楊福才

一、 氯仿仍然是當(dāng)前國內(nèi)外凈水處理上應(yīng)用最廣的消毒劑

　　自來水使用氯劑消毒自1908年以來，至今已近100年的歷史了，當(dāng)前仍以應(yīng)用此種氯劑消毒為主。之所以如此，重要原因是由于此種氯劑消毒具有殺菌、殺藻及強(qiáng)有力的氧化作用，且還有操作方便、價格便宜的優(yōu)點。但隨著工業(yè)的發(fā)展及人們生活的提高，使自來水水源中含有的腐殖質(zhì)、藻類、化學(xué)有機(jī)物、工業(yè)廢水與生活污水污染物等日益增多，這些物質(zhì)有多種是有毒的。用氯劑消毒后的自來水，幾乎不能將上述物質(zhì)全部除掉，達(dá)到飲用水的需求，且氯劑還與這些物質(zhì)的一部分化合，產(chǎn)生副產(chǎn)物，當(dāng)前國內(nèi)外已檢出多種，其中有代表性的三鹵甲烷(THM)據(jù)認(rèn)為是致癌物，它們一般都以THM的檢出多寡為水中含毒物指標(biāo)。為了使自來水水質(zhì)良好，除了盡量減少原水中的有機(jī)物等以外，給水工作者一直研究多方探討，尋找替代氯劑的其他消毒劑，其中有氯胺、二氧化氯、臭氧、紫外線等。通過實踐，這些所謂替代品的副產(chǎn)物，實際上都多多少少含有毒性。二氧化氯副產(chǎn)物亞氯酸鹽與氯酸鹽、臭氧與活性炭結(jié)合產(chǎn)生內(nèi)毒素，臭氧單獨使用也有含毒性的副產(chǎn)物。氧胺據(jù)報告副產(chǎn)物也有毒，就是紫外線也有少量危害人們健康的副產(chǎn)物產(chǎn)生。當(dāng)然上述的副產(chǎn)物絕大多數(shù)在自來水中含量極少，據(jù)很多報導(dǎo)不會對人體有害，但是否如此，一般還未得出定論。另外，這些替代品還都有著那樣或那樣的不足處，最主要是價格貴。還有的替代品不野外操作，也有的消毒效果差。煮沸方法雖對去除THM有所補(bǔ)益，但有的有害有機(jī)物還會留在水中，認(rèn)為也不能全部解決問題。而氯劑消毒產(chǎn)生的THM，如果控制在規(guī)定范圍內(nèi)（我國規(guī)定為60μg/L，美國規(guī)定100μg/L，其它各國規(guī)定基本都在100μg/L范圍以內(nèi)），還是允許飲用的，目前公認(rèn)對人體無害。最近給水界提出物理處理方法——膜過濾，認(rèn)為可將有機(jī)物幾乎全部除掉，且簡化或全部取消常規(guī)處理工藝。但此種方式正在試用階段，最關(guān)鍵的是此種方式造價昂貴（有資料提出其造價與深度處理方法幾乎相當(dāng)，然而深度處理造價也不低），操作復(fù)雜，膜的使用壽命短（一般5－7年），且目前只限于1－2萬m3規(guī)模的水廠應(yīng)用。現(xiàn)在用此種方式來達(dá)到不用消毒，以去除有機(jī)物，使水中不含有THM的目的。在國外尤其在國內(nèi)如果可能的話，也需要等待一個很長時期（將來可能在發(fā)展瓶裝水中可以考慮）。為此，在現(xiàn)今情況下，國內(nèi)外自來水中消毒大多數(shù)還是使用氯劑。在使用當(dāng)中，當(dāng)然應(yīng)首先選取適宜水源，使原水有機(jī)物等盡量減少，更重要的是應(yīng)在水處理當(dāng)中，努力減低THM含量，使達(dá)到規(guī)定要求以內(nèi)（國內(nèi)采用煮沸方法，使飲用更增加安全系數(shù)，國外最近也提出應(yīng)用此種方法）。目前國外已有日、美等許多水廠在生產(chǎn)實踐上，采用濾前加氯措施以減少THM，取得很大成效。國內(nèi)天津、上海也開始進(jìn)行此種研究，得出一定成果。

