宋江峰

摘要:飲用水中的有機物容易引起水質(zhì)污染,是危害人體健康的重要因素。飲用水生物穩(wěn)定性是關(guān)系到有機物滋生的內(nèi)在因素,凈水工藝是通過水廠處理的外在途徑達(dá)到消除有機物的目的,兩者構(gòu)成去除有機物的兩個重要方面。

關(guān)鍵詞:有機物 水質(zhì)污染 生物穩(wěn)定性 凈水工藝

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與城市化進(jìn)程的加速,水資源危機已經(jīng)成為繼石油危機之后人類所面臨的第二大危機。目前在我國,隨著工業(yè),特別是有機化工、石油化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥、殺蟲劑及除草劑等生產(chǎn)工業(yè)的迅速發(fā)展,有機化合物的產(chǎn)量和種類不斷增加,各種生產(chǎn)廢水和生活污水未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)就直接進(jìn)入水體,水源水質(zhì)污染問題日趨嚴(yán)重。然而,現(xiàn)有條件下的水廠廣泛使用的傳統(tǒng)制水工藝已很難達(dá)到日益提高的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求,飲用水的安全性因而引起人們的普遍關(guān)注。

就飲用水中的有機物去除和控制而言,生物穩(wěn)定性和凈水工藝衡量和影響它的兩個重要因素。試圖以飲用水中的有機物為研究對象,從生物穩(wěn)定性和凈水工藝兩個角度,對有機物的衡量指標(biāo)、去除機制及規(guī)律展開論述。

一、有機物的來源、危害與生物穩(wěn)定性的提出

從來源來看,水源水中的有機物的來源可分為兩大類。一類為天然有機物,是自然環(huán)境的代謝產(chǎn)物,包括腐殖質(zhì)、微生物分泌物、溶解的植物組織及動物的廢棄物等。另一類是人工合成有機物,包括農(nóng)藥、工業(yè)廢棄物等。

研究結(jié)果顯示,飲用水中有機物具有眾多的危害作用:1.部分有機物為高毒性的持久性有機污染物或內(nèi)分泌干擾物質(zhì),具有致癌性、生殖毒性、性等危害,對人體健康有直接的威脅;2.部分有機物為消毒副產(chǎn)物的前體物質(zhì),在加氯消毒過程中可形成具有毒性的鹵代有機化合物,進(jìn)而危害人體健康;3.飲用水中的可生物降解有機物將對給水管網(wǎng)和管網(wǎng)水質(zhì)產(chǎn)生危害。這其中的第三類危害已成為近年來的關(guān)注熱點。

世界衛(wèi)生組織在1996年對歐洲的277起水生疾病的調(diào)查表明,由于管網(wǎng)系統(tǒng)微生物再生長而導(dǎo)致的水生疾病占43%,我國對供水量占全國42.44%的36個城市調(diào)查結(jié)果表明:出廠水中細(xì)菌總數(shù)僅為6.6個/L,而在管網(wǎng)水中已上升到29.2個/L。常規(guī)凈水工藝中,一般采用加氯消毒并保持管網(wǎng)內(nèi)一定的余氛含量來控制細(xì)菌生長,但現(xiàn)有研究表明部分細(xì)菌或大腸桿菌在經(jīng)過氯消毒過程后,能在管網(wǎng)中修復(fù)、重新生長;并且當(dāng)出廠水中營養(yǎng)物質(zhì)濃度足夠高時,即使加大投氯量,也很難抑制細(xì)菌的生長。大量針對給水管網(wǎng)內(nèi)生物膜的生長、管網(wǎng)水細(xì)菌再生長和大腸桿菌爆發(fā)的研究表明:出廠水中存在可生物降解有機物(BOM)是管網(wǎng)中異養(yǎng)細(xì)菌重新生長的主要原因,并為此提出了飲用水生物穩(wěn)定性的概念。

二、生物穩(wěn)定性的概念、指標(biāo)與給水管網(wǎng)中的細(xì)菌生長機制

(一)概念與指標(biāo)

