，为了强化水处理工艺、改善处理出水水质，在常规处理工艺之前，采用一定的物理、化学或生物的方法，对水中污染物进行初步去除，特别是去除那些常规工艺不能有效去除的污染物，使常规工艺更好的发挥作用，减轻常规处理和深度处理的负担，更好地发挥水处理工艺的整体作用。预处理工艺可分为氧化法和吸附法，其中氧化法又可分为化学氧化法和生物氧化法。当饮用水的水源水受到一定的污染，或者具有某些特殊性质时，在常规处理之前，需要先进行预处理，包括粗大悬浮物和漂浮物的筛除、沉砂、高浊度水的预沉淀、原水储存、土层渗滤、曝气去除挥发型物质、粉状炭吸附、化学预氧化、生物预处理等。下面主要介绍用于受污染水源水处理的后两种预处理技术。㈠化学预氧化 化学预氧化技术是通过投加氧化剂，利用氧化剂的氧化能力，分解破坏水中的污染物质。常用的氧化剂有氯、高锰酸钾、臭氧，正在研究开发中的还有紫外光催化氧化等。⒈预氯化预氯化是饮用水处理中应用最为广泛的一种预氧化技术，目前仍为我国绝大多数水厂所采用。预氯化是在地表水的取水口或净水厂的入口处向水中加人一定量的氯，投加量在1～2mg/L（根据水质而定，对于受到污染的水源水预氯化的所需加氯量远高于此值）。由于氯是氧化剂，预氯化可以氧化分解水中的一部分有机物质，降低嗅味，增强混凝效果，去除氨氮（生成氯胺，或者通过折点氯化而被破坏），可以控制微生物和藻类在取水口至水厂的管道中和在净水厂的处理构筑物中生长繁殖，并可起到一定的消毒杀菌效果。预氯化可以采用简单加氯法或折点氯化法。预氯化的缺点是当水源水中有机物含量较高时，投加的氯会与水中的有机物反应，生成三卤甲烷、卤乙酸等具有三致作用的消毒副产物。⒉预臭氧由于臭氧比液氯具有更强的氧化能力，故可有效杀灭藻类、细菌、病毒等，同时能够快速氧化大分子难降解物，有较强的脱色、除臭能力。臭氧预氧化法可使水源水水化学耗氧量有一定程度的下降，对氧化三卤甲烷前体物有较好的效果。由于投加臭氧的成本较高，一般采用低剂量投加，在这种情况下，大部分投加的臭氧只能把大分子有机物氧化为小分子有机物（如酮、醛、酸等），而不是将有机物彻底降解。这样就导致了处理出水溶解性的、可生化的有机物量比例得以提高。因此，如能将臭氧预氧化法与生物法结合起来，能起到优势互补的作用，反之，单纯的臭氧预氧化法由于可使出水溶解性有机物量提高，可能会导致最终出厂水中AOC的升高，管网细菌量升高，反而降低饮用水质。预臭氧是为了避免预氯化产生氯代有机物的问题而采用的替代方法，已经在欧洲得到广泛的应用，在我国目前尚未采用。加入臭氧除了有前述的氧化、除嗅作用外，还可以增加水中有机物的可生物降解性，有利于后续的生物处理，如生物氧化预处理或生物活性炭。预臭氧液有一定的改善混凝的效果。预臭氧的最大优点是不产生氯代有机物，但费用较高。此外，因臭氧在水中会迅速分解，此法不适于长距离输水管道的菌藻控制。⒊高锰酸钾预氧化 高锰酸钾预氧化曾是一种传统水处理预氧化技术，近年来由于我国水源水的污染日趋严重，高锰酸钾预氧化技术发展较快，现已经开发出高锰酸钾预氧化与混凝剂联合使用的复合药剂。高锰酸钾氧化不产生氯代副产物，氧化能力强，除臭效果好，高锰酸钾氧化后生成的二氧化锰对高锰酸钾的氧化具有催化作用，同时又具有助凝作用，从而大大增强混凝效果。该法不需要增加新设备，运行费用低，便于根据原水水质情况调整投药量，有着良好的应用前景。㈡生物预处理众所周知，在废水处理中生物处理法是去除水中溶解状有机物的有效而经济的方法。随着饮用水水源污染问题的日趋严重，生物处理法也已经被开发成为处理受污染水源水的饮用水处理技术。生物预处理主要依靠微生物的生命活动（氧化、吸附、生物絮凝等）来去除水中的污染物。在这些微生物中，对净化水质起主要作用的绝大多数属于贫营养型微生物，具有世代周期长、繁殖缓慢的特性。为了保证处理效果和加快净化的效率，必须保证有足够的微生物量（生物浓度）。生物膜法因微生物附着在载体填料上，相对而言能获得更稳定的生长环境，适合于世代周期长的微生物生存和繁殖，因而绝大多数的生物预处理都采用生物膜法的形式。生物预处理是指在常规净水工艺前增设生物处理工艺，借助于微生物的新陈代谢活动，对水中的氨氮、有机污染物、亚硝酸盐、铁、锰等污染物进行初步的去除，减轻常规处理和深度处理的负荷，通过综合发挥生物预处理和后续处理的物理、化学和生物的作用，努力提高处理后出水水质。饮用水生物预处理采用好氧生物膜法。已经开发实用的处理技术主要有：生物接触氧化法和淹没式生物滤池法。生物接触氧化法采用挂满弹性填料或纤维束填料的水池，池中设有穿孔管曝气装置，供给生物处理所需要的氧。淹没式生物滤池采用颗粒填料作为生物生长的载体，一般采用陶粒填料，池型与给水处理的砂滤池相似，只是在滤料下增加了穿孔管曝气系统。水的流向多采用升流式，滤池定期（几天到一月）进行气水反冲洗，洗去截留的悬浮物和多余的生物膜。淹没式生物滤池具有填料比表面积大，生物量高，对氨氮和有机物的处理效果好，有过滤作用，有较好的除藻功能，在低温条件（＞5℃）下仍有较好的处理效果，可承受一定的进水悬浮物浓度等优点。不足之处是基建费高于生物接触氧化法。淹没式生物滤池既可以用于预处理，设在常规处理之前；也可以设在混凝沉淀之后砂滤之前，对其进行生物处理生物预处理有如下的去除效果。（1）能够有效去除水中可生物降解的有机物 减低消毒副产物的生成，提高水质的生物稳定性，降低后续常规处理的负荷，改善常规处理的运行条件（如降低混凝剂的投加量，延长过滤周期，减少加氯量等）。饮用水生物预处理可以去除进水中80%左右的可生物降解有机物，如以高锰酸盐指数（耗氧量）表示，生物预处理的去除率一般在20%～30%。对高锰酸盐指数去除率偏低的原因是：①水源水中有机物包括了可生物降解和不可生物降解两大部分；②高锰酸盐的氧化能力低，对一些可生物降解有机物测不出，如草酸等。如果采用预臭氧一生物处理工艺，将可以大大提高生物预处理对有机物的去除效果。（2）能够有效去除水中的氨氮在生物预处理构筑物中氨氮在亚硝化菌的作用下先被生物转化为亚硝酸盐，再在硝化菌的作用下进一步转化为硝酸盐。生物预处理对氨氮去除率可以达到70%～90%，例如，在进水氨氮质量浓度为2～3mg/L的条件下，出水在0.lmg/L左右。在饮用水生物预处理中，对氨氮的硝化比去除有机物更容易实现，所需要的水力停留时间也较短。采用生物硝化去除氨氮的预处理已经成为饮用水预处理的一个重要处理目的。四、强化混凝技术强化混凝是指在混凝处理中投加过量的混凝剂、新型混凝剂或助凝剂、或者是其他的药剂，通过加强混凝与絮凝作用，使常规处理工艺尽可能多地去除水中的有机物和消毒副产物的前体物（主要指腐殖酸、富里酸等有机物）。混凝所去除的有机物及其去除机理主要包括：胶体状有机物的吸附电中和与凝聚、混凝形成的金属氢氧化物矾花的巨大比表面积对溶解有机物的吸附和共沉作用、腐殖酸和富里酸的聚合沉淀等。强化混凝提高对有机物的去除机理主要是加强混凝产生的絮体对有机物的吸附作川。例如，北京笫九水厂的生产实践表明，在相同加药量下，机械搅拌澄清池对有机物和消毒副产物前体物的去除效果要优于反应池一沉淀池工艺，其原因就是在机械搅拌澄清池中大量保持的矾花可以充分发挥其吸附作用，而反应一沉淀工艺中矾花形成后即被沉淀去除，其吸附潜力尚未完全发挥。强化混凝的措施有：从铝盐混凝剂改为铁盐混凝剂（铁盐比铝盐更易于形成与腐殖酸和富里酸的聚合物），减低pH值（pH值为5～6的条件有利于形成腐殖酸、富里酸的聚合物），投加有机或无机絮凝剂，采用具有絮凝作用的新型混凝药剂（如聚硅酸盐铁盐、聚硅酸盐铝盐等），增加混合与絮凝反应的时间，选用澄清工艺等。在混凝中同时进行高锰酸钾预氧化、粉状炭吸附（如采用含有高锰酸钾、粉状炭、混凝剂的复合药剂）也可以起到强化混凝的效果，尽管其中还包括了氧化、吸附等作用。常规处理对水中溶解有机物的去除效果一般在10 %～20%，通过强化混凝可以把去除率提高到25%～30%，具体效果依原水水质和强化混凝的措施而定。五、纯水和净水处理技术近年来，纯净水（包括桶装水、瓶装水）、优质直饮水等日趋流行。造成这一现象的原因有：因水源水质的恶化，对城市自来水水质产生疑虑；对饮水水质要求的提高，愿意消费更为安全且有益于健康的水；饮水方式的时尚。特别是在一些自来水水质较差的城市或地区，纯净水和优质直饮水发展的速度很快。纯水和净水是有一定区别的。“纯水”这一术语来源于工业给水的纯水，即去除了水中一切杂质（包括各种离子）的水，水的纯度用电导率表示。虽然饮用纯水对水的电导率要求并不需要像对电子工业、高压锅炉给水那样严格，但我国现行的饮用纯水行业标准中仍对水的电导率进行了严格的规定。尽管离子交换、蒸馏等技术在早期曾用于生产饮用纯水，目前生产纯水所普遍采用的核心技术是反渗透，其工艺流程如图4所示。