二、濾前加氯是降低THM的切實有效措施

　　國外采用濾前加氯措施，代替以往常用的常規(guī)處理預(yù)加氯（氯劑投入混合井中）辦法，已將近20年左右時間。這種措施有能大量減少水中THM、節(jié)省氯劑等效果，且只在操作上變更投加點，實行容易，不必要添設(shè)新設(shè)備及進(jìn)行深度凈化處理。
1、濾前加氯減低自來水中THM含量
　　濾前加氯方法比之預(yù)加氯方法對去除THM有很好效果，其中由于水溫和原水濁度等差異也會有不同，一般減低率為10－40%。日本橫浜市水廠使用濾前加氧方法已有20年歷史，有著豐富的經(jīng)驗。該市水廠在全年生產(chǎn)時期中曾做過許多檢測。其中一例為一處理系統(tǒng)用預(yù)加氯，二處理系統(tǒng)用濾前加氯，原水THMFP（三鹵甲烷生成潛能）為30.1μg/L，經(jīng)常規(guī)處理后，于一、二系統(tǒng)清水池中各取樣靜置24小時檢測，一系統(tǒng)清水池THM平均為32.5μg/L，二系統(tǒng)清水池為24.1μg/L，兩者相比，濾前加氯比預(yù)加氯的THM減低率為24%。再一例為二系統(tǒng)本身由預(yù)加氯轉(zhuǎn)為濾前加氯，采取同樣辦法取樣檢查相比，則濾前加氯比預(yù)加率減低10%。另外日本金澤市兩個水廠在處理后于清水池檢查，濾前加氯比預(yù)加氯減低率各為11%及25%。東京都水道局檢測減低率為19%，國內(nèi)天津塘沽水廠做了大量的試驗工作，得出濾前加氯比預(yù)加氯減低率為50%（天津試驗，預(yù)加氯為在沉淀池有淤泥，濾前加氯為沉淀池淤泥很少情況下進(jìn)行檢測的，都未考慮靜置24小時后取樣，估計減低率偏大）。
　　自來水中的THM隨時間延長而緩慢增高，所以在給水栓中取樣，檢測THM都比出廠水高，但濾前加氯與預(yù)加氯兩者之間的減低率，與濾出水靜置24小時測定的比率基本相同。在同樣條件下，金澤市在清水池取樣檢定減低率為25%，給水栓取樣檢定減低率為23%（個別也有差異較大的減低率）。
　　在東京都試驗中得出，當(dāng)原水為海水時，由于海水有溴離子關(guān)系，濾前加氯比預(yù)加氯的減低率有所減低。
　　在實踐中還得出，濾前加氯加活性炭處理比之預(yù)加氯加活性炭處理，減低率也高。
2、濾前加氯大幅度減少氯劑投加量
　　在氯劑用量方面，由于采用了濾前加氯方法。一般氯劑投加率比預(yù)加氯減低約20－40%。日本橫浜市水廠－系統(tǒng)用預(yù)加氯，二系統(tǒng)用濾前加氯，二系統(tǒng)比一系統(tǒng)氯劑投加減低了32%。一、二系統(tǒng)都用濾前加濾比一、二系統(tǒng)都用預(yù)加氯相比，減低率為45%。金澤市末水廠消毒投加次氯酸鈉（有效氯12%），以濾前加氯和預(yù)加氯相比，各自投劑量為9.0ml/m3和12.9ml/m3，減低率為38%，犀川水廠用氯劑投加，各自投劑量為0.9ml/m3和1.6ml/m3，減低率為44%。天津塘沽水廠用氯劑投加，濾前加氯比預(yù)加氯減低率為30－40%。
3、濾前加氯減低混凝劑投加量
　　使用濾前加氯方法，混凝劑投加量也有所下降。如在金澤市兩個水廠中，使用濾前加氯和預(yù)加氯對比，兩者濾出水濁度基本相同，都在0.4度左右。末水廠及犀種水廠所用NaOH各減低39%及58%，聚氯化鋁各減低18%及6%。

