導(dǎo)讀
　　介紹了高品質(zhì)飲用水的概念，目前國(guó)內(nèi)高品質(zhì)飲用水的標(biāo)準(zhǔn)以及制定標(biāo)準(zhǔn)的思路。提出了實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)飲用水的幾種模式，探討了水廠不同深度處理工藝生產(chǎn)高品質(zhì)飲用水的水質(zhì)特點(diǎn)。同時(shí)介紹了蘇州二次供水和分質(zhì)水模式的高品質(zhì)飲用水示范工程。
　　1 高品質(zhì)飲用水水質(zhì)的思考
　　仔細(xì)梳理各地的高品質(zhì)飲用水標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)主要在表1所示的水質(zhì)指標(biāo)上進(jìn)行了提升。對(duì)應(yīng)國(guó)標(biāo)，高品質(zhì)飲用水在溶解性總固體和總硬度上進(jìn)行了較大幅度的降低，這兩項(xiàng)指標(biāo)對(duì)口感的影響較大，300 mg/L左右的TDS口感最佳，因而將此指標(biāo)減半，可有效改善飲用水的口感。濁度的降低不僅意味飲用水感官性能的改善，而且表明微生物風(fēng)險(xiǎn)的降低。2-MIB和GSM是嗅味有機(jī)物的典型代表，嗅味嚴(yán)重影響飲用水的味感，極易為飲水者所察覺(jué)，同時(shí)嗅味的存在也意味著水體受到污染。封閉水體如水庫(kù)和湖泊嗅味有機(jī)物含量較高，從而影響飲用水水質(zhì)，因而降低嗅味可有效改善飲用水的口感。高品質(zhì)飲用水的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是有機(jī)物的指標(biāo)低，耗氧指標(biāo)低于國(guó)標(biāo)的3 mg/L，各地的降低幅度不一。各地的高品質(zhì)飲用水均將TOC作為有機(jī)物的指標(biāo)。雖然國(guó)標(biāo)也將TOC列入，但不作為強(qiáng)制性執(zhí)行的指標(biāo)。從表1可見(jiàn)，各地均將TOC定為3 mg/L，相比于國(guó)標(biāo)的5 mg/L，有了較大幅度的降低。一些地方還修改了消毒副產(chǎn)物指標(biāo)，其中的上海幅度最大，將三鹵甲烷減半，而深圳不變。

　　表1 高品質(zhì)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
　　
　　目前國(guó)家的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)采用耗氧指數(shù)作為有機(jī)物指標(biāo)，總有機(jī)碳僅作為參考指標(biāo)。將耗氧指數(shù)作為有機(jī)物指標(biāo)主要是考慮到全國(guó)檢測(cè)水平。圖1為不同水源的兩個(gè)水廠生物活性炭出水的有機(jī)物，X水廠的活性炭運(yùn)行了3年，而Y水廠的運(yùn)行了6年。兩個(gè)水廠的耗氧指數(shù)均為1.5 mg/L，但TOC卻有很大的差別，X水廠的TOC為2.5 mg/L，Y水廠的為3 mg/L。

　　
　　圖1 不同水廠TOC與CODMn隨活性炭運(yùn)行時(shí)間的變化
　　另外，不同水源的CODMn和TOC的比值也不同，如圖2所示。Y水廠的CODMn/TOC為0.5，X水廠為0.6。國(guó)標(biāo)的CODMn/TOC為0.6。這說(shuō)明CODMn/TOC越低，相同的耗氧指標(biāo)，TOC越高。這例子表明，TOC可全面反映水的有機(jī)物含量，而CODMn只能部分反映。應(yīng)該將TOC作為高品質(zhì)飲用水強(qiáng)制執(zhí)行的水質(zhì)指標(biāo)。
　　
　　圖2 不同水源的TOC和CODMn的比較
　　相比于國(guó)標(biāo)，高品質(zhì)水有了一定程度的提高，但對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)國(guó)家如日本，我們還有很大的差距。表2為日本東京都的水質(zhì)指標(biāo)，是日本的地方標(biāo)準(zhǔn)。從表2可以看出，它是以口感為目標(biāo)來(lái)追求更高的飲用水品質(zhì)。將表1與表2進(jìn)行比較，可以看出我們的高品質(zhì)水和日本的還有較大的差距。以TOC為例，日本將此列為影響口感的水質(zhì)指標(biāo)，東京都的標(biāo)準(zhǔn)是1 mg/L，而且完全能達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)。
