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技術論文

淺談安全飲用水保障技術與策略

來源:城鎮供水 發布時間:2016-11-05 15:38:33 點擊次數:
 
摘要:飲用水的質量可通過水源保護、控制水處理過程、管理和調控輸配水等綜合措施予以控制。本文將水質監測管理中能夠保障飲用水安全的一系列問題和實際生產相結合,做到保護公眾健康,達到安全飲用水的要求。
關鍵詞:水質   水處理   監督
水對于維持生命是不可或缺的,必須對所有人提供令人滿意(即充足、安全及容易得到)的飲用水。改進飲水安全可以給健康帶來切實的好處。應該采取一切措施盡可能確保飲用水的安全性。
一、   水源保護
從深層和有限的含水層抽取的地下水,通常在沒有直接污染的情況下,在微生物方面是安全的,且化學成分也比較穩定。然而,淺層的和非承壓含水層可能受到排放水或農業活動廢水的滲漏、污染(如病原體、硝酸鹽和農藥),受到當地污水(病原體和硝酸鹽)和工業廢水的污染。
隨著經濟迅速發展,許多城鎮的需水量也快速地增長,工業的發展帶來的江河湖泊水質的污染也愈來愈嚴重,以水庫水作為供水水源,由于水庫水一直處于緩慢地對流狀態,水體自凈速度遲緩,容易導致水質富營養化問題。水的流動性小和透明度高,給水中浮游生物特別是藻類的繁殖創造了良好條件。大量藻類和水生物死亡殘骸沉積湖底,使湖底淤泥中積有大量腐殖質,經風浪泛起,使水質惡化。水庫水主要由雨水補充,而雨水pH值僅為4—5之間,偏酸性,在降雨過程中帶進大氣中的氧氣、二氧化碳以及少量的其他氣體(如氮氣等),同時還夾帶了灰塵和細菌等雜質。水在降到地面之后的徑流過程中,由于水對土壤和地面腐殖質的沖刷和溶解作用,使水變渾濁、有色、有臭和味,并含有細菌和微生物以及各種礦物質等雜質。因此,水資源保護和水源保護是保證飲用水水質的第一道防線。
保護措施:
1.制訂和執行集水區管理計劃,包括可保護地表水和地下水水源的控制措施。
2.保證在制訂規章時包括對水資源的保護,避免潛在的污染活動,并加以強制執行。
3.提高社區成員的認識,意識到人的活動對水質的影響。
4.解決水庫水中的問題,采取對應措施。
加強水庫水水源及輸水渠道的衛生防護,在有條件的地區在輸水渠道旁開導流溝,對污水進行疏導,防止地表徑流流入渠內。特別是水廠取水口附近是十分必要的。定期對輸水渠道進出水水質進行監測,以指導水渠的清污和消毒。
利用水庫水中水質分層現象,在不同季節,不同條件下,改變取水口深度。如底部水體鐵、錳含量較高或溶解氧、pH值過低時,可取用表層水;而在表層藻類密度較高時,可取用底部水體。當上述考慮因素上下差別不大時,由水體的濁度來確定取水層。合理調整取水層,有助于降低制水成本,提高供水效率。
二、   水處理過程及輸配水系統的控制措施
1.水處理
在保護水源水之后,飲用水系統中防止污染的下一道防線是水處理過程。
(1)水質分析
以水庫作為水源水為例,多年水質檢測證實,原水中重金屬、氯仿、四氯化碳等水質指標基本處于微量或未檢出的范圍。但由于水受到污染后,不僅水的物理、化學性質有所改變,而且水中的生物組成和數量也發生變化,這些都會給水處理造成不便,現分析如下:
水的渾濁度受暴雨影響較大。由于暴雨給取水口帶來泥沙,同時輸水渠道中也流入濁度較高的地表徑流水,導致水的濁度增高。水庫水的表層和底部濁度經常出現交替現象,這主要是因為在溫度、陽光適宜的季節,表層藻類大量繁殖,導致其濁度大于底部;而藻類生長高峰期過后,藻類死亡沉降至底部水體,而底部水體由于水溫低密度較大,使藻類尸體懸浮在底部水體中,難以沉降至水庫底,導致底部水體濁度較高。
