日本的水质标准与水质评价指标

井翼¹，金兆丰²，黄建元³，董秉直²，M.Kang¹，H.Kim¹，田基之¹，佐藤裕子¹，真柄泰基¹
（1.日本北海道大学工学研究科，日本札幌060-8628；
2.同济大学环境科学与工程学院，上海200092；3.前工业株式会社，日本东京104-8351）

　　中图分类号：TU991.9
　　文献标识码：D
　　文章编号：1000-4602(2002)10-0090-03

　　日本于1953年制定了自来水水质标准，1993年对其进行了大规模的修改，1998年又进行了修订(增加了铀和亚硝酸盐氮两个监测项目)，1999年再增加了苯达松、卡巴呋喃等4种除草剂和二英监测项目。可以预计，在今后的水质标准中还会增加内分泌干扰物质等监测项目。
　　在给水水源中已知存在数千种的有机化学污染物，尽管目前可以采用GC/MS或LC/MS分析方法来检测这些物质，但在水厂实际运行中无法采用这样的检测手段来了解处理工艺对有机污染物质的去除效果，因此如果在水质标准中制定所有已知化学污染物标准则很难执行。生物检测是采用检测毒性的方法来对水中的数千种化学物质进行评价，因此近年来受到重视，但一次生物检测只能对同一类型的毒性进行检测而无法检测出所有的毒性，对于天然水的生物检测，由于共存物质的影响，常常会得出错误的结论。
　　由此可见，有必要寻找能够迅速而且经济地评价水中有害污染物的指标。

1　日本的水质标准

　　由于人们对自来水水质的要求越来越高以及微量分析技术(如GS/MS或ICP/MS)和动物试验、流行病学检测技术的进步，促使日本不断对水质标准进行大规模的修改。
　　新、旧水质标准的比较如表1所示。

表1　新、旧水质标准的比较 修改项目 新标准(1999年) 旧标准(1953年) 水质基准项目 46项 26项 项目分类 分为与健康有关的项目(29项)和自来水必须具有的性状项目(17项) 　 感官、监视项目 补充感官项目为13项，监视项目为28项 　 基准值
(mg/L) 铅 ＜0.05(2004年后为0.01以下) 0.1 砷 0.01 0.05 锰 0.05 0.3 阴离子表面活性剂 ＜0.2 ＜0.5

　　水质标准的修改会对给水处理产生如下影响：
　　①为了去除贾第虫和隐孢子虫等病原微生物，标准要求自来水的浊度＜0.1NTU。由于氯消毒很难杀灭贾第虫、隐孢子虫和病毒，因此采用膜处理和臭氧处理工艺的水厂数量会增加，若要选择较经济的处理手段，则可采用硅藻土预涂过滤或慢滤池；
　　②对于受农药、二英和苯等有机物污染的水源，可采用膜处理、臭氧处理或活性炭吸附工艺；
　　③对含有较高浓度的THM和卤代烃等消毒副产物的水源，可采用强化混凝处理工艺；
　　④对于含有砷等无机有毒物质的水源，可采用预氧化+强化混凝处理或膜处理工艺。
　　目前，新水质标准的监测指标已增加到87项。对挥发性有机物(如THM等消毒副产物)、弱挥发性有机物(如农药等)可采用GC/MS分析方法；对难挥发性有机物及热不稳定物质(如大部分的内分泌干扰物质)可采用LC/MS分析方法；对无机离子可采用离子色谱分析。
　　采用GC/MS和LC/MS分析手段时，必须对所要分析的水样进行萃取、浓缩和分离，故不可能应用于日常的水质监测。?

2　对不同污染物质的相应处理方法

　　 表2给出了对于水中不同的污染物质应采用的相应处理方法。

表2　对不同污染物质的相应处理方法 污染物质 处理方法 优点 缺点 病原微生物(贾第虫、病毒) MF、UF膜 占地面积小，可实现全自动运行 设备投资和运行费用较高 臭氧处理 可以去除内分泌干扰物质 设备投资和运行费用较高 慢速过滤 运行费用低，管理方便 占地面积大，不适合处理高浊度水 疏水性微量污染物 活性炭吸附 可以去除大部分疏水性微量污染物(溶解度＜4000mg/L) 设备投资和运行费用较高 内分泌干扰物质 活性炭吸附 氧化处理(氯、臭氧) 处理费用较活性炭低 会生成消毒副产物 部分金属类物质(铅、镉等) 混凝、沉淀、过滤 设备投资和运行费用低 需处理污泥且对运行管理有较高的要求 无机离子类 反渗透膜 对无机物、金属类和有机物质均可同时去除 设备投资和运行费用较高

　　将来的给水处理工艺应是由混凝、沉淀、过滤(包括膜处理)、氧化、吸附、生物处理和膜处理组成的组合工艺，对于不同水质的原水可采用不同的处理工艺。
　　①有机物污染型原水处理工艺：a.原水→混凝沉淀→砂过滤→臭氧→生物活性炭→砂过滤→氯消毒；b.原水→MF膜→NF膜→氯消毒。
　　②无机污染型原水处理工艺：a.原水→混凝沉淀→砂过滤→NF膜→氯消毒；b.原水→MF膜→NF膜→氯消毒。?

