日本深度净水处理的现在和未来

杨福才

　　当前，由于世界上工业发达，人民生活水平提高，所处理的饮用水受到工业废水和生活污水的污染，以致于饮用水按常规处理方法处理后水的水质达不到严格水质标准要求。先进国家都引进了深度净水处理设施解决。我国也面临着此问题，许多城市尤其是大城市，进行水处理的原水，基本上都受到污染，常规处理对很多有害微生物、化学物质都不能彻底除去，不得不采取措施，以达到饮用水水质标准。日本提出深度净水处理一些办法，并提出需解决的课题，现予以介绍，供我国给水工作者参考。

　　问题的提出

　　日本于1960年后半期积极推行供水普及率，于1998年全国到达96％的高普及率。日本在普及供水率期间建设了一些水库等水源设施，使供做原水的河水量占总供水量的比例逐次降低。到了今天，河水量已与湖泊、水库等贮水量成为几乎相等比例的局面。日本处于浮游生物生长迅速的温带地域，受到这些贮水区域浮游生物繁殖造成的异嗅味和有机物的影响，但还不得不加以使用。
　　另外，由于供水普及率的提高，工业废水和生活污水排放量随之增加。结果由于上述原因，使得供应原水的水质显然降低。日本国土厅对日本国民的接受程度进行了调查。结果是，用户直接从水龙头取水饮用的占约52％，煮沸自来水饮用的占约21％，饮用市售矿泉水的占约15％。
　　当前，日本国民从饮用自来水味道不适、饮用安全性差、有着嗅味等理由，助长着不将自来水作为饮用水观点的倾向，这种倾向有损于用户对自来水的继续使用。
　　引发日本国民对自来水不信赖兆头，是由于在日本全国频发藻类引起的异嗅味危害、三卤甲烷消毒副产物和微量化农药等化学物质的存在危害，这种状况到1980年更为明显。日本当局根据这种情况，在修改水道法中的饮用水水质标准的过程中，对存在水中的有害物质进行全面调查，评价这些有害物质对人体健康影响，以在全国等级风险水质标准的评价和管理上，规定必须的标准项目、规定监视风险的监视项目、及规定饮用美观自来水的目标项目。
　　修定的水质标准与原规定的26项水质标准不同。当前管理水质目标要求的水平，不是仅仅达到标准项目，还要按照自来水事业者根据本身存在的水质问题进行改善意图，积极引进实用的深度净水措施。这样做，就可能使自来水用户转变不使用自来水的念头。给水事业者也达到了所期望的具有优质、安全的饮用水目标。但是，琦玉县越生地区则是以消除隐孢子虫感染病症为契机，努力做到清除感染微生物和使用消毒副产物的作用两者平衡。或者谋求以兼容性方法解决。这样做，使净水处理加以更加困难。

