飲用水水處理過(guò)程中使用化學(xué)藥劑的風(fēng)險(xiǎn)與防范

＊孟繁明

（北京科泰興達(dá)高新技術(shù)有限公司 北京 102431）

水處理工藝過(guò)程中常用的化學(xué)藥劑主要分為絮凝劑、殺菌劑和阻垢劑等幾大類(lèi)。絮凝劑和助凝劑主要使用在預(yù)處理階段。殺菌劑可以使用在水處理工程中的不同階段，如在過(guò)濾設(shè)備之前或處于供水管道之中。阻垢劑可以幫助和保護(hù)水處理的設(shè)備設(shè)施。

圖1 水處理設(shè)備圖

添加化學(xué)藥劑的初衷是為了高效徹底地去除水中的污染物，但是，如果錯(cuò)誤的使用或過(guò)量的投加化學(xué)藥劑，不僅不能恰當(dāng)?shù)厝コ性械奈廴疚?，反而帶?lái)新的污染，增加了水處理設(shè)備的負(fù)擔(dān)，甚至可能存留在成品水中，從而降低成品水水質(zhì)。

1.概述凈水水處理劑

凈水水處理劑指的是為了符合用水需求，達(dá)到出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，去除水中有害物質(zhì)，從而在水處理過(guò)程中投加的化學(xué)藥品。凈水水處理劑具有很強(qiáng)的專(zhuān)用性，針對(duì)使用目的和處理對(duì)象的不同，需要利用不同的凈水水處理劑。

絮凝劑通常運(yùn)用在常規(guī)凈水處理工藝的預(yù)處理階段。預(yù)處理主要包括混凝、沉淀以及澄清等工藝過(guò)程。在混凝階段，為了可以將水內(nèi)的懸浮物以及膠體凝聚在一起，可以加入適當(dāng)?shù)男跄齽?，由此形成大體積的絮狀體，最后下沉入水底，以便在后續(xù)工藝中更加容易地將其從水體中去除，提高水體的潔凈度。

有效制約水中微生物生長(zhǎng)可以加入適量殺菌劑，該操作目的在于減少粘泥情況的發(fā)生而對(duì)水處理系統(tǒng)運(yùn)行造成影響。在成品水中投加殺菌劑的目的是為了抑制細(xì)菌在輸水管網(wǎng)中的滋生繁殖，以確保終端出水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.常用水處理劑的利與弊

(1)絮凝劑

通常使用的絮凝劑比較多，有無(wú)機(jī)或有機(jī)高分子的，還有復(fù)合型的，也有微生物型的，如常用的聚合硫酸鐵屬于無(wú)機(jī)類(lèi)，聚合季銨鹽等屬于有機(jī)類(lèi)。

基于價(jià)格及絮凝效果的原因，無(wú)機(jī)高分子絮凝劑應(yīng)用最為廣泛，尤以聚合氯化鋁為主，其化學(xué)式為Al2Cln(OH)6-n[1]?？紤]到鋁對(duì)人體健康的影響（即鋁的潛在神經(jīng)毒性），使用鋁作為絮凝劑的水廠，應(yīng)優(yōu)化絮凝工藝，盡量減少出水中鋁的含量，確定鋁的可行最佳水平。一些處理方法可減少出水中鋁的殘留，譬如：在混凝過(guò)程調(diào)節(jié)pH至最佳條件，避免用鋁過(guò)量，混合助凝劑使用、采用最佳攪拌速度聚合已經(jīng)形成鋁化合物的絮體等。在良好的運(yùn)行條件下，大型水處理設(shè)施可使鋁的濃度達(dá)到或低于0.1mg/L。小型水處理設(shè)施（即設(shè)計(jì)規(guī)模少于1萬(wàn)人）要達(dá)到上述指標(biāo)可能較困難，主要由于小型水廠在運(yùn)行中，對(duì)鋁濃度水平的波動(dòng)緩沖作用很小，并且在資源和運(yùn)行專(zhuān)業(yè)技術(shù)方面都受到限制。對(duì)小型水處理設(shè)施，出水中鋁的濃度應(yīng)≤0.2mg/L[2]。這一指標(biāo)也符合我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

