浅谈饮用水生物稳定性和净水工艺对有机物去除

宋江峰

摘要:饮用水中的有机物容易引起水质污染,是危害人体健康的重要因素。饮用水生物稳定性是关系到有机物滋生的内在因素,净水工艺是通过水厂处理的外在途径达到消除有机物的目的,两者构成去除有机物的两个重要方面。

关键词:有机物 水质污染 生物稳定性 净水工艺

随着社会经济的高速发展与城市化进程的加速,水资源危机已经成为继石油危机之后人类所面临的第二大危机。目前在我国,随着工业,特别是有机化工、石油化工、医药、农药、杀虫剂及除草剂等生产工业的迅速发展,有机化合物的产量和种类不断增加,各种生产废水和生活污水未达到排放标准就直接进入水体,水源水质污染问题日趋严重。然而,现有条件下的水厂广泛使用的传统制水工艺已很难达到日益提高的水质标准的要求,饮用水的安全性因而引起人们的普遍关注。

就饮用水中的有机物去除和控制而言,生物稳定性和净水工艺衡量和影响它的两个重要因素。试图以饮用水中的有机物为研究对象,从生物稳定性和净水工艺两个角度,对有机物的衡量指标、去除机制及规律展开论述。

一、有机物的来源、危害与生物稳定性的提出

从来源来看,水源水中的有机物的来源可分为两大类。一类为天然有机物,是自然环境的代谢产物,包括腐殖质、微生物分泌物、溶解的植物组织及动物的废弃物等。另一类是人工合成有机物,包括农药、工业废弃物等。

研究结果显示,饮用水中有机物具有众多的危害作用:1.部分有机物为高毒性的持久性有机污染物或内分泌干扰物质,具有致癌性、生殖毒性、性等危害,对人体健康有直接的威胁;2.部分有机物为消毒副产物的前体物质,在加氯消毒过程中可形成具有毒性的卤代有机化合物,进而危害人体健康;3.饮用水中的可生物降解有机物将对给水管网和管网水质产生危害。这其中的第三类危害已成为近年来的关注热点。

世界卫生组织在1996年对欧洲的277起水生疾病的调查表明,由于管网系统微生物再生长而导致的水生疾病占43%,我国对供水量占全国42.44%的36个城市调查结果表明:出厂水中细菌总数仅为6.6个/L,而在管网水中已上升到29.2个/L。常规净水工艺中,一般采用加氯消毒并保持管网内一定的余氛含量来控制细菌生长,但现有研究表明部分细菌或大肠杆菌在经过氯消毒过程后,能在管网中修复、重新生长;并且当出厂水中营养物质浓度足够高时,即使加大投氯量,也很难抑制细菌的生长。大量针对给水管网内生物膜的生长、管网水细菌再生长和大肠杆菌爆发的研究表明:出厂水中存在可生物降解有机物(BOM)是管网中异养细菌重新生长的主要原因,并为此提出了饮用水生物稳定性的概念。

二、生物稳定性的概念、指标与给水管网中的细菌生长机制

(一)概念与指标

饮用水生物稳定性是指饮用水中可生物降解有机物支持异养细菌生长的潜力,即当有机物成为异养细菌生长的限制因素时,水中有机营养基质支持细菌生长的最大可能性。当前,一般采用可同化有机碳(AOC)和生物可降解溶解性有机碳(BDOC)作为饮用水生物稳定性的主要评价指标。越来越多的研究与试验证明,AOC和BDOC作为衡量饮用水中可生物降解有机物含量的指标与饮用水管网中细菌生长有着密切的关系。只有控制出厂水中的AOC与BDOC的含量达到一定的限值,才能有效的防止管网中细菌的再生长。

(二)生物稳定性与给水管网中的细菌生长机制

研究表明,饮用水生物稳定性高,则表明水中细菌生长所需的有机营养物含量低,细菌不易在其中生长;反之,饮用水生物稳定性低,则表明水中细菌生长所需的有机营养物含量高,细菌容易在其中生长。自来水及其管网中细菌的生长(再生长)按其来源看,可分为三类:其一,出厂水中含有较多的细菌进入管网而引起自来水中细菌的增加;其二,管网中细菌的生长繁殖引起的自来水中细菌的增加;最后,管网中外源细菌的进入。而在出厂水正常消毒与管网状况良好的情况下,第2点是引起自来水及其管网中细菌生长的主要途径。一般认为有机基质的含量是影响其生长的主要因素,因此减少水中可生物降解有机物的含量将对控制异养细菌的生长起到决定性的作用。

三、现有的净水工艺中的有机物去除机制

如前面所述,由于饮用水中的有机物在管网破坏、水质污染以及最终的人体健康上存在着众多的危害,为了减少饮用水中有机物的含量,减小其危害性,人们必须在如何控制和去除上狠下工夫。其中,净水工艺便是实现有机物的控制和去除的重要环节。在此,列举目前应用较为广泛的一些净水工艺,简单探讨一下其相应的去除机制。

(一)常规及其强化工艺

现有水厂常规净水工艺一般由混凝、沉淀(澄清)、过滤和加氯消毒四部分组成,形成于上世纪初,已有百年历史,目前仍被广泛采用。然而,常规工艺处理出水在水质生物稳定性方面难以确保,因此有机物去除效果较差。

(二)生物(预)处理

饮用水生物处理是指借助于微生物群体的新陈代谢活动,对水中的有机污染物以及氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐的有效去除。生物氧化对有机物的去除机理包括:(l)微生物对小分子有机物的直接降解;(2)微生物胞外酶对大分子有机物的分解作用;(3)生物吸附絮凝作用。目前,采用生物氧化(预)处理技术可有效地去除溶解性有机物,提高出厂水的生物稳定性,并可减少后续消毒剂的用量,因而已成为给水处理中备受关注的工艺方法。

(三)活性炭吸附

活性炭属于一种多孔疏水性吸附剂,其具有发达的细孔结构和巨大的比表面积,有机物的极性与分子大小是活性炭对有机物去除的主要影响因素;溶解度小、亲水性差、极性弱、分子不大的有机物较易被活性炭吸附。活性炭吸附主要用于饮用水的深度处理,研究发现活性炭对中小分子量有机物具有了强吸附能力,因而对AOC和BDOC有着良好去除作用。

综合以上所言,生物稳定性和净水工艺是关系到饮用水安全性的两个重要方面。为了适应经济更快发展以及城市化进程加快的趋势,眼下应在技术研究上狠下工夫,通过先进净水工艺的研究应用,提高饮用水的生物稳定性,实现开发处理出有机营养基质含量低、在给水管网中不会引起异养菌再生长的生物稳定性饮用水。

参考文献:

[1]张荣、田向红、刘保华.我国饮用水现状及卫生标准发展[J].中国卫生工程学.2004;

[2]丁增义.我们有多少消水可以期待[N].解放军报.2005;

[3]付娟.生活饮用水一个值得关注的问题[J].中国检验检疫.2004;

[4]朱延美、许宁、张文平.我国饮用水安全性研究现状[J].北方环境.2004。