　　表2 日本東京都飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
　　
　　2 蘇州地區(qū)高品質(zhì)飲用水準(zhǔn)則的制定
　　蘇州地區(qū)的高品質(zhì)飲用水實(shí)施按照高品質(zhì)水標(biāo)準(zhǔn)研究和構(gòu)建高品質(zhì)水技術(shù)體系兩條線展開(kāi)工作，如圖3所示。調(diào)查蘇州地區(qū)出水和管網(wǎng)水水質(zhì)，并參考國(guó)內(nèi)外飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)狀，制定蘇州地區(qū)高品質(zhì)水準(zhǔn)則。高品質(zhì)水技術(shù)體系的構(gòu)建按照水廠直接供應(yīng)，二次供水保障和分質(zhì)水供應(yīng)的3種方式開(kāi)展研究。水廠直接供應(yīng)通過(guò)臭氧生物活性炭和納濾膜的深度處理工藝，研究這兩種工藝處理效果、出水水質(zhì)等，是否滿(mǎn)足高品質(zhì)水準(zhǔn)則的要求。通過(guò)研究蘇州地區(qū)的管網(wǎng)水質(zhì)變化規(guī)律，了解水廠出水到用戶(hù)的水質(zhì)變化情況，研究二次供水處理工藝，提升和保持水質(zhì)，從而提供與水廠出水相同或略有提升的高品質(zhì)飲用水。分質(zhì)水是指根據(jù)居民的飲用水和其他用途水如洗滌、沖洗馬桶等，按照不同的水質(zhì)要求，分質(zhì)供水。分質(zhì)供水需要兩套管網(wǎng)系統(tǒng)。分質(zhì)供水的飲用部分供水用納濾或反滲透制取，其余的直接用市政供水。
　　
　　圖3 高品質(zhì)飲用水的技術(shù)路線
　　高品質(zhì)飲用水標(biāo)準(zhǔn)與所在地區(qū)的水源水質(zhì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及水廠處理工藝有著密切的關(guān)系。圖4為高品質(zhì)飲用水標(biāo)準(zhǔn)制定的大致技術(shù)路線。首先是尋找差距，針對(duì)國(guó)標(biāo)以及對(duì)標(biāo)國(guó)際的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)并考慮區(qū)域特征，篩選提升的水質(zhì)指標(biāo)，其次是評(píng)估原水水質(zhì)特征，篩選特征污染物，從而確立提升和新增的水質(zhì)指標(biāo)，最后基于水廠的進(jìn)出水水質(zhì)，對(duì)擬提升和新增的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行可行性的復(fù)核。
　　
　　圖4 高品質(zhì)水標(biāo)準(zhǔn)制定的技術(shù)路線
　　3 實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)飲用水的水廠處理工藝
　　實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)飲用水的水廠處理工藝主要為臭氧活性炭和納濾?！笆濉彼畬?zhuān)項(xiàng)蘇州課題組針對(duì)太湖水，對(duì)臭氧生物活性炭、納濾及其組合，開(kāi)展了長(zhǎng)期中試，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，提出了高品質(zhì)飲用水可能的工藝組合，如圖5所示。臭氧活性炭的處理工藝可分為常規(guī)臭氧活性炭，常規(guī)-臭氧活性炭-超濾和超濾-臭氧活性炭。常規(guī)-臭氧活性炭是目前國(guó)內(nèi)最主流的深度處理工藝，該工藝的后面還可設(shè)置超濾，也可采用炭砂濾池，主要防止活性炭的微生物泄漏。還有一種新的深度工藝，將超濾置于臭氧活性炭的前面。由于超濾直接過(guò)濾會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的膜污染，超濾可與在線混凝聯(lián)用。十三五水專(zhuān)項(xiàng)的蘇州課題的中試表明，在線混凝可有效控制膜污染，使超濾膜在較高通量下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