由于城市供水取水口是固定的,為保證水量穩定,一般取水口都要裝在水庫平均水位的中下部,取的水源水pH值一般明顯偏低。同時水的pH值明顯受降雨影響,在4—7月份降雨較多季節,pH值明顯降低。在9—12月份由于藻類大量死亡分解,產生的腐殖質沉降至水庫底部,導致pH值降低水庫水表層和底層pH值有較大差異。水庫水表層pH值較高,是因為表層中的藻類生長活躍,吸收大量碳源所致。在8月份高溫季節,由于過高水溫不適合優勢藻類生長,導致pH值差異不大。
水庫底層水中溶解氧由于被包括藻類及水生物死亡殘骸等有機物氧化分解所消耗而降低很多。當氧化作用進行得太快而水體并不能從空氣中吸收充足的氧來補充氧的消耗時,水中溶解氧不斷減少,甚至接近于零。在這種情況下,厭氧菌繁殖并活躍起來,有機物發生腐敗作用,使水產生臭氣。當溶解氧低于3—4mg∕L時,許多魚類已不能生存,此時水體已不能作生活飲用水水源。由于水庫底部水體中很低的溶解氧加快了底部釋磷的速度,同時保存了較高含量的NO2--N,在天氣驟冷、表層水體溫度變化很大時,底部水體與表層水體形成對流,把富含磷、氮的底部營養水體帶到表層,特別在秋冬氣溫、陽光比較適宜,水質比較清澈,為優勢藻類的爆發性繁殖提供了良好的條件。
水庫補充水主要依賴雨水及滲透水,其所含無機物質(如鈣、鎂、鐵等)含量較高,另外隨著水庫水的蒸發,其礦物質濃度也增高。從水庫水鐵、錳含量變化所發現其含量偏高主要集中在秋冬季節,主要是水位偏低,水中藻類、水生物等死亡后分解產生的氨氮、亞硝酸鹽氮較高時出現鐵、錳升高。由于底部水體pH值偏低,且溶解氧含量低,是一個較強的還原環境,這進一步促進了庫底污泥中鐵、錳的溶出。
(2)水處理工藝
水處理工藝包括預處理、混凝/絮凝/沉淀,過濾和消毒。
預處理包括諸如粗濾,微濾器,備用儲存和岸邊過濾。預處理可選擇與各種各樣處理方法相容的,從簡單消毒到濾膜處理。預處理可以減少和/或穩定微生物,天然有機物質和顆粒物。
我國自來水廠技術工藝經過長期的發展,積累了不少寶貴的經驗。目前,我國城市供水處理技術仍以混凝、沉淀、過濾和消毒四個單元處理過程組成的常規供水處理工藝為主,其理論主要是建立在傳統的以粘土膠體微粒和致病細菌為主要去除對象的基礎上,在我國得到了較長時期和較大范圍的應用,一直廣泛應用于我國的供水處理。經過幾十年的發展,我國已發展了多種適合各地情況的不同形式和性能的處理構筑物,如快速混合、水力或機械攪拌的絮凝設施;帶有不同斜板或斜管的沉淀、澄清以及氣浮構筑物;帶有氣水反沖洗均質濾料多層濾料的過濾設施等。混凝、絮凝、沉淀和過濾可除去顆粒物,包括微生物(細菌、病毒和原蟲)。重要的是對這些處理過程,要優化和控制以達到持久和可靠的操作性能。化學試劑混凝是最重要的一步,它決定混凝、絮凝、澄清過程的去除效率,它直接影響顆粒介質過濾部件的效率,它也間接影響消毒過程的效率。混凝過程本身不大可能將任何新的有害微生物帶入處理過的水中。目前常用的混凝劑主要有呂鹽和鐵鹽等。
用于飲水處理各種過濾方法包括顆粒過濾慢過濾預加涂層的濾料和膜過濾(微濾、超濾、納濾和反滲透)。過濾的適當的設計和操作可以對微生物病原體起到持續有效的屏障作用。為了使微生物的危險性減少到所要求的水平,水處理系統采用適當水平的消毒措施,這是很重要的。當應用消毒方法時,應考慮采取措施使生成的消毒副產物減到最少。應用最為普通的消毒方法是加氯消毒。臭氧,紫外線照射,氯胺和二氧化氯消毒等也都有應用。這些方法都能非常有效地殺滅細菌,也可以用來有效地滅活病毒(依據類型)和多種原蟲,包括賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲。為了有效除去或滅活原蟲包囊和卵囊,先用混凝/絮凝而后過濾(減少顆粒物和渾濁度),然后再消毒(用單一或復合消毒劑)是最實用的方法。
