楊福才

　　當前，由于世界上工業發達，人民生活水平提高，所處理的飲用水受到工業廢水和生活污水的污染，以致于飲用水按常規處理方法處理后水的水質達不到嚴格水質標準要求。先進國家都引進了深度凈水處理設施解決。我國也面臨著此問題，許多城市尤其是大城市，進行水處理的原水，基本上都受到污染，常規處理對很多有害微生物、化學物質都不能徹底除去，不得不采取措施，以達到飲用水水質標準。日本提出深度凈水處理一些辦法，并提出需解決的課題，現予以介紹，供我國給水工作者參考。

　　問題的提出

　　日本于1960年后半期積極推行供水普及率，于1998年全國到達96％的高普及率。日本在普及供水率期間建設了一些水庫等水源設施，使供做原水的河水量占總供水量的比例逐次降低。到了今天，河水量已與湖泊、水庫等貯水量成為幾乎相等比例的局面。日本處于浮游生物生長迅速的溫帶地域，受到這些貯水區域浮游生物繁殖造成的異嗅味和有機物的影響，但還不得不加以使用。
　　另外，由于供水普及率的提高，工業廢水和生活污水排放量隨之增加。結果由于上述原因，使得供應原水的水質顯然降低。日本國土廳對日本國民的接受程度進行了調查。結果是，用戶直接從水龍頭取水飲用的占約52％，煮沸自來水飲用的占約21％，飲用市售礦泉水的占約15％。
　　當前，日本國民從飲用自來水味道不適、飲用安全性差、有著嗅味等理由，助長著不將自來水作為飲用水觀點的傾向，這種傾向有損于用戶對自來水的繼續使用。
　　引發日本國民對自來水不信賴兆頭，是由于在日本全國頻發藻類引起的異嗅味危害、三鹵甲烷消毒副產物和微量化農藥等化學物質的存在危害，這種狀況到1980年更為明顯。日本當局根據這種情況，在修改水道法中的飲用水水質標準的過程中，對存在水中的有害物質進行全面調查，評價這些有害物質對人體健康影響，以在全國等級風險水質標準的評價和管理上，規定必須的標準項目、規定監視風險的監視項目、及規定飲用美觀自來水的目標項目。
　　修定的水質標準與原規定的26項水質標準不同。當前管理水質目標要求的水平，不是僅僅達到標準項目，還要按照自來水事業者根據本身存在的水質問題進行改善意圖，積極引進實用的深度凈水措施。這樣做，就可能使自來水用戶轉變不使用自來水的念頭。給水事業者也達到了所期望的具有優質、安全的飲用水目標。但是，琦玉縣越生地區則是以消除隱孢子蟲感染病癥為契機，努力做到清除感染微生物和使用消毒副產物的作用兩者平衡。或者謀求以兼容性方法解決。這樣做，使凈水處理加以更加困難。

