低浊度控制与饮用水安全浅议

低浊度控制与饮用水安全浅议
查人光徐兵
（嘉兴市嘉源给排水有限公司）
摘要国外研究及实践表明，浊度≤0.1NTU 是微生物学安全的重要屏障之一。国内在推广“直饮水”工程时，借鉴这一成果。就此提出，为提高工程运行及管理可行性，应充分研究低浊度检测监控存在的问题。建议综合考虑原水、制水设施、监测手段、管理水平，并作充分经济技术比较，力争新建给水厂出水浊度≤0.1NTU，老水厂出水浊度≤0.3NTU，并引入O3—BAC深度处理技术等新工艺，建立多级屏障，以确保水质安全。
关键词浊度检测低浊度净水工艺优化水质安全
1 问题的提出
随着社会经济的发展和对外开放进程的高速推进，目前不少城市提出了城市供水与国际先进水平接轨的目标，力争在一定期限内，使城市自来水达到直接饮用标准。为实现这一目标，保证城市供水安全，必须对城市供水微生物致病风险加以高度重视，保证城市供水细菌、病毒及寄生虫的充分消毒灭活。
目前我国供水行业普遍以加氯消毒为主，其杀灭致病原生动物如贾第虫、隐孢子虫需较高的GT值（分别为300-360mg/（min.L）和7.7×106-8.7×106mg/(min.L)，显然，水处理工艺难以达到。
国外的长期研究、实践表明，为有效去除贾第虫、隐孢子虫等致病原生动物，应大幅提高浊度去除率，尽可能降低滤后水浊度，使浊度≤0.1NTU是保证城市供水微生物学安全的重要手段。国内相关城市在制定“直饮水”标准时，对此予以借鉴。为使出水浊度控制标准与我国供水现状更好地结合，笔者就以下几方面谈一管之见。
2 关于低浊度的监测
2.1 浊度仪的检测限
到目前为止，国产的浊度仪尚未能正确检测到0.1NTU及以下的浊度。能满足这一要求的可供选择的国外产品也不多。目前较为成熟的、应用较广的能正确检测到0.1NTU及以下浊度的，实验室用仅有美国HACH公司的2100型、2100A型等几款。据了解，即使在HACH 公司本部严格的试验条件下，其检测限也仅为0.07NTU，而绝大多数户，由于条件限制，难以做到。
用于生产工艺流程在线检测的浊度仪也仅有HACH FT660激光浊度计一款，在日本应用较多，在美国通常应用于膜出水的水质检测。HACH公司的专家认为原水TOC含量对FT660检测有较大影响，要求原水TOC≤2mg/L因此，对我国90%以上水源存在不同程度有机物污染的现状而言，该仪器的适用性有待进一步研究。
美国供水企业目前应用较多的是HACH公司的1720在线系列，据介绍，即使是其最新的1720E因0.1NTU已非常接近该仪器的检出限，故不适用于在线准确检测≤0.1NTU的水样，仅能满足对0.3-1NTU水样的在线准确监测要求。这一点，必须引起我们的高度重视。
2.2“零浊度水”和低浊度标准液问题
2.2.1 不同方法的“零浊度水”差异
我国《生活饮用水卫生规范》定义取蒸馏水经.0.2um滤膜或膜滤器过滤，弃去200mL 初滤水即得“零浊度水”。饮用天然矿泉水检验方法（GBT8538—1995）中定义“精制水（浊度用）”用0.2um膜滤器过滤，使其浊度达到0.02NTU以下即得。
而USEPA推荐的浊度测定方法180.1＃中“零浊度水”定义为将蒸馏水经0.45um膜过滤，如果滤后水显示的浊度低于蒸馏水即得。而USEPA推荐的方法10133中“零浊度水”定义为去离子蒸馏水经0.2um或更小孔径的膜过滤即得，并提到反渗透过滤后的水也适用于该方法。显然，彼此有较大的差异。因此，在确立浊度控制标准时，应对我国、欧美、日本所实施的不同检测方法的“零浊度水”标准之间的差异加以充分考虑。更何况，按上述方法制得的“零浊度水”仍有0.02-0.03NTU 的浊度，当配制校准标准时，还须考虑这一因素。
2.2. 低浊度标准液的不确定性
