井翼¹，金兆豐²，黃建元³，董秉直²，M.Kang¹，H.Kim¹，田基之¹，佐藤裕子¹，真柄泰基¹
（1.日本北海道大學工學研究科，日本札幌060-8628；
2.同濟大學環境科學與工程學院，上海200092；3.前工業株式會社，日本東京104-8351）

　　中圖分類號：TU991.9
　　文獻標識碼：D
　　文章編號：1000-4602(2002)10-0090-03

　　日本于1953年制定了自來水水質標準，1993年對其進行了大規模的修改，1998年又進行了修訂(增加了鈾和亞硝酸鹽氮兩個監測項目)，1999年再增加了苯達松、卡巴呋喃等4種除草劑和二英監測項目。可以預計，在今后的水質標準中還會增加內分泌干擾物質等監測項目。
　　在給水水源中已知存在數千種的有機化學污染物，盡管目前可以采用GC/MS或LC/MS分析方法來檢測這些物質，但在水廠實際運行中無法采用這樣的檢測手段來了解處理工藝對有機污染物質的去除效果，因此如果在水質標準中制定所有已知化學污染物標準則很難執行。生物檢測是采用檢測毒性的方法來對水中的數千種化學物質進行評價，因此近年來受到重視，但一次生物檢測只能對同一類型的毒性進行檢測而無法檢測出所有的毒性，對于天然水的生物檢測，由于共存物質的影響，常常會得出錯誤的結論。
　　由此可見，有必要尋找能夠迅速而且經濟地評價水中有害污染物的指標。

1　日本的水質標準

　　由于人們對自來水水質的要求越來越高以及微量分析技術(如GS/MS或ICP/MS)和動物試驗、流行病學檢測技術的進步，促使日本不斷對水質標準進行大規模的修改。
　　新、舊水質標準的比較如表1所示。

表1　新、舊水質標準的比較 修改項目 新標準(1999年) 舊標準(1953年) 水質基準項目 46項 26項 項目分類 分為與健康有關的項目(29項)和自來水必須具有的性狀項目(17項) 　 感官、監視項目 補充感官項目為13項，監視項目為28項 　 基準值
(mg/L) 鉛 ＜0.05(2004年后為0.01以下) 0.1 砷 0.01 0.05 錳 0.05 0.3 陰離子表面活性劑 ＜0.2 ＜0.5

　　水質標準的修改會對給水處理產生如下影響：
　　①為了去除賈第蟲和隱孢子蟲等病原微生物，標準要求自來水的濁度＜0.1NTU。由于氯消毒很難殺滅賈第蟲、隱孢子蟲和病毒，因此采用膜處理和臭氧處理工藝的水廠數量會增加，若要選擇較經濟的處理手段，則可采用硅藻土預涂過濾或慢濾池；
　　②對于受農藥、二英和苯等有機物污染的水源，可采用膜處理、臭氧處理或活性炭吸附工藝；
　　③對含有較高濃度的THM和鹵代烴等消毒副產物的水源，可采用強化混凝處理工藝；
　　④對于含有砷等無機有毒物質的水源，可采用預氧化+強化混凝處理或膜處理工藝。
　　目前，新水質標準的監測指標已增加到87項。對揮發性有機物(如THM等消毒副產物)、弱揮發性有機物(如農藥等)可采用GC/MS分析方法；對難揮發性有機物及熱不穩定物質(如大部分的內分泌干擾物質)可采用LC/MS分析方法；對無機離子可采用離子色譜分析。
　　采用GC/MS和LC/MS分析手段時，必須對所要分析的水樣進行萃取、濃縮和分離，故不可能應用于日常的水質監測。?

2　對不同污染物質的相應處理方法

　　 表2給出了對于水中不同的污染物質應采用的相應處理方法。

表2　對不同污染物質的相應處理方法 污染物質 處理方法 優點 缺點 病原微生物(賈第蟲、病毒) MF、UF膜 占地面積小，可實現全自動運行 設備投資和運行費用較高 臭氧處理 可以去除內分泌干擾物質 設備投資和運行費用較高 慢速過濾 運行費用低，管理方便 占地面積大，不適合處理高濁度水 疏水性微量污染物 活性炭吸附 可以去除大部分疏水性微量污染物(溶解度＜4000mg/L) 設備投資和運行費用較高 內分泌干擾物質 活性炭吸附 氧化處理(氯、臭氧) 處理費用較活性炭低 會生成消毒副產物 部分金屬類物質(鉛、鎘等) 混凝、沉淀、過濾 設備投資和運行費用低 需處理污泥且對運行管理有較高的要求 無機離子類 反滲透膜 對無機物、金屬類和有機物質均可同時去除 設備投資和運行費用較高

　　將來的給水處理工藝應是由混凝、沉淀、過濾(包括膜處理)、氧化、吸附、生物處理和膜處理組成的組合工藝，對于不同水質的原水可采用不同的處理工藝。
　　①有機物污染型原水處理工藝：a.原水→混凝沉淀→砂過濾→臭氧→生物活性炭→砂過濾→氯消毒；b.原水→MF膜→NF膜→氯消毒。
　　②無機污染型原水處理工藝：a.原水→混凝沉淀→砂過濾→NF膜→氯消毒；b.原水→MF膜→NF膜→氯消毒。?

