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前言
由于饮用水水源污染日益严重，饮用水水质不断恶化。近年来国内外对水源水中有机污染提取物所进行的Ames试验有相当部分呈阳性，表明水源中的有机污染物具有致癌变、致畸变和突变的“三致”中作用。由于传统的混凝、沉淀、过滤和氯消毒这一整套常规处理工艺不能有效地去除水中有机污染物特别是溶解性有机污染物。因此，如何通过改进传统处理工艺，进行水的深度净化来消除水源水中有机污染造成的威胁，是当前水处理研究领域所面临的挑战之一。
深度处理是在常规处理工艺之后，为进一步提高饮用水水质而采取的净化措施。伴随着水质的污染与净化、人体健康的危害与安全，饮用水深度处理的研究道路将充满挑战。目前的深度处理技术有预处理技术、吸附、氧化法、光化学催化法、离子交换法、蒸馏法、膜法处理技术等。
预处理技术
预处理工艺从去除大颗粒物质或飘浮物到改变原水中有机物的分子结构，使大分子有机物断链为小分子物质，去除部分溶解性有机物，并有效去除原水中的三氯甲烷母体物，以减少氯化消毒时可能产生的三氯甲烷生成量的研究。氧化预处理技术中有化学氧化预处理和生物氧化预处理技术。
化学氧化预处理技术是依靠氧化剂的氧化能力，分解破坏水中污染物的结构，达到转化或分解污染物的目的。目前采用的氧化剂有氯气、高锰酸钾、紫外光氧化、臭氧等。但由于化学氧化预处理的各种技术在出水氯化后的致突变性或多或少地增加，且运行费用高，所以人们开始关注安全且经济的生物氧化预处理技术。
生物预处理是指在常规净水工艺之前，增设生物处理工艺，借助于微生物群体的新陈代谢活动，去除水中的污染物。目前饮用水中采用的生物反应器大多数是生物膜类型的。研究成果表明，生物预处理技术是去除微污染水源水中氨氮和有机污染物的一种行之有效的方法，在环境温度适宜的条件下，氨氮去除率可达80％以上，对耗氧量、铁、锰和酚等也有较好的去除效果。
吸附
以活性炭为代表的吸附工艺是目前对付有机微污染物的首选技术。因其具有原材料来源丰富，比表面积大，对色、嗅、味、农药、氯化物等有着良好的去除率等特点而受到广泛重视，甚至被当作是其它处理技术的比较标准。但是活性炭吸附对美国国家环保局优先污染物名单中绝大多数的极性有机物，特别是危害较大的卤代烃的吸附效果并不太好；同时，由于饮用水中的有机物含量甚微，存在着因平衡浓度小而导致的再生频繁的问题；此外，活性炭吸附后的再生技术一直未得到满意的解决目前正在开发一些新型吸附材料，如多孔合成树脂、活性炭纤维等。
氧化法
在水处理领域，以对臭氧氧化的研究和应用为最多。臭氧对水体中病毒的灭活十分有效，同时，臭氧的使用可改善混凝效果，氧化部分溶解性有机物，但是臭氧的氧化很难达到完全矿化的程度，在大分子被氧化成小分子后，这些小分子物质在后续过程中可形成一些有毒有害的副产品。臭氧对水中有机物的不完全氧化一方面增加了水中生物可氧化有机碳(AOC)浓度，但另一方面导致氧化后水的生物稳定性较差。此外，臭氧氧化还需要较高的电耗。因此，单独使用臭氧，并不一定是一种高效低能的去除水中污染物的办法。
光化学催化法
光化学催化是以N型半导体为催化剂的一种光催化氧化方法，在紫外线照射下产生强氧化能力的自由基，氧化水中的有机物。可以起到此种作用的N型半导体有Ti02、W03、Fe203等。Ti02的化学稳定、廉价、无毒等特点，是半导体光催化剂中研究和应用最多的。虽然Ti02是一种性能良好的光催化剂，但在实际应用中还存在一些缺陷：如Ti02的带隙较宽，对太阳光利用率低，而且Ti02在使用中一般为粉末形态，使处理系统需要对催化剂进行分离回收。所以当前在Ti02光催化研究方面，主要着眼于对Ti02的改性，以提高Ti02光催化剂的吸收波长范围，光子利用率，如对其进行表面贵金属沉积、复合半导体掺杂、光敏化等改性方法；还有对其进行固载化研究，以求简化催化剂的分离回收步骤。以Ti02光催化作为饮用水处理的辅助处理技术具有同时除去微量有机污染物和杀灭微生物的特点，因而将光催化应用于饮用水处理具有潜在的应用前景。