三、采用濾前加氯的一些問題

1、濾前加氯產(chǎn)生THM受水溫變化的高度影響
　　水溫高低對采用濾前加氯與預(yù)加氯去除水中THM有很大差異。高水溫時濾前加氯去除THM量比預(yù)加氯多，低水溫時則不大顯著。例如在橫浜市水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)中，高水溫中，一系統(tǒng)用濾前加氯，二系統(tǒng)用預(yù)加氯，都是于濾出水靜置24小時后取樣檢測。一例是，一系統(tǒng)檢測THM為21.4μg/L，原水THMFP為26.6μg/L，與THMFP相比為0.81，二系統(tǒng)檢測THM為40.4μg/L，原水THMFP為32.0μg/L，與THMFP相比為1.25，則一系統(tǒng)與二系統(tǒng)相比減低率為(1.25－0.81)/1.25=35%。再一例是，在低水溫時，采取同樣檢測方法，一系統(tǒng)預(yù)加氯為29.7μg/L，原水THMFP為32.3μg/L，與THMFP相比為0.92，二系統(tǒng)濾前加氯為19.0μg/L，原水THMFP為21.3μg/L，與THMFP相比為0.9。則濾前加氯與預(yù)加氯比較為(0.92－0.90)/0.92=2%。還有比此數(shù)字還低的例子。因此看來，在高水溫時用濾前加氯相當(dāng)優(yōu)越，在低水溫時則看不出有多大好處。
2、濾前加氯處理的濾出水中THM隨反應(yīng)時間的增長加大
　　濾前加氯后，反應(yīng)時間的長短對THM減低率影響很大。一般氯劑投加后反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，濾出水中的THM也在逐步增長，反應(yīng)時間越長THM越大，因此濾前加氯減低效果越小。但反應(yīng)時間過長，THM增長速度會有所緩慢。橫浜市水廠在高水溫時，一系統(tǒng)于濾前加氯的濾出水中立即取樣檢測，THM為9.5μg/L，再于靜置24小時后取樣檢測為19.6μg/L，兩者相比THM增加為立即取樣的2倍。在低水溫時，二系統(tǒng)以同樣方法檢測各自為6.2μg/L和30.7μg/L，兩者相比THM增加為立即取樣的5倍。此種反應(yīng)在該市管網(wǎng)中仍繼續(xù)進(jìn)行，THM也在增加，如在該市管網(wǎng)中途的峰配水池的THM和廠內(nèi)清水池中的THM相比，平均增長比例為1.23，管網(wǎng)中途朝比柰配水池和廠內(nèi)清水池的THM相比，平均增長比例為1.76倍。甚至需要經(jīng)過兩日才能由水廠送水到達(dá)管網(wǎng)中途的高塜配水池的水體，其THM量為水廠清水池的3倍以上。由于出廠水水體到市內(nèi)管網(wǎng)（配水池，給水栓）內(nèi)的THM仍持續(xù)增長，所以為了更精確確定自來水中的THM，由給水栓取樣檢測THM量，應(yīng)當(dāng)說更為合理。
3、凈水設(shè)備積泥等加增水中有機(jī)物含量對去除THM不利
　　在天津水廠試驗中，于不加氯的情況下，濾前水濁度控制在4－5度，濾后水為等于或小于1度時，沉淀池排泥差，池度有較多積泥，濾池濾料反沖效果不好，和沉淀池底部排泥良好，濾料沖洗干凈的相比，前者比原水有機(jī)物種類增多115%，總量增加547%，而后者有機(jī)物種類比原水減少41.5%，總量去除81.4%，因此使用濾前加氯處理，為達(dá)到更好的減低水中THM的效果，定要特別注意此種情況。
4、抑制藻類在凈水設(shè)備內(nèi)的叢生
　　使用濾前加氯代替預(yù)加氯，凈水設(shè)備內(nèi)會多沉淀，澄清設(shè)備內(nèi)會有叢生藻類復(fù)蓋著表面，致使濾池發(fā)生堵塞，設(shè)備出現(xiàn)霉嗅并不利于景觀。采用濾前加氯比之預(yù)加氯，用常規(guī)處理除去藻類效果要減少20－30%。為了防止藻類繁殖，在這類情況發(fā)生時應(yīng)增加預(yù)加氯處理，連續(xù)投加低濃度定量氯劑(1.0ppm)。通過實踐得到很好的去除效果。沉淀池在采用濾前加氯時，認(rèn)為有90%以上遮光設(shè)施，可充分抑制藻類生長。池內(nèi)有99%以上遮光設(shè)施，可以幾乎完全抑制藻類繁殖。總之，采用濾前加氯方法，對去除藻類并無充分可靠的辦法時，應(yīng)當(dāng)考慮在藻類叢生的時期，適當(dāng)使用預(yù)加氯方法。
5、濾前加氯結(jié)合常規(guī)處理對去除有機(jī)物、降低THM更為有利
　　天津水廠曾采用不加氯，使用常規(guī)處理降低濁度實驗，可有效地去除水中有機(jī)物。天津水源灤河水中有機(jī)物約有80%吸附在水中顆粒表面上，20%溶于水中。下表為實驗結(jié)果。從下表看出，通過常規(guī)處理將水中濁度由12度降到2.5度，除去顆粒>20μm及10－20μm范圍內(nèi)的重量，占總重量的87.5%，除去有機(jī)物占全部有機(jī)物的29.3%。由2.5度降至1.5度，除去顆粒5－10μm范圍內(nèi)的重量，占總重量的7.6%，除去有機(jī)物占全部有機(jī)物的32.4%。由1.5度降至0.5度，除去顆粒2－5μm范圍內(nèi)的重量，占總重量的3.8%，除去有機(jī)物占全部有機(jī)物的17.6%。小于或等于0.5度的水，有機(jī)物占全部有機(jī)物的20.7%。如果濁度再降低，還能有一部分有機(jī)物去除。當(dāng)前西方國家濾后水可能降低到0.1度，甚至更低。我國先進(jìn)水廠濾后水也能夠達(dá)到0.5度，因此降低濁度的處理方法，會使有機(jī)物能以大幅度去降，THM含量也會隨之下降。如果不用預(yù)加氯方法，而采用濾前加氯措施，結(jié)合對常規(guī)處理加以嚴(yán)格要求，會更有利于去除有機(jī)物，降低水中THM的含量。