飲用水生物穩(wěn)定性是指飲用水中可生物降解有機物支持異養(yǎng)細(xì)菌生長的潛力,即當(dāng)有機物成為異養(yǎng)細(xì)菌生長的限制因素時,水中有機營養(yǎng)基質(zhì)支持細(xì)菌生長的最大可能性。當(dāng)前,一般采用可同化有機碳(AOC)和生物可降解溶解性有機碳(BDOC)作為飲用水生物穩(wěn)定性的主要評價指標(biāo)。越來越多的研究與試驗證明,AOC和BDOC作為衡量飲用水中可生物降解有機物含量的指標(biāo)與飲用水管網(wǎng)中細(xì)菌生長有著密切的關(guān)系。只有控制出廠水中的AOC與BDOC的含量達(dá)到一定的限值,才能有效的防止管網(wǎng)中細(xì)菌的再生長。

(二)生物穩(wěn)定性與給水管網(wǎng)中的細(xì)菌生長機制

研究表明,飲用水生物穩(wěn)定性高,則表明水中細(xì)菌生長所需的有機營養(yǎng)物含量低,細(xì)菌不易在其中生長;反之,飲用水生物穩(wěn)定性低,則表明水中細(xì)菌生長所需的有機營養(yǎng)物含量高,細(xì)菌容易在其中生長。自來水及其管網(wǎng)中細(xì)菌的生長(再生長)按其來源看,可分為三類:其一,出廠水中含有較多的細(xì)菌進(jìn)入管網(wǎng)而引起自來水中細(xì)菌的增加;其二,管網(wǎng)中細(xì)菌的生長繁殖引起的自來水中細(xì)菌的增加;最后,管網(wǎng)中外源細(xì)菌的進(jìn)入。而在出廠水正常消毒與管網(wǎng)狀況良好的情況下,第2點是引起自來水及其管網(wǎng)中細(xì)菌生長的主要途徑。一般認(rèn)為有機基質(zhì)的含量是影響其生長的主要因素,因此減少水中可生物降解有機物的含量將對控制異養(yǎng)細(xì)菌的生長起到?jīng)Q定性的作用。

三、現(xiàn)有的凈水工藝中的有機物去除機制

如前面所述,由于飲用水中的有機物在管網(wǎng)破壞、水質(zhì)污染以及最終的人體健康上存在著眾多的危害,為了減少飲用水中有機物的含量,減小其危害性,人們必須在如何控制和去除上狠下工夫。其中,凈水工藝便是實現(xiàn)有機物的控制和去除的重要環(huán)節(jié)。在此,列舉目前應(yīng)用較為廣泛的一些凈水工藝,簡單探討一下其相應(yīng)的去除機制。

(一)常規(guī)及其強化工藝

現(xiàn)有水廠常規(guī)凈水工藝一般由混凝、沉淀(澄清)、過濾和加氯消毒四部分組成,形成于上世紀(jì)初,已有百年歷史,目前仍被廣泛采用。然而,常規(guī)工藝處理出水在水質(zhì)生物穩(wěn)定性方面難以確保,因此有機物去除效果較差。

(二)生物(預(yù))處理

飲用水生物處理是指借助于微生物群體的新陳代謝活動,對水中的有機污染物以及氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽的有效去除。生物氧化對有機物的去除機理包括:(l)微生物對小分子有機物的直接降解;(2)微生物胞外酶對大分子有機物的分解作用;(3)生物吸附絮凝作用。目前,采用生物氧化(預(yù))處理技術(shù)可有效地去除溶解性有機物,提高出廠水的生物穩(wěn)定性,并可減少后續(xù)消毒劑的用量,因而已成為給水處理中備受關(guān)注的工藝方法。

(三)活性炭吸附

活性炭屬于一種多孔疏水性吸附劑,其具有發(fā)達(dá)的細(xì)孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積,有機物的極性與分子大小是活性炭對有機物去除的主要影響因素;溶解度小、親水性差、極性弱、分子不大的有機物較易被活性炭吸附。活性炭吸附主要用于飲用水的深度處理,研究發(fā)現(xiàn)活性炭對中小分子量有機物具有了強吸附能力,因而對AOC和BDOC有著良好去除作用。

綜合以上所言,生物穩(wěn)定性和凈水工藝是關(guān)系到飲用水安全性的兩個重要方面。為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)更快發(fā)展以及城市化進(jìn)程加快的趨勢,眼下應(yīng)在技術(shù)研究上狠下工夫,通過先進(jìn)凈水工藝的研究應(yīng)用,提高飲用水的生物穩(wěn)定性,實現(xiàn)開發(fā)處理出有機營養(yǎng)基質(zhì)含量低、在給水管網(wǎng)中不會引起異養(yǎng)菌再生長的生物穩(wěn)定性飲用水。

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