离子交换法
离子可通过一系列化学反应从水中置换出来，当水通过离子交换树脂床时，这些反应就发生了。阳离子树脂表面吸附有H+，阴离子树脂表面吸附有OH-。置换出阴阳离子后结合生成水。
蒸馏法
蒸馏不同与其他形式的水纯化，因为水从不洁的水中提取出来，水经过了相变液一汽一液，即从液态至汽态又回到液态，污渍沸点高于水(100℃)将留在锅炉内，冷凝后，只有水及沸点低的残渣留下来。蒸馏可以有效去除大多数无机物，高于100℃沸点的有机物、热原质、细菌。世界上绝大多数实验室都使用蒸馏水。
膜深度处理
微滤(MF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、超滤(UF)等膜技术具有工艺适应性强、处理规模可大可小、操作及维护方便、易于实现自动化等特点，因此，在饮用水处理中的应用倍受关注。以下着重介绍一下其中的纳滤法和微滤法。
·反渗透法
只透过溶剂而不透过溶质的膜，一般称之为理想的半透膜。当把溶剂和溶液(或把两种不同浓度的溶液)分别置于此膜的两侧时，纯溶剂自然透过半透膜而自发的向溶液(或从低浓度溶液向高浓度溶液)一侧流动，这种现象叫渗透。当渗透过程进行到溶液的液面产生一个压力N，以抵消溶液向溶剂方向流动的趋势，既达到平衡时，这个N就叫该溶液的渗透压。
在上述情况下，若在溶液的液面上施加一个大于N的压力P时，溶剂将与原来的渗透方向相反，开始从溶液向溶剂一侧流动这就是所谓的反渗透。反渗透膜的分离机理很多，其中主要有毛细血管学说和溶解一扩散模型等。反渗透膜组件的基本性能，一般包括透水率、脱盐率和抗压实性等。这是衡量反渗透膜组件性能的3个重要参数。反渗透装置主要由反渗透膜、压力容器、多级立式离心高压泵、流量计、电导率仪、阀门管件等组成。反渗透膜是主要工作部件，而高压泵是提供高驱动压力。反渗透膜的脱盐率很高，单级反渗透的脱盐率大于99％。反渗透一般用于海水、苦咸水淡化、电厂锅炉水净化和纯水制备。 ·微孔过滤法
微孔过滤膜通常是由特种纤维素脂或高分子聚合物以及无机材质制成，它的孔径一般在0.1m之间。微孔过滤膜的截留机理大体可以分为以下几种：第一是机械截留，指膜可以截留比它孔径大或与孔径相等的微粒；第二是物理作用或吸附截留，包括吸附和电性质等各种因素的影响；第三是架桥截留，在孔的人口处微粒因架桥作用同样可以被截留。
微孔膜的孔径十分均匀，孔隙率很高(一般为80％)，通常比具有同等截留能力的滤纸至少快40倍。由于空隙率高、材料薄，因而阻力小，一般只需较低的压力就可以驱动。微孔膜的主要性能指标有厚度、过滤速度、空隙率、孔径及其分布。
膜法水处理技术应用实例分析
·原水选择
根据宾馆的排水特点可知，洗浴废水的排水量大(占总排水量的70％左右)，容易分流、收集；更重要的是洗浴废水污染程度轻、易于处理，是宾馆中水处理中原水的较好选择。
·工艺流程
工艺流程为“微絮凝纤维过滤+超滤膜过滤”。预处理采用了微絮凝纤维过滤，原水投药经混合或短时间反应后，直接进入纤维过滤器。纤维过滤器是一种新型过滤器，滤料为直径几十微米的纤维丝，比表面积及截污量远大于常规天然粒状滤料；纤维丝垂直悬挂于过滤器中，下部设有挤压装置，从而使滤层呈倒楔形，能够充分发挥滤层的深度过滤性能；
絮凝剂采用Al2(SO4)。超滤膜材质为醋酸纤维素，截留分子量为30000。
·净化效果