　　因时、因地制宜

　　深度净水处理有种种方式，有一些净水处理设施经费受国家补助。在1997年内受国家补助的净水处理设施在全国有75处。总处理能力达到1050万m3/d。
　　日本深度净水处理的净水设施处理能力在5万m3/d以下规模的特别多，约为43处，其中采用全部或部分活性炭处理的占大多数有35处，全部处理能力约为200万m3/d。以往这些设施使用的粉末活性炭都投加干净水设施前或净水设施中部。一般运行情况很少投加粉末活性炭，多在水中发生异嗅及夏季三卤甲烷浓度高时投加。小规模自来水公司采用此种设施，能以最低成本取得最高处理效果。
　　最近日本于湖泊、水库采用先进的空气扬水筒设施处理，全国现已有8处湖泊、水库应用，总处理水量35万m3/d。这种扬水筒是一种在筒上端置浮室，筒中下端置有进水和进空气的装置。扬水筒垂直放到水中，由筒的底端一处进水，并由筒底的另一处进入压缩空气曝气，空气与底部进入的水混合，上升到顶端，以达到去除目的。扬水筒一般直径为0.3～0.5m，大的湖泊、水库可以用到1～2m，垂直长度1～30m。一般湖泊、水库的水深10m以上效果最好，5～10m可以使用，5m以下效果差些。
　　小规模净水设施多以地下水为水源，为了处理地下水中的三氯乙烯和挥发性有机物，采用脱色处理的6处，总处理水量有9万m3/d。对非人为污染来自地质的砷元素都进行深度处理。此外，生物处理和附加活性炭的生物处理等，可使消耗氯的氨氮降低，并可使危害的异嗅味和三卤甲烷尽可能减少。小规模水厂多用不受人为影响的地下水水源，及采用受惠于上中游的比较优质的河水水源。然而，小规模水厂遇有其所采用的原水水质变恶时，也多数引入深度净水处理，以改善净水水质。但是小规模水厂因受到人力和财力资源的缺乏影响，也采用另外途径，一般是与水源所在地区当局协商，以取得该水源地域免受污染的安全协议解决。
　　净水能力超过25万m3/d大规模设施，采用组合生物处理——臭氧——生物活性炭处理和臭氧——生物活性炭处理等两种方式以上的深度净水处理程序中的深度技术的必要方式。大规模净水设施由于多位于河流的中下游，受到人为的异嗅味污染，或受到限定三卤甲烷等水质标准项目以外的种种化学物质的影响。由于此种水源，引用臭氧氧化处理和臭氧活性炭吸附分离与生物处理等的连续性深度净水处理方式，以能保持经常供应优质、安全的饮用水，具有非常大的意义。
　　深度净水处理的设置，主要是为了降低危害异嗅味和去除三卤甲烷等化学物质。日本琦玉县越生地区即以该地区发生的隐孢子虫感染症为契机，对隐孢子虫和贾第虫感染性微生物处理，设立深度净水处理装置，特别是由于隐孢子虫抗氯性强，必须对受发生原的家畜、家畜废弃物以及生活污水等影响的原水，在净水设施上采取切实的对策。
　　日本厚生省已经对防止隐孢子虫等出现订立了“暂定指针”的对策，要求快滤池的过滤后水浊度必须在0.1NTU以下，因此应切实执行凝聚、沉淀及过滤的操作程序。在原水浊度稳定、受有机性污水影响少的场合，不需要在凝聚、沉淀、快滤等操作上，再采用深度运转技术。但是，在隐孢子虫污染可能性高的场合，亦即在水源缺水，河流流量少情况下，受到上游畜立废水严重污染的场合，于降雨初期，地表和河床堆积物随水流流下，造成水源原水为高浊度时，则需要凝聚、沉淀、快滤操作之外，采用深度运转技术。
　　小规模净水厂因受人的资源制约，确保实施深度运转操作技术困难的场合，可采用膜过滤器。膜过滤器有深度净水能力，是快砂滤池速率的100～1000倍，维护操作容易，采用自动化管理可能性大，产水水质良好、稳定，风险也比常规处理设施小。因此，小规模水厂设施以膜过滤为主的简易处理设施是良好办法。现全日本采用膜过滤法的约185家，总净水能力约8.2万m3/d。500m3/d以下的小规模水厂就有143家，占全国膜过滤水厂总数的77％。小规模水厂采用的膜过滤设施有应用于快滤池后部和快滤池冲洗排水方面的方式，这种方式使膜过滤发挥有效利用的特点，并使制水成本降到最低限度，特别是，在净水设施运转上，受到人资源制约的小规模水厂，是对付隐孢子虫的最好的对策。对付生长和再生的隐孢子虫感染病，是从日本到欧美各国面临的共同课题，当前欧美各国已经在大型水厂上采用膜过滤设施，日本大型水厂也开始逐渐采用膜过滤设施。