图4饮用纯水生产工艺流程图用户使用饮用纯水的方式包括瓶装水（主要是作为饮料）、桶装水、净水屋、楼宇或小区专用饮水管道，家用纯水机等。饮用净水的含义实际上是指优质直饮水。按照生活饮用水水质标准的制定原则，凡符合该标准的自来水实际上都可以直接生饮。但是在实际操作中，为了提高直饮水的卫生学质量和具有较好的口感，又制定了优质直饮水的水质标准。由于纯水中不含任何矿物质，长期饮用可能对人体健康产生不利影响，因此，优质直饮水并不要求必须是纯水。优质直饮水系统一般设在采用分质供水系统的楼宇或住宅小区中，它以市政自来水或当地的地下水为水源，再经过特殊的净化处理后.由专用管道送到用户家中。优质直饮水的处理系统有许多种，包括：①另选用优质的地下水源和先进的消毒工艺，优水优用；②“臭氧氧化一活性炭吸附一紫外线消毒或二氧化氯消毒”的饮用水深度处理工艺流程；③“粗过滤-活性炭吸附-精细过滤-反渗透-臭氧消毒或紫外线消毒”的饮用纯水处理流程；④把反渗透生产的纯水与纳滤生产的水（或活性炭出水）按比例勾兑成一定矿化度的水的组合处理工艺。 六、特种水质处理技术㈠除铁、除锰某些地下水中含有较高浓度的铁和锰离子。由于地下水一般缺氧，这些铁和锰主要以还原形式（氧化态+2价）存在于水中。我国一些地区地下水含铁、含锰，含铁量在5～15mg/L，有的高达20～30mg/L，含锰量在0.5～20mg/L之间，个别的高达5～10mg/L。水中含有过量的铁锰将给生活饮用及工业用水带来危害。我国《生活饮用水卫生规范》规定铁的质量浓度≤0.3mg/L、锰≤0.1mg/L。当原水的铁锰含量超过上述标准时就要进行除铁除锰处理，其基本流程为氧化过滤流程，具体处理方法如下。⒈曝气氧化过滤法除铁工艺利用空气中的氧把二价铁氧化成三价铁，使其形成氢氧化铁沉淀物从水中析出，再通过滤池加以去除。水的pH值越高，氧化速度越快。⒉曝气接触氧化锰砂过滤法除铁、除锰工艺经曝气使含溶解氧的水通过含有铁质或锰质的活性滤料，在所含铁质和二氧化锰的催化作用下，二价的铁、锰的氧化速率大大加快，进而被滤料去除。活性滤料可以采用天然锰砂，也可以由普通砂滤料经熟化而形成。接触氧化法除锰需要在pH值大于7的条件下进行。⒊氯氧化过滤法除铁工艺氯的氧化能力大于氧，它在pH值大于5的条件下就可以迅速地把二价铁氧化成三价铁，再经砂滤池过滤去除生成的氢氧化铁析出物。⒋高锰酸钾氧化除铁除锰工艺高锰酸钾是比氧和氯更强的氧化剂，可以在中性或弱酸性条件下迅速地把水中的二价锰氧化成二氧化锰，再经过滤予以去除。为了降低投药量，原水应先进行曝气。此法的另一形式是采用锰沸石过滤吸附水中的二价锰，再用高锰酸钾对锰沸石再生。⒌充氧回灌地下水层除铁除锰工艺将曝气后含有大量溶解氧的水，通过取水井周围的回灌井定期注人到地下水层，或是通过取水井本身进行周期性的回灌。在取水井周围地下水层中形成氧化带，其中生长有大量的铁锰细菌。当取水时，地下水在通过充氧地层的过程中，在铁锰细菌的参与下，水中溶解氧把二价的铁和锰氧化成不溶的析出物，截留在地层中。㈡除藻 易受日照影响的较浅和流动缓慢的水体（如湖泊），在富营养条件下水中藻类易于大量繁殖，特别是在水温较高的夏秋季节，水中的含藻量将很高。水中的藻类除了会使水产生令人厌恶的味和嗅外，还因为它们的比重接近于水，混凝沉淀的效果不好，易于堵塞滤池，影响水厂的正常运行。因此在处理藻类含量较多的湖泊水时，应考虑除藻问题。常用的除藻方法有如下3种。⒈微滤机除藻微滤机是一种截留细小悬浮物的筛网过滤装置。除藻用的微滤机多采用孔眼20～40μm的滤网，它对藻类的去除效率在40%～70%，对浮游生物的去除率可达97%～100%。此法主要用于处理低浊高藻的湖泊水。⒉气浮法除藻在含有较多藻类和一定浊度的水中投加混凝剂，反应生成絮凝体，再用气浮法把絮体浮升到水面除去，可以取得远比沉淀为快的分离速度。⒊加药灭藻法在取水湖泊或原水存贮池中定期投加硫酸铜（2～3mg/L），可以杀灭藻类或控制其繁殖。但此法对鱼类有毒害作用。在净水工艺中采用预氯化法，可以控制藻类在净水构筑物中的生长。㈢除氟长期饮用过量含氟化物的水，轻者患牙斑症，牙齿斑果，早期脱落；重者则患氟骨症，骨骼发脆、变形、骨折。我国《生活饮用水卫生规范》规定饮水中氟化物的适宜质量浓度在0.5～1.0mg/L之间。有些地区的水属于高氟水，含氟量可达10mg/L以上，必须经除氟处理后才能饮用。除氟的方法如下。⒈吸附法以活性氧化铝、磷酸二钙等作为吸附剂，过滤吸附水中的氟离子。饱和的活性氧化铝用硫酸铝溶液再生，磷酸三钙用氢氧化钠再生。⒉混凝沉淀法用硫酸铝、聚合氯化铝等混凝剂形成的絮体吸附氟离子，经沉淀过滤去除。因为此法的投药量很大，一般为含氟量的100～200倍，已较少使用。⒊离子交换法利用离子交换树脂的交换能力去除氟离子。此法目前应用较少。⒋电渗析法利用离子交换膜的选择透过性除氟。㈣过硬源水的软化、苦咸水淡化、海水淡化 在没有替代水源的情况下，对于含有过量硬度的源水可以采用软化法制取生活饮用水，常用的方法是石灰软化法和离子交换法，小规模使用时也可以采用膜分离法。采用石灰软化法时，软化通常与澄清同时进行，此时应选用二氯化铁作为混凝剂（在石灰软化中，因水的pH值较高，铝盐混凝剂不适用）。离子交换法采用钠型磺酸基阳离子交换树脂，用所含钠离子交换水中的钙离子。为了保持饮用水有较好的口感，出厂水中应保留一定的残余硬度，其方法是只从水中去除一部分硬度，或是在总水量中只软化一部分水，再与其他的水混合。饮用水的软化处理目前主要用在欧美国家的一些地区。含盐量很高（几千毫克每升以上）的水称为苦咸水，我国西北部地区，如青海、甘肃、新疆等内陆干旱地区常遇到这种水。以苦咸水为源水制取饮用水需要进行淡化处理。常用的淡化方法有反渗透法、电渗析法等，可供钻井队、勘探队、小的社区等小规模用水单位饮用。海水可以通过淡化供饮用，但费用较高。常用的方法有：反渗透法、蒸馏法、电渗析法、结冰法等。大规模海水淡化厂多采用蒸馏法、反渗透法。小规模海水淡化，如船用海水淡化器、岛用海水淡化器，多采用反渗透法或电渗析法。第四节地面水除藻技术藻类通常是指一群在水中以浮游方式生活、能进行光合作用的自养型微生物，个体大小一般在2-200μm，其种类繁多，均含叶绿素，在显微镜下观察是带绿色的有规则的小个体或群体。由于它们是水体中重要的有机物质制造者，故在整个水体生态系统中占有举足轻重的作用，是生态系统中不可缺少的一个环节。今年来，随着湖泊富营养化和世界各地的淡水水华频频发生，由此而引起的人畜中毒甚至死亡的事件时有报道。淡水藻中产生藻毒素最多的是蓝藻，蓝藻是绝大部分富营养化水体中的优势藻类，蓝藻的生长和水华的发生受水体理化、生物因素和气候的影响，某些种类的蓝藻产生毒素。一、蓝藻及毒素㈠蓝藻毒素的结构及毒性机理蓝藻，又称蓝绿藻，是由于其光合作用而形成的颜色得名，是广泛出现在世界各地的主要藻种，在淡水中生长的蓝藻在水体表面聚集形成水华，或集中在表面形成蓝绿色的浮藻群。某些种类的蓝绿藻产生毒素，依据它们的作用方式，可归类为肝毒素（如微囊藻毒素）、神经毒素（如类毒素）、皮肤刺激物或其他毒素。其中肝毒素和神经毒素都是由在地表水中普遍存在的蓝藻所分泌的，因此这些毒素与供水水质相关。⒈肝毒素包括微囊藻毒素、节球藻毒素和cylindrospermopsin。微囊藻毒素是一组环状七肽，一般结构为环，相对分子质量约为1000。到目前为止已发现60多种微囊藻毒素，其中有些毒素可能是在水华中产生的。含量较多、存在较普遍、毒性较大的是LR、RR和YR，其中L 、R、Y分别代表Leu、Arg和Tyr。微囊藻毒素主要存在于微囊藻、鱼腥藻、颤藻和念珠藻中，也有人从眠状软管藻中分离到了微囊藻毒素。节球藻毒素是一组环状五肽，一般结构为环。节球藻毒素的相对分子质量为824，存在于泡沫节球藻中，目前已分离到7种节球藻毒素。研究发现微囊藻毒素和节球藻毒素被认为是潜在的促肿瘤剂。同时，有人发现节球藻毒素可以引起肿瘤的发生，可能是一种新的致癌物。最早确认化学结构的微囊藻毒素是MC-LR，迄今为止的大部分工作都采用这种毒素，大部分国家的微囊藻毒素中毒事件多半也与MC-LR有关。⒉神经毒素主要包括鱼腥藻毒素、石房蛤毒素、新石房蛤毒素和膝沟藻毒素等，其中后三者统称为麻痹性贝毒。目前发现鱼腥藻、颤藻、束丝藻、柱孢藻和微囊藻可以产生鱼腥藻毒素。神经毒素在水体中的存在较微囊藻毒素为少，其危险程度也不如微囊藻的慢性暴露那样严重。类毒素-a等神经毒素具有高度的神经毒性，但它们的生物半衰期短。根据摄人毒素种类、数量和胃中生物量的不同，急性暴露于神经毒素可在几分钟或几小时内引起死亡。苏格兰曾报道狗食人含有类毒素-a的颤藻引起中毒。