楊福才

一、 氯仿仍然是當前國內外凈水處理上應用最廣的消毒劑

　　自來水使用氯劑消毒自1908年以來，至今已近100年的歷史了，當前仍以應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、殺藻及強有力的氧化作用，且還有操作方便、價格便宜的優點。但隨著工業的發展及人們生活的提高，使自來水水源中含有的腐殖質、藻類、化學有機物、工業廢水與生活污水污染物等日益增多，這些物質有多種是有毒的。用氯劑消毒后的自來水，幾乎不能將上述物質全部除掉，達到飲用水的需求，且氯劑還與這些物質的一部分化合，產生副產物，當前國內外已檢出多種，其中有代表性的三鹵甲烷(THM)據認為是致癌物，它們一般都以THM的檢出多寡為水中含毒物指標。為了使自來水水質良好，除了盡量減少原水中的有機物等以外，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物，實際上都多多少少含有毒性。二氧化氯副產物亞氯酸鹽與氯酸鹽、臭氧與活性炭結合產生內毒素，臭氧單獨使用也有含毒性的副產物。氧胺據報告副產物也有毒，就是紫外線也有少量危害人們健康的副產物產生。當然上述的副產物絕大多數在自來水中含量極少，據很多報導不會對人體有害，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有所補益，但有的有害有機物還會留在水中，認為也不能全部解決問題。而氯劑消毒產生的THM，如果控制在規定范圍內（我國規定為60μg/L，美國規定100μg/L，其它各國規定基本都在100μg/L范圍以內），還是允許飲用的，目前公認對人體無害。最近給水界提出物理處理方法——膜過濾，認為可將有機物幾乎全部除掉，且簡化或全部取消常規處理工藝。但此種方式正在試用階段，最關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，然而深度處理造價也不低），操作復雜，膜的使用壽命短（一般5－7年），且目前只限于1－2萬m3規模的水廠應用。現在用此種方式來達到不用消毒，以去除有機物，使水中不含有THM的目的。在國外尤其在國內如果可能的話，也需要等待一個很長時期（將來可能在發展瓶裝水中可以考慮）。為此，在現今情況下，國內外自來水中消毒大多數還是使用氯劑。在使用當中，當然應首先選取適宜水源，使原水有機物等盡量減少，更重要的是應在水處理當中，努力減低THM含量，使達到規定要求以內（國內采用煮沸方法，使飲用更增加安全系數，國外最近也提出應用此種方法）。目前國外已有日、美等許多水廠在生產實踐上，采用濾前加氯措施以減少THM，取得很大成效。國內天津、上海也開始進行此種研究，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處理預加氯（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，不必要添設新設備及進行深度凈化處理。
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，有著豐富的經驗。該市水廠在全年生產時期中曾做過許多檢測。其中一例為一處理系統用預加氯，二處理系統用濾前加氯，原水THMFP（三鹵甲烷生成潛能）為30.1μg/L，經常規處理后，于一、二系統清水池中各取樣靜置24小時檢測，一系統清水池THM平均為32.5μg/L，二系統清水池為24.1μg/L，兩者相比，濾前加氯比預加氯的THM減低率為24%。再一例為二系統本身由預加氯轉為濾前加氯，采取同樣辦法取樣檢查相比，則濾前加氯比預加率減低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%，國內天津塘沽水廠做了大量的試驗工作，得出濾前加氯比預加氯減低率為50%（天津試驗，預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，當原水為海水時，由于海水有溴離子關系，濾前加氯比預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加氯減低約20－40%。日本橫浜市水廠－系統用預加氯，二系統用濾前加氯，二系統比一系統氯劑投加減低了32%。一、二系統都用濾前加濾比一、二系統都用預加氯相比，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量比預加氯多，低水溫時則不大顯著。例如在橫浜市水廠生產數據中，高水溫中，一系統用濾前加氯，二系統用預加氯，都是于濾出水靜置24小時后取樣檢測。一例是，一系統檢測THM為21.4μg/L，原水THMFP為26.6μg/L，與THMFP相比為0.81，二系統檢測THM為40.4μg/L，原水THMFP為32.0μg/L，與THMFP相比為1.25，則一系統與二系統相比減低率為(1.25－0.81)/1.25=35%。再一例是，在低水溫時，采取同樣檢測方法，一系統預加氯為29.7μg/L，原水THMFP為32.3μg/L，與THMFP相比為0.92，二系統濾前加氯為19.0μg/L，原水THMFP為21.3μg/L，與THMFP相比為0.9。則濾前加氯與預加氯比較為(0.92－0.90)/0.92=2%。還有比此數字還低的例子。因此看來，在高水溫時用濾前加氯相當優越，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隨反應時間的增長加大
