井翼¹，金兆豐²，黃建元³，董秉直²，M.Kang¹，H.Kim¹，田基之¹，佐藤裕子¹，真柄泰基¹
（1.日本北海道大學(xué)工學(xué)研究科，日本札幌060-8628；
2.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092；3.前工業(yè)株式會(huì)社，日本東京104-8351）

　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.9
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：D
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)10-0090-03

　　日本于1953年制定了自來(lái)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，1993年對(duì)其進(jìn)行了大規(guī)模的修改，1998年又進(jìn)行了修訂(增加了鈾和亞硝酸鹽氮兩個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目)，1999年再增加了苯達(dá)松、卡巴呋喃等4種除草劑和二英監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。可以預(yù)計(jì)，在今后的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中還會(huì)增加內(nèi)分泌干擾物質(zhì)等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。
　　在給水水源中已知存在數(shù)千種的有機(jī)化學(xué)污染物，盡管目前可以采用GC/MS或LC/MS分析方法來(lái)檢測(cè)這些物質(zhì)，但在水廠(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中無(wú)法采用這樣的檢測(cè)手段來(lái)了解處理工藝對(duì)有機(jī)污染物質(zhì)的去除效果，因此如果在水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中制定所有已知化學(xué)污染物標(biāo)準(zhǔn)則很難執(zhí)行。生物檢測(cè)是采用檢測(cè)毒性的方法來(lái)對(duì)水中的數(shù)千種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此近年來(lái)受到重視，但一次生物檢測(cè)只能對(duì)同一類(lèi)型的毒性進(jìn)行檢測(cè)而無(wú)法檢測(cè)出所有的毒性，對(duì)于天然水的生物檢測(cè)，由于共存物質(zhì)的影響，常常會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。
　　由此可見(jiàn)，有必要尋找能夠迅速而且經(jīng)濟(jì)地評(píng)價(jià)水中有害污染物的指標(biāo)。

1　日本的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

　　由于人們對(duì)自來(lái)水水質(zhì)的要求越來(lái)越高以及微量分析技術(shù)(如GS/MS或ICP/MS)和動(dòng)物試驗(yàn)、流行病學(xué)檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，促使日本不斷對(duì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大規(guī)模的修改。
　　新、舊水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比較如表1所示。

表1　新、舊水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比較 修改項(xiàng)目 新標(biāo)準(zhǔn)(1999年) 舊標(biāo)準(zhǔn)(1953年) 水質(zhì)基準(zhǔn)項(xiàng)目 46項(xiàng) 26項(xiàng) 項(xiàng)目分類(lèi) 分為與健康有關(guān)的項(xiàng)目(29項(xiàng))和自來(lái)水必須具有的性狀項(xiàng)目(17項(xiàng)) 　 感官、監(jiān)視項(xiàng)目 補(bǔ)充感官項(xiàng)目為13項(xiàng)，監(jiān)視項(xiàng)目為28項(xiàng) 　 基準(zhǔn)值
(mg/L) 鉛 ＜0.05(2004年后為0.01以下) 0.1 砷 0.01 0.05 錳 0.05 0.3 陰離子表面活性劑 ＜0.2 ＜0.5