⒊其他毒素脂多糖内毒素是蓝藻细胞壁的组成部分，由脂A、核心寡糖和O特异多糖组成。目前已从裂须藻、颤藻、鱼腥藻、微囊藻和Anacystis中分离到。蓝藻脂多糖内毒素的脂A与革兰阴性细菌的脂多糖不完全相同，种类更多，而且往往含有少量的磷酸。皮肤毒素主要从海洋蓝藻巨大鞘丝藻中发现，人在含有这些毒素的海域中游泳后会产生皮肤过敏、口腔和胃肠发炎等症状。皮肤毒素可能是蛋白激酶C的活化剂，具有促肿瘤作用。到目前为止，尚未见有淡水蓝藻中存在皮肤毒素的报道。㈡蓝藻的发生和生长特定种属的蓝藻在世界各地的发生显然受到水体化学性质的地区差异和气候条件的影响。例如，柱形藻出现在热带地区的水体中，但在温带地区的水体中则没有发现其存在。与此类似的是，微囊藻和项圈藻水华广泛发生于温带地区的水体。总的来说，50%～75%的水华中含有毒素，且常常不止一种。同一种藻类中，也会有产毒的和不产毒的藻株同时存在。在发生水华的水体中，由于藻毒素的浓度可随时间、空间变化，因此水华的全面毒性是不确定的。没有简便方法鉴别产毒株和非产毒株。任何水华的毒性产物的不可预见性使其具有潜在危险并应时刻对其保持警惕，防止蓝藻水华的发生也是控制有毒水华的关键之一。 蓝藻的生长和水华的发生受到理化和生物因素的影响，由于这些因素的相互作用，每年蓝藻的生长和产生毒素都可能有很大变化，优势藻种也有季节差异。蓝藻在富含氮、磷等无机营养物、水温常年介于15～30℃之间、pH值介于6～9之间的水体中常年存在。水华常常发生在夏末或初秋，常发生在富营养化水体中。最佳的光照度因藻种而异。此外，一些蓝藻（如铜绿微囊藻）能够随光照调节其浮力。这一特性使蓝藻可在不同热度梯度的水中游移，并可吸收水温较低的较深层水中的营养。其浮力主要是由光合作用产生的碳水化合物控制的。如果CO2的量不足，这种控制机制就无法实现。虽然夜间的浮力无法调节，但夜间的呼吸作用引起CO2的减少使蓝藻浮上水面。湍流和高速水流使蓝藻不能保持在原位，不利于蓝藻的生长。大暴雨加速了水体中的营养流失，不利于水华的形成。温暖的气候条件有利于浮藻的形成。比较高的大气压、微风或中等风速的风，再加上持续的水体环流，使水中保持一定位置的大量蓝藻得以利用这些有利因素生长。一旦风和环流停止，则蓝藻会突然变得“过量”。如果蓝藻不能及时地调整其浮力或根本不能调节其浮力（夜间时），水华就会浮上水面并形成浮藻群。因而，浮藻往往是夜间形成的，这些浮藻可能漂到下风向，在僻静的岸边或海湾停留，并释放出毒素，最终藻类死亡。㈢毒素的产生和存在为更好地了解蓝藻毒素并防止它们引起的危害，研究人员对蓝藻毒素的环境行为进行了广泛的研究。由于在世界各地广泛存在并且危害较大的蓝藻毒素是微囊藻毒素，因此文献报道多集中在微囊藻毒素的研究上。据调查，影响毒素产生的两大因素是光照和温度。产生蓝藻毒素的最适温度是25～30℃，这表明蓝藻在温带地区温暖的天气条件下最具毒性。但在不同国家，最适温度可能有所变化。光密度（而非光照量）对铜绿微囊藻产生毒素具有重要影响。相对于白光、红光和绿光可使毒性和毒素/蛋白的比率均增高，光照度小于40μE/（9m2·s）［micro-einstein/（m2·s）］时，蓝藻的毒性随着光密度的增加而增强，随着水深的增加而减弱。但是，当有不同深度的水流混合，尤其是当风速大时，情况就不尽如此了。一些试验研究显示：pH值、氮、磷和CO2也可能影响微囊藻毒素的产生。对南非Hartbeespoot水坝中铜绿微囊藻浮萍中的六种微囊藻毒素监测2.5年，发现冬天毒素浓度很低或未检出，夏季毒素浓度达到高峰。其中四种毒素的总浓度（5～4l5μg/ g干藻）与太阳辐射、表面水温、pH值以及氧饱和度直接相关。未见藻类毒性与地表水中有机或无机营养物浓度相关的报道。对三个季节中加拿大Alberta中部三个富营养化的硬水湖泊中MC-LR的出现模式的研究（用高效液相色谱HPLC检测MC-LR，计为μg/g铜绿微囊藻），结果表明：同一湖泊一年中各季节、不同年份以及不同湖泊之间铜绿微囊藻随时间变化有很大差异，甚至可能相差3个数量级。MC-LR浓度的季节变化与铜绿微囊藻的丰度和生物量、总磷、总溶解磷、pH值、叶绿素呈正相关关系，出人意料的是，MC-LR的浓度和氮浓度呈负相关关系且和水温无关。在一昼夜中MC-LR的浓度在夜间比白天下降了6倍多。有学者在英国研究了水体中的营养供给和水温与蓝绿培养液中MC-LR浓度的关系，结果表明：当氮过量并且最高水温在20～25℃时，每单位干重的蓝藻中所含微囊藻毒素的量较高，但当水温低于20℃或高于25℃时反而减少。鉴于同种藻类的不同株产生毒素的巨大差异，藻类的基因差异和代谢过程也可能对毒素的产生造成重要影响。有研究表明不同地点或同一片水华产生毒素的能力随时空变化。蓝藻毒素与膜结合或游离在细胞中，试验研究表明：虽然生长期的藻细胞也能主动释放毒素，但大部分的毒素是在细胞衰老和死亡时释放。对培养的藻细胞生长静止期、指数期和稳定期中毒性的研究表明：最大的毒性出现在指数期和稳定增长期之间，培养的2株微囊藻的最大产毒细胞数出现在指数生长期末期。微囊藻毒素和生物碱在水中降解，但在显著降解前有一个滞后期。英国用浓度为10μgMC-LR/mL水库水开展的研究显示MC-LR的半衰期小于一周，也有学者发现微囊藻毒在环境水体中可发生生物降解，其半衰期约为一周。通常，如果有一个滞后期，则毒素的半衰期约为9～10天。在一项研究中，用灭藻剂处理水华后，一直到21天后才出现微囊藻毒素，究其原因可能是硫酸铜引起的“休克”作用。MC-LR在水中很稳定，可对抗极端的pH值和高达300℃的高温，水中MC-LR是通过自然降解和光解作用降解的。㈣蓝藻毒素的危害对蓝藻毒素的研究之所以广受重视，是与它们的危害分不开的。自从1878年Francis首次报道了动物由于饮用含蓝藻的水而死亡的事件以来，世界各地蓝藻毒素引起鸟类、鱼类、动物甚至人类死亡的事件频繁发生。由于水体富营养化现象日益加剧，蓝藻水华的发生也越来越频繁。研究表明，世界各地25%～70% 的蓝藻水华可产生毒素。那些以河流、湖泊、水库为饮水水源的人就有摄人蓝藻毒素的危险。另外，人类与含蓝藻毒素的水体直接接触（如游泳、划船等），也可能中毒。由于水体中的蓝藻毒素往往含量较低，经常表现出来的是慢性毒性。流行病学调查表明，我国江苏海门、启东和广西扶绥地区的原发肝癌发病率高与当地居民长期饮用含微量微囊藻毒素的浅塘水和河流水有关，而当地饮用深井水的居民原发肝癌发病率则相当低。蓝藻毒素也具有急性毒性，如1996年，巴西一个血液透析中心由于使用被蓝藻毒素污染的水而导致60多人死亡⑼二、藻类对制水的影响含藻原水进人净水厂后，会使水质发生变化，从而干扰水处理作业，对制水生产工艺、药耗以及构筑物池壁都会产生极大的不利影响，主要表现在以下几个方面。㈠对混凝的影响。在光合作用下，水中pH值升高，且由于藻类作用，溶解氧增加，矾花密度降低，沉淀去除率下降，导致需要投加的混凝剂增多，高藻水的处理需要消耗大量的混凝剂。此外，部分藻细胞易穿透絮凝体，破坏絮凝过程，导致出水有藻类污染物。㈡干扰过滤。藻类物质在滤池中可大量繁殖，会使滤料层堵塞，从而缩短过滤运行周期，导致反洗水用量增加，反洗频率加大，实际用水产量下降并影响出水水质。㈢对构筑物的影响。藻类细胞成层成为黏质物，附在混凝土池壁表面，形成一层润滑层，既影响制水过程中的感官质量，又增加了洗池的频率和费用以及工人的劳动强度。另外，藻类对混凝土池壁构成很大的威胁，如长沙三水厂构筑物池壁由于藻类等物质的长期腐蚀，致使池壁粗糙老化，反过来又给藻类物质的寄生繁殖、水垢青苔的附着生长，提供了有利的栖息场所。㈣藻类致臭。藻类所分泌的臭味物质导致饮用水出现异味，水中藻细胞数量的增大也增加了氯的使用量，当水处理中氧化剂使用量较低时，不仅无法消除臭味的影响，有时还会和一些臭味有机物反应生成新的致臭物质。藻类在代谢过程中易产生三卤甲烷的前驱物质，三卤甲烷是对人体具有潜在危害的致癌性物质。部分藻类在代谢过程或死亡后释放藻毒素，对生物体造成毒性和危害，常规的水处理工艺对毒素中常见而且危害较大的肝毒素难于去除。藻类所产生的有机物质易造成微生物在水供给系统中重新生长，对管网和管网水质不利。由于存在这些问题，饮用水处理中不能忽视藻类的影响。 三、藻类去除方法易受日照影响的较浅和流动缓慢的水体（如湖泊、水库等），在富营养条件下水中藻类易于大量繁殖，特别是在水温较高的夏秋季节，水中的含藻量将很高。水中的藻类除了会使水产生令人厌恶的味和臭外，还因为它们的密度接近于水，混凝沉淀的效果不好，易于堵塞滤池，影响水厂的正常运行。因此，在处理藻类含量较多的湖泊、水库水时，应考虑除藻问题。