浊度标准溶液采用福尔马肼聚合物为基准物，其计量单位采用NTU。受福尔马肼聚合物特性所限，通常先配制4000NTU 或400NTU的福尔马肼标准液，而低浊度标准系列需经稀释得到，极不稳定，宜现用现配。由于低浊度标准系列使用液与标准液相差3-4个数量级，因此，稀释水（“零浊度水”）、配制仪器、操作人员、操作环境等方面的差异，将给低浊度标准溶液带来相当的不确定性，从而给浊度仪的低量程校正带来较大的困难，最终对生产运行的监控带来影响。
2.3 不同浊度检测方法的分辩度差异
如前述，国内的方法还未有能检测到0.1NTU浊度的。即使同为USEPA推荐的方法，其分辩度也存在较大的区别。如方法180.1#，对于0-1NTU的浊度值，规定按最接近的.0.05NTU报告，则0.1NTU以下的浊度只能区分为0.05NTU，其余读数可理解为低浊度下的光电信号，而非准确读数；而方法10133规定，按最接近的0.01NTU报告，可见，低浊度水的计量监测有着相当的主观因素，这给生产控制带来了一定的难度。综上所述，我国供水行业在具体实施低浊度水的监控时，尚须对监测仪器、检测方法的适用性加以分析论证，对“零浊度水”标准加以统一，对浊度低量程校正加以实验室攻关。
3 单一控制浊度的局限性
水中所有的各种杂质，按它们在水中的存在状态可分为3类：悬浮物、胶体物和溶解物，主要由其自身的颗粒大小决定，见表7。

引起水的浊度的颗粒大小介于1nm到1mm之间，其中悬浮物（≥0.1um）、胶体杂质（1-100nm）对光线具有反射和散射作用，它们是使水产生浑浊现象的主要原因。浊度仅仅反映水中悬浮颗粒的光学性质，并不能定性定量地说明悬浮颗粒的其他物理、化学和生物特性等。
另外，有资料显示，浊度与水样中颗粒的大小分布和数量变化并没有很好的相关性。对于不同的原水，由于“本底”不同，即使控制相同（近）的滤后出水浊度，其出水的颗粒分布仍然有较大的差异，见表2。
理论上，2-10um的颗粒涵盖了贾第虫、隐孢子虫的尺寸范围。故日本、美国的研究及工程应用得出的结论：一般常规处理厂，滤后水浊度＜0.3NTU
，可去除隐孢子虫2lg左右；浊度降到≤0.1NTU，可去除隐孢子虫3lg左右，应该是在一定条件（水源、工艺）下的统计规律。因此，笔者认为，就我国供水行业而言，在基础数据、工程运行经验相对缺乏的情况下，切忌将浊度≤0.1NTU作为微生物学安全的屏障之一与微生物学安全机械等同。
4达到0.1NTU在净水工艺和管理方面的难点
国内现有大部分供水设施，如要实现常规净水工艺滤后出水浊度≤0.1NTU，还需要在实际生产过程中对各工艺环节不断加以改进，包括选择最佳加药点，合理选用混凝剂、助凝剂及最佳的投加量、投加次序，改善混凝水力条件等，实施强化混凝；提高沉淀、澄清效率；强化过滤，如采用投加助滤剂、选用合适的滤料级配、L/de、合适的冲洗方式、实现初滤水的排放、加强滤池运行管理等，以实现从仅仅停留在设计参数的定性管理提升到根据实际变化情况，不断完善、强化、优化运行的定量管理。这将有大量的基础技术工作要做，要完成足够的技术积累。这一点对国内供水企业来说是巨大的挑战。
有资料表明，欧美、日本的供水企业，大多数给水厂的实际出水浊度是0.03-0.05NTU，除了其水源优势，更重要的是在制水技术和工程实践上积累了丰富的经验，如英国普遍应用慢滤床，法、德高密度澄清池及助滤技术的应用，是确保出水浊度≤0.1NTU的基本手段。日本以湖泊水、水库水或江河水为原水的给水厂，为控制滤后水浊度≤0.1NTU，针对以混凝沉淀和过滤工艺为主的传统固液分离技术，组织了大量的人力物力进行提高净水效率新技术的研究开发。
近年来国内也有给水厂在这方面进行了有益的探索，如有给水厂进行了混凝剂投加点改进及对沉淀出水采用微絮凝技术的试验，结果滤池的浊度平均去除率由原来的,68%上升到85%。控制沉淀出水浊度2.5NTU，滤后水浊度即从0.8NTU下降到0.38NTU。还有给水厂进行了微涡流混凝的技术改造，改造后，控制滤前水浊度3NTU左右，出厂水浊度从1NTU 降至0.5NTU以下。但目前国内现有运行的水厂，似难有出厂水95%以上保证率使浊度≤0.1NTU的个例。当然随着新一轮供水设施的建设，相信国内不少给水厂有望达到出水浊度≤0.1NTU。而对原有供水设施而言，出水浊度≤0.1NTU存在相当的难度。