　　水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的修改會(huì)對(duì)給水處理產(chǎn)生如下影響：
　?、贋榱巳コZ第蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)等病原微生物，標(biāo)準(zhǔn)要求自來(lái)水的濁度＜0.1NTU。由于氯消毒很難殺滅賈第蟲(chóng)、隱孢子蟲(chóng)和病毒，因此采用膜處理和臭氧處理工藝的水廠(chǎng)數(shù)量會(huì)增加，若要選擇較經(jīng)濟(jì)的處理手段，則可采用硅藻土預(yù)涂過(guò)濾或慢濾池；
　?、趯?duì)于受農(nóng)藥、二英和苯等有機(jī)物污染的水源，可采用膜處理、臭氧處理或活性炭吸附工藝；
　?、蹖?duì)含有較高濃度的THM和鹵代烴等消毒副產(chǎn)物的水源，可采用強(qiáng)化混凝處理工藝；
　?、軐?duì)于含有砷等無(wú)機(jī)有毒物質(zhì)的水源，可采用預(yù)氧化+強(qiáng)化混凝處理或膜處理工藝。
　　目前，新水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)已增加到87項(xiàng)。對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物(如THM等消毒副產(chǎn)物)、弱揮發(fā)性有機(jī)物(如農(nóng)藥等)可采用GC/MS分析方法；對(duì)難揮發(fā)性有機(jī)物及熱不穩(wěn)定物質(zhì)(如大部分的內(nèi)分泌干擾物質(zhì))可采用LC/MS分析方法；對(duì)無(wú)機(jī)離子可采用離子色譜分析。
　　采用GC/MS和LC/MS分析手段時(shí)，必須對(duì)所要分析的水樣進(jìn)行萃取、濃縮和分離，故不可能應(yīng)用于日常的水質(zhì)監(jiān)測(cè)。?

2　對(duì)不同污染物質(zhì)的相應(yīng)處理方法

　　 表2給出了對(duì)于水中不同的污染物質(zhì)應(yīng)采用的相應(yīng)處理方法。

表2　對(duì)不同污染物質(zhì)的相應(yīng)處理方法 污染物質(zhì) 處理方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 病原微生物(賈第蟲(chóng)、病毒) MF、UF膜 占地面積小，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行 設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用較高 臭氧處理 可以去除內(nèi)分泌干擾物質(zhì) 設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用較高 慢速過(guò)濾 運(yùn)行費(fèi)用低，管理方便 占地面積大，不適合處理高濁度水 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) 設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用較高 內(nèi)分泌干擾物質(zhì) 活性炭吸附 氧化處理(氯、臭氧) 處理費(fèi)用較活性炭低 會(huì)生成消毒副產(chǎn)物 部分金屬類(lèi)物質(zhì)(鉛、鎘等) 混凝、沉淀、過(guò)濾 設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用低 需處理污泥且對(duì)運(yùn)行管理有較高的要求 無(wú)機(jī)離子類(lèi) 反滲透膜 對(duì)無(wú)機(jī)物、金屬類(lèi)和有機(jī)物質(zhì)均可同時(shí)去除 設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用較高

　　將來(lái)的給水處理工藝應(yīng)是由混凝、沉淀、過(guò)濾(包括膜處理)、氧化、吸附、生物處理和膜處理組成的組合工藝，對(duì)于不同水質(zhì)的原水可采用不同的處理工藝。
　?、儆袡C(jī)物污染型原水處理工藝：a.原水→混凝沉淀→砂過(guò)濾→臭氧→生物活性炭→砂過(guò)濾→氯消毒；b.原水→MF膜→NF膜→氯消毒。
　?、跓o(wú)機(jī)污染型原水處理工藝：a.原水→混凝沉淀→砂過(guò)濾→NF膜→氯消毒；b.原水→MF膜→NF膜→氯消毒。?

3　評(píng)價(jià)污染物質(zhì)的替代指標(biāo)

　　在給水處理中污染物質(zhì)在多大程度上得到去除的指標(biāo)，除了濁度和色度等可以簡(jiǎn)單測(cè)定的指標(biāo)外，其余的指標(biāo)只能數(shù)月測(cè)定一次，這就給平時(shí)的水質(zhì)管理帶來(lái)極大的不便。因此，需要尋找一種替代指標(biāo)，它不僅大體上反映處理過(guò)程中多數(shù)污染物質(zhì)的變化情況，而且測(cè)定時(shí)既迅速又經(jīng)濟(jì)。它需滿(mǎn)足如下條件：
　　①指標(biāo)的數(shù)值與污染物在混凝處理、活性炭吸附、膜處理等主要水處理中去除的程度呈相關(guān)關(guān)系，但去除量無(wú)需相同；
　?、跍y(cè)定迅速、連續(xù)、精度高且價(jià)格便宜。
　　經(jīng)分析認(rèn)為，UV₂₆₀測(cè)定值完全可滿(mǎn)足上述條件。
　　圖1為以燒杯試驗(yàn)和水廠(chǎng)混凝沉淀過(guò)濾的UV₂₆₀去除率來(lái)預(yù)測(cè)對(duì)砷去除率的結(jié)果，其中燒杯試驗(yàn)所使用的原水是由泥炭水配制而成的，5價(jià)砷的含量為(20～40)×10^-3mg/L。