世界各地根据原水水质、水源地环境及藻类的种类、数量，采取对应的去除方法，取得了不同程度的效果，从文献报道来看，目前水处理中除藻单元工艺主要有如下几种方法。㈠化学药剂法（加药灭藻法）加药灭藻法控制藻类既可在水源地进行，也可在水处理厂进行，美国、澳大利亚等国常采用此法控制藻类在湖泊、水库中的生长。常用的除藻剂有硫酸铜（控制藻类生长的硫酸铜浓度一般需大于1.0rng/L，这使得水中铜盐浓度上升，因而需谨慎使用）、氯、二氧化氯等。预氯化常用于水处理工艺中，以杀死藻类，使其易于在后续水处理工艺中去除，但预氯化使水中消毒副产物增加，也是一种不得已而为之的方法。化学药剂法应用较为灵活，但使水中增加了新的对健康不利的化学物质。此外，还可采用投加活化硅酸、活性炭、高锰酸盐等方法灭藻。⒈折点加氯杀藻把反应池前的加氯量加大，以氧化水中的有机物，杀灭藻类。这是一种较为简单的能快速杀藻的方法，在国内水厂使用较多，能够有效地杀灭藻类，抑制藻类产生和繁殖。据有关试验表明，采用该种方法，除藻率一般能达到50%左右，并能除去水中的一部分异味，除藻后的原水再经常规水处理工艺，能使饮用水中不含或稍含藻。但这种较为简捷的除藻工艺同时存在着某些不是之处。①当水中含有大量天然有机物如腐殖质、灰黄酸、富里酸及藻类代谢产物时，这些天然的有机物就成为卤代烃形成的前驱物质，再经加氯杀藻，卤代烃形成的概率就大大增加了，目前已被证实卤代烃对人体健康具有较大危害，其中1，2-二氯乙烷、1，1，2，2-四氯乙烷、四氯乙烯、三氯乙烯、三溴甲烷、六氯苯为强致癌物。因此，这种方法用于给水处理在国外已被限制使用。②由于要达到杀灭藻类的目的，投加时需要很大的氯量，导致了单位水量成本的增加。⒉二氧化氯杀藻ClO2是一种强氧化剂，具有更好的灭菌、除藻和除臭效果，并且能够有效地控制卤代烃的生成量，降低矾耗，改善水质。根据有关试验发现：CIO2 优于液氯，CIO2具有较高的氧化-还原电势，比液氯杀菌能力强，由于它不像Cl2以亲电取代为主，而是以氧化反应为主，经氧化的有机物多降解为氧基为主钓产物，不会产生卤代烃等消毒副产物，对人体的副作用小。但其成本较氯气高，生产条件较为苛刻，目前国内的部分制水企业正研究它来代替氯气消毒的可行性。伴随新型的、简单的ClO2制取方法的出现，其在给水处理中会得到更广泛的应用。⒊投加助凝剂即HCA-l阳离子净水剂杀藻。HCA-1属阳离子型线型高分子聚合物，它是二甲基二烯丙基季铵盐的聚合物，水溶性好，能完全溶解于水成真溶液，质量符合生活饮用水处理剂标准。市售HCA-1固体含量为40%，相对分子质量在l0万左右，阳离子度大于90%，残余单体3.9%。其作用机理是借助聚合物本身含有的阳离子基团和活性吸附基团，对悬浮胶粒和含负电荷的物质通过电中和及吸附架桥等作用使之失稳、絮凝。由于有机高分子有极高的聚合度，故其架桥作用远多于核型无机混凝剂强烈，其商品的毒性及致畸变性试验已由检测证实：急性经口毒性试验HCA-l原液属低毒性，5‰应用液基本无毒，HCA-l原液有中等蓄积性，5‰应用液为轻度蓄积性，Ames试验、微核发生率及精子畸变率证明HCA-l原液无致突变作用。在生产应用中HCA-1的投加量小于0.3mg/L，远低于毒性试验中所提出的5‰应用液的浓度，因而在使用上是安全的。对于高藻水，大量藻类漂浮在池的上部，水体pH值上升，常规净水剂混凝效果差，出水水质下降，当大量藻类进人滤池会增加滤池的负担。由于藻类表面带负电荷，易与阳离子型HCA-l接触，所以在反应池投加HCA-1助凝剂能使水中的微生物絮凝成团，加速其沉淀去除。目前，该方法在我国一些省市已有采用，值得研究借鉴使用。⒋投加粉末活性炭（PAC）预处理在反应池前，把粉末活性炭投在混凝剂之前或与之同时投加于原水中，经混合吸附水中有机物和无机杂质后，黏附在絮体上的炭粒大部分在沉淀池中成为污泥排除。粉末活性炭作为助凝剂，可强化反应沉淀池对藻类的去除，并能去除异臭异味，特别是在藻类繁殖季节，用此法可作为应急措施。但使用活性炭造价高，水厂全年连续使用的不多，短期使用尚可。在我国，合肥自来水公司早已成功采用了该种方法。⒌高锰酸钾除藻利用高锰酸钾除藻也有较好的效果，对碱性水的除藻效果优于中性或酸性水。一般高锰酸钾投加量为1～3mg/L、接触时间不少于1～2h，但也有投加量为l0mg/L、接触时间为l0 ～15min的特殊情况（为了延长接触时间，可在引水管中投药）。如果预氧化过程中高锰酸钾投量过多，可能会穿透滤池而进人配水管网，出现“黑水”现象，而且出水的含锰量增加，有可能不符合生活饮用水水质标准。过剩的高锰酸钾可在沉淀池中去除，只要淡红色已在池内消失，高锰酸钾就不会进人滤池。有些水厂采用直接过滤工艺（不经过混凝、沉淀），则需专门的检测设备，以防止多余的高锰酸钾穿透滤池而进人配水管网。有时也可投加粉末活性炭去除过剩的高锰酸钾，其投加点应在高锰酸钾氧化反应完成以后，以免相互作用而降低除藻效果，但是粉末活性炭也可能穿透滤池而进人配水管网，宜在滤速上加以控制。投加助凝剂高锰酸盐（PPC）复合药剂，对藻类也有较好的去除效果，PPC是一种新型、高效的助凝剂，已有资料证实采用PPC预处理技术对合肥巢湖原水中藻类的去除效果。在一定范围内PPC的投量和它的除藻效率成正比关系。随预处理中PPC投量的增加，沉淀水和滤后水中藻类的去除率呈不断上升趋势。但其对低浊、低藻的原水处理效果并不理想。采用高锰酸盐复合药剂或高锰酸钾作为预氧化剂，所取得的除藻效果优于单纯混凝效果，它可以显著降低水中的UV254值，也就是破坏水中的有机物结构，同时它还能消除由藻细胞分泌的部分臭味物质，对藻毒素MC，高锰酸盐的去除率可以达到60%。马军等认为它所形成的新生态水合二氧化锰对含藻水的混凝具有明显的促进作用，新生态水合二氧化锰能够吸附水中藻类，从而增加藻在水中的沉淀速度，形成相对较密实的絮体。预氯化常用于水处理工艺中。以杀死藻类，是单一的氧化作用，而高锰酸盐预氧化是氧化和新生态水合二氧化锰吸附的协同作用。但高锰酸钾预氧化的最大缺点是投加过多后，出水的色度、浊度和锰含量会增大，影响出水水质。如果将预氯化和高锰酸钾预氧化相结合，并控制高锰酸钾的投加量，可以获得很好的效果，可使杀藻能力提高20%～30%。如果在高锰酸盐预氧化后，使用硫酸铁和阳离子聚合物作为双混凝剂，过滤后可以使出水中的浊度降到0.06NTU以下，锰离子浓度小于5μg/L，藻的去除率几乎为100%。⒍人工加泥或石灰在原水中投加泥土，由于水中浊度加大，使絮体密度增加，沉淀加速。用这种方法时一般滤池过滤情况良好，但增加了排泥量。据考察，美国许多水厂附近设有调节水库，水库中含有藻类，常采用下面三种方法除藻：①当藻类含量较高时，每天用专用船向水库中投加CuSO4溶液，其投加量为0.5～0.7mg/L；②当藻类含量不高时，在进人水厂的原水中投加K2MnO4；③ 当藻类含量低时，在进人水厂的原水中加氯。㈡微滤机除藻通常微滤机除藻主要用于处理低浊高藻的湖泊水。有资料记载，上海自来水公司进行的一项试验表明滤网对藻类的去除率为51%～57.5%，效果优于混凝沉淀，但对浊度、色度、CODMn的去除率都很低，远不及混凝沉淀。因此，微滤机主要用以去除水中浮游动物和藻类。采用网眼孔径为l0～45μm（多数为35μm）的微滤机，除藻率约为50%～70%，但浊度只能减少5%～20%。采用孔径为25～35μm的布筛处理开罗的尼罗河水时，藻类平均去除率为40%；处理巴黎塞纳河水时为55%，处理湖泊和蓄水库水时为50%～65%。德国的Siipplingen水厂在向原水中投药之前用微滤机去除原水中大部分藻类等颗粒物。微滤机对藻类的去除率随藻的种类不同而有很大区别，越细小的藻类越难去除，有时仅去除；10%，可是这种藻类所消耗的混凝剂量最大。又因微滤机所能去除的浊度不多，所以应用微滤机几乎不可能降低混凝剂投量。在某些特殊情况下，例如需要去除浮游动物（蠕虫、甲壳动物等）时，可选用微滤机除藻。㈢气浮法除藻藻类密度一般较小，投加混凝剂后形成的絮凝体不易沉淀，采用气浮则可以取得较好的除藻效果。这对低浊度、高色度水更为合适。气浮法的种类很多，有压力溶气法、真空释气法、微孔布气法、电解产气法、机械碎气法、化学产气法、生物产气法等。但应用最多的还是压力溶气法，这是由于该法所产生的气泡其微细度及稳定性高，在数量上也能得到很好的满足，同时电能消耗较低，操作管理可靠、简易，并能适应大、中、小型设备的要求，因此与其他形式相比占有优势。我国气浮净水技术发展较快，主要表现在：研制成功的低压、高效溶气释放器的动力消耗比国外有较大幅度的降低；研制成功的高效压力溶气罐的溶气效率已趋理想程度，同时，罐的容积比国外小得多；在气浮池主要技术指标（如表面负荷率、分离效果、池高等）方面均已达到国外先进水平。