自来水之殇 我国给排水现状 樊东明 2022.6.1
2015年中央提出“水十条”中强调要“保障饮用水安全”。我国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）（以下简称《标准》）中指出：“生活饮用水中不得含有病原微生物”，“生活饮用水中化学物质不得危害人体健康”。这是保障饮用水安全的重要原则。自来水符合《标准》、卫生质量应该是安全可靠的，应该是可以直接饮用的。西方发达国家自来水可以直接喝，德国的自来水婴儿可以直接喝。而我国的自来水符合《标准》不能直接饮用，说明我国自来水水质不安全，自来水处理各工艺环节和《标准》存在问题，。
我国自来水水质存在什么问题
地表水源水中致浊颗粒物有：泥沙无机物,植物残体等有机物,还有细菌、病毒、致病性原生动物等。贾第鞭毛虫、隐孢子虫等致病性原生动物用常规氯消毒法是杀不死的，有些病毒如肝炎病毒、脊髓灰质炎病毒等用常规氯消毒法难于灭活，全得依靠除浊处理法去除。病原菌和病毒也是主要在除浊处理中被除去的。有研究报道，地表水源水经混凝和沉淀处理后可除去所含大肠菌的80～95%，所含细菌总数的70～90%；经混凝、沉淀、过滤处理后可除去所含病毒的98～99.99%（其中主要部分是在沉淀中除去的）。
我国地表水源水厂自来水处理同国外一样，普遍采用常规水处理工艺：混凝→沉淀→过滤→氯消毒。进行混凝、沉淀、过滤处理的主要目的是把地表水中的致浊颗粒物通过混凝剂的作用，充分完全地凝聚到矾花中去，然后将矾花充分完全地从水中除去，除浊处理效果用滤池出水的浊度表示。
1 自来水透射光浊度高：
新的混凝理论认为，消毒处理这一工作是由混凝、沉淀、过滤所组成的除浊处理与滤后氯消毒二者协同完成的，除浊处理起着关键的作用。地表水源水只有经过完善的除浊处理，再经滤后常规氯消毒处理，才能有效地防止水致传染病的发生和传播。
我国自来水处理一直采用铝混凝剂作净水剂，铝混凝剂的混凝处理特性的一个重要缺点是生成的矾花结构疏松，结合力弱，易破碎。沉淀池出水经管、渠流入滤池的过程中有跌水等水流现象，水中矾花会遭到强烈破碎而成微絮凝体。滤池的过滤作用实质上是水流通过滤料层时，水流中的细小矾花与先前附着在滤料颗粒上的矾花互相碰撞时的絮凝作用。由于铝混凝剂絮凝效果差，结果滤池出水中的微絮凝体多（即透射光浊度高），这水中就可能含有致病性原生动物等种种病原微生物。我国采用散射光浊度指标后，虽然水厂出厂水散射光浊度指标很低，水质“达标”了，出厂水中仍含有种种病原微生物，自来水成了传播传染病的媒介物。
1993年4月美国密尔沃基市在自来水符合标准情况下发生自来水传播隐孢子虫病的严重事故，就是因自来水处理采用铝混凝剂作净水剂造成的。
以我国某水厂为例。该水厂的水处理工艺流程是：混凝→沉淀（澄清池）→过滤（煤砂滤池）→颗粒活性炭滤池吸附处理→氯消毒。用聚合氯化铝作净水剂。该水厂的水源水质很好，原水浊度为1.42NTU，澄清池出水、煤砂滤池出水、活性炭滤池出水、出厂水的散射光浊度依次为0.95、0.20、0.17、0.14 NTU。但用激光粒径粒形仪检测后发现，煤砂滤池出水中粒径大于0.5?m的悬浮物颗粒浓度高达12000个／mL，活性炭滤池出水达2501个／mL。根据美国资料，为了保证在除浊处理中把“两虫”除去，滤池出水中粒径2?m以上的悬浮物颗粒浓度不应超过50个／mL。该水厂粒径2?m以上的悬浮物颗粒浓度为：煤砂滤池出水为6158个／mL，为50个／mL的123倍；活性炭滤池出水为1215个／mL，为50个／mL的24倍。
表 1–1 进厂水和各工艺出水水质
取样点
水温
(oC)
色度
(度)
浊度
(NTU)
肉眼可见物
pH值
氨氮
(mg/L)
亚硝酸氮(mg/L)
耗氧量
(mg/L)
进厂水
澄清池出水
煤砂滤池出水
活性炭滤池出水
出厂水
15
15
15
15
15
30
15
＜5
＜5
＜5
1.42
0.95
0.20
0.17
0.14
有悬浮物
有悬浮物
无
无
无
7.61
7.53
7.55
7.50
7.57
0.03
0.03
0.02
＜0.02
0.04
0.005
0.005
0.006
＜0.001
＜0.001