　　圖1表明，盡管原水中的UV₂₆₀不同，但均可從UV₂₆₀的去除率來(lái)預(yù)測(cè)對(duì)砷的去除效果。
　　日本40個(gè)水廠(chǎng)的混凝處理結(jié)果表明，當(dāng)UV₂₆₀的去除率為60%～70%時(shí)，除了TeCDFs外(去除率約為58%)，對(duì)其他二英的去除率均可達(dá)80%以上。
　　圖2顯示了活性炭吸附塔出水中的有機(jī)物濃度和UV₂₆₀的相關(guān)關(guān)系。
　　由圖2可知，UV₂₆₀比疏水性有機(jī)物先穿透濾層，因此可以從UV₂₆₀的穿透值來(lái)判斷活性炭是否已失效。

　　用混凝處理很難滿(mǎn)足銻的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(2×10^-3mg/L)，因此可以選擇NF膜來(lái)去除銻，且可采用連續(xù)測(cè)定的UV₂₆₀值來(lái)預(yù)測(cè)銻的去除效果，而無(wú)需采用昂貴的LC/ICP/MS進(jìn)行測(cè)定(見(jiàn)圖3)。

　　大部分內(nèi)分泌干擾物質(zhì)為芳香結(jié)構(gòu)，混凝處理無(wú)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的去除率來(lái)預(yù)測(cè)對(duì)內(nèi)分泌干擾物質(zhì)的去除效果，這樣就避免了花費(fèi)大量時(shí)間和費(fèi)用去進(jìn)行生物檢測(cè)。當(dāng)對(duì)污染物的去除率為80%時(shí)所需的UV₂₆₀去除率見(jiàn)表3。
　　除了表3所示的污染物質(zhì)外，其余用混凝、吸附工藝對(duì)污染物質(zhì)的去除效果也可用UV₂₆₀去除率進(jìn)行預(yù)測(cè)。由于曝氣處理不能去除非揮發(fā)性的有機(jī)物，故無(wú)法用UV₂₆₀值來(lái)判斷，但可用氣相色譜進(jìn)行測(cè)定。

表3　當(dāng)污染物去除率為80%時(shí)的UV₂₆₀去除率 污染物質(zhì)(去除率為80%) UV₂₆₀去除率(%) 砷 70(混凝處理，混凝劑為PACI) 二英 60(混凝處理，混凝劑為PACI) 內(nèi)分泌干擾物 25(氧化處理，氧化劑為NaClO，氧化時(shí)間為24h，溫度為20℃，余氯為1mg/L，pH值為7) 銻 95(NF膜處理，NTR-7279HF，NaCl截留率為93%) 疏水性有機(jī)物 80(活性炭吸附塔)

4　結(jié)語(yǔ)

　　水源污染，使水中污染物質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量都不斷增加，因此需要尋找替代指標(biāo)來(lái)反映多數(shù)有機(jī)物在處理過(guò)程中的去除情況，從而能有效控制出水水質(zhì)，UV₂₆₀測(cè)定值可以滿(mǎn)足替代指標(biāo)所需的條件。通過(guò)研究表明，混凝、氯消毒、膜過(guò)濾以及活性炭吸附對(duì)砷、二英、內(nèi)分泌干擾物質(zhì)的去除效果均可通過(guò)UV₂₆₀去除率進(jìn)行預(yù)測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

　　［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.
　?。?］Matsui Y, KameiT, Yuasa A,et al. Adsorption capacity of organic pesticides on granular activated carbon［J］. Water Supply, 1994, 14:31-41.

　　電　　話(huà)：(021)6515865365981522
　　收稿日期：2002-02-25