絮凝剂Al2(SO4)投药量为35～45 mg／L时，采用20m／h的较高滤速，微絮凝过滤出水浊度已降至3度以下，完全能够满足后续超滤膜浊度≤5度的进水要求；COD去除率为60.3％，出水为60mg／L左右。洗浴废水中较多有机物可集中在预处理过程去除，正常运行时不会对超滤膜造成机械损伤及严重堵塞，并可在一定程度上防止滤饼层、凝胶层的形成，有利于控制超滤膜污染，以延长其运行周期及使用寿命。
超滤COD去除率为23．2％，可去除剩余有机物中难以通过絮凝去除的部分大分子有机物，出水COD为25mg／L左右，水质得以进一步改善。尤其值得注意的是，洗浴废水中阴离子洗涤剂（LAS）的组成为直链烷基苯磺酸盐，是难以通过絮凝、生物处理去除的大分子有机物质，微絮凝过滤去除率仅为10.8％，去除效果不明显。研究表明，当水中LAS质量分数超过0.134％时，在水中以分子量为10级的胶束存在，而不是以分子或离子的形式存在。通过水质检测，洗浴废水中LAS含量大于0.134％的临界质量分数，故通过超滤膜对大分子量LAS胶束的筛分截留，去除率高达71.4％，出水含量低于0.5mg／L。出水完全能够满足CJ／T48—1999《生活杂用水水质标准》，可用于冲厕、洗车、绿化等用途。超滤膜的应用不仅大大提高了水中污染物质的净化性能，而且大幅度减小了中水处理设施的占地面积及操作管理难度。
结束语
饮用水的水质问题越来越受到人们的重视。尽管我国在这方面做了大量工作，但仍有许多问题尚待解决。比如上述各类方法中，目前没有哪一种方法能彻底解决水污染问题，一些方法尚在试验阶段。而且水质标准还会提高，今日符合标准的水，将来会成为超标水。
要从根本上解决饮用水水质问题，须从多方面着手。除加强水处理外，还可从源头上控制污染物。这不仅有利于饮用水水质的提高，更是恢复生态平衡、造福子孙后代的大事。此外，还要考虑分质供水，比如工业与居民生活分质、饮用于一般生活分质。既可减少处理费用的浪费。又可提高饮用水水质。
（陈雄彪单位：惠州市环境科学研究所；孔洁瑜单位：惠州市惠城区技工学校化工科组）
由于饮用水水源污染日益严重，饮用水水质不断恶化。近年来国内外对水源水中有机污染提取物所进行的Ames试验有相当部分呈阳性，表明水源中的有机污染物具有致癌变、致畸变和突变的“三致”中作用。由于传统的混凝、沉淀、过滤和氯消毒这一整套常规处理工艺不能有效地去除水中有机污染物特别是溶解性有机污染物。因此，如何通过改进传统处理工艺，进行水的深度净化来消除水源水中有机污染造成的威胁，是当前水处理研究领域所面临的挑战之一。
深度处理是在常规处理工艺之后，为进一步提高饮用水水质而采取的净化措施。伴随着水质的污染与净化、人体健康的危害与安全，饮用水深度处理的研究道路将充满挑战。目前的深度处理技术有预处理技术、吸附、氧化法、光化学催化法、离子交换法、蒸馏法、膜法处理技术等。
预处理技术
预处理工艺从去除大颗粒物质或飘浮物到改变原水中有机物的分子结构，使大分子有机物断链为小分子物质，去除部分溶解性有机物，并有效去除原水中的三氯甲烷母体物，以减少氯化消毒时可能产生的三氯甲烷生成量的研究。氧化预处理技术中有化学氧化预处理和生物氧化预处理技术。
化学氧化预处理技术是依靠氧化剂的氧化能力，分解破坏水中污染物的结构，达到转化或分解污染物的目的。目前采用的氧化剂有氯气、高锰酸钾、紫外光氧化、臭氧等。但由于化学氧化预处理的各种技术在出水氯化后的致突变性或多或少地增加，且运行费用高，所以人们开始关注安全且经济的生物氧化预处理技术。
生物预处理是指在常规净水工艺之前，增设生物处理工艺，借助于微生物群体的新陈代谢活动，去除水中的污染物。目前饮用水中采用的生物反应器大多数是生物膜类型的。研究成果表明，生物预处理技术是去除微污染水源水中氨氮和有机污染物的一种行之有效的方法，在环境温度适宜的条件下，氨氮去除率可达80％以上，对耗氧量、铁、锰和酚等也有较好的去除效果。