1.36
1.28
1.16
1.00
0.88
表1–2 进厂水和各工艺出水中悬浮物颗粒的粒径分布情况
粒径
（?m）
各粒径范围内颗粒物数量（个/mL）
进厂水
澄清池出水
煤砂滤池出水
活性炭滤池出水
出厂水
0.5～2
2～5
5～10
10～20
20～50
＞50
1206
1710
1259
573
685
266
980
1058
211
34
17
0
5842
5323
685
110
40
0
1286
1114
101
0
0
0
3860
2128
177
34
0
0
合计
5699
2300
12000
2501
6199
这说明活性炭滤池并没有明显地提高自来水除浊处理效果。在这种情况下，对滤池出水进行常规氯消毒处理既杀不死致病性原生动物，又难以杀死潜藏在悬浮物颗粒内的病毒和病原菌。该案例告诉我们，用铝混凝剂作净水剂，水厂出厂水的散射光浊度指标达标了，但是透射光浊度高，自来水卫生质量就不可能安全可靠。
2铝毒的危害
滤池出水的透射光浊度高，自来水中的残余铝含量就高。尤其是我国北方地区冬季时用铝盐混凝剂处理低温低浊度水有很大困难，是自来水处理长期以来一直没有解决的一个技术难题。原因是用铝盐混凝剂处理低温低浊度水，由于水温低，水的缔合作用强，混凝处理时生成的矾花更疏松，结合力更弱，结果混凝处理时生成的矾花细小，此矾花比重小，在沉淀池中难以沉淀。由于水从沉淀池流出时跌水等原因，水中矾花会遭到更强烈的破碎。滤池对这破碎的微絮凝体的过滤性能又差，结果滤池出水中的微絮凝体就非常多，出厂水中的铝含量也大幅度增高。对于水库低浊度水的处理，自来水中残余铝含量也很高。
铝是一种慢性毒物。是人体不需要的一种元素，长期饮用用铝混凝剂处理的自来水能引发多种顽症。文献资料载，自来水中的铝进入人体后40～50%被吸收到血液中去了。进入血液中的铝的一部分随尿和粪便从体内排走，大部分积累在人体组织中。铝是多种酶的抑制剂，能降低人的免疫功能。老年痴呆症与铝的摄入有密切关系，据测定，老年痴呆患者脑组织中的铝含量超过正常人的4～30倍。根据国际老年痴呆协会中国委员会的资料，中国患者近700万，且每年以30万新增病人的速度增加。这与我国自来水处理一直采用铝混凝剂作净水剂是有联系的。铝具有骨毒性，铝在人体中的含量超过正常含量的5～10倍就会抑制消化道对磷的吸收，造成儿童骨骼软化和中老年人骨质疏松症。总之，铝对人体健康的危害是多方面的。
3城市供水管道电化学腐蚀
我国城市供水管道电化学腐蚀问题十分严重，不仅恶化了自来水水质，造成的经济损失也十分巨大。用铝混凝剂作净水剂，水厂出厂水的pH值低于8.0，铁质自来水管道的内表面就会发生电化学腐蚀，pH值越低腐蚀越强烈。自来水管道发生腐蚀后，自来水中的余氯消失速度加快，余氯消耗完后，细菌又迅速繁殖，自来水水质进一步恶化。
城市供水管道因腐蚀穿孔漏水（我国城市供水管网漏水率平均高达21.5%）每年多达100亿立方米；加上因腐蚀造成管道使用寿命的缩短和供水电耗的增加，每年经济损失达几百亿元。我国水资源并不丰富，北方地区问题更大，所以投入大量资金搞南水北调。另一方面，自来水管道电化学腐蚀问题又未解决，大量处理好的自来水就这样白白地漏走了。
解决管道腐蚀但方法是自来厂出厂水的pH值只要经常保持在8.0～8.5范围内，就可防止自来水对城市供水管道和用户室内上水道的电化学腐蚀。自来水处理用铝混凝剂作净水剂，混凝处理后水的pH值往往在7.5左右以下，在这种情况下，管道腐蚀问题就无法解决。
4消毒副产物和亚硝酸氮
氯消毒处理只是用于消灭滤池出水中残余的病原菌和病毒。对病原微生物的消毒处理实际上是由澄清处理与滤后氯消毒二者协同完成的，并且在很大程度上有赖于澄清处理。所以，要搞好对病原微生物的消毒处理，必须首先做好澄清处理，即滤池出水中的悬浮物颗粒要少，透射光浊度要很低。
在20世纪70年代初，研究发现自来水处理用液氯消毒时，氯与水中腐殖质等有机物作用能产生三卤甲烷、卤乙酸等多种致癌、致畸、致突变的有机毒物。所以可改用一氯胺作消毒剂。一氯胺氧化能力弱，与腐殖质等有机物基本上不发生化学反应。但用一氯胺消毒，其本身被还原成了氨氮。氨氮在城市供水管网中往往会被附着在管道内壁面上的生物膜中的亚硝化细菌氧化成亚硝酸氮。亚硝酸盐是毒物，是致癌物质。为防止氨氮被亚硝化，自来水厂出厂水的pH值须提高到8.7或更高，自来水处理采用铝盐混凝剂作净水剂，氨氮被亚硝化问题就无法解决。