3　评价污染物质的替代指标

　　在给水处理中污染物质在多大程度上得到去除的指标，除了浊度和色度等可以简单测定的指标外，其余的指标只能数月测定一次，这就给平时的水质管理带来极大的不便。因此，需要寻找一种替代指标，它不仅大体上反映处理过程中多数污染物质的变化情况，而且测定时既迅速又经济。它需满足如下条件：
　　①指标的数值与污染物在混凝处理、活性炭吸附、膜处理等主要水处理中去除的程度呈相关关系，但去除量无需相同；
　　②测定迅速、连续、精度高且价格便宜。
　　经分析认为，UV₂₆₀测定值完全可满足上述条件。
　　图1为以烧杯试验和水厂混凝沉淀过滤的UV₂₆₀去除率来预测对砷去除率的结果，其中烧杯试验所使用的原水是由泥炭水配制而成的，5价砷的含量为(20～40)×10^-3mg/L。

　　图1表明，尽管原水中的UV₂₆₀不同，但均可从UV₂₆₀的去除率来预测对砷的去除效果。
　　日本40个水厂的混凝处理结果表明，当UV₂₆₀的去除率为60%～70%时，除了TeCDFs外(去除率约为58%)，对其他二英的去除率均可达80%以上。
　　图2显示了活性炭吸附塔出水中的有机物浓度和UV₂₆₀的相关关系。
　　由图2可知，UV₂₆₀比疏水性有机物先穿透滤层，因此可以从UV₂₆₀的穿透值来判断活性炭是否已失效。

　　用混凝处理很难满足锑的水质标准(2×10^-3mg/L)，因此可以选择NF膜来去除锑，且可采用连续测定的UV₂₆₀值来预测锑的去除效果，而无需采用昂贵的LC/ICP/MS进行测定(见图3)。

　　大部分内分泌干扰物质为芳香结构，混凝处理无法去除雌激素活性，而臭氧和氯氧化均可完全降解去除，因此可以用UV₂₆₀的去除率来预测对内分泌干扰物质的去除效果，这样就避免了花费大量时间和费用去进行生物检测。当对污染物的去除率为80%时所需的UV₂₆₀去除率见表3。
　　除了表3所示的污染物质外，其余用混凝、吸附工艺对污染物质的去除效果也可用UV₂₆₀去除率进行预测。由于曝气处理不能去除非挥发性的有机物，故无法用UV₂₆₀值来判断，但可用气相色谱进行测定。

表3　当污染物去除率为80%时的UV₂₆₀去除率 污染物质(去除率为80%) UV₂₆₀去除率(%) 砷 70(混凝处理，混凝剂为PACI) 二英 60(混凝处理，混凝剂为PACI) 内分泌干扰物 25(氧化处理，氧化剂为NaClO，氧化时间为24h，温度为20℃，余氯为1mg/L，pH值为7) 锑 95(NF膜处理，NTR-7279HF，NaCl截留率为93%) 疏水性有机物 80(活性炭吸附塔)

4　结语

　　水源污染，使水中污染物质的种类和数量都不断增加，因此需要寻找替代指标来反映多数有机物在处理过程中的去除情况，从而能有效控制出水水质，UV₂₆₀测定值可以满足替代指标所需的条件。通过研究表明，混凝、氯消毒、膜过滤以及活性炭吸附对砷、二英、内分泌干扰物质的去除效果均可通过UV₂₆₀去除率进行预测。

参考文献：

　　［1］Kamei T, Matsui Y, Wang YZ. Simple, quick and accurate surrogate water quality parameters for universal water quality management［A］. Proceedings of the Asia Pacific Conference on Sustainable Energy and Environmental Technology［C］.Singapore: World Scientific, 1996.
　　［2］Matsui Y, KameiT, Yuasa A,et al. Adsorption capacity of organic pesticides on granular activated carbon［J］. Water Supply, 1994, 14:31-41.

　　电　　话：(021)6515865365981522
　　收稿日期：2002-02-25