㈣直接过滤除藻由于含有藻类的湖泊水浊度较低，不加絮凝剂直接过滤处理反而除藻效果较好。滤池滤料不太粗，硅藻与大部分其他藻类都会被除去。原水浊度不高（小于5NTU）时，可长时间获得优质的滤后水。如果经常在较短过滤周期内冲洗，则由于藻类也被同时冲掉，故认为是解决滤池堵塞最经济的办法。但必须注意反冲洗的效果。 直接过滤不适宜处理含藻量极高的水，这时应在过滤池前增加沉淀池或澄清池，但这样还可能出现滤池出水含藻量大于1000个/rnL的情况，需要进一步处理。沉淀或澄清构筑物的类型很多，可除藻率却不相同。例如用静沉池处理泰晤士河水时，平均除藻率为59%，可是处理衣阿华河水时，除藻率为37%（硫酸铝混凝）～97%（石灰软化）。应用澄清池处理波兰河水时，平均除藻率为85%～86%（无预氯化）、95%～97%（预氯化），并且浮游动物量也相应下降了93%～96%（无预氯化）和99%（预氯化），因此澄清池的处理效果优于静沉池。直接过滤适用于原水中藻类和悬浮物数量较少的情况，该工艺的关键是滤速的大小。采用均质砂滤池或双层滤料滤池进行直接过滤的工艺，藻类去除率约为15%～75%。若进行预氯化并在投加混凝剂后采用白煤一砂双层滤料滤池直接过滤（滤速小于3m/h），则藻类的最优去除率约为95%。但是当原水中藻量大于1000个/mL、白煤粒径为0.9mm或藻类数量大于2500个/mL、白煤粒径为1.5mm时，过滤周期明显缩短。昆明五水厂原水藻类数量平均为30500个/mL，采用微絮凝直接过滤法除藻（双层滤料：陶粒粒径为2.0～2.5mm、高为700mm，石英砂粒径为0.6～l.2mm、高为500mm，滤速为6～l0m/h），其去除率平均为96.4%。将马德里的西班牙河水作为原水进行的半生产性试验也得出了类似的结果。双层滤料滤池的藻类去除率为63%～98%，其中以同时投加l0mg/L的硫酸铝和0.5mg/L的活化硅酸时效果最好，但因原水中藻类数量大于2500个/mL，致使滤池的工作周期仅为6h。中南设计院在进行气浮除藻试验的同时，进行了直接过滤除藻的试验研究，结果表明，在预加氯、不加矾、滤速为9.4m/h时，直接过滤除藻效率只有31.5%，浓度、浊度、色度、CODMn的去除率也较低。而德国Wahnback除磷厂采用独特的三层滤料设计，直接过滤除藻率达99.9%。可见，直接过滤条件不同，除藻效率大不一样。采用双层滤池也可达到较好的除藻效果。在砂滤池滤层上铺设薄层煤滤料除藻，可防止藻类堵塞滤池。日本小岛净水厂的经验可以借鉴。该净水厂以相模湖及其下游的津久井湖作为水源。1982年3月，发生藻类堵塞滤池的情况，特别是1984年2月到3月上旬，滤池堵塞相当严重。在一般情况下，其滤池滤过周期为72h，此时缩短为5h。双层滤池也缩短为20h。这是水中含有硅藻类的星杆藻和针杆藻所致。为了防止滤池堵塞，该厂采用了在砂滤池表层上均匀地铺设2.5cm煤滤料的措施.结果可使滤过周期持续到20h。砂滤池铺设2.5cm 煤滤料后，冲洗前滤层中截留的针杆藻大有增加，滤池周期可比双层滤池延长的70%～100%。另外，在日本还有在砂滤池表层上铺设粉末活性炭以除漉的方法。由于直接过滤没有常规流程中的沉淀提供的缓冲作用，因而容易出现水质事故，应用时必须特别小心。㈤混凝除藻虽然藻细胞密度的增大使原水中pH值升高，增加了混凝剂用量，甚至有时藻细胞个体还对混凝过程产生破坏。但是研究表明，常用混凝剂（如硫酸铁、三氯化铁、硫酸铝和聚合氯化铝等）在除藻方面仍具有一定的效果，而且混凝仍是去除藻类的重要方法。藻细胞表面电荷为负电荷，所以如果用阴离子混凝剂作为惟一的混凝剂，对藻细胞没有任何作用，在藻类去除中，电性中和是起决定作用的。如使用三氯化铁作为混凝剂，会促进藻细胞对碳的吸收，而释放出更多的氧气，从而对混凝过程产生影响。混凝剂投加量对混凝效果也有影响，当投加过量后，藻细胞表面的负电荷在中和后，又重新带上正电荷而变稳定，重新稳定的藻细胞非常难于脱稳。助凝剂对藻的去除效果影响明显，用硫酸铁作混凝剂时，在同等条件下，不投加助凝剂的去除率只有60%，投加后可以达到96%。投加硫酸铝作为混凝剂可同时去除浊度和藻类，水中藻类数量小于1000个/mL时所需混凝剂量远大于浊度小于3NTU时所需的量。原因是黏土类胶体在ζ电位为-5mV时即可完全脱稳，而藻类必须在ζ电位为0时才能脱稳。若同时投加聚丙烯酰胺或阳离子型助凝剂则可减少硫酸铝用量。采用混凝法除藻时应根据藻的种类选择药剂。去除硅藻时可单独投加硫酸铝，例如番禺市沙弯水厂在硅藻高繁殖期的投铝量从平时的1.2mg/L增加到3.0rng/L，可使沉淀池出水的浊度降至1～2NTU以减少进人滤池的藻类数量。去除绿藻一般需要预氧化，预加氯时其去除率约为95%～98%，无预氯化时其平均去除率为85% ，如果考虑到预加氯会产生三卤甲烷，也可以用其他氧化剂。蓝、绿藻会产生臭味，甚至含有毒素，并且会分泌黏液造成配水管网中出现后絮凝现象，此种分泌物又可能转化为三卤甲烷母体。因此是水处理中较难去除的藻类，也是多数富营养化水体中主要生长的藻类，它对混凝剂投量的调整极为敏感。另外，藻类代谢产生的有机物对絮凝和过滤也有影响，其原因是该有机物中的酸性物质与混凝剂（铁盐或铝盐）的水解产物发生反应，生成的表面络合物附着在絮体颗粒表面，阻碍了颗粒相互碰撞。因此必须增加混凝剂的投量，补偿由于表面络合物的形成对颗粒脱稳和絮凝造成的影响。㈥沉淀或过滤除藻向反应沉淀池中投加粉末活性炭（PAC）作为助凝剂（可有效去除泥土气味），可以强化反应、沉淀效果，特别是在藻类大量繁殖的季节此法可作为应急措施。1995年5月，美国芝加哥的供水部门在夏季到来之前就开始投加PAC（投量约为2.4mg/L）；当水中出现甲基一异冰片（MIB）时（7月中旬），将PAC的投量逐渐增加到11mg/L；夏季过后，PAC的投加量随MIB浓度的减小而减少，当PAC的投量减到1.2mg/L时再持续投加1个月，在此期间若MIB浓度降到5μg/L则可停止投加PAC。日本的高桥和孝等对以水库水为水源的某水厂（采用常规处理工艺）全年的进、出水进行监测，得出蓝藻6月至l0月数量多、硅藻9月至转年4月数量多。同时证明，只要藻类的数量不太多，常规处理对藻类具有较好的去除性能。美国的Pakrner教授研究了水中藻类对过滤效果的影响。当藻类数量小于500个/mL时，不会引起滤池堵塞；当藻类数量为500～1000个/mL时，滤池有稍许堵塞；当藻类数量为1000～2000个/rnL时，有明显堵塞现象；当藻类数量大于2000个/mL时，会出现严重堵塞。上海市月浦水厂自陈行水库取水，从每年的3月下旬开始，库中水温上层高、下层低，藻类繁殖很快，进入水厂的藻类难以沉淀，造成滤池堵塞（过滤周期仅为2～3h）。该厂采取的措施一是减少原水在水库中的停留时间，提高水库的换水率，使水中杂质来不及沉淀（保持浑浊状态）而阳光难以射人，从而导致藻类的光合作用困难；二是采用药剂控制（向水库水中投加漂白粉）。过滤是去除水中胶体物质和悬浮物质的一个常用方法，但当原水中藻细胞密度比较高时，使用过滤方法除藻会遇到一些问题，但通过改进，仍能用于给水处理。Saidam对过滤介质为l0～25cm卵石、3～23cm卵石、0.95～2.5cm粗滤料、0.475～1.27cm细滤料的4种快滤池进行了研究，发现粒径小的滤料的除藻效果并不好，藻细胞非常容易堵塞滤池，去除效果最好的是3～23crn粒径的卵石，卵石滤料的除藻效率可以达到60%。除了滤料粒径外，水力负荷对过滤的影响也很大，通过改变过滤方式可以去除大部分藻类，但如果发生堵塞，则过滤上层易产生腐败现象。慢滤池的除藻效果比快滤池好，使用的滤料粒径可以小到0.2mm，在除藻过程中，不仅存在简单的物理分离过程，还存在滤料表面形成的生物膜对藻的降解作用。慢滤池对蓝、绿藻和硅藻的去除可以达到100%和93%，但对绿藻的去除率较低，只有57% ～74%，可能是因为绿藻大多数都具有球形结构，很容易穿透滤层的缘故。由于滤池堵塞和藻细胞的穿透问题，直滤方法的使用受到限制，美国水工作协会（AmericanWaterWorksAssociation）认为当藻细胞密度低于2000个/mL时，可以采用直滤的方法，而对于富营养化水体，藻细胞密度较高，需结合其他方法。例如絮凝后再进行直接过滤分离，或者絮凝气浮后，再进行过滤。有时为了在最大限度去除藻类的同时去除由藻细胞产生的有机物质和水中的其他污染物，可以在絮凝沉淀处理后采用活性炭过滤，能达到非常好的处理效果，藻的去除率几乎为100%。混凝沉淀通常对藻类的去除效率较低，但如果对常规的混凝沉淀加以强化，则可以大大提高除藻效率。