3　評價污染物質的替代指標

　　在給水處理中污染物質在多大程度上得到去除的指標，除了濁度和色度等可以簡單測定的指標外，其余的指標只能數月測定一次，這就給平時的水質管理帶來極大的不便。因此，需要尋找一種替代指標，它不僅大體上反映處理過程中多數污染物質的變化情況，而且測定時既迅速又經濟。它需滿足如下條件：
　　①指標的數值與污染物在混凝處理、活性炭吸附、膜處理等主要水處理中去除的程度呈相關關系，但去除量無需相同；
　　②測定迅速、連續、精度高且價格便宜。
　　經分析認為，UV₂₆₀測定值完全可滿足上述條件。
　　圖1為以燒杯試驗和水廠混凝沉淀過濾的UV₂₆₀去除率來預測對砷去除率的結果，其中燒杯試驗所使用的原水是由泥炭水配制而成的，5價砷的含量為(20～40)×10^-3mg/L。

　　圖1表明，盡管原水中的UV₂₆₀不同，但均可從UV₂₆₀的去除率來預測對砷的去除效果。
　　日本40個水廠的混凝處理結果表明，當UV₂₆₀的去除率為60%～70%時，除了TeCDFs外(去除率約為58%)，對其他二英的去除率均可達80%以上。
　　圖2顯示了活性炭吸附塔出水中的有機物濃度和UV₂₆₀的相關關系。
　　由圖2可知，UV₂₆₀比疏水性有機物先穿透濾層，因此可以從UV₂₆₀的穿透值來判斷活性炭是否已失效。

　　用混凝處理很難滿足銻的水質標準(2×10^-3mg/L)，因此可以選擇NF膜來去除銻，且可采用連續測定的UV₂₆₀值來預測銻的去除效果，而無需采用昂貴的LC/ICP/MS進行測定(見圖3)。

　　大部分內分泌干擾物質為芳香結構，混凝處理無法去除雌激素活性，而臭氧和氯氧化均可完全降解去除，因此可以用UV₂₆₀的去除率來預測對內分泌干擾物質的去除效果，這樣就避免了花費大量時間和費用去進行生物檢測。當對污染物的去除率為80%時所需的UV₂₆₀去除率見表3。
　　除了表3所示的污染物質外，其余用混凝、吸附工藝對污染物質的去除效果也可用UV₂₆₀去除率進行預測。由于曝氣處理不能去除非揮發性的有機物，故無法用UV₂₆₀值來判斷，但可用氣相色譜進行測定。

表3　當污染物去除率為80%時的UV₂₆₀去除率 污染物質(去除率為80%) UV₂₆₀去除率(%) 砷 70(混凝處理，混凝劑為PACI) 二英 60(混凝處理，混凝劑為PACI) 內分泌干擾物 25(氧化處理，氧化劑為NaClO，氧化時間為24h，溫度為20℃，余氯為1mg/L，pH值為7) 銻 95(NF膜處理，NTR-7279HF，NaCl截留率為93%) 疏水性有機物 80(活性炭吸附塔)

4　結語

　　水源污染，使水中污染物質的種類和數量都不斷增加，因此需要尋找替代指標來反映多數有機物在處理過程中的去除情況，從而能有效控制出水水質，UV₂₆₀測定值可以滿足替代指標所需的條件。通過研究表明，混凝、氯消毒、膜過濾以及活性炭吸附對砷、二英、內分泌干擾物質的去除效果均可通過UV₂₆₀去除率進行預測。

參考文獻：

　　［1］Kamei T, Matsui Y, Wang YZ. Simple, quick and accurate surrogate water quality parameters for universal water quality management［A］. Proceedings of the Asia Pacific Conference on Sustainable Energy and Environmental Technology［C］.Singapore: World Scientific, 1996.
　　［2］Matsui Y, KameiT, Yuasa A,et al. Adsorption capacity of organic pesticides on granular activated carbon［J］. Water Supply, 1994, 14:31-41.

　　電　　話：(021)6515865365981522
　　收稿日期：2002-02-25