中国饮用水的水质问题

中国饮用水的水质问题清华大学环境科学与工程系王占生一、我国河流湖泊的污染状况与主要污染指标我国1999年环境状况公报在总结一年中取得的成绩后指出：“据环境监测结果统计，全国环境形势仍然严峻，各项污染排放总量很大，污染程度仍处于相当高的水平，一些地区环境质量仍在恶化，相当多的城市水、气、声、土壤环境污染仍较严重……。”关于水外境况列出：“中国主要河流有机污染普遍，面源污染日益突出，辽河、海河污染严重，淮河水质较差，黄河水质不容乐观，松花江水质尚可，珠江、长江水质总体良好。主要湖泊富营养严重。…流经城市的河段普遍受到污染。”公报指出：黄河、珠江、松花江、淮河、辽河主要污染指标为高锰酸盐指数、氨氮、生化需氧量…。城市河段普遍受到污染。各城市典型水域仍以氨氮和有机污染为主。大型淡水湖泊：太湖、滇池、巢湖等主要污染指标为总磷、总氮、高锰酸盐指数。从公报可以看出，我国水环境污染以有机污染为主，主要污染指标为高锰酸盐指数，氨氮…等。二、饮用水中有机物污染与肠道疾病根据卫生部中国预防医学科学院环境卫生监测所于1985～1988年对全国2074个县进行调查(统计时以耗氧量，即高锰酸盐指数，作为有机物综合性指标，以3mg/L作为卫生标准)耗氧量超标率13.3％(其中自来水完全处理的超标12.3％，部分处理的超标6.65％,人力提水超16.7％)。根据35个大城市从1985～1994年资料，供水的耗氧量合格率为77％，即有23％不合格。近年来水污染加重，耗氧量超标将有增无减。统计分析结果表明消化道疾病(包括肝癌)与耗氧量明显地成正相关。饮用水中耗氧量高说明有机物量较多，有机物多在水净化过程中加氯消毒后，消毒副产物增多使水的致突活性增强，对人体健康有长远的影响。有机物对人体的危害，往往是滞后的，一般发现得病，在人体上反映要达20～30年。现在没发现的，不等于今后就不发生。因此要重视、要研究有机物对人体健康影响。三、生活饮用水水质标准的修订，增加有机物综合性指标1.水污染防治法规定设立生活饮用水水源保护区1996年5月15日国家主席江泽民以主席令公布了修订后的中华人民共和国水污染防治法。水污染防治法第20条中规定“省级以上人民政府可以依法划定生活饮用水地表水源保护区。生活饮用水地表水源保护区分为一级保护区和其他等级保护区。在生活饮用水地表水源取水口附近可以划定一定的水域和陆域为一级保护区。在生活饮用水地表水源一级保护区外可以划定一定的水域和陆域为其他等级保护区。各级保护区应当有明确的地理界线。对生活饮用水水源保护的具体办法见国务院规定。”2.水污染防治法实施细则规定了生活饮用水水源保护区的水质2000年3月20日国务院总理以中华人民共和国国务院令发布了“中华人民共和国水污染防治法实施细则”。细则第21条对防止地表水污染明确规定：生活饮用水地表水源一级保护区内的水质适用国家“地表水环境质量标准”II类标准，二级保护区内的水质适用国家“地表水环境质量标准”III类标准。3.生活饮用水中有机污染指标的选择由国家环境保护总局发布的2000年1月1日实施的修订后的“地表水环境质量标准”中II类水域水质中有关有机物综合性指标标准值有：化学需氧量(CODCr)15mg/L，生化需氧量(BOD5)3mg/L与高锰酸盐指数4mg/L。这三项指标中CODCr值在小于100mg/L时测定较困难，十分准确；BOD5一般自来水部门不进行测定，而且数值小时也不易测准；惟有耗氧量CODMn、(也即高锰酸盐指数)容易测定，可操作性强，并且在给水部门已经公认用作水源水质的判别。耗氧量作为生活饮用水的一个水质项目，它不是一个具体的物质，也没有对人体健康有危害的具体数据。发达国家不采用耗氧量作水质指标，因为他们可以测出水中具体的各种有毒有害有机物的量。他们中有用TOC(总有机碳)作水质指标，但无具体数值，只规定TOC不得有大的变动。作为有机物的综合性指标，大家认为TOC是最好的指标，但TOC值需由TOC仪测得，TOC仪价格昂贵，不是所有大城市都有，制水部门就更少了。