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饮用水水质的污染主要可以分为以下几个方面。第一个是微量有机污染物。第二藻类及其代谢产物，包括藻毒素的臭味、氯化消毒副产物、病原微生物、有机物对胶体的保护作用、稳定铁锰、色度、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐等。，以及管网中微生物的繁殖和一些二次污染。
有机污染物具有致癌、致畸、致突变作用，其中一部分是内分泌干扰物，被认为对人体生殖系统有破坏作用，可使青春期提前或推迟。藻类及其代谢产物不仅影响常规水处理的处理效果，而且在氯化消毒过程中与氯发生反应生成氯化消毒副产物，直接危害人体健康。
在饮用水水质与水处理技术讲座中，马军教授详细介绍了结合常规水处理技术和先进水处理技术消除水污染的方法。经过科学、经济、有效的消除污染，保证了饮用水的质量，提高了人民的健康水平。
全文:
大家好，今天我要讲的是饮用水水质和水处理技术的发展。首先介绍第一个内容，饮用水源的质量。我们知道，水在一定条件下主要在海平面蒸发，90%回归大海，10%迁移到大陆，在一定条件下形成降雨。然后形成地表径流，再回到大海，形成水的自然循环。因为水是一种很好的溶剂，在自然循环的过程中会引入一些杂质，这就是天然杂质。此外，水经过水处理，被人们使用，使用后经过污水处理，然后再利用，形成了水的社会循环。在水的社会循环过程中，也会引入一些杂质，主要是一些污染物。水的自然循环和社会循环，共同构成了水的循环。
据统计，淡水占世界水资源总储量的2.53%，其中可利用淡水仅占淡水总量的0.34%。因此，在1996年，联合国警告说，21世纪将面临严重缺水。在最近结束的约翰内斯堡可持续发展世界首脑会议上，水危机被列为人类未来10年面临的最严重危机之一。中国水资源主要有三个特点:一是水资源短缺，中国人均水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一。其次是时空分布不均，北方严重缺水。另外，水污染，据统计，90%以上的城市水源都受到不同程度的污染。这三个因素结合起来，就形成了水危机或水质灾难。估计水质造成的影响可能不亚于洪灾。
这是2000年中国河流污染调查的结果。从这张图可以看出，一、二类水只有20%-30%可以直接作为饮用水源，很大一部分比三类水质多。随着中国城市人口的增加，对饮用水的需求也在增加。因此，开发三种或三种以上类型的水源势在必行。
此外，在中国工程院近期开展的中国水资源可持续发展战略研究中，对中国污水处理率进行了规划:从1997年的65438+13.4%到2050年的95%。然而，污水的排放也增加了。如果按照城市污水排放的有机物总量计算，这些年其有机物变化并不大。因此，很难减少水源或水环境的污染。所以这是因为虽然污水处理率在提高，但是污水排放总量也在增加，所以污染总量的减少是有限的。
因此，基于我国水环境可能在短期内有所改善，如果不同步发展饮用水去污设施，饮用水水质可能会受到长期影响。因此，有必要制定饮用水污染去除设施的发展规划和投资计划。饮用水水质的问题主要可以分为以下几个方面:第一是微量有机污染物；二是藻类及其代谢产物，包括微囊藻毒素、臭气、病原微生物氯化消毒副产物、有机物对胶体的保护作用、稳定铁锰、色度、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐等。，以及管网中微生物的繁殖和一些二次污染。我们进一步介绍了水中污染物对水质的影响。
首先是微量有机污染物，具有低浓度、高毒性的特点。一些有机污染物具有致癌、致畸和致突变作用。有些是内分泌干扰物，如农药、增塑剂、一些烷基酚等，被认为对人体生殖系统有破坏作用，或使青春期提前或推迟。藻类及其代谢产物，由于我国无水处理率相对较低，富营养化较为严重，藻类过度繁殖，在部分水体中，藻类甚至达到每升数千万。藻类不仅影响常规水处理的处理效果，而且在氯化消毒过程中还会与氯气反应生成氯化消毒副产物。藻类在代谢过程中会产生微囊藻毒素，直接危害人体健康。