吸附
以活性炭为代表的吸附工艺是目前对付有机微污染物的首选技术。因其具有原材料来源丰富，比表面积大，对色、嗅、味、农药、氯化物等有着良好的去除率等特点而受到广泛重视，甚至被当作是其它处理技术的比较标准。但是活性炭吸附对美国国家环保局优先污染物名单中绝大多数的极性有机物，特别是危害较大的卤代烃的吸附效果并不太好；同时，由于饮用水中的有机物含量甚微，存在着因平衡浓度小而导致的再生频繁的问题；此外，活性炭吸附后的再生技术一直未得到满意的解决目前正在开发一些新型吸附材料，如多孔合成树脂、活性炭纤维等。
氧化法
在水处理领域，以对臭氧氧化的研究和应用为最多。臭氧对水体中病毒的灭活十分有效，同时，臭氧的使用可改善混凝效果，氧化部分溶解性有机物，但是臭氧的氧化很难达到完全矿化的程度，在大分子被氧化成小分子后，这些小分子物质在后续过程中可形成一些有毒有害的副产品。臭氧对水中有机物的不完全氧化一方面增加了水中生物可氧化有机碳(AOC)浓度，但另一方面导致氧化后水的生物稳定性较差。此外，臭氧氧化还需要较高的电耗。因此，单独使用臭氧，并不一定是一种高效低能的去除水中污染物的办法。
光化学催化法
光化学催化是以N型半导体为催化剂的一种光催化氧化方法，在紫外线照射下产生强氧化能力的自由基，氧化水中的有机物。可以起到此种作用的N型半导体有Ti02、W03、Fe203等。Ti02的化学稳定、廉价、无毒等特点，是半导体光催化剂中研究和应用最多的。虽然Ti02是一种性能良好的光催化剂，但在实际应用中还存在一些缺陷：如Ti02的带隙较宽，对太阳光利用率低，而且Ti02在使用中一般为粉末形态，使处理系统需要对催化剂进行分离回收。所以当前在Ti02光催化研究方面，主要着眼于对Ti02的改性，以提高Ti02光催化剂的吸收波长范围，光子利用率，如对其进行表面贵金属沉积、复合半导体掺杂、光敏化等改性方法；还有对其进行固载化研究，以求简化催化剂的分离回收步骤。以Ti02光催化作为饮用水处理的辅助处理技术具有同时除去微量有机污染物和杀灭微生物的特点，因而将光催化应用于饮用水处理具有潜在的应用前景。
离子交换法
离子可通过一系列化学反应从水中置换出来，当水通过离子交换树脂床时，这些反应就发生了。阳离子树脂表面吸附有H+，阴离子树脂表面吸附有OH-。置换出阴阳离子后结合生成水。
蒸馏法
蒸馏不同与其他形式的水纯化，因为水从不洁的水中提取出来，水经过了相变液一汽一液，即从液态至汽态又回到液态，污渍沸点高于水(100℃)将留在锅炉内，冷凝后，只有水及沸点低的残渣留下来。蒸馏可以有效去除大多数无机物，高于100℃沸点的有机物、热原质、细菌。世界上绝大多数实验室都使用蒸馏水。
膜深度处理
微滤(MF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、超滤(UF)等膜技术具有工艺适应性强、处理规模可大可小、操作及维护方便、易于实现自动化等特点，因此，在饮用水处理中的应用倍受关注。以下着重介绍一下其中的纳滤法和微滤法。
·反渗透法
只透过溶剂而不透过溶质的膜，一般称之为理想的半透膜。当把溶剂和溶液(或把两种不同浓度的溶液)分别置于此膜的两侧时，纯溶剂自然透过半透膜而自发的向溶液(或从低浓度溶液向高浓度溶液)一侧流动，这种现象叫渗透。当渗透过程进行到溶液的液面产生一个压力N，以抵消溶液向溶剂方向流动的趋势，既达到平衡时，这个N就叫该溶液的渗透压。