　　
　　圖5 臭氧生物活性炭深度工藝
　　常規(guī)-臭氧活性炭和在線混凝/超濾-臭氧活性炭的去除比較如圖6所示。圖6表明，在線混凝/超濾去除藻密度和葉綠素明顯優(yōu)于常規(guī)，雖然超濾去除有機(jī)物的效果較常規(guī)的差，但后續(xù)的臭氧活性炭去除優(yōu)于常規(guī)-臭氧活性炭。這說(shuō)明，超濾能有效去除藻類(lèi)，懸浮物和膠體，有助于提升臭氧活性炭的去除效果。在線混凝/超濾-臭氧活性炭去除AOC的效果也遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)-臭氧活性炭。
　　
　　圖6 常規(guī)-臭氧活性炭和在線混凝/超濾-臭氧活性炭的去除污染物效果比較

　　常規(guī)-臭氧活性炭和在線混凝/超濾-臭氧活性炭的出水水質(zhì)比較如表3所示。由表3可見(jiàn)，除了BDOC外，對(duì)于其余的水質(zhì)指標(biāo)，在線混凝/超濾-臭氧活性炭均優(yōu)于常規(guī)-臭氧活性炭。

　　表3 常規(guī)-臭氧活性炭和在線混凝/超濾-臭氧活性炭的出水水質(zhì)比較
　　
　　納濾可有效去除水中的有機(jī)物，同時(shí)保留對(duì)人體有益的礦物質(zhì)，因而是制取高品質(zhì)水理想的膜技術(shù)。納濾組合工藝的核心問(wèn)題是如何防止納濾膜的污染，從而決定納濾的預(yù)處理以及組合工藝的組成。納濾進(jìn)水的水質(zhì)有行業(yè)的SDI標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)低于3。但是，SDI僅表征進(jìn)水的懸浮固體和膠體，滿(mǎn)足了SDI僅是防止膜進(jìn)水通道的堵塞，而納濾膜的污染，特別是有機(jī)污染如何造成，目前尚不清楚。雖然有許多的小試研究，但這些結(jié)果對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用沒(méi)有多少的參考價(jià)值，真正能說(shuō)明問(wèn)題的還應(yīng)該是長(zhǎng)期的中試。
　　納濾的可能組合工藝如圖7所示。常規(guī)-納濾似乎是較為理想的組合，臭氧活性炭后面設(shè)置納濾也是可能的組合工藝。法國(guó)的Mery-sur-Oise水廠是采用納濾工藝的典型代表，該水廠雖然采用了臭氧以及孔徑6 μm的微濾作為預(yù)處理，但納濾膜仍然季節(jié)性的發(fā)生嚴(yán)重污染。蘇州的中試研究表明，大分子的親水性有機(jī)物是造成納濾膜污染的主要因素，常規(guī)和臭氧活性炭深度工藝都無(wú)法完全去除這類(lèi)有機(jī)物，因而不適合作為納濾的預(yù)處理。超濾可完全截留大分子，因而最為適宜作為納濾的預(yù)處理。
　　
　　圖7 納濾膜深度工藝
　　4 臭氧生物活性炭和納濾出水水質(zhì)
　　臭氧生物活性炭是實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)飲用水的主流處理工藝，但隨著運(yùn)行時(shí)間，活性炭吸附的逐漸飽和，出水的有機(jī)物也逐漸上升。了解生物活性炭出水有機(jī)物的變化規(guī)律，可為高品質(zhì)飲用水標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)的制定提供依據(jù)。為此蘇州課題組詳細(xì)調(diào)查和分析了蘇州不同運(yùn)行年限的生物活性炭出水水質(zhì)，如圖8所示。由圖8可見(jiàn)，隨著運(yùn)行時(shí)間，活性炭出水的TOC逐漸增加，對(duì)于NBDOC，在某個(gè)運(yùn)行時(shí)間，出水的NBDOC與進(jìn)水的幾乎相同，說(shuō)明活性炭的吸附作用幾近喪失，而對(duì)于BDOC，活性炭依然保持一定的去除效果，說(shuō)明后期的生物活性炭去除主要依靠微生物降解的作用?？v觀活性炭長(zhǎng)期運(yùn)行的TOC變化，它是呈逐漸增加的趨勢(shì)，因此，臭氧活性炭在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程是否一直滿(mǎn)足高品質(zhì)水的要求，存在不確定性。
　　
　　圖8 臭氧生物活性炭長(zhǎng)期運(yùn)行的有機(jī)物變化