有研究表明：采用强化混凝的方法可以将混凝沉淀的除藻效率提高到90%以上。㈦生物处理除藻在除藻的方法中，大多数需要投加混凝剂，这存在处理成本较高、运行管理较复杂或产生二次污染等问题。生物处理一般操作较容易、易于管理、处理成本较低。在生物处理方法中，可把一批六角形的蜂窝管（孔径为l0～20mm，高为100mm）在池中垂直放置，使要处理的原水与新鲜空气共同从底部向上通过蜂窝管，在管内渐渐形成生物膜。水连续通过时，新鲜生物膜不断形成，老化的生物膜不断排出，同时，水中的杂质被附着在蜂窝管上的生物膜吸附、分解和澄清，使原水中的污染物被大量去除，水中的藻类也得以很好地被去除。日本对生物法处理含藻水的研究较多，在水厂得到实际应用也较早。近年来，国内外对生物处理在给水净化中的应用进行了广泛深人的研究，但侧重点主要在于对有机物、氨氮的去除以及操作条件的确定，有关藻类控制的研究尚不深入。以色列的生物滤池用麦秆作为基质（一个lm3的PVC池装有50kg麦秆），可去除75%的藻生物量。生物滤池是生物除藻的一种。生物除藻主要利用生物膜上的微生物对藻类的絮凝和吸附作用，把藻类从水中分离出来。藻类一部分被沉降，一部分被微生物氧化，还有的被原生动物所吞噬。藻类种类是影响生物处理去除藻效率的重要因素，这可能是由于不同的藻类具有不同的物理、化学性质以及藻细胞的表面性质，而这些因素影响生物膜对藻体的吸附作用，从而使生物膜对不同的藻类表现出不同的去除率。试验表明，水力负荷越大，停留时间越短，藻类去除率越低。 “八五”期间，我国在武汉东湖水厂进行了生物接触氧化预处理试验，研究表明该法对藻类的去除率在70%～90%，对氨氮、浊度、色度和CODMn的去除率分别为80%～95%、48%～80%、30%～60%18%～26%。日本仙台进行的生物处理试验结果为（停留时间lh）对绿藻的去除率为40%左右、对硅藻的去除率为40%左右。这说明生物处理对藻类有一定的去除效果，但去除率依藻类种类的不同有很大变化。对绿藻门类去除率较低，对硅藻门类和蓝藻门类的去除率较高。对于某一特定湖水，生物处理对其中藻类的去除率将随优势藻的变化而变化。生物滤池工艺是生物除藻的一种，主要是利用生物膜上的微生物对藻类的絮凝、吸附作用，使其被沉降、氧化或被原生动物吞噬。此外，膜技术可以将绝大部分的藻毒素分子去除，但如果水厂使用膜技术，其成本会相当的高。法国、美国在10000m3/d以上的水处理厂中已有使用膜技术的处理工艺。四、藻毒素的去除方法㈠传统制水工艺蓝藻暴发期间，在自来水厂出水中往往能检测出藻毒素。穆丽娜等于1999～2000年在无锡的梅园、小湾里、充山水厂出水中都曾检测出藻毒素，最高达0.64μg/L吴静等在某市两个水厂出水中检测到0.07～1.09μg/L的Microcystin-RR。Himberg等在IL地面水中加人蓝藻提取液，水中初始毒素浓度为28～65μg/L，经常规工艺处理后，对微囊藻两种毒素的去除率为11%～18%，对颤藻的两种毒素去除率为29%～32%，硫酸铝投量的增加反而引起微囊藻毒素去除率下降，以三氯化铁作混凝剂时去除率降低，甚至可能使藻细胞破裂、细胞内毒素释放于水中。Chow等系统研究了传统制水工艺各处理单元对微囊藻细胞的影响：0.25mg/L的铜离子可抑制藻细胞的生长，使细胞破裂，细胞内叶绿素a与藻蓝素浓度下降；不同剂量的硫酸铝对藻细胞密度、细胞活性、叶绿素a浓度都没有影响；不同转速的机械搅拌与絮凝过程均未引起细胞内藻毒素的释放。模拟水厂净水工艺的试验表明，传统净水工艺既没有引起藻细胞的明显破裂，也没能有效去除细胞外溶解性藻毒素。试验表明：富营养化原水预氯化会导致藻细胞内的毒素释于水中，混凝沉淀通过去除藻类而去除细胞内藻毒素，但对细胞外的溶解性藻毒素无去除作用。过滤与氯消毒可去除部分细胞外藻毒素，对细胞内藻毒素的去除作用较弱。传统制水工艺不能保证出水藻毒素达标，必须采取预处理或深度处理措施。 ㈡活性炭吸附活性炭吸附是研究最多的去除藻毒素的工艺之一，常用的活性炭滤料为颗粒活性炭（GAC）与粉末活性炭（PAC）。Falconer等利用GAC吸附柱及GAC-砂快滤柱处理藻类提取液浓度为0.1%的试验水（用老鼠活体检测法测定毒性），当负荷为90L/（min·m2）时，GAC柱穿透点为1.2m3/kg。在l00mL藻类提取液中加人0.5g的PAC，各种品牌的PAC对毒性的去除率均超过95%。初始毒素浓度为28～65μg/L的水样经GAC吸附后，微囊藻毒素与颤藻毒素浓度低于检测限，若投加bmg/t的PAC、接触20min则仅去除13%～19%的颤藻毒素与20%～34%的微囊藻毒素，增加PAC投加量可提高去除率，但高剂量的PAC将增加处理水的浊度。PAC对神经毒素-a的吸附作用低于对肝毒素的吸附作用，而GAC对两种毒素都有很好的去除效果。不同原料制成的活性炭对藻毒素的吸附作用有明显差异。由木材、煤、泥煤、椰壳制成的活性炭被分别用来吸附MilliQ水及河水中初始浓度为2.Smg/L的Microcystin-LR，发现木质炭是最有效的吸附剂，吸附容量为220～280μg/mg。其原因在于木质炭有最大的中孔容积，而Microcystin-LR的相对分子质量为994，易被中孔吸附。影响活性炭吸附藻毒素的另一个因素是溶解性有机物。活性炭吸附是有效去除藻毒素的工艺之一，但对活性炭中藻毒素的解吸还缺乏研究。表面长有生物膜的活性炭对藻毒素的去除作用与机理也需做进一步研究。㈢光降解与光催化氧化微囊藻毒素侧链Adda基团具有对紫外光敏感的共轭双键结构，可以通过紫外光的照射破坏Adda基团而脱毒，去除率与光强及时间有关：在光强为47μW/cm2的UV照射下Microcystin-LR的半衰期为l0min，经光强为255μW/cm2的UV照射l0min则毒素被完全分解。Tsuji等曾报道在阳光照射下，日本Kasumigaura湖的蓝藻色素对藻毒素有不同影响，即使在加人5mg/mL的高浓度色素提取液时，使0.007～l4mg/L的藻毒素降解50%也需6～8天。Welker发现自然水体中Microcysfin-LR、RR、YR与腐殖质共存时，经太阳光照射后浓度显著降低，雨在纯水中则保持恒定，但腐殖质浓度对降解效率没有影响。Weiker在另一研究中确定水中存在富里酸与自然溶解有机物时，Microcystin- LR在太阳光下的降解为一级反应，速率常数取决于试验溶液的光密度，自然水中藻毒素的光敏降解速率是很低的，估计lm水深的半衰期为90～120天。光催化氧化是比光降解更为有效的降解藻毒素的方法。Feiutz分别以紫外灯和日光照射铜绿微囊藻水溶液，发现藻毒素浓度均没有变化，只有在日光照射并加人光催化剂TiO2后，Microcystins才会显著降解，使80μg/L的初始浓度降低50%需5～l5min。光催化氧化对Microcystin-LR的矿化度低于10%。Shephard等将TiO2催化剂固定在玻璃纤维上，制成垂直膜紫外光催化氧化反应器。去离子水中Microcystin-LR、RR在反应器中呈伪一级反应，半衰期分别为2.7min、3.5min，而湖水中LR、RR的半衰期分别为5.9min、7.7min，其降解速率慢的原因是湖水中的NOM及无机离子是自由基捕获剂，并且可能影响自由基的产生。pH值对藻毒素LR无明显影响，雨酸性条件可促进RR的降解。在反应器中通人氧气可促进自由基的生成，从而加快藻毒素的降解。㈣臭氧氧化对含藻毒素的原水进行臭氧化预处理可有效降解藻毒素。在含500μg/L的Microcystm-LR与LA的无机水溶液中投加0.2mg/L的臭氧并接触30s后，可去除99%的藻毒素。当水中臭氧浓度为0.05mg/L时，88μg/L的节球藻毒素水溶液与臭氧接触15s后毒素去除率超过99%。剩余臭氧为0.11mg/L时，24μg/L的神经毒素-a的超纯水溶液与臭氧接触60s后，有92%的毒素被破坏。Rositano等调查了臭氧对蓝藻产生的各种藻毒素的分解作用，结果表明臭氧分解Microcystin-LR的能力比Cl2、H2O2、KMnO4更有效，O3-H2O2工艺比单独臭氧处理有效。臭氧能破坏神经毒素-a及麻痹贝毒素（PSPS），而Cl2无效。pH值可影响臭氧对肽类肝毒素的降解，在碱性条件下臭氧对肽类肝毒素没有作用。Rositano等在另一研究中发现，在不同臭氧投加量下Mi-crocystm-LR及神经毒素-a的去除率与5min后剩余臭氧浓度有关，其次与水质及藻毒素分子结构有关。微囊藻毒素在臭氧化条件下优先于GAC吸附而被降解。