穿越时空的智慧，解跃峰教授30年前就饮用水处理技术的展望

90年代以来，随着饮用水水质标准的不断提高和水源水质的相对恶化，美国环保局和美国给水水厂协会资助了大量有关新的水处理工艺和技术的研究项目。本文扼要地综述90年代以来美国给水研究的新动态。

氯消毒作为一种稳定、有效、经济的消毒工艺，是给水处理中最主要的消毒工艺。但是，自70年代以来，人们在氯消毒水中鉴定出大量的消毒副产物——卤代化合物。这些消毒副产物包括众所周知的三卤甲烷和近年来新鉴定出来的卤代乙酸、卤代乙腈、卤代丙酮及卤代乙醛。毒理学试验表明，许多消毒副产物对人具有致癌作用。因此，美国环保局去年颁布了“消毒剂与消毒副产物”法规与“信息收集法”初稿。其中消毒剂与消毒副产物法规将影响供水25人以上的所有水厂。

三卤甲烷和卤乙酸产生来源于氯和水中腐植质的反应。它们的控制手段有：

①前体的去除；

②不同消毒剂的应用；

③消毒副产物的去除。

前体的去除是消毒副产物的主要控制手段。前体去除的主要工艺有混凝、活性碳吸附、生物处理与膜分离技术。消毒工艺的更新包括氯氨消毒、臭氧消毒和二氧化氯消毒等。消毒副产物的去除工艺主要有活性炭吸附。其中，最为有效的手段是前体的去除。美国环保局建议的最佳工艺包括强化混凝、活性炭吸附及膜分离。替代消毒剂的应用具有一定的局限性，即消毒性能的降低和新的消毒副产物的生成。

亚氯酸盐主要来源于二氧化氯消毒，应用臭氧处理含溴离子的原水将产生溴酸盐。亚氯酸盐和溴酸盐这两项指标是美国环保局对给水工业中盲目选用二氧化氯及臭氧消毒来避免三卤甲烷及卤乙酸的一种对策。

尽管水中消毒副产物控制是给水界的一个主要问题，水中致病菌的控制仍然是消毒副产物控制的前题。近年来有研究表明高剂量的投氯已不再是管网致病菌的最有效和最实用的技术。水中营养物是致病菌繁殖的基本条件。控制营养物质对于控制致病菌在管网的繁殖、氯的投加及消毒副产物具有主要意义。

近年来BDOC（生物可降解的溶解有机碳）和AOC（生物可同化有机炭）是水中营养物控制的两个常用指标。尽管BDOC和AOC具有一定的相关性，但它们具有不同的物理意义和应用范围。BDOC测定水中生物可降解溶解有机碳，一般用来评价水的可生物处理性。AOC测定水中细菌繁殖势，用来评价管网中水的生物稳定性。一般来讲，AOC<50μg/1时，可认为该水生物稳定，少量加氯就可控制细菌在管网中大量繁殖；AOC>50μg/1时，可认为该水生物不稳定，即使大量投氯，细菌也可能在管网中大量繁殖。研究表明，管网中大肠杆菌数目和AOC浓度相关。

通常情况下，臭氧氧化增加水中AOC浓度，从而导致生物不稳定的出水。生物处理是控制出水AOC浓度的主要手段，生物活性炭及生物填料常常用来处理臭氧氧化后生物不稳定水。即使是普通的快滤池，人们也可以在填料表面发现或多或少的生物膜。取消预加氯，适当减少反冲洗次数或用不加氯水反冲洗是助成普通快滤池填料（砂子、无烟煤）表面生物膜形成的有利条件。而对于人们普遍担心的过滤中生物穿透问题，适当的反冲洗就可以解决。

总之，控制得当的生物处理工艺可以有效降低水中营养物质，提高水的生物稳定性，从而控制管网中细菌的后繁殖问题。降低水中营养物质，使投氯量相对减少，从而降低水中消毒副产物的生成而不影响水的微生物指标。

近年来臭氧化在美国给水工业中的应用迅猛增加。臭氧不仅是一种强有效的消毒剂，同时是一种强有效的氧化剂。臭氧消毒对于水中病毒、贾第虫和隐孢子虫的灭活十分有效。同时，臭氧氧化对于去除和控制水中消毒副产物、嗅味、色度、铁锰、合成有机物十分有效，同时臭氧氧化也可以提高混凝效果，与生物处理结合时可以去除水中总有机碳及其它难生物降解物质。由于臭氧价格昂费，臭氧化一般用来解决多种水质问题，而不用来解决单一的水质问题。

与氯一样，臭氧氧化也会产生多种臭氯副产物。在含溴离子水中，臭氧氧化会产生溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸及溴酸。由于溴酸的强致癌性，美国环保局“消毒剂与消毒副产物”法规规定其最大污染浓度为10ug/1，这一指标使臭氧化在含溴离子水中的应用受到致命打击，原因是一般的水处理工艺对溴离子及溴酸处理没有明显效果。同时臭氧会与水中腐殖质反应，生成醛类、酮酸及有机酸。其中一些副产物具有一定的致癌与致突性。这些副产物和其它未被鉴定臭氧副产物也是臭氧化水后生物不稳定性的主要因素。所以，目前认为臭氧氧化不宜用于溴离子浓度高的原水中，同时臭氧氧化后应紧跟生物处理以及在进入管网之前，添加氯或氯胺消毒剂。

高级氧化：

高级氧化（advanced oxidation）作为一种强有效的氧化工艺在给水工业中普遍引起重视。氢氧自由基（·OH）的产生是高级氧化的基本条件。给水处理中一般产生自由基的方式有臭氧/过氧化氢、臭氧/紫外线、过氧化氢/紫外线、臭氧/二氧化钛。研究表明，高级氧化可以有效控制水中嗅味、色度、难降解物质及消毒副产物前体。

膜分离：

近年来膜技术在美国给水界发展迅速。膜技术可以用来有效的去除水中消毒副产物前体及其它有机物和微生物。在去年公布的“消毒剂及消毒副产物”法规（初稿）中，对于消毒副产物控制，膜技术是其中三种最佳现有工艺之一。随着膜技术的发展和普遍使用，膜的价格已大幅度降低，在某些情况下膜分离的价格低于活性炭吸附。膜分离作为一种水中有机物及微生物去除的新工艺，将对给水处理产生重要影响。

嗅味去除：

近年来美国给水界对水中嗅味物质的鉴定、控制和去除进行了大量研究。通过色/质联机分离，地表水中引起鱼腥味、土腥味两种物质被鉴定为土臭素和2-甲基异莰醇。通过色谱分析，人们可以对嗅味物质准确定量，从而能有效地寻找新的处理工艺。研究表明，臭氧氧化及活性炭吸附是去除这两种嗅味物质的有效手段。水中藻类的繁殖和死亡是这两种嗅味物质的主要来源。对于其它嗅味物质的控制和去除，美国给水界也做了大量研究。

消毒副产物和水的生物稳定性是美国给水界近年来重要的研究方面。现行消毒副产物法规的颁布，将对世界卫生组织饮用水水质标准及世界各发达国家的饮水水质标准产生重要的影响。除清华大学在卤乙酸及生物稳定性方面做了不少开创性工作外，消毒副产物和生物稳定性的研究工作在中国很少报导。希望这篇文章能推动消毒副产物、生物稳定性研究在中国的开展，同时引起人们对其它美国给水研究新动态（臭氧氧化、高级氧化、膜技术、嗅味控制）的重视。