　　本文曾經(jīng)沈大年先生審閱，提出許多寶貴意見，特致謝意。

主要參考資料：

　　1、中間鹽素處理：日本水道協(xié)會雜志　1993-9
　　2、楊福才編譯：日本橫浜市水雀凈水廠中間加氯處理　天津市自來水公司科技情報站　1996-4
　　3、戴中英等：降低飲用水中有機(jī)物含量和衛(wèi)生學(xué)評價的研究　天津市自來水公司等單位　1993-4
　　4、岳舜琳：水的濁度問題　中國給水排水　1995-4
　　5、羅曉鴻、王占生：飲用水消毒劑的比較和評價　給水排水　1994-1
　　6、金澤市中間鹽素處理：日本水道協(xié)會雜志　1993-9
　　7、消毒副產(chǎn)物的評價：日本水道協(xié)會雜志　1993-5
　　8、Comparation study of disinfectant for water supply:1995年20屆國際給水會議技術(shù)論文集
　　9、翟硯章、劉萬福譯：膜過濾和常規(guī)處理的費用估算　天津市自來水公司科技情報站　1996年10月
　　10、楊福才譯：美國最大的薩拉托夫飲用水微濾水廠設(shè)計、建造和運行經(jīng)驗　天津市自來水公司科技情報站　1997年1月

天津市自來水集團(tuán)有限公司科技情報站
1997年7月