　　納濾去除有機(jī)物的效果如圖9所示。由圖9可見(jiàn)，納濾出水的TOC穩(wěn)定在05 mg/L以下，不隨原水有機(jī)物的變化而變化，遠(yuǎn)優(yōu)于臭氧生物活性炭。納濾還可有效去除嗅味，如圖10所示。兩種典型的嗅味2-MIB和GSM，進(jìn)納濾的濃度變化在500~50 ng/L范圍，出水的濃度均可低于5 ng/L。因此，納濾可為我們穩(wěn)定提供高品質(zhì)飲用水。
　　
　　圖9 納濾去除有機(jī)物的效果
　　
　　圖10 納濾去除嗅味物質(zhì)的效果
　　納濾雖然能有效去除有機(jī)物，但它同時(shí)也會(huì)截留無(wú)機(jī)離子。納濾出水的無(wú)機(jī)離子含量也是受到關(guān)注的。納濾一般有兩種類(lèi)型，高脫鹽和低脫鹽。高脫鹽納濾膜對(duì)有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，均有優(yōu)異的去除效果，低脫鹽的納濾膜對(duì)無(wú)機(jī)物有較低的截留率，但仍保持較好的有機(jī)物的去除效果。圖11為這兩種納濾膜去除無(wú)機(jī)離子的比較。由圖11可見(jiàn)，高脫鹽的納濾膜對(duì)無(wú)機(jī)離子有很好的去除效果，無(wú)論一價(jià)還是二價(jià)離子，去除率均在90%左右，低脫鹽的納濾膜，除了硫酸根去除在90%，其余離子的去除均低于30%。不僅如此，低脫鹽的納濾膜僅需較低的驅(qū)動(dòng)力，就可獲得較高的通量，如圖12所示。
　　
　　圖11 兩種納濾膜去除無(wú)機(jī)離子的比較
　　
　　圖12 兩種納濾膜驅(qū)動(dòng)壓力的比較
　　圖12為兩種納濾膜在通量25 L/（m2·h）時(shí)的驅(qū)動(dòng)壓力情況，高脫鹽的驅(qū)動(dòng)壓力基本在5 bar，而低脫鹽的僅在2~3 bar。因此低脫鹽的納濾膜非常適合作為高品質(zhì)水的制取。
　　為了盡量去除有機(jī)物同時(shí)保障水中存在一定的礦物質(zhì)，可采用將超濾出水與納濾出水混合的方式，混合的比例視所需的礦物質(zhì)確定，如圖13所示。
　　
圖13 納濾工藝出水的混合方式
　　5 二次供水模式下的高品質(zhì)水
　　5.1 處理工藝的選擇
　　二次供水保持水質(zhì)模式是指自來(lái)水經(jīng)過(guò)管網(wǎng)后，水質(zhì)產(chǎn)生了變化，通過(guò)在二次供水設(shè)施內(nèi)設(shè)置處理裝置，將水質(zhì)恢復(fù)至出廠時(shí)的狀態(tài)甚至略有提升。膜無(wú)疑是最適合作為技術(shù)選擇的。對(duì)于納濾或超濾，由于納濾膜會(huì)產(chǎn)生一定量的濃水，且驅(qū)動(dòng)壓力較大，還需要必要的預(yù)處理，雖然水質(zhì)好，但并不適宜。超濾膜無(wú)需預(yù)處理，回收率高，產(chǎn)生的額外費(fèi)用較低，因而非常適合作為二次供水的處理。圖14為蘇州某小區(qū)的二次供水處理裝置。膜進(jìn)水的壓力驅(qū)動(dòng)依靠市政管網(wǎng)的壓力即可，膜出水后進(jìn)入二次供水水箱，經(jīng)紫外消毒后供水給小區(qū)居民。
　　
圖14 二次供水超濾處理工藝
　　5.2 管網(wǎng)的水質(zhì)變化
　　出廠水經(jīng)過(guò)管網(wǎng)，水質(zhì)會(huì)有一定程度的變化，了解這種變化規(guī)律，可為我們二次供水處理提供依據(jù)。從水廠到示范小區(qū)間隔一定距離設(shè)置若干取樣點(diǎn)，取樣分析水質(zhì)隨管道距離的變化情況。圖15為消毒副產(chǎn)物和余氯隨管道距離的變化，由此可知，消毒副產(chǎn)物隨管道距離呈增加趨勢(shì)，而余氯呈下降趨勢(shì)。這表明余氯在管道中還繼續(xù)與有機(jī)物反應(yīng)，產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物。圖16為可生物降解有機(jī)物隨管道距離的變化，同樣表明與消毒副產(chǎn)物相似的變化情況。
　　
圖15 消毒副產(chǎn)物和余氯隨管道長(zhǎng)度的變化
　　
　　圖16 可生物降解有機(jī)物隨管道長(zhǎng)度的變化
　　5.3 處理效果