将CODMn作为暂时性的水质指标，因其测定所用设备简单，分析测定方便，不需复杂的技术，一般水厂分析人员都可测定，所以是最适宜的。四、生活饮用水中有机物综合性指标耗氧量限值的讨论按照国家水污染防治法规定：集中供水取水口处水域的水质应为地表水环境质量Ⅱ类，也即耗氧量为4mg/L。水源水的耗氧量为4mg/L,经过给水常规处理工艺(混凝沉淀——过滤——消毒)，CODMn可以有20～30％去除率，因此生活饮用水的耗氧量定为3mg/L（报批稿），考虑到有些城市水源受到污染较严重又无新的好水源，标准中留有余地，即“特殊情况下不超过5mg/L,”注明特殊情况包括水源限制等情况。修订的生活饮用水水质标准中增加耗氧量作为水质指标是结合我国国情，全面提高市政水水质、改善居民饮用水质量的一个重要措施，是这次水质标准修改的重要进展。在规定的常规检验项目中还增加了铝(0.2mg/L)、粪大肠菌群(每100mL水样中不得检出)。另一个重要修改是将浊度由3NTU改成lNTU，也留有余地，即特殊情况下不超过5NTU。还有将镉由0.01mg/L改成0.005mg/L、铅由0.05mg/L改为0.01mg/L、四氯化碳由0.03mg/L改为0.002mg/L。在非常规检验项目中增加了有关的农药、除草剂、微囊藻毒素—LR，消毒副产物：三卤甲烷、卤乙酸、亚氯酸盐、一氯胺等与其它有毒有害有机物。在水源选择时还要对常规与非常规检验项目外32项有害物质进行测定。修改后的水质标准应该认为比之85年颁布的老标准有很大提高，为与国际水质标准接轨迈出一大步。对于给水工作者，除全面达到生活饮用水水质标准，其中最主要的是浊度与耗氧量两个指标。浊度要达到lNTU要比3NTU困难得多。即使出厂水在lNTU以下，进了管网后也有可能受管中腐蚀、沉积的锈垢影响而超过1NTU。耗氧量控3mg/L来控制出厂水、管网水，只要水源水质正常，是能达到的，但对水源水质达不到4mg/L时，要通过常规净化工艺去除30～40％是困难的，但可按特殊情况不超过5mg/L来对待。Ⅲ类水域水质耗氧量现已放宽到8mg/L，如通过常规工艺处理到5mg/L，也较困难，可以采取一些强化措施(如强化混凝、强化过滤)争取去除40％，那样也可达到5mg/L。总之增加耗氧量指标、提高浊度标准将给制水行业带来压力，但能满足居民需求，因控制了耗氧量，控制了水中有机物总量，感官性指标色、臭、味将有很大改善。五、生活饮用水水质标准的修订对给水工作者既是压力，又是动力与机遇。对于给水界，由于提高了水质标准的要求，无疑增加了负担，加重了责任，但也应看到水质标准的提高给给水界同行提供了改善水质，采用先进净水技术的的机遇，正是大干事业的时候。1.水质标准的修订不应牵就现状而应改造现状对一些水网地区(江苏、浙江一带，珠江三角洲一带地区)水源受污染较严重，市政供水要达到耗氧量3mg/L标准是有难度。水质标准的制定是要使居民饮用和生活用水的水质确保终身饮用安全。应该向前看并逐步向国际接轨，当然水质标准修订也应根据国情一步一步走，要考虑实施的可能性。目前矛盾较大的地区也是前段时间经济发展比较快的地区，这些地区的居民为该地区的经济发展做出了贡献，该地区政府应该也能够拿出资金来改善居民的生活饮用水水质。2.给水同行应突破思想禁锢，迎困难而上，为改善居民水质做出贡献水源受较重污染的水厂要达到新订的水质标准就要突破现有的净化工艺。常规工艺，也是传统工艺己使用了100多年。当时的水源水质与现在的水源水质相比，相差太远。过去只需要控制感官性指标浊度与微生物指标余氯就可供饮用，而社会发展到现在，人工合成有机物日益增多，对人类的危害还不十分清楚(目前热点是内分泌干扰物质的分析与控制)，原有的净化工艺己不适应发展了的现状，但是为什么迄今为止我们的常规工艺却对付着日益恶化了的水源水质，而水厂出厂水却是达到国家生活饮用水水质标准的，这不能不归于现有的国家水质标准的落后了。