　　因時、因地制宜

　　深度凈水處理有種種方式，有一些凈水處理設施經費受國家補助。在1997年內受國家補助的凈水處理設施在全國有75處。總處理能力達到1050萬m3/d。
　　日本深度凈水處理的凈水設施處理能力在5萬m3/d以下規模的特別多，約為43處，其中采用全部或部分活性炭處理的占大多數有35處，全部處理能力約為200萬m3/d。以往這些設施使用的粉末活性炭都投加干凈水設施前或凈水設施中部。一般運行情況很少投加粉末活性炭，多在水中發生異嗅及夏季三鹵甲烷濃度高時投加。小規模自來水公司采用此種設施，能以最低成本取得最高處理效果。
　　最近日本于湖泊、水庫采用先進的空氣揚水筒設施處理，全國現已有8處湖泊、水庫應用，總處理水量35萬m3/d。這種揚水筒是一種在筒上端置浮室，筒中下端置有進水和進空氣的裝置。揚水筒垂直放到水中，由筒的底端一處進水，并由筒底的另一處進入壓縮空氣曝氣，空氣與底部進入的水混合，上升到頂端，以達到去除目的。揚水筒一般直徑為0.3～0.5m，大的湖泊、水庫可以用到1～2m，垂直長度1～30m。一般湖泊、水庫的水深10m以上效果最好，5～10m可以使用，5m以下效果差些。
　　小規模凈水設施多以地下水為水源，為了處理地下水中的三氯乙烯和揮發性有機物，采用脫色處理的6處，總處理水量有9萬m3/d。對非人為污染來自地質的砷元素都進行深度處理。此外，生物處理和附加活性炭的生物處理等，可使消耗氯的氨氮降低，并可使危害的異嗅味和三鹵甲烷盡可能減少。小規模水廠多用不受人為影響的地下水水源，及采用受惠于上中游的比較優質的河水水源。然而，小規模水廠遇有其所采用的原水水質變惡時，也多數引入深度凈水處理，以改善凈水水質。但是小規模水廠因受到人力和財力資源的缺乏影響，也采用另外途徑，一般是與水源所在地區當局協商，以取得該水源地域免受污染的安全協議解決。
　　凈水能力超過25萬m3/d大規模設施，采用組合生物處理——臭氧——生物活性炭處理和臭氧——生物活性炭處理等兩種方式以上的深度凈水處理程序中的深度技術的必要方式。大規模凈水設施由于多位于河流的中下游，受到人為的異嗅味污染，或受到限定三鹵甲烷等水質標準項目以外的種種化學物質的影響。由于此種水源，引用臭氧氧化處理和臭氧活性炭吸附分離與生物處理等的連續性深度凈水處理方式，以能保持經常供應優質、安全的飲用水，具有非常大的意義。
　　深度凈水處理的設置，主要是為了降低危害異嗅味和去除三鹵甲烷等化學物質。日本琦玉縣越生地區即以該地區發生的隱孢子蟲感染癥為契機，對隱孢子蟲和賈第蟲感染性微生物處理，設立深度凈水處理裝置，特別是由于隱孢子蟲抗氯性強，必須對受發生原的家畜、家畜廢棄物以及生活污水等影響的原水，在凈水設施上采取切實的對策。
　　日本厚生省已經對防止隱孢子蟲等出現訂立了“暫定指針”的對策，要求快濾池的過濾后水濁度必須在0.1NTU以下，因此應切實執行凝聚、沉淀及過濾的操作程序。在原水濁度穩定、受有機性污水影響少的場合，不需要在凝聚、沉淀、快濾等操作上，再采用深度運轉技術。但是，在隱孢子蟲污染可能性高的場合，亦即在水源缺水，河流流量少情況下，受到上游畜立廢水嚴重污染的場合，于降雨初期，地表和河床堆積物隨水流流下，造成水源原水為高濁度時，則需要凝聚、沉淀、快濾操作之外，采用深度運轉技術。
　　小規模凈水廠因受人的資源制約，確保實施深度運轉操作技術困難的場合，可采用膜過濾器。膜過濾器有深度凈水能力，是快砂濾池速率的100～1000倍，維護操作容易，采用自動化管理可能性大，產水水質良好、穩定，風險也比常規處理設施小。因此，小規模水廠設施以膜過濾為主的簡易處理設施是良好辦法。現全日本采用膜過濾法的約185家，總凈水能力約8.2萬m3/d。500m3/d以下的小規模水廠就有143家，占全國膜過濾水廠總數的77％。小規模水廠采用的膜過濾設施有應用于快濾池后部和快濾池沖洗排水方面的方式，這種方式使膜過濾發揮有效利用的特點，并使制水成本降到最低限度，特別是，在凈水設施運轉上，受到人資源制約的小規模水廠，是對付隱孢子蟲的最好的對策。對付生長和再生的隱孢子蟲感染病，是從日本到歐美各國面臨的共同課題，當前歐美各國已經在大型水廠上采用膜過濾設施，日本大型水廠也開始逐漸采用膜過濾設施。