气味可以来自两个方面，一方面是化学污染物引起的，如氯酚、硫化物，以及藻类的代谢产物。由于气味在很低的浓度下就能被人感觉到，所以气味对水质的影响是比较大和普遍的，很多气味是目前常规水处理工艺难以去除的。还有一点需要注意的是，消毒过程中，有机物会与氯发生反应，产生有害的副产物。在消毒过程中，氯不仅可能与水中的病原微生物、细菌和病毒相互作用，还可能与水中的天然有机物和有机污染物相互作用。这些成分称为氯化消毒副产物的前体物，一方面生成一些醛类或有机酸，另一方面生成卤代副产物，总量以TOX表示。它含有挥发性氯仿和难挥发性卤乙酸。病原微生物，如贾第鞭毛虫隐孢子虫，也是影响水质的一个重要方面。这些成分很难被现有的氯消毒工艺灭活，严重影响了水质。
此外，有机物对胶体的保护作用也越来越受到人们的关注。由于我国水土流失严重，损失率高达30%，所以水中有机物浓度较高。据报道，天然有机物浓度增加3 ml，以TOC计算的用量需要增加5倍左右。这不仅增加了水厂的药品消耗，而且增加了残余铝的浓度，这与阿尔茨海默病有关。所以这对水质影响很大，这方面已经开始限制了。
另一种是有机络合铁锰，它不同于地下水中的铁锰。很难通过与有机物络合来去除地表水中的铁和锰。所以水源受到污染，铁锰与有机物的络合作用使其在水中更加稳定。给水厂中残留的微量铁、锰会增加水的色度，影响水的感官指标。另外，水源的污染会增加水中的一些含氮化合物。在一定条件下，氨氮会与氯气反应生成氯胺，消耗氯气，影响消毒效果。在一定条件下，氨会转化为亚硝酸盐，对人体有害，因为它是一种相对有毒的成分。
另一个需要注意的是生物可吸收的有机物。水消毒后，细菌会在运输和配送过程中再次繁殖。这种水在生物学上被认为是不稳定的，水中能为细菌繁殖提供条件的有机物被去除，使细菌无法再次繁殖。认为水具有生物稳定性，去除水中可生物同化的有机物有利于保证管网水质。
第二个方面是饮用水标准。我国长期执行23项标准，到1986增加到35项指标，主要是增加了一些农药和消毒副产物。2000年建设部行业标准中，一类水质被定为88项标准。2001 9月1日，卫生部发布96项指标。新增指标中，常规指标更为严格，范围由3度缩小至1度，提高了铝浓度的限值，提高了高锰酸盐指数或耗氧量。非常规指标中，农药等有机物和氯化消毒副产物增加多达56项。根据世界卫生组织的报告，80%的疾病与水有关。世界卫生组织在2000年的一份最新报告中提到，不干净的饮用水是人类健康的十大威胁之一，但长期饮用纯净水对人体健康不利。因此，必须加强对城市饮用水水质的净化，这是解决水质问题的根本措施。
这里介绍一下水处理技术的发展。这是目前常规的水处理工艺，我国大部分水厂一直在使用这种工艺。其主要工作原理是原水取出后，加入一定量的混凝剂，使水中的悬浮成分和胶体成分不稳定，在一定条件下，可以通过沉淀或气浮的方法分离出这类絮体，再通过沉淀或气浮的方法分离出这些絮体。剩余部分通过过滤进一步降低浊度，在过滤后的水中加入部分消毒剂进行消毒，最后通过管网供应给用户。我们说，这个过程是一个常规的水处理过程。这是混凝剂投加系统，这是沉淀池。沉淀池用于分离水中的絮凝物，上清液在过滤器中进一步过滤。这是气浮设备，在这里加入空气，这样不稳定的絮凝物可以从水中分离出来。在上部，一些设备用于刮去浮渣，因此絮凝物与水分离。
沉淀的水或气浮的水通过过滤器，通过过滤的过程进行深度处理，降低水的浊度，通过反复冲洗去除截留在滤料表面的一些杂质成分。进一步进行氯消毒，杀灭生活用水中的病原微生物，然后通过二级泵站输送到管网和用户。在这个过程中，它的主要作用是去除水中的天然杂质，比如强化去除水中的悬浮成分。比如粘土颗粒和有机颗粒，还有天然有机物，比如腐植酸和黄腐酸，还有水中的胶体成分，比如有机或无机胶体，还有病原微生物、细菌、浮游生物、藻类等等。