㈤化学药剂氧化Nicholson等使用1～2mg/L的氯气与2.5～l6mg/L的次氯酸钙与水接触30min后，对初始浓度为130～300μg/L的Microcystin-LR与节球藻毒素的去除率可达95%，使用15～30mg/L次氯酸钠溶液可以去除70%～80%的藻毒素，而投加量为20mg/L的一氯胺不能降低MicrocystmLR的浓度。Drikas的研究表明：pH＜8时，l5mg/L的氯水溶液可以破坏微囊藻毒素，当剩余氯浓度大于0.5mg/L并且接触30min以上时氯化作用是有效的；当pH＞8时，由于次氯酸随pH值的升高而迅速减少，氯化作用显著下降。氯胺与H2O2没有效果，lmg/L的KMnO4 可以降解藻毒素。尽管氯可以降解藻毒素，但高剂量的氯可能使饮用水产生较重的氯味，更严重的是氯与水中有机物反应会生成具有三致作用的消毒副产物。㈥膜过滤超滤对藻毒素的去除效果达98%，反渗透达99.6%，纳滤可完全去除水中的藻毒素。㈦生物处理生物降解也是藻毒素转化的主要途径。微囊藻毒素化学结构稳定，不易被真核生物和细菌肽酶分解，但由于其分子的Adda基团有不饱和双键，除易被氧化、光降解外，也易被天然水体中某些特殊细菌降解而降低毒性。Jones等分离出一种水生菌种Sphingomonas，它能使环状Microcystin转变为线型Microcystin，该化合物比前者的毒性小近200倍。吴振斌等以含蓝藻水华的鱼塘水为原水，考察了两套上行流一下行流人工湿地系统对藻毒素的去除效果，当进水藻毒素浓度为0.117μg/L时，两套系统去除效率分别为68.5%和34.6%。吕锡武等采用序批式生物膜反应器对Microcyptirr-LR、RR、YR进行了生物降解试验研究，好氧处理12h时藻毒素RR、YR和LR的浓度分别由363.4μg/L、178.3μg/L、116.1μg/L降至50.2μg/L、35.9p.g/L、15.0μg/L，在24h时去除率超过90%，72h时已检测不到藻毒素。好氧生物处理对藻毒素的生物降解远比缺氧生物处理工艺有效。㈧去除藻毒素的研究展望⒈目前对藻毒素还没有标准检测方法，不同研究者采用同一种方法（如HPLC）的分析条件也不尽相同，应建立完善的藻毒素洗脱、富集、纯化方法以及高效、灵敏的藻毒素检测方法。⒉进行传统制水工艺的各净水单元对藻细胞内、外藻毒素去除的特性研究，了解藻毒素在工艺中的变迁规律及机理，指导水厂在水华暴发期间采取强化工艺或应急措施。⒊进行溶藻细菌、食藻微型动物、蓝藻水华、浮游植物、鱼类之间的食物链关系研究，建立有毒蓝藻及藻毒素的生物控制方法，研究生物预处理工艺对蓝藻及藻毒素的降解规律与机理。⒋进行藻毒素在饮用水深度处理工艺（如光催化氧化、紫外一臭氧氧化、化学药剂氧化、膜滤、生物活性炭等）中的去除规律及机理研究，为水厂采用深度净水工艺或居民选择家庭净水技术提供理论指导。⒌ 进行藻毒素及其降解产物在生化、物化净水工艺中的结构变化及毒性学研究，了解其脱毒途径，指导水厂安全供水。第五节管道分质供水处理技术一、管道分质供水概述㈠管道分质供水定义管道分质供水是指自来水或其他原水经深度净化处理，达到饮用水水质标准，通过独立封闭的循环管网系统，供给居民可直接饮用的优质水。在生活社区、住宅区、办公楼宇、学校、公共场所内可建设双管路的供水系统，采用原来的市政集中式供水作为清洁、冲洗、洗涤、洗衣等生活用水；采用吸附、过滤、消毒等装置对自来水或其他原水进行深度处理，通过循环回流的独立封闭管网系统，使用户拧开水龙头就可直接饮用纯水或净水，或与饮水机相连接直接供应纯净的热水及冰冷水，作为日常饮水。㈡管道分质供水的必要性目前传统净化工艺处理的自来水，可降低水源水中悬浮物、胶体、微生物等，但不能有效去除原水中微量有机污染物。在某地供应的自来水中，已检出的2100种有机和无机污染物中，有190种对健康有不利影响。另外，自来水的水源污染日益加重，出厂水经管道输送和高位水箱，均存在二次污染，而居民实际的饮水量只占供水量的2%～5%左右。目前不可能对现有的全部市政自来水进行深度处理，不可能对市政供水管网进行大规模改造，环境污染近几年也不可能得到根本改善。在原有的市政供水管网不变的前提下，将饮水和生活用水分质供应，既避免了高质低用的浪费现象，又保证了饮水卫生安全；因此对楼宇等进行分质供水有非常大的经济效益和社会效益。在个别生活区或村镇使用的自建集中式供水，由于水源等方面的原因，生活饮用水的感官和一般化学指标超过生活饮用水水质卫生规范的要求。因此必须对这些超标的物质进行特殊处理，使其达到卫生要求，然后通过管道输送给居民直接饮水，而原来的管网自来水供居民生活使用。㈢管道分质供水的现状⒈管道分质供水管理问题 目前多数地区使用的管道分质供水，将市政自来水深度处理（多数为反渗透处理）后，以管道形式送至用户作为饮水，日常洗涤用水还继续使用原来的市政供水。这样深度处理水使用量少、价格高，而原来的市政供水可能放松管理，其不良的水质还可通过洗涤影响人体健康。另外大量管道分质供水单位建成，形成许多小水厂，势必增加管理的难度（20世纪七八十年代许多地区建立中小水厂，由于管理等问题，水质和资金不能保证，现在多数已经被大中水厂合并）。因此，管道分质供水发展过程中应加强管理，并应高起点、高要求，做好总体规划，分片分区进行，形成一定规模，达到良性循环。不能重建设、轻管理，造成管道分质供水水质的二次污染，或由于管理不善，水质有可能达不到市政供水的要求。目前许多单位的生产工艺和卫生管理水平参差不齐。有的单位滤料使用很长时间也不更换，造成微生物污染；有的直接使用微滤的管道分质供水，过滤了大颗粒和细菌，但不能去除氯化副产物和有机物；有的使用反渗透设备生产的纯水，在管道输送或使用过程中又再次污染。另外，管网系统支管采用循环回路，而纯净水在连接水龙头处的水平管中每天最少有12h滞留期，而臭氧的半衰期只有28min；经检测，每天早上第一杯水的含菌量大于第二杯水的含菌量；当管道内细菌呈单体散落状时，冲一下是可以解决问题的，但形成菌膜后，冲一下就解决不了问题。因此应重视该部分未能采用循环管的卫生问题，并尽量缩短该段管道长度。管理人员不明白水处理工艺及其相应的卫生知识，生产工人未进行健康体检，个人卫生不良，也影响着管道分质供水的卫生质量。⒉管道分质供水水质标准问题管道分质供水单位引用标准不一，有的以《生活饮用水卫生标准》评价，有的以《瓶装饮用纯净水》评价，有的以《饮用净水标准》评价；有的以企业标准评价；因此目前有的管道分质供水不一定是卫生安全的饮用水。⒊管道分质供水水质检测问题目前多数管道分质供水单位没有检验室，不能每天进行自检。另外，由于不能自检滤料，不能及时更换滤料；再加上有的单位布点不当，未能在最差的水质回流点取样，使水样不具代表性。⒋管道分质供水选材及工艺问题部分单位建设前未经卫生部门的预防性卫生监督审查，工艺不符合要求，未选用卫生安全的材料，没有采用循环回路的管网，造成许多难于纠正的缺陷。二、管道分质供水的水质要求㈠原水水质要求 市政集中式供水为管道分质供水原水时，其水质必须符合《生活饮用水水质卫生规范》（2001年）的要求。在个别生活区或村镇使用的自建集中式供水为管道分质供水的原水时，其毒理学指标和放射性指标应符合《生活饮用水水质卫生规范》的要求。㈡出水水质要求⒈特殊处理的管道分质供水水质要求在某些自建集中式供水单位，为了改善其水质达到生活饮用水水质卫生规范的要求，采用特殊处理方式，其管道分质供应饮用水时，用户龙头水质必须符合《生活饮用水水质卫生规范》（2001年）的要求。⒉深度处理的管道分质供水水质要求深度处理的管道分质供水中不应有病原微生物，净水中化学物质不应危害人体健康，纯水中不应存在有毒元素，而且应几乎检不出有机物和氯化副产物，有良好的口感，pH值适中（6.8～7.8）。管道分质供应饮用净水或纯水时，用户龙头水质应达到表14-1要求，除表列指标外其他项目均不得超过《生活饮用水水质卫生规范》（2001年）中所列的限值。三、管道分质供水工程的系统设备㈠管理分质供水工程的系统组成管道分质供水工程由制水设备、供水设备、输配水管网、抄表计表系统组成。⒈制水设备目前生活饮用水市政集中式供水存在的主要问题是有机物和微生物污染。因此制水设备应包括吸附或降解有机物的设备；吸附氯化副产物，滤过胶体、悬浮物、重金属、微生物等颗粒物的过滤设备；以及臭氧等消毒设备。（1）吸附设备常用吸附设备有活性炭吸附、分子筛吸附滤罐等。活性炭可产生吸附有机物、氯化副产物、余氯、改善口感等作用。由于不同材质（有木质炭、煤质炭等）、不同工艺（化学、物理）的活性炭吸附过滤效率不一、用途也不一，在水处理工艺上也有不同用途，因此根据活性炭的特性产生不同净水效果。（2）过滤设备过滤设备包含砂滤、微滤、超滤、纳滤、反渗透膜等设备。