　　尚待解決的問題

　　深度凈水處理是對付有害異嗅味和對付三氯甲烷等有害化學物質的對策，特別是著重對付以隱孢子蟲等感染性微生物為對象的對策。日本70％的河水和湖泊、水庫水中都存在著種種污染物質，隨著供水量的提高，及貯存于湖泊、水庫水水量的原水比例增加，使得水源受到原生生物影響也大加大。原生物不僅產生異嗅味有害物質，且產生三氯甲浣等氯消毒副產物的母體。因此，日本在飲用水水質管理上不可避免要重點研究此課題。
　　再者，由于位于河流上中游地區的城市，使用水量的增加和由于這些城市下水道建設的緩慢，生活污水得到了充分處理，畜產廢棄水排水對策也沒有充分執行，使得一些流量缺少河流的供水水源水質惡化；特別是受到農業使用的有關農藥化學物質影響和受到來自糞尿感染性微生物影響的飲用水原水的城市，水源水質更受污染，因此必須增加供應優質、安全用水的深度給水處理設施。
　　對受著危害異嗅味和受著有害三氯甲烷等氯劑處理副產物等的大規模凈水設施的多數對策是，應用臭氧-生物活性炭處理、用氯劑消毒滅活有害的隱孢子蟲等感染性微生物。一般采用臭氧滅活比氯劑好，在技術上認為臭氧滅活是最先進的處理方法。但是使用臭氧活性炭處理，對水質管理上的所有問題還不能全部解決：三氯甲烷不能全部除去，三氯甲烷以外的鹵乙酸、醛類等氧化氯形成的副產物也會在凈水中殘存，特別是在原水中還存在著溴，采用臭氧處理會生成溴酸鹽。這些物質對人體健康影響的風險，在科學上要全面解釋還不可能。因此，水質標準中所訂的水質管理目標，要求水中不能存在這些物質。為此希望水廠應在其處理的可能范圍內，努力提高管理技術，以減低這些物質。
　　日本在水道法上提出作為衛生要求的措施，規定在消火栓上采取的自來水，需保留一定數量以上的剩余消毒劑，并認定是自來水公司應盡的責任。歐洲各國變更了這種規定，認為管道上都能檢出剩余消毒劑，不需要規定消火栓所取水中必須保留剩余消毒劑是自來水公司應盡的責任。消火栓所取水中，如果不需要留有剩余氯劑，而且少有三氯甲烷等氯劑處理副產物，而能以對水中感染性微生物消除的對策是，在供水設施上增設紫外線消毒。但是，由于輸配水管網微生物會再生，且可在管網內生長生物膜等產生對管網危害，因此還需要增設深度凈水設施，以減少生物有機碳濃度并將生物減低到10μg/L。氯劑的另外一種的二氧化氯為生成三氯甲烷等氯素副產物。能在水中消耗低的二氧化氯，替代氯劑和次氯酸鹽做消毒劑使用。以同一目的使用氯氨作為消毒劑的也有，日本已對此問題加以探討。現在在給水上，不僅在凈水設施上已使用了微濾膜（MF）和超濾膜（UF），且為了減低微量農藥、硬度硝酸性氮，也用了低壓滲透膜（納諾膜-NF）。荷蘭阿姆斯特丹市近郊不久開始建設的凈水量5萬m3/d凈水廠，已引入反滲透膜處理設施。
　　日本厚生省已進一步根據水道法規定設施要求，進行探討新規定設施標準的性能標準或機能標準，提出按照當地實際情況，組合凈水能力的供水原水特性等的種種處理程序，以達到滿足要求的水量、水質目標。現在往往使用單一的定型凈水設施，認為應當正確組合多單元的多樣化凈水設施。利用組合多單元凈水設施的結果是，這種經過多樣化程序取得更安全、水質良好飲用水的方式，會得到自來水事業者更易于理解和信賴，而采用結合不同地區各自特點，設置合乎要求的凈水設施。希望厚生省、自來水事業者、民間企業和大學研究機構等供水界能合為一體，遵循《高效率凈水技術開發研究》目標，實行多樣化凈水設施。
　　這一代國民應盡的責任是，要防止地球溫暖化、要保護地球水資源、節約用水及確保合理的水循環。為此，要達到消耗低、水資源節約、能量減少，同時要確立供應優質、安全的飲用水凈水技術。