　　圖17為蘇州兩個(gè)小區(qū)（A小區(qū)和B小區(qū)）二次供水超濾工藝去除消毒副產(chǎn)物的效果。B小區(qū)距離水廠遠(yuǎn)于A小區(qū)，因而管網(wǎng)水的消毒副產(chǎn)物含量高于A小區(qū)。A小區(qū)去除三氯甲烷，二氯一溴甲烷，一溴二氯甲烷和三溴甲烷的效果分別為8%，22.2%，34.6%和45.2%，B小區(qū)分別為34%，58.2%，52.4%和61.4%。三鹵甲烷的去除率分別為A小區(qū)的31.16%和B小區(qū)的64.54%。
　　
　　圖17 示范工程去除消毒副產(chǎn)物的效果
　　圖18為示范工程去除濁度和TOC的效果。濁度的去除效果最為顯著，分別為A小區(qū)的42.6%和49.2%，對(duì)TOC也有一定的去除效果，分別為A小區(qū)的11.8%和10.6%。
　　
　　圖18 示范工程去除各種污染物的效果
　　5.4 紫外消毒效果
　　對(duì)于二次供水處理，為了保障居民水龍頭的飲水安全，采用紫外消毒。圖19為紫外消毒的效果。對(duì)于有否紫外消毒，整個(gè)流程均未檢出細(xì)菌和微生物。由圖19可見(jiàn)，當(dāng)未開(kāi)啟紫外僅有余氯時(shí)，從市政進(jìn)水到居民龍頭，余氯持續(xù)下降；TOC經(jīng)膜過(guò)濾后呈略增加趨勢(shì)，三鹵甲烷也呈相似的情況。當(dāng)開(kāi)啟紫外時(shí)，經(jīng)過(guò)水箱的TOC增加，但經(jīng)紫外后明顯下降。同時(shí)的余氯也明顯下降。三鹵甲烷在僅有余氯消毒時(shí)，水箱出水呈上升趨勢(shì)；當(dāng)開(kāi)啟紫外時(shí)，水箱出水的三鹵甲烷下降。由此可見(jiàn)，紫外可有效去除TOC和抑制消毒副產(chǎn)物的增加。這是由于紫外和余氯的結(jié)合，產(chǎn)生高級(jí)氧化效果，增加了氫氧自由基，從而強(qiáng)化了有機(jī)物的去除。在二次供水中，紫外消毒可降低居民水龍頭的有機(jī)物和消毒副產(chǎn)物，從而進(jìn)一步保障居民的飲水安全。
　　
圖19 紫外的消毒效果
　　二次供水的水質(zhì)如表4所示，出廠水經(jīng)過(guò)管網(wǎng)，濁度和消毒副產(chǎn)物有所上升，而有機(jī)物和鋁有所下降，經(jīng)超濾處理后，所有的水質(zhì)指標(biāo)都下降，居民水龍頭的水質(zhì)均優(yōu)于出廠水。
　　表4 二次供水的水質(zhì)
　　
　　6 高品質(zhì)水的分質(zhì)供水模式
　　分質(zhì)供水是指飲用和其他用途的用水采用不同的水質(zhì)，后者直接使用市政供水，而前者需要進(jìn)一步處理。圖20為蘇州某學(xué)校的分質(zhì)供水處理工藝流程，為砂濾-活性炭-超濾-納濾-紫外消毒。砂濾去除濁度，有利于后續(xù)的活性炭吸附，活性炭去除余氯，為避免納濾的氧化，超濾為納濾的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。
　　
圖20 蘇州某學(xué)校高品質(zhì)水處理工藝
　　將表5與表4進(jìn)行比較，可見(jiàn)分質(zhì)水明顯優(yōu)于二次供水，這是由于分質(zhì)水采用了納濾膜的緣故。但是，納濾的工藝較為復(fù)雜，要有超濾和活性炭等作為預(yù)處理，以保證納濾膜的穩(wěn)定運(yùn)行。
　　表5 分質(zhì)水的水質(zhì)

　　7 結(jié)論
　　蘇州市的供水水廠已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)了臭氧生物活性炭的深度工藝，出廠水水質(zhì)達(dá)到了高品質(zhì)飲用水。但是，出廠水經(jīng)過(guò)管網(wǎng)后，受管材、水齡、腐蝕結(jié)垢等的因素，導(dǎo)致水質(zhì)變化，主要是濁度，消毒副產(chǎn)物的增加以及余氯的下降。改造管網(wǎng)，更換管材，以維持水質(zhì)，由于投資巨大，并不適宜。因此，蘇州要實(shí)現(xiàn)居民水龍頭的高品質(zhì)飲用水的目標(biāo)，宜采用二次供水保持水質(zhì)模式。蘇州的“十三五”示范工程的實(shí)踐表明，應(yīng)用超濾處理來(lái)保持和提升水質(zhì)，可有效保證居民水龍頭的高品質(zhì)飲用水，且投資和制水費(fèi)用較低。分質(zhì)水模式雖然水質(zhì)更加優(yōu)異，但采用納濾膜，工藝復(fù)雜，水的回收率低，更適用于高檔的商務(wù)樓和學(xué)校等的直飲水供應(yīng)。
來(lái)源：給水排水