不同过滤材料生产出不同水质，因此在一个系统中需要几种过滤材料相互配合，制造出满足用户要求的水质。例如反渗透水处理设备的砂滤、炭滤、微滤、反渗透膜相互配合，制成饮用纯水。（3）软化设备利用阴离子树脂、阳离子树脂，配成各种软化设备。（4）消毒设备主要为臭氧或紫外线消毒装置。消毒工艺主要考虑杀菌效果与持续能力、水质的口感和运行费用。 臭氧消毒装置中，有的是利用纯氧的气源产生臭氧气体，有的是利用空气直接产生臭氧气体，有的是用水直接产生臭氧水。臭氧质量浓度不应大于lmg／L，要求接触10～15min，水处理系统出水剩余臭氧质量浓度不得大于0.lmg／L。工作环境空气臭氧质量浓度不得大于0.1mg／m3。紫外线消毒装置有浸没式和过流式两种。紫外线消毒装置的波长应为254nm，水层厚度不超过2cm，接触时间10～100s，紫外线强度不得低于70μW/cm2，并要保持紫外线灯管的表面清洁。⒉供水设备管道分质供水的设备主要是变频供水设备，它由交流变频调速泵、压力传感器、控制器等组成。水泵的流量除考虑住户的用水外，还应考虑循环回流量。循环回流既可使管道内保持一定流速，又可保证用水量小或夜间无人用水时，管道内不产生滞水。变频供水系统是供水行业的高新技术，目前采用先进的交流电机变频调速技术对供水系统水泵进行调速。它通过压力传感器感知管网压力变化，并将电信号传输给供水控制器，经分析运算后，控制器输出信号给变频器，由变频器控制水泵转速。这样整套供水系统在严格保证管网水泵出口水压恒定的前提下，根据用户用水量的变化，及时调节水泵转速，达到恒压变流量供水。整个系统始终保持在高效节能的最佳状态。采用变频供水系统可改善用水环境，保证各楼层供水量稳定、水压波动小、各层水流均衡，也使整个供水系统的水处于动态运行中，保证管道分质供水卫生安全。⒊输配水管网管道分质供水的输配水管网的主要特点是选用卫生安全材料和循环回流设计，保证管道分质供水处于流动状态。在各供水支管末端设置回水支管，各回水支管形成一个独立封闭的循环管网，使水在整个管网中不断流动，以保证水质新鲜。回流方式有全天回流和定时回流。目前使用的输配水管网材料有聚丁烯（PB）、铝塑复合管、不锈钢管、高密度聚乙烯管、钢塑复合管等，但每种材料本身由于原料生产厂不同、规格不同、加工工艺不同，卫生质量相差甚大，并不是所有的塑料管和不锈管均是卫生安全的。不锈钢管检出镍超标、三型聚丙烯检出氯仿、PVC-U检出铅、交联聚乙烯管检出挥发酚等情况时有发生。饮水专用水龙头的额定流量不得小于0.04L/s，各饮水龙头的自由水头尽量相近，且不宜大于0.3MPa。⒋管道分质供水管网的清洗消毒管道分质供水使用一段时间后，管道可能有污染物积聚，因此应定期进行清洗消毒。常采用二氧化氯进行清洗消毒，其质量浓度为0.3～0.5mg/L。 ⒌抄表计费系统可选用的管道分质供水计量仪表有饮用水计量仪和安装有传感器的远程饮用水计算仪。手工抄表时可选用不带传感器的饮用水计量仪，远程抄表时选用带传感器的远程饮用水计量仪。远程抄表计费系统，目前多采用集3C技术为一体的系统，可分为两大类：多功能集抄系统，单功能集抄系统。㈡管道分质供水的工艺⒈净水处理工艺（1）活性炭吸附与超滤利用活性炭吸附市政自来水中的氯化副产物和有机物；微滤去除悬浮物、胶体、有机大分子、细菌等微生物；超滤去除大分子化合物、胶体、热原和微生物等；管道净水应有臭氧等消毒设施，保证过滤后的水质安全，又可杀灭管道内可能出现的微生物。净水水质保留了水质中矿物质成分。其工艺流程如下。市供自来水→微滤→活性炭吸附→超滤→臭氧或二氧化氯消毒→优质管道→饮用净水（2）分子筛吸附与过滤采用由硅基等多种活性非金属矿物和离子态高纯金属微粒的复合技术，制成具有抑菌及对0.02～1000nm之间的微粒有吸附作用的复合吸附材料。处理后的水经过优质管道和紫外线消毒处理，即可成为优质饮水。工艺流程如下。市供自来水→微滤→选择性吸附材料的吸附→具有抑菌作用的精滤装置→臭氧消毒→优质管道→饮用净水（3）臭氧与活性炭向设备中通人臭氧化空气，提高水体中的含氧量。在好氧的环境中，微生物以有机物为养料进行生命活动，将复杂的有机物大分子分解为简单的小分子，再进一步分解成水和二氧化碳。微生物在活性炭表面生长形成生物膜，产生生物活性炭过滤效果。它能有效地分解水中的氨和有机物，并借助于滤床中微生物的作用，加速过滤水中溶解性有机物的吸附和分解。（4）微滤与纳滤利用炭滤、聚丙烯滤芯、纳滤膜的过滤去除市政自来水中的钙镁硬度、有机物、胶体、微生物。通过聚丙烯软管直接与饮水机相连，供应集团饮水的管道分质供水设备。⒉纯水处理工艺（1）微滤与反渗透经过微滤、反渗透，去除自来水中的钙、镁等矿物质成分。主要优点是水质纯净，既可去除水中矿物质和重金属，又可去除水中有机物、微生物、胶体等。工艺流程如下。 市供自来水一砂滤→活性炭吸附→微滤→反渗透→臭氧消毒→优质管道→饮用纯水（2）砂滤与离子交换树脂利用砂滤、精密过滤和离子交换树脂去除水中钙镁和有机胶体物质，并定期反冲洗，滤后水再经过消毒处理。目前常采用大孔树脂，这样多数无机化合物能被离子交换除去。常用的工艺流程如下。市供自来水→粗砂滤一精滤→粗树脂柱→精树脂柱→消毒→饮用纯水⒊特殊处理在个别生活区或村镇使用的自建集中式供水中，浊度、氟、砷、铁、锰等指标超过生活饮用水水质卫生规范的要求，因而应采用特殊的处理工艺和设备。㈢管道分质供水设备材料的卫生要求供水系统的水质处理设备、输配水管材管件、化学处理剂等必须卫生安全；具有省级以上卫生行政部门的卫生许可批件；水处理材料应有卫生安全评价报告。化学处理剂、pH值调节剂的投加必须采用自动化调节设备，不得采用人工方法。纯净水的贮水容器应有空气过滤装置。制水工艺中应有消毒措施。所有与水接触的材料或设备，均应清洗消毒后才能安装。供水管网安装后必须进行全管网的清洗消毒。㈣管道分质供水制水站的卫生要求水站应选择没有污染源的场地，且面积能够满足生产工艺的卫生要求，建筑物结构应完整。地面、墙壁、天花板应使用防水、防腐，易消毒、易清洗的材料铺设。地面应有一定坡度，有废水排放系统。门窗应采用不变形、耐腐蚀材料制成；具有防蚊蝇、防尘、防鼠、防冻等设施；并有上锁装置。应有更换材料的清洗消毒设施和场所，应有设备工作间和供水系统的场所。制水闸应独立、封闭设置，有机械排风设备和空气消毒装置。应设置更衣室，室内应当有衣帽柜、鞋柜等设施，并配置流动水洗手和消毒设施。四、管道分质供水的卫生管理在管道分质供水的小区或楼宇，原有的市政供水管理按常规生活饮用水进行管理，管道直饮水的卫生管理和要求应高于一般的市政供水，它属于二次供水管理范畴，从事设计、建设、管理单位应按照《生活饮用水卫生管理办法》的有关规定执行。㈠管道分质供水产权单位根据《生活饮用水卫生监督管理办法》中二次供水的含义，管道分质供水的供水设施是二次供水设施的形式之一，实际属于二次供水的管理范畴，管道分质供水产权单位应取得卫生许可证才能供水。 管道分质供水产权单位应设立专门管理机构，配备专职卫生管理和经培训合格的检验人员，负责管理分质供水系统的日常保养维护和水质检验等工作。未设立专门管理机构和配备人员的供水单位，应委托建设单位或其他有管道分质供水卫生管理资格的单位进行管理。建立健全管道分质供水卫生管理规章制度和卫生管理档案。㈡管道分质供水建设单位从事管道分质供水的建设单位应配备专职卫生管理人员，负责管道分质供水项目的立项、设计、施工、验收的卫生管理工作。还应配备相应的设计、安装、调试、售后服务人员。管道安装企业应有三级以上饮用水管道安装资质。调试和售后服务人员应经过专业知识培训，并能承担管道分质供水工程的水质卫生管理工作。建设单位同为水质处理器生产企业时，应符合《涉及饮用水卫生安全产品生产企业卫生规范》的有关要求。建立健全质量保证体系和卫生档案。制定相应卫生管理制度和生产技术卫生规范，明确管道分质供水设计、安装、调试各过程中的职责与卫生要求。建设单位在制定管道分质供水的企业标准时，其水质指标必须达到管道分质供水水质卫生要求。㈢管道分质供水管理单位管道分质供水管理单位应公示管道分质供水为何种水质，每月至少向用户公布一次水质卫生监测情况。过滤、吸附材料应根据水质和设计要求及时更换，供水管网要定期清洗消毒。每年应按《生活饮用水水质卫生规范》中的“生活饮用水水质常规检验项目”检验水质1次以上。每天至少进行浑浊度、电导率（纯净水）、pH值等常规检验，每周增加检测耗氧量、细菌总数、总大肠菌群等项目。更换材料后应进行相关项目的检验。水质检测按独立供水系统为单位。每日、每周应分别在原水、出水、用户点取样。用户点取样应包括供水系统的最远端、近端、中端管网末梢和回流点等。每年全项目检验在原水、水处理出水和任一用户点取样。更换材料时在出水口取样。'