但是，这种工艺很难去除水中的微量污染物，尤其是溶解性有机物。饮用水中的有机物具有浓度低、危害大、难去除的特点。保障饮用水水质安全，需要从三个方面入手，一是加强水源保护，二是加强水质处理，三是加强管网输配的水质安全保障。保护水源是一个关键环节。首先，我们应该建立一个饮用水水源保护区。饮用水源的保护应不同于一般水体的保护。饮用水源的保护更为严格，这方面需要加强。
其次，由于我国水土流失严重，水中的悬浮成分或浊度都比较高，水中的有机物，尤其是天然有机物的浓度也比较高。因此，水质随时间变化较大，通过水库调节可以稳定水质，是改善水源水水质的方法。
另一个是岸上过滤。河岸过滤实际上是一种处理原水，改善原水水质的预处理方法。此外，通过物理、化学、生化等方法对污染水源进行修复，恢复水源水质。通过这样的各种功能，可以改善水源的水质。加强水质处理是改善饮用水质量最关键的环节。由于饮用水中的污染物浓度较低，很难去除，因此形成了一系列这样的方法。通过一些学科的合作，应用前人在不同学科的一些成果，可以研究污染物的去除方法，主要可以分为以下几个方面。
首先是氧化。在这一部分，通过研究新型氧化剂、复合氧化剂和催化氧化过程，包括均相或多相催化，以及通过光伏磁波和组合，强化有机污染物的分解。第二，吸附。吸附主要是将污染物从水相转移到固相。例如，活性炭吸附，或使用其他吸附剂，无机或有机吸附剂，将污染物从水中转移到吸附剂上。第三种是生物处理，利用微生物强化水中污染物的分解。一般附着在一些填料或一些滤料上形成生物膜，如生物过滤或生物活性炭。这是一些生物处理的方法。
管网分布是饮用水水质的另一个重要方面。一般来说，在这部分管网中，需要综合考虑理论计算、管网模拟、供水管网水质、供水管网漏水等因素来强化管网水质，改善管网水质，实现供水系统的优化调度，保证管网水质。这是饮用水的深度处理技术。饮用水深度处理技术实际上是将一系列污染去除的关键技术与现有的常规给水技术有机地结合起来，形成给水深度处理技术。
主要有预氧化，即在前一部分加入氧化剂，强化水中污染物的分解，或者改变水中污染物的形态，使其在后续过程中得到进一步强化和去除。中间氧化主要是去除一些难以降解的微量污染物。由于预处理中的混凝过程中去除了一些大分子天然有机物，这部分主要是微量有机污染物。因此，中间氧化可以提高微量有机污染物的去除效率，并进一步与活性炭吸附或生物过滤相结合，强化这部分污染物的去除。这部分水经过进一步消毒，再通过供水管网供应给用户。
由于饮用水中污染物浓度低，化学氧化法在饮用水处理中具有重要的应用潜力。可用于饮用水中的氧化剂主要有氯、二氧化氯、高锰酸钾过氧化腈、臭氧、高铁酸钾、原子氧、羟基自由基等，其中有一些是稳定的氧化剂。那么其中一部分需要通过一定的工艺在现场制备，或者需要通过一定的工艺引发，比如羟基自由基，
在前期的研究工作中，我们围绕氧化法开展了十几年的研究工作。首先，我们从单一氧化剂的氧化特性入手，研究氧化剂与水中污染物的相互作用规律，并在此基础上形成一系列复合氧化剂和复合氧化工艺，形成一系列具有自主知识产权的此类污染去除技术。下面，我给大家简单介绍一下其中的一些研究成果。
首先我要介绍一下臭氧氧化。这是国外比较成熟的技术，最早用于消毒，后来逐渐应用于水中污染物的去除。臭氧氧化的方法其实有几种，一种是紫外激发，一种是高压放电，一种是电解。在水处理中的主要应用是高压放电。它的原理是空气或氧气通过一个高压间隙，在这里分解，变成一部分3原子的臭氧，具有很强的氧化性。一部分转化为氧气，臭氧具有很强的杀菌能力，可以与水中的污染物发生反应，将水中的污染物部分氧化。这是臭氧放电管，这是高压电极，这是臭氧发生器。在这里，空气或氧气被转化为臭氧，然后这种气体被泵入水中进行消毒或去除水中的污染物。臭氧通过两种方式与水中的污染物相互作用。一种方式是直接氧化，即臭氧分子与水中的污染物相互作用。一方面可以氧化水中的一些天然有机物，如腐植酸、黄腐酸等。另一方面可以氧化水中的挥发性污染物和一些无机污染物，如铁、锰等。这种直接氧化是选择性的。换句话说，它可以与水中有机物的不饱和键相互作用，从而形成一些产物。部分臭氧分解产生羟基自由基，与水中有机物相互作用。这是间接氧化，是非选择性的。它能与许多污染物发生反应，最后，它被氧化成一些产物。