5 应对措施
5.1积极研究应用新工艺
综上所述，滤后水浊度≤0.1NTU是基于微生物安全性的考虑，在消毒方式单一（液氯）的情况下，似乎成了唯一的手段。从表2 可知，即使滤后出水浊度≤0.1NTU，但仍含有涵盖了贾第虫、隐孢子虫的尺寸范围（2-10um）的颗粒，如果后续仅用氯消毒工艺，不能完全确保“直饮水”的微生物学安全。更何况大量的粒径≤2um 颗粒的微生物学特性有待进一步认识。因此，针对微生物学风险引入多级屏障概念，进行效益风险评价，积极研究新的净水技术，对于我国供水企业来说，似更具可行性和指导意义。
国内许多大专院校、科研单位和自来水公司在这方面进行了有益的探索。如进行了常规混凝过滤/UF膜（膜孔径≈0.01um）处理淮河水的中试，应用了超滤—臭氧—生物炭组合工艺进行水处理等，更可喜的是目前国内O3—BAC技术已投入工程运行，不少供水企业积累了相应的科研和工程运行经验。而臭氧杀灭贾第虫的GT 值为0.05-0.6mg/(min.L)，杀灭隐孢子虫的GT值为5-10mg/(min.L)，这为在净水工艺流程中建立多级屏障提供了可能。
据最新统计，日本随着新水质标准及相关管理的出台（2004年,4月1日执行），各自来水公司大多采用臭氧—生物活性炭处理、氯消毒工艺来灭活隐孢子虫；为最大限度地保证水质安全，在净水处理工艺上已使用了微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）和反渗透膜（RO）。研究发现，在正常运行时，UF膜及FM膜（≤0.2um）过滤对贾第虫孢囊的对数去除率＞6lg，对隐孢子虫卵的对数去除率＞5lg。NF可以有效地去除二价及多价离子和分子量大于200的各类物质，出水浊度一般在0.04NTU以下。
故建议，对于国内供水企业，为保证供水微生物学安全，新建水厂力争滤后出水浊度≤0.1NTU，原有供水设施经适当的工艺改造，据笔者了解的工程实例，有相当的把握使滤后出水浊度≤0.3NTU，在此基础上，综合考虑原水、制水设施、监测手段、管理水平，作深入经济技术分析，引入如O3消毒、膜处理工艺，建立多级屏障，较为合理。国内某设计院在为江南地区以运河水为原水的给水厂设计时，除引入高密度澄清池、助滤技术，还引入了O3—BAC工艺，预留了紫外消毒空间，这是一个较好的先例。
5.2 结合新的检测技术
针对低浊度监控的技术难点及浊度监测的局限性，建议结合低浊度在线检测的同时，在工艺控制点增加应用颗粒计数器来检测水样中悬浮颗粒，确定颗粒物大小并直接计数，以相对全面地提供水中悬浮颗粒的特征信息，弥补浊度检测的不足，进一步加强对有关工艺单元出水水质的监测，评价其运行效果，为工艺参数量化、调整、优化运行提供参考。
6结语
（1）尽可能地降低滤后出水浊度，直至浊度≤0.1NTU，是保证“直饮水”微生物学安全多级屏障的重要一环，对于提高水质具有重大的意义，特别是对于单一加氯消毒净水工艺更为重要。但就我国供水行业而言，在基础数据、工程运行经验相对缺乏的情况下，切忌将出水浊度≤0.1NTU与微生物学安全机械等同。
（2）建议现阶段确保“直饮水”微生物学安全，应充分考虑原水、制水设施、监测手段、管理水平等因素，确立多级屏障概念，在强化常规工艺的同时，积极引入O3—BAC深度处理及新消毒技术等新工艺，并作深入的经济技术分析，效益风险评价，优化组合。
（3）建议新水厂力争实现滤后出水浊度≤0.1NTU，老水厂控制滤后出水浊度≤0.3NTU，以提高工程建设、运行管理可行性。
（4）提高检测能力，改进浊度标准检测方法，统一零浊度基准，解决浊度仪的低量程校正难题，是实现低浊度监测的前提条件，建议在生产实践中，研究结合应用新型检测手段如颗粒计数器作为补充等，以更好地监控水质和工艺运行。