上已述及，我国自来水处理采用铝混凝剂进行除浊处理，我国自来水水质四大问题就无法得到解决，自来水的卫生质量无法得到保障。自来水成了传播传染病的媒介物。
《生活饮用水卫生标准》存在的问题
浑浊度指标有两种，散射光浊度表达的是胶体颗粒的浓度，透射光浊度表达的是悬浮物颗粒的浓度。我国《标准》采用散射光浊度指标作为判定标准，水厂出水散射光浊度指标很低，说明自来水中的胶体等致浊颗粒物充分完全的凝聚成矾花，而此矾花是否从水中充分完全的分离出去，散射光浊度不知道，应该由透射光浊度进行鉴别。所以自来水浊指标应该采用透射光浊度。
我国在《标准》中将浑浊度列入“感官性状指标”范畴。如果除浊处理只是解决水的感官性状问题，对除浊处理的要求不高， 从现代自来水处理看，除浊处理固然有解决水的感官性状问题这个目的，但更主要目的是要充分完全地除去水中的病原微生物，防止水致传染病的发生和传播。也就是说，在自来水处理中去除和消灭原水中种种病原微生物的工作是由除浊处理和滤后氯消毒二者协同完成的，并且很大程度上有赖于除浊处理。在这种情况下，对除浊处理的要求就高了，滤池出水的散射光浊度和透射光浊度都要达到很低的程度。美国《饮用水水质标准》中早已将浑浊度列入“微生物指标”范畴，这样做完全正确。
据此可以作出如下结论：《标准》中用“散射光浊度”作浑浊度指标不当，应采用透射光浊度；应把浑浊度列入“微生物指标”范畴。
如何解决我国自来水水质问题
在化学元素周期表中，铝属两性元素，铁是成碱元素，微具两性，所以三价铁盐混凝剂和铝混凝剂的混凝处理特性有很大不同。铝混凝剂生成的矾花内在质量差，矾花结构疏松，结合力弱，易破碎，破碎后难于很好地重新絮凝，所以滤池出水中的悬浮物颗粒多，透射光浊度高，三氯化铁、硫酸铁等三价铁盐混凝剂的混凝处理特性的一大优点是生成的矾花结构较密实，结合力强，不易破碎， 所以滤池出水的透射光浊度低，除浊处理效果好。
上世纪80年代，医学界发现铝对人类具有毒性危害。1996年美国国会修订了《安全饮用水法》，提高了对自来水水质的要求，美国在自来水处理中采用自来水处理新技术：自来水厂无须投资改造，只是更换水处理药剂，用三价铁盐混凝剂取代铝混凝剂作净水剂，混凝处理时投加了石灰，将自来水的pH值提高到8∽8.7，用一氯胺取代液氯作消毒剂，我国自来水水质存在的种种问题他们都解决了，自来水水质达到了国际领先水平。后来欧盟也先后这在做了
1997年日本劳动厚生省经过长达五年的研究，最后提出的《日本“面向21世纪的新净水技术”》采用的方法与美国近年来推行的自来水处理技术完全一样。
住建部92年编制的《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中指出：铝有毒性危害，并且混凝处理效果不好，应重点发展三价铁盐混凝剂。《2000规划》是解决我国自来水水质问题的指导性文件。
国家卫计委等5部委联合发文，要求2014年7月1日之后，食品中不允许添加任何含铝食品添加剂。
综上所述，水致传染病不发生则已。一旦发生就是大事。所以要特别重视解决自来水这一公共卫生安全隐患。铝混凝剂已不适应现代自来水处理要求，在国际上用三价铁盐混凝剂作净水剂已成为行业发展的必然趋势。对于三价铁盐混凝剂的认识和推广使用，国外一直走在我们前面，谁把它用好了，谁就在解决自来水问题上化被动为主动。我国也应该采用自来水处理新技术：水厂无须投资改造，只是更换水处理药剂，自来水处理用三价铁盐混凝剂取代铝混凝剂作净水剂，混凝处理是时投加石灰，把自来水pH值提高到8~8.7，用一氯胺取代液氯作消毒剂，我国自来水水质存在的种种问题都可获得解决。这是多快好省地把我国自来水水质提高到国际先进水平的捷径。虽然西方发达国家先于我们解决自来水水质问题，但由于我们有理论和物质基础作保证，只要少一些人为的障碍，我国解决自来水水质问题的进度可以做到后来居上。
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