(3)微污染水源的預處理和水的深度處理
隨著我國各地區水體污染狀況的發展,源水水質不斷惡化,直接影響到社會生產以及人民生活。微污染水源水,主要含有微量有機物、農藥、氨氮等有害污染物,用常規的凈水工藝很難去除掉。尤其是微量有機物的去除,引起人們的高度重視。國家對微污染水源的預處理和水的深度處理進行了廣泛的研究與開發。
目前常見的預處理方法有氧化法(包括化學氧化法:氯氣預氧化、高錳酸鉀預氧化、臭氧預處理等以及生物氧化法:生物濾池、生物塔濾、生物接觸氧化等)和吸附法:粉末活性炭吸附等。
深度處理是指在常規處理工藝以后,采用適當的處理方法,將常規處理工藝不能有效去除的污染物或消毒副產物的前體物加以去除,提高和保證飲用水質。
(4)管道配水系統
水處理應盡可能防止微生物生長,防止管道材料腐蝕和預防形成沉積物。可采取以下措施:不斷地切實地除去顆粒物,生產第渾濁度的水;沉淀和除去溶解的(和顆粒狀的)鐵和錳;盡量減少混凝劑殘留物(溶解的,膠狀的或顆粒狀的),這些可能會在儲水池和管道中沉積下來;盡可能減少溶解性有機物質,特別是容易生物降解的有機碳,它可為微生物提供營養物質;將有可能發生的腐蝕作用控制在一定限度內,以避免損害結構材料和消耗消毒劑。
由于管材本身的成分、內壁材料和質量對管網水質造成的影響,表現如下:黃紅水、黑渣、白水、pH值偏高、金含量高有機物含量高等。可采取以下對策:(1)選用優質供水管材。(2)確保施工質量。新建及改造管網(線)應合理設計,預留排放水口,并經試壓、沖洗、消毒,合格后方可并網使用。(3)保證出廠水水質。導致管材內壁結垢的主要原因是水質因素,如水中含鐵過高、微生物生長、水中懸浮物和碳酸鹽鈣沉淀、余氯對金屬的侵蝕作用;應盡量提高水廠的水處理工藝,減少出廠水進入管網后與管材相互作用而對水質造成二次污染。(4)定期清理管道結垢。
三、供水監督
監督是進一步改善飲水水質的策略的重要組成部分。應專門針對監督的開展、數據的比較、分析和總結以及研究結果的報告和發布制訂策略,并附以相關建議以便采取補救措施。因此,供水監督是“對供水的安全性和可接受性所進行的連續的、警覺的公共衛生評估和審查”(WHO,1976)。這種監督有助于通過促進供水的質量、數量、可獲取性、覆蓋率、可負擔性和持續性方面的改進來保護公眾健康,也是供水商質量管理職責的一種補充。供水商有責任確保供水的質量可以接受,且能滿足預定的健康目標和其他供水系統工作性能目標;飲用水質量監督并不能免除或取代供水商的這種責任。
近年來,水廠自動化程度越來越高并趨普及,供水行業特別在新建水廠中已大量采用先進的儀器儀表自動化裝置各種新型專業器材與設備等。水廠運行的調度管理以及生產過程的監控系統和自動化技術,已在大中型水廠廣泛采用,小型水廠也逐步推廣。從水源水的質量保障,預處理和常規凈水工藝,強化消毒和送配過程安全,進行全系統的工藝建設,提高水廠自動監測與控制水平,形成各工藝環節協同作用、全系統優化運行、能夠對水質變化快速響應和及時調控的安全高效的凈水系統,使運行監測在一定時間范圍內對控制措施的執行情況作出評估,及時指出工作情況,并能很快地被測量,使有可能及時采取適當的應對措施,以此確保水質的安全。
參考文獻:
1.飲用水水質準則,第三版,第一卷,建議
2.城鎮供水,2001.4
3.給水工程,中國建筑工業出版社
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