在上述情况下，若在溶液的液面上施加一个大于N的压力P时，溶剂将与原来的渗透方向相反，开始从溶液向溶剂一侧流动这就是所谓的反渗透。反渗透膜的分离机理很多，其中主要有毛细血管学说和溶解一扩散模型等。反渗透膜组件的基本性能，一般包括透水率、脱盐率和抗压实性等。这是衡量反渗透膜组件性能的3个重要参数。反渗透装置主要由反渗透膜、压力容器、多级立式离心高压泵、流量计、电导率仪、阀门管件等组成。反渗透膜是主要工作部件，而高压泵是提供高驱动压力。反渗透膜的脱盐率很高，单级反渗透的脱盐率大于99％。反渗透一般用于海水、苦咸水淡化、电厂锅炉水净化和纯水制备。 ·微孔过滤法
微孔过滤膜通常是由特种纤维素脂或高分子聚合物以及无机材质制成，它的孔径一般在0.1m之间。微孔过滤膜的截留机理大体可以分为以下几种：第一是机械截留，指膜可以截留比它孔径大或与孔径相等的微粒；第二是物理作用或吸附截留，包括吸附和电性质等各种因素的影响；第三是架桥截留，在孔的人口处微粒因架桥作用同样可以被截留。
微孔膜的孔径十分均匀，孔隙率很高(一般为80％)，通常比具有同等截留能力的滤纸至少快40倍。由于空隙率高、材料薄，因而阻力小，一般只需较低的压力就可以驱动。微孔膜的主要性能指标有厚度、过滤速度、空隙率、孔径及其分布。
膜法水处理技术应用实例分析
·原水选择
根据宾馆的排水特点可知，洗浴废水的排水量大(占总排水量的70％左右)，容易分流、收集；更重要的是洗浴废水污染程度轻、易于处理，是宾馆中水处理中原水的较好选择。
·工艺流程
工艺流程为“微絮凝纤维过滤+超滤膜过滤”。预处理采用了微絮凝纤维过滤，原水投药经混合或短时间反应后，直接进入纤维过滤器。纤维过滤器是一种新型过滤器，滤料为直径几十微米的纤维丝，比表面积及截污量远大于常规天然粒状滤料；纤维丝垂直悬挂于过滤器中，下部设有挤压装置，从而使滤层呈倒楔形，能够充分发挥滤层的深度过滤性能；
絮凝剂采用Al2(SO4)。超滤膜材质为醋酸纤维素，截留分子量为30000。
·净化效果
絮凝剂Al2(SO4)投药量为35～45 mg／L时，采用20m／h的较高滤速，微絮凝过滤出水浊度已降至3度以下，完全能够满足后续超滤膜浊度≤5度的进水要求；COD去除率为60.3％，出水为60mg／L左右。洗浴废水中较多有机物可集中在预处理过程去除，正常运行时不会对超滤膜造成机械损伤及严重堵塞，并可在一定程度上防止滤饼层、凝胶层的形成，有利于控制超滤膜污染，以延长其运行周期及使用寿命。
超滤COD去除率为23．2％，可去除剩余有机物中难以通过絮凝去除的部分大分子有机物，出水COD为25mg／L左右，水质得以进一步改善。尤其值得注意的是，洗浴废水中阴离子洗涤剂（LAS）的组成为直链烷基苯磺酸盐，是难以通过絮凝、生物处理去除的大分子有机物质，微絮凝过滤去除率仅为10.8％，去除效果不明显。研究表明，当水中LAS质量分数超过0.134％时，在水中以分子量为10级的胶束存在，而不是以分子或离子的形式存在。通过水质检测，洗浴废水中LAS含量大于0.134％的临界质量分数，故通过超滤膜对大分子量LAS胶束的筛分截留，去除率高达71.4％，出水含量低于0.5mg／L。出水完全能够满足CJ／T48—1999《生活杂用水水质标准》，可用于冲厕、洗车、绿化等用途。超滤膜的应用不仅大大提高了水中污染物质的净化性能，而且大幅度减小了中水处理设施的占地面积及操作管理难度。
结束语
饮用水的水质问题越来越受到人们的重视。尽管我国在这方面做了大量工作，但仍有许多问题尚待解决。比如上述各类方法中，目前没有哪一种方法能彻底解决水污染问题，一些方法尚在试验阶段。而且水质标准还会提高，今日符合标准的水，将来会成为超标水。
要从根本上解决饮用水水质问题，须从多方面着手。除加强水处理外，还可从源头上控制污染物。这不仅有利于饮用水水质的提高，更是恢复生态平衡、造福子孙后代的大事。此外，还要考虑分质供水，比如工业与居民生活分质、饮用于一般生活分质。既可减少处理费用的浪费。又可提高饮用水水质。
（陈雄彪单位：惠州市环境科学研究所；孔洁瑜单位：惠州市惠城区技工学校化工科组）