臭氧预氧化用于水处理已经有很长时间了。根据水质不同或使用条件不同，预氧化的目的也不同。臭氧预氧化可以破坏有机物中的不饱和键，将氨氧化成硝酸盐。但在中性PH值条件下，氧化速度极慢，可以降低有机物的分子量，提高其生物降解性。但是，臭氧与有机物相互作用的一些中间产物在毒理学实验中是阳性的。当臭氧的剂量进一步增加时，诱变活性会再次降低，即中间产物可能具有一定的诱变活性。臭氧在较低剂量和较高硬度下有助于混凝，因此可以提高混凝效果。臭氧预氧化可以增加水中溶解性有机物DOC的浓度，实验发现臭氧预氧化可以增加水和过滤水中铝或铁的总浓度。这主要是因为臭氧预氧化将水中的有机物氧化成有机酸，部分有机酸与铝络合，增加了其溶解度。臭氧可以杀死生活水中的浮游生物，如细菌、病毒、孢子和其他病原微生物。臭氧预氧化可以进一步提高常规给水处理的除藻效果，可以去除水中的异味，但对含有饱和键的异味去除效果有限。因此，臭氧预氧化是根据使用的需要和不同的目的来应用的。臭氧预氧化还可以破坏水中的氯仿前体，这主要是臭氧的直接作用。比如水中碳酸氢盐浓度比较高时，这种效果更好，因为在这种条件下，臭氧主要以分子形式与水中氯仿的预酯反应。但在氧化过程中，臭氧可以将溴离子氧化成溴酸盐和次溴酸盐。所以现在在欧美等一些发达国家，溴酸盐已经被限量了。
由于成本高，臭氧需要基础设施和设备投资。虽然具有强氧化性，但难以在大型水厂推广应用。因此，我国在这方面的研究工作已经开展了20多年。然而，在自来水厂的应用仍然有限。然而，由于我国水源污染面广，有必要研究一些经济有效的、可应用于自来水厂的污染去除技术。在这种情况下，我们提出了高锰酸盐预氧化除污染技术。这一提议基于两个考虑。第一点是国外现有的处理设备，比较贵，比如臭氧或者臭氧活性炭。二是现有的常规处理，或者粉末活性炭等污染去除方法，其处理效果并不理想。由于这两个原因，目前，我国大部分水厂仍采用常规水处理工艺。
高锰酸钾主要用于消毒、除铁、除锰、除味或监测水中有机物，但对水中微量污染物的研究有限。而且前人的主要工作是在人工配制的有机物纯水溶液中进行实验。在此条件下，一方面认为酸性条件下氧化效率较高，正常水处理工艺条件下即中性PH值下其氧化还原电位较低。因此，认为高锰酸钾尚未作为去除水中无机污染物的主要氧化剂。在我们前期的研究工作中，发现了一些现象，即在某些还原性组分的存在下，其污染去除效率得到了提高。进一步的研究表明，新生态中的一些中间成分和一些氧化物可以强化水中污染物的去除，所以我们用中间污染物来强化水中污染物的去除。这样，在通常的水处理条件下，如中性PH值，可以达到高的除污效果。该方法具有投资少、功能多的优点，因为它是氧化和吸附的结合，所以对水中的各种污染物都有明显的去除效果，在我国很多水厂得到了应用。
对高锰酸钾复合预氧化和臭氧预氧化进行了经济对比分析。一个5万吨、5万吨日水厂，臭氧预氧化需要几百万元，运行费用大概是每吨水4到6分钱。这种相对管理也是复杂的。另一个是30万吨水厂，采用高锰酸钾复合预氧化技术。其投资只有几十万元，主要是增加其溶出和加药设备。运营成本相对较低，每吨水1到2分钱。这样管理方便，运行也比较稳定。所以经济上应该是比较明显的。高锰酸盐复合预氧化技术已在我国数十个水厂和站得到广泛应用，饮用水水质得到了经济有效的改善。