鐵系絮凝劑具有絮體較大、易沉降、雜質(zhì)去除率高、pH值范圍大等優(yōu)點(diǎn)，從而被廣泛使用。殘存在水中的鐵離子同樣對(duì)人的身體健康產(chǎn)生不利影響。盡管世界衛(wèi)生組織2011年發(fā)布的《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》中認(rèn)為飲用水中2mg/L的鐵離子濃度對(duì)健康無(wú)害，但是，我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，即，鐵的水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)及限值為0.3mg/L[3]。

聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDADMAC）是近年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)的一種有機(jī)型的陽(yáng)離子絮凝劑量。這是國(guó)內(nèi)、國(guó)外第一款可用于處理飲用水的有機(jī)型絮凝劑[4]。

站在傳統(tǒng)工藝角度進(jìn)行分析，加入了微生物型的絮凝劑在處理原水時(shí)，由于鐵、鋁離子并不會(huì)形成，因此可有效將原水凈化，并有效殺滅細(xì)菌，提高處理水的工作率。

(2)助凝劑

在混凝時(shí)，助凝劑可起到一定的輔助作用。加入的目的在于可以有效加快沉降速度，如常見(jiàn)的助凝劑有活性炭、聚丙烯酰胺（PAM）、殼聚糖等。

通常水體含有很多有機(jī)污染物，如藻類(lèi)等，因此混凝效果不佳，所以需要對(duì)水質(zhì)進(jìn)行改善，增加投入量就顯得尤為重要。但這樣有可能會(huì)造成鋁等消毒之后所產(chǎn)生的產(chǎn)物超標(biāo)，制水的成本也會(huì)明顯增加。合理適當(dāng)?shù)耐都又齽┛梢源蠓葴p少絮凝劑的使用量，從而在源頭上降低了化學(xué)藥劑在水中殘留的幾率。

在給水處理中，無(wú)論是低濁度水還是高濁度水，聚丙烯酰胺（PAM）都有應(yīng)用。PAM本身無(wú)毒，對(duì)環(huán)境影響非常小，而且穩(wěn)定、安全。但這并不是說(shuō)沒(méi)有毒性，PAM的聚合物會(huì)殘留丙烯酰胺單體，且在生產(chǎn)中，還產(chǎn)生一些鍶、銫、鈷等有毒的重金屬[5]。所以，應(yīng)選用高純度的PAM作為水處理劑。

式中：Nu為努賽爾數(shù)；Gr為格拉曉夫數(shù)；θz為腔體軸的傾角，本系統(tǒng)使用雙軸跟蹤聚光器，腔體軸傾角等于太陽(yáng)高度角，只隨季節(jié)而變；dcav為接收器腔體直徑；dca為采光口直徑。

高錳酸鉀在除藻及藻臭，降低水的濁度和耗氧量等方面具有很好的效果。高錳酸鉀的助凝作用非常好，如果可以和二氧化氯一起使用，助凝的作用還有進(jìn)一步提升。加入高錳酸鉀可使聚合氯化鋁的投量減少25%。高錳酸鉀的投加量應(yīng)≤0.3mg/L。

(3)殺菌劑

一般來(lái)說(shuō)可以使用物理、化學(xué)兩種方法對(duì)飲用水進(jìn)行消毒。物理法是運(yùn)用物理，對(duì)細(xì)菌的凝聚進(jìn)行破壞，或是可以讓菌體蛋白發(fā)生變性，達(dá)到消毒飲用水目的。如可以使用超聲波消毒等。而化學(xué)法是利用一些氣態(tài)或是液態(tài)的化學(xué)藥劑，滲透至細(xì)菌的體內(nèi)，通過(guò)劇烈的氧化反應(yīng)對(duì)細(xì)菌的菌體會(huì)發(fā)生一定的破壞作用，達(dá)到消毒目的，例如常用的氯化消毒等。