1985年修订以来水质标准15年未变，而国民经济翻了两番，水源水质已经后退了一类或两类了。我国水环境的主要污染是有机污染，可现行标准中正好缺少有机物综合性指标。中国预防医学科学院徐风丹教授进行的上海黄浦江原水春理学Ames致实活性的测定，结果显示，随黄浦江而下(由上游至下游)致突活性逐步增强并且与消化道癌症成正相关。根据建设部测定浊度、余氯、细菌总数、总大肠菌群4项合格之超过98％。这4项标准主要是微生物指标，可保证居民不发生水致传染病，但却回逐了有机构污染问题，有机物多了必然引起色、臭、味感官性能的问题，水的口感变差，居民是最直接感受到的。如果我们一再强调自来水水质是达标的，而居民却认为自来水水质不好，那么不应该要居民适应我们陈旧的水质标准，应该由我们提高水质去适应居民的要求。3.水质要求高了要增加净化费用，居民能否承受常规工艺要达到高要求的水质是不够的，必须要增加深度处理，采用活性炭技术来吸附有机物提高水质，经估算只要增加0.15元/m3，如采用臭氧—活性炭技术则需要0.2元/m3，居民多花0.2元/m3，喝上好水，用上好水，一户每月多花2～10元是可以承受的。水价必须按市场经济原则，优质优价，应开放水价。水价政谈不落实，很难调动制水行业的积极性。4.工业用水量占城市供水量的比例大，水价提高了，企业能否承受要提高水质，水价要调整，对一些与生活饮用水水质相同的企业，愿意多花一些钱用好水，如饮料、食品等行业。水价调整到一些工业企业认为受不了时，那么工业企业节水才有希望，才能认真地搞节水，使水尽其用，避免浪费。我们不能以低廉的水价去适应工业对水的浪费，而应让工业企业通过节水来适应提高后的水价。六、常规净水工艺的改造净水厂的改造有以下几种方法：1.增加深度处理构筑物，如活性次吸附技术；2.增加预处理构筑物，如生物预处理(接触氧化池或生物滤池)；3.不增加常规工艺前、后的净化构筑构，在现有工艺上改造，如强化混凝、强化过滤、优化消毒；4.综合采用前面几种技术。活性炭吸附技术最能有效的去除水中的有机物，并且可使致突活性从阳性转为阴性，将是今后净水厂首先应考虑增加的深度处理技术，是今后的方向。但每1m3/d的投资将在80—100元，运转费将增加0.15元/m3左右。从目前来看，有些地区还难以实现。生物预处理技术对氨氮、亚硝酸盐氮有很好的去除(80～95％)，对铁、锰有相当效果，对有机物(15～20％)有一定效果；对色、昧也有一定效果，还能减少药剂投加量。运转费便宜，需增加0.09元/m3,但基建面积较大，投资高，单位水量在100—120元左右。最经济可行的是在现有工艺基础上进行改造。采取强化混凝与强化过滤的办法，不增加构筑物，因此改造费用单位水量(m3/d)投资只需20～25元。运转费用增加0.03～0.05元/m3。氨氮及亚硝酸盐氮的去除效率约80％，有机物CODMn15％～20％。1.强化混凝可以有以下几种方法：1)多投混凝剂使有机物的水化壳压缩，水解的阳离子与有机物阴离子电中和消除由于有机构对天机胶体的影响，从而使无机肢体脱稳。2)投加絮凝剂，增加吸附、架桥作用，使有机物易被絮体粘附而下沉；3)投加氧化剂，使有机物被氧化。4)调整混合与絮凝反应的时间，使药剂充分发挥作用，即从水力条件上改进。5)调整PH，一般有机物多时，pH5～6效果好。6)根据我们试验研究结果，以投加絮凝剂，改善水力条件共同进行能取得好的效果，且经济可行。2.强化过滤滤池主要功能是发挥滤料与脱稳颗粒的接触凝聚作用而去除浊度、细菌。如果滤料洗涤不干净，滤料表面就会积泥，当预加氯时抑制了滤料中生物的生长，因此滤料层没有或较少生物降解作用。如果不预加氯，滤料层中就会有生物作用，滤池出水中氨氮有所降低，亚硝酸盐氮增加就是具有亚硝酸盐菌的结果。强化过滤就是让滤料既能去浊，又能降解有机物，降解氨氮、亚硝酸盐氢。这样，就需要在滤料中培养生物膜，要既有亚硝酸盐菌，又要有硝酸盐菌使氨氮、亚硝酸盐氮都得到有效去除。技术的难点是：1)选择滤料(有利于细菌生长