　　濾前加氯后，反應時間的長短對THM減低率影響很大。一般氯劑投加后反應持續進行，濾出水中的THM也在逐步增長，反應時間越長THM越大，因此濾前加氯減低效果越小。但反應時間過長，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。此種反應在該市管網中仍繼續進行，THM也在增加，如在該市管網中途的峰配水池的THM和廠內清水池中的THM相比，平均增長比例為1.23，管網中途朝比柰配水池和廠內清水池的THM相比，平均增長比例為1.76倍。甚至需要經過兩日才能由水廠送水到達管網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管網（配水池，給水栓）內的THM仍持續增長，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，應當說更為合理。
3、凈水設備積泥等加增水中有機物含量對去除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，前者比原水有機物種類增多115%，總量增加547%，而后者有機物種類比原水減少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、抑制藻類在凈水設備內的叢生
　　使用濾前加氯代替預加氯，凈水設備內會多沉淀，澄清設備內會有叢生藻類復蓋著表面，致使濾池發生堵塞，設備出現霉嗅并不利于景觀。采用濾前加氯比之預加氯，用常規處理除去藻類效果要減少20－30%。為了防止藻類繁殖，在這類情況發生時應增加預加氯處理，連續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，認為有90%以上遮光設施，可充分抑制藻類生長。池內有99%以上遮光設施，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，應當考慮在藻類叢生的時期，適當使用預加氯方法。
5、濾前加氯結合常規處理對去除有機物、降低THM更為有利
　　天津水廠曾采用不加氯，使用常規處理降低濁度實驗，可有效地去除水中有機物。天津水源灤河水中有機物約有80%吸附在水中顆粒表面上，20%溶于水中。下表為實驗結果。從下表看出，通過常規處理將水中濁度由12度降到2.5度，除去顆粒>20μm及10－20μm范圍內的重量，占總重量的87.5%，除去有機物占全部有機物的29.3%。由2.5度降至1.5度，除去顆粒5－10μm范圍內的重量，占總重量的7.6%，除去有機物占全部有機物的32.4%。由1.5度降至0.5度，除去顆粒2－5μm范圍內的重量，占總重量的3.8%，除去有機物占全部有機物的17.6%。小于或等于0.5度的水，有機物占全部有機物的20.7%。如果濁度再降低，還能有一部分有機物去除。當前西方國家濾后水可能降低到0.1度，甚至更低。我國先進水廠濾后水也能夠達到0.5度，因此降低濁度的處理方法，會使有機物能以大幅度去降，THM含量也會隨之下降。如果不用預加氯方法，而采用濾前加氯措施，結合對常規處理加以嚴格要求，會更有利于去除有機物，降低水中THM的含量。

　　本文曾經沈大年先生審閱，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：降低飲用水中有機物含量和衛生學評價的研究　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：日本水道協會雜志　1993-9
　　7、消毒副產物的評價：日本水道協會雜志　1993-5
　　8、Comparation study of disinfectant for water supply:1995年20屆國際給水會議技術論文集
　　9、翟硯章、劉萬福譯：膜過濾和常規處理的費用估算　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計、建造和運行經驗　天津市自來水公司科技情報站　1997年1月

天津市自來水集團有限公司科技情報站
1997年7月