在研究高锰酸盐复合物的同时，我们还研究了另一种无机氧化剂，即高铁酸盐。由于高铁酸盐具有很强的氧化性，其氧化还原电位高达2.20，因此在污水处理方面有很大的应用潜力，所以我们研究了一些制备高铁酸盐的方法，使其可以大规模生产。因此我们系统地研究了它的一些特性，因为高铁酸盐具有氧化、吸附和絮凝等多种功能。所以才有了这样的多功能去污效果。我们从实验中发现，它具有去除有机物、去除水中藻类、强化助凝控制残余铝、去除水中重金属等多种功能。
我想进一步介绍另一种技术，就是一种改性滤料的除污染技术。该技术是在前期研究工作的基础上发展起来的一种污染去除方法，主要是利用滤料强化对污染物的吸附。研究这项技术的主要考虑是利用现有的常规水处理工艺，因为它不能改变现有的处理工艺，增加大型基础设施或设备的投资，所以它的投资很小。这种方法既适用于现有水厂的改造，也适用于新建水厂。这是目前的石英砂滤料，我们对其进行了改性，使其表面具有更高的吸附性能，强化对水中各种污染物的去除。
最后，我想展望一下饮用水去污的技术，因为我国的饮用水水源污染率比较高，污水处理率比较低。因此，在很长一段时间内，加强生活污水的处理将是给水处理的主要问题。随着非点源污染的日益突出，非点源污染可能成为主要污染源。因此，在加强水资源保护的同时，应加大对污染水处理的研究，提高饮用水质量。我们需要采用多层次壁垒的理念。同时，利用混凝、沉淀、过滤、消毒等工艺加强水质净化，从全过程控制水质。谢谢你。
马老师，你好，我想问你一件事。我们都知道煮沸的过程会去除水中的一些氯仿。你认为煮沸的过程会对水质产生什么样的影响？
煮沸过程对水质的影响应该是多方面的，最关键的是煮沸过程可以杀死生活水中的一些病原微生物。因为二次污染会导致一些细菌再次繁殖，所以煮沸过程应该是杀死活水中病原微生物的最关键屏障。在煮沸的过程中，氯仿可以被有效地除去或者相当一部分被除去，它是挥发性的。所以用煮沸的过程来增强三氯甲烷的去除，但是随着人们研究的深入，发现煮沸过程一方面可以去除水中的三氯甲烷，另一方面会增加水中的一些其他成分，比如在有机物存在的情况下，煮沸过程可以增加水的致突变活性。所以目前有人在做这方面的研究，所以煮的过程可以去除挥发性成分。但同时也能增加一些难挥发性的卤代有机物。事实上，煮沸过程并不能去除水中的其他微量污染物，因为煮沸过程主要是灭活细菌、病毒等致病微生物。应该通过良好的处理方法将水中的污染物从水中去除。
提问:马先生你好。刚才在您的发言中，我们知道您现在正在进行高价铁锰复合药物的研究。想问问大家在使用这种高价复合铁锰剂的过程中，水中的铁锰浓度会不会升高？谢谢你。
答:铁锰氧化剂处于高价态。加入水中后会变成二氧化锰或氧化铁，实际上变成不溶物或胶体成分。胶体成分可以在常规处理过程中有效地去除，例如凝结、沉淀和过滤。另外，即使是水中的原水，也可能含有一些铁和锰的成分。这些组件有些是免费的，有些是复杂的。在一些高价氧化剂作用下，水中的铁、锰也会转化为四价不溶性胶体成分，使得生产实践中的铁、锰浓度不高，进一步降低了原水中的铁、锰浓度。因此，在生产应用中，我们发现施用高价铁锰络合剂不仅降低了其有机物浓度或其他藻类，还显著降低了其铁锰浓度，明显低于目前常规处理工艺中不加此类药剂的情况。
问题:我想问马老师一个问题，就是您研究的臭氧催化氧化技术与其他高级氧化技术相比有什么特点？谢谢马老师。
答:高级氧化技术是强化分解水中高稳定性有机污染物的有效方法，如农药、卤代有机物等。近年来，人们对高级氧化法进行了大量的研究工作。然而，这种高级氧化方法很少能应用于生产。比如一些方法，比如紫外线，还有一些光催化氧化法，仍然很难在生产中应用，尤其是大规模生产。在我们前期的研究工作中，发现了一些新的现象，即在一定条件下，可以产生羟基自由基。这种方法的主要特点是催化剂相对便宜，可以在大型水厂中使用，所以我们对催化氧化法进行了大规模的生产性实验，每天5000吨水，为这样一种技术的进一步发展奠定了基础。谢谢您们。