　　尚待解决的问题

　　深度净水处理是对付有害异嗅味和对付三氯甲烷等有害化学物质的对策，特别是着重对付以隐孢子虫等感染性微生物为对象的对策。日本70％的河水和湖泊、水库水中都存在着种种污染物质，随着供水量的提高，及贮存于湖泊、水库水水量的原水比例增加，使得水源受到原生生物影响也大加大。原生物不仅产生异嗅味有害物质，且产生三氯甲浣等氯消毒副产物的母体。因此，日本在饮用水水质管理上不可避免要重点研究此课题。
　　再者，由于位于河流上中游地区的城市，使用水量的增加和由于这些城市下水道建设的缓慢，生活污水得到了充分处理，畜产废弃水排水对策也没有充分执行，使得一些流量缺少河流的供水水源水质恶化；特别是受到农业使用的有关农药化学物质影响和受到来自粪尿感染性微生物影响的饮用水原水的城市，水源水质更受污染，因此必须增加供应优质、安全用水的深度给水处理设施。
　　对受着危害异嗅味和受着有害三氯甲烷等氯剂处理副产物等的大规模净水设施的多数对策是，应用臭氧-生物活性炭处理、用氯剂消毒灭活有害的隐孢子虫等感染性微生物。一般采用臭氧灭活比氯剂好，在技术上认为臭氧灭活是最先进的处理方法。但是使用臭氧活性炭处理，对水质管理上的所有问题还不能全部解决：三氯甲烷不能全部除去，三氯甲烷以外的卤乙酸、醛类等氧化氯形成的副产物也会在净水中残存，特别是在原水中还存在着溴，采用臭氧处理会生成溴酸盐。这些物质对人体健康影响的风险，在科学上要全面解释还不可能。因此，水质标准中所订的水质管理目标，要求水中不能存在这些物质。为此希望水厂应在其处理的可能范围内，努力提高管理技术，以减低这些物质。
　　日本在水道法上提出作为卫生要求的措施，规定在消火栓上采取的自来水，需保留一定数量以上的剩余消毒剂，并认定是自来水公司应尽的责任。欧洲各国变更了这种规定，认为管道上都能检出剩余消毒剂，不需要规定消火栓所取水中必须保留剩余消毒剂是自来水公司应尽的责任。消火栓所取水中，如果不需要留有剩余氯剂，而且少有三氯甲烷等氯剂处理副产物，而能以对水中感染性微生物消除的对策是，在供水设施上增设紫外线消毒。但是，由于输配水管网微生物会再生，且可在管网内生长生物膜等产生对管网危害，因此还需要增设深度净水设施，以减少生物有机碳浓度并将生物减低到10μg/L。氯剂的另外一种的二氧化氯为生成三氯甲烷等氯素副产物。能在水中消耗低的二氧化氯，替代氯剂和次氯酸盐做消毒剂使用。以同一目的使用氯氨作为消毒剂的也有，日本已对此问题加以探讨。现在在给水上，不仅在净水设施上已使用了微滤膜（MF）和超滤膜（UF），且为了减低微量农药、硬度硝酸性氮，也用了低压渗透膜（纳诺膜-NF）。荷兰阿姆斯特丹市近郊不久开始建设的净水量5万m3/d净水厂，已引入反渗透膜处理设施。
　　日本厚生省已进一步根据水道法规定设施要求，进行探讨新规定设施标准的性能标准或机能标准，提出按照当地实际情况，组合净水能力的供水原水特性等的种种处理程序，以达到满足要求的水量、水质目标。现在往往使用单一的定型净水设施，认为应当正确组合多单元的多样化净水设施。利用组合多单元净水设施的结果是，这种经过多样化程序取得更安全、水质良好饮用水的方式，会得到自来水事业者更易于理解和信赖，而采用结合不同地区各自特点，设置合乎要求的净水设施。希望厚生省、自来水事业者、民间企业和大学研究机构等供水界能合为一体，遵循《高效率净水技术开发研究》目标，实行多样化净水设施。
　　这一代国民应尽的责任是，要防止地球温暖化、要保护地球水资源、节约用水及确保合理的水循环。为此，要达到消耗低、水资源节约、能量减少，同时要确立供应优质、安全的饮用水净水技术。