以藥劑化學(xué)組成來(lái)劃分，可分成氧化、非氧化的殺菌劑兩大類(lèi)。不同的殺菌劑其特點(diǎn)不同。由于氧化性殺菌劑會(huì)破壞反滲透膜表面的結(jié)構(gòu)，所以，在反滲透系統(tǒng)之前投加非氧化性殺菌劑是唯一的選擇。

氯氣作為一直長(zhǎng)期使用的飲用水殺菌劑在安全性等方面的負(fù)面作用越來(lái)越突出，從而廣譜殺菌消毒劑二氧化氯作為新型飲用水殺菌劑脫穎而出。二氧化氯的殺菌作用是通過(guò)水中分解出來(lái)的氯氣穿透細(xì)胞壁使蛋白質(zhì)變性而實(shí)現(xiàn)的，其氧化性能是次氯酸的9倍，是氯氣的27倍[6]。通常，環(huán)保型殺菌劑主要包括二氧化氯、異噻唑啉酮、季銨鹽、溴類(lèi)殺菌劑等。

在飲用水處理過(guò)程中，消毒屬于最后一道工序，主要消除病原體。紫外線(xiàn)消毒不需投加化學(xué)藥劑，不會(huì)殘留毒副產(chǎn)物，不產(chǎn)生有害的衍生物，也不產(chǎn)生異味，是一種環(huán)保的消毒方法。當(dāng)濁度低于3NTU時(shí)紫外線(xiàn)劑量的損失可以忽略不計(jì)[7]。通過(guò)增加前置過(guò)濾系統(tǒng)和按時(shí)清洗紫外燈管可以有效地保障紫外線(xiàn)的通透量，以便于更有效的殺滅病原體。

(4)阻垢劑

阻垢劑的類(lèi)型非常多，通過(guò)對(duì)阻垢劑進(jìn)行研究、劃分，是根據(jù)其分子的官能團(tuán)進(jìn)行劃分的，可分成天然、含磷、共聚物、綠色劑型阻垢劑四種不同的類(lèi)型。目前經(jīng)常使用的環(huán)保型的阻垢劑有很多不同類(lèi)型，如馬來(lái)酸酐阻垢劑等。當(dāng)前水污染處理有越來(lái)越多選擇，人們對(duì)于這類(lèi)的阻垢劑要求也非常高，阻垢劑發(fā)展有兩個(gè)特點(diǎn)，一是這種藥劑都屬于復(fù)合型的，二是單一藥劑的無(wú)磷化和可降解性。復(fù)合型阻垢藥劑比起單一型的藥劑而言，在結(jié)構(gòu)方面存在一定缺陷，可以使用藥劑的使用量還可以提升藥劑的性能[8]。近年來(lái)，人們遵循環(huán)境保護(hù)理念，積極開(kāi)發(fā)環(huán)保型阻垢劑。

反滲透阻垢劑（或稱(chēng)分散劑）是一種常用的反滲透水處理藥劑，添加在膜分離裝置的前端，用于阻止膜的污堵與結(jié)垢。長(zhǎng)期使用，能延長(zhǎng)膜的清洗周期及使用壽命，提高產(chǎn)水質(zhì)量及產(chǎn)水量。

眾所周知，反滲透系統(tǒng)的給水部分，進(jìn)入系統(tǒng)后有兩個(gè)通路：一為反滲透膜表面變成產(chǎn)水，二為沿著表面可平行穩(wěn)定，同時(shí)慢慢濃縮。水被濃縮后鹽分大增，且還含有大量的有機(jī)物、病毒等。在濃縮的鹽分中包括了易溶于水以及不溶于水的離子、化合物等。例如，碳酸氫根離子+鈣離子，就會(huì)形成碳酸鈣，而硫酸根離子+鈣離子，則會(huì)形成硫酸鈣。同時(shí)，鎂、鍶、鋇離子等，濃縮后和有關(guān)離子會(huì)形成無(wú)法溶解于水的化合物。因此為了可以防止這些物質(zhì)的形成，需要在反滲透水里添加酸，或是添加阻垢劑。阻垢劑在使用時(shí)通過(guò)少量的阻垢劑吸附到微晶體的表面從而防止微晶體的長(zhǎng)大和沉積，也可以通過(guò)對(duì)不溶解于水的離子的分散作用來(lái)防止反滲透膜上水垢的形成。

3.結(jié)果和討論

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，通常是利用復(fù)合配方的水處理劑，或者綜合利用不同種類(lèi)的水處理劑。因此需要注意各組分不適合復(fù)配而產(chǎn)生對(duì)抗性，從而降低或者喪失效果，需要利用協(xié)同效應(yīng)達(dá)到增效的目的。此外水處理系統(tǒng)是敞開(kāi)的系統(tǒng)，具有一定排放量，使用過(guò)程中需要考慮不同凈水水處理劑對(duì)于環(huán)境的負(fù)面影響。

目前，市場(chǎng)中有許多不同類(lèi)型的水處理藥劑，這些藥劑起到的作用非常巨大。目前我們?nèi)栽诓粩嗵剿餍碌乃巹?，盡可能向著低成本、無(wú)害可降的方向持續(xù)發(fā)展。例如現(xiàn)在大力開(kāi)始的綠色水處理藥劑，指的是在制造時(shí)注意其環(huán)保的作用，這樣對(duì)于人體是沒(méi)有傷害的，而且不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，可有效降解水處理的藥劑。目前常見(jiàn)的有天然和人工合成型兩種，一種是天然高分子類(lèi)型，如木質(zhì)素、丹寧、淀粉等；一種是人工合成型，如聚天冬氨酸、聚環(huán)氧琥珀酸等。

不用或少用化學(xué)水處理藥劑的清潔技術(shù)必將成為未來(lái)水處理廠工藝改革的主流方向。河床過(guò)濾與膜法結(jié)合的短流程工藝?yán)幂斔哟驳牡叵逻^(guò)濾及生物氧化作用，去除了大部分微生物、微量有機(jī)物、重金屬、營(yíng)養(yǎng)鹽、臭味等，使水質(zhì)得到顯著改善。在相應(yīng)的水處理工藝中完全可以取消絮凝劑和助凝劑的使用。

在預(yù)處理和中間工藝階段，殺菌劑的選擇要成分低氯化、性能高效化和結(jié)構(gòu)復(fù)合化。在飲用水成品水的最后一道殺菌工藝中，采用紫外線(xiàn)殺菌工藝可以減少化學(xué)藥劑的投加量。若將紫外線(xiàn)殺菌工藝100%取代化學(xué)殺菌劑，則需要相關(guān)的法律法規(guī)在余氯指標(biāo)及輸水管網(wǎng)的要求上做出相應(yīng)的調(diào)整。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文分析了凈水水處理劑在水處理過(guò)程中的必要性和對(duì)環(huán)境及人體健康構(gòu)成的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)水處理工藝的選擇和實(shí)際運(yùn)營(yíng)工作起到參考作用，要仔細(xì)選擇和使用合適的化學(xué)品進(jìn)行水處理，并密切監(jiān)測(cè)處理過(guò)程，以確保實(shí)現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果而不會(huì)造成意外后果。適當(dāng)?shù)膶?duì)人員進(jìn)行培訓(xùn)和設(shè)備維護(hù)以確保安全有效地使用化學(xué)處理方法也至關(guān)重要。建議盡量降低水處理劑的使用量，減少其本身造成的污染，提高整體水質(